Estudo comparativo e otimização da quantidade de ômega 3 e ômega 6 produzido pelas microalgas nannochloropsis gaditana e dunaliella salina

Abstract

O cultivo de microalgas tem sido considerado como uma fonte promissora de lipídeos para a obtenção de ácidos graxos de alto valor agregado, como é o caso dos ômegas 3 (ω3) e ômegas 6 (ω6). O uso do planejamento de experimentos (DOE) permite estabelecer condições apropriadas de cultivo para as microalgas que favorece o acúmulo desses ácidos graxos. Desta forma, o presente trabalho teve como objetivo melhorar o desempenho dos cultivos das microalgas Nannochloropsis gaditana e Dunaliella salina, visando a produção de ω3 e ω6. Primeiramente, foram avaliadas, com o uso de uma matriz ortogonal Taguchi L4, as influências das concentrações de nitrato de sódio (de 25 a 75 mg L-1), de acetato de sódio e bicarbonato de sódio (ambas de 0 a 2 g L-1), sobre a produtividade de biomassa (Pb) e de lipídeos (Po). Como resultado, foi notado que tanto o acetato quanto o nitrato, influenciaram positivamente na Pb e na Po, para ambas as microalgas estudadas. O bicarbonato, por outro lado, não melhorou a Po, sendo excluído das etapas posteriores. Na etapa seguinte do trabalho foi realizado um planejamento fatorial completo 22 com ponto central, focando no estudo da concentração de nitrato (75 a 225 mg L-1) e acetato (2 a 6 gL-1) sobre a produtividade dos cultivos. As maiores Pb obtidas foram: 188,93 mg L-1 dia-1 para a microalga N. gaditana (225 mg L-1 de nitrato e 6 g L-1 de acetato) e 118,93 mg L-1 dia-1 para a D. salina (150 mg L-1 de nitrato e 4 g L-1 de acetato). Nestas condições de cultivo, as Po foram de 22,37 e 16,03 mg L-1dia-1, para a N. gaditana e para a D. salina, respectivamente. Os óleos microalgais extraídos a partir das melhores condições de cultivo foram caracterizados quanto à viscosidade, índices de acidez e de iodo, além do perfil de ácidos graxos (AGs). O óleo da N. gaditana apresentou em sua composição majoritariamente os AGs C18:1 (ácido oleico), C18:2 (ácido linoleico) e C16:0 (ácido palmítico), enquanto a microalga D. salina obteve principalmente C18:1, C18:2, C12:0 (ácido láurico) e C16:0. A etapa final do trabalho consistiu no estudo da influência de diferentes comprimentos de onda (λ), nas faixas do azul, verde e vermelho, sobre a Po da microalga D. salina. A análise estatística consistiu em dois planejamentos de mistura simplex com centroide independentes, ambos utilizando 150 mg L-1 de nitrato, um dos quais realizado sem a adição de acetato e o outro com 4 g L-1 deste nutriente no meio de cultivo. No experimento com 65% de luz azul e 35% de luz verde, 4 g L-1 de acetato, obteve-se a maior Po deste estudo, 53,47 mg L- 1 dia-1, também resultando em um excelente teor de lipídeos, 50,89%, com os principais AGs: C16:0 (18,31%) e C18:1 (36,52%).

Microalgae cultivation has been considered as a promising lipid source for the high value polyunsaturated fatty acids, such as the omega 3 (ω3) and omega 6 (ω6). The design of experiments approach (DOE) can be employed to establish appropriate cultivation conditions to increase the accumulation of such fatty acids. Thus, the present work main objective was to improve the ω3 and ω6 productivities from Nannochloropsis gaditana and Dunaliella salina marine microalgae using design of experiments (DOE). The first step was to employ a Taguchi L4 orthogonal array, in order to evaluate the influence the concentrations of sodium nitrate (25 to 75 mg L-1), sodium acetate and sodium bicarbonate (both from 0 to 2 g L-1), have over the productivities of biomass (Pb) and lipid (Po) of the studied microalgae. As result, for both microalgae, it was observed a positive effect of the acetate and the nitrate on the Pb and the Po. Bicarbonate, on the other hand, did not increase Po. Hence, it was excluded from the succeeding experiments. In the next working stage, a 22 full factorial design was used for a focused study of the nitrate (75 to 225mgL-1) and acetate (2 to 6 g L-1) concentrations over the cultivation productivities. The greatest Pb obtained were: 188.93 mg L-1 day-1 for N. gaditana (225 mg L- 1 nitrate and 6 g L-1 acetate) and 118.93 mg L-1 day-1 for D. salina (150 mg L-1 nitrate and 4 g L- 1 acetate). For the same cultivation conditions, the Po obtained were 22.37 and 16.03 mg L- 1 day-1 for N. gaditana and D. salina, respectively. The oil obtained in the best cultivation condition for both studied microalgae were also analyzed in terms of viscosity, acid value, iodine value, and fatty acid (AG) profile. Results showed that N. gaditana oil was rich in terms of C18:1 (oleic acid), C18:2 (linoleic acid) and C16:0 (palmitic acid). Meanwhile, D. salina oil contained mainly C18:1, C18:2, C12:0 (lauric acid) and C16:0. The final working step studied the influence of different light wavelengths (λ), in the ranges of blue, green, and red on the D. salina Po. The statistical analysis consisted in two independent simplex centroid mixture designs, both using 150 mg L-1of nitrate, the first without sodium acetate, and a second with 4 g L-1 of this nutrient. Using a mixture of 65% of blue and 35% of green light on the illumination, and 4g L-1 of sodium acetate it was obtained the higher Po, 53.47 mg L-1 day-1, of the present work. Also resulting in an excellent lipid content, 50.89%, and the main fatty acids: C16:0 (18.31%) and C18:1 (36.52%).