UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA – UNESP CENTRO DE AQUICULTURA DA UNESP Produção de biomassa e proteína utilizando um sistema aquícola multitrófico em comunidades familiares na Mata Atlântica sob a perspectiva da economia circular Beatriz Soares Heitzman Jaboticabal, São Paulo 2022 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA – UNESP CENTRO DE AQUICULTURA DA UNESP Produção de biomassa e proteína utilizando um sistema aquícola multitrófico em comunidades familiares na Mata Atlântica sob a perspectiva da economia circular Beatriz Soares Heitzman Orientador: Prof. Dr. Guilherme Wolff Bueno Coorientador: Prof. Dr. Levi Pompermayer Machado Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Aquicultura do Centro de Aquicultura da UNESP - CAUNESP, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre. Jaboticabal, São Paulo 2022 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno Ficha Catalográfica elaborada pela STATI - Biblioteca da UNESP Campus de Jaboticabal/SP - Karina Gimenes Fernandes - CRB 8/7418 Heitzman, Beatriz Soares H473p Produção de biomassa e proteína utilizando um sistema aquícola multitrófico em comunidades familiares na Mata Atlântica sob a perspectiva da economia circular / Beatriz Soares Heitzman. – – Jaboticabal, 2022 54 p. : il., tabs. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista, Centro de Aquicultura, 2022 Orientador: Guilherme Wolff Bueno Coorientador: Levi Pompermayer Machado Banca examinadora: Regildo Márcio Gonçalves da Silva, Tavani Rocha Camargo Bibliografia 1. Biorremediação. 2. Bioprodutos. 3. Bioeconomia. 4. Índice de estado trófico. 5. Lemna minor. I. Título. II. Jaboticabal-Centro de Aquicultura. CDU 639.3.43 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CERTIFICADO DE APROVAÇÃO Título da Dissertação: Produção de biomassa e proteína utilizando um sistema aquícola multitrófico em comunidades familiares na Mata Atlântica sob a perspectiva da economia circular. AUTORA: BEATRIZ SOARES HEITZMAN ORIENTADOR: Dr. GUILHERME WOLFF BUENO COORIENTADOR: Dr. LEVI POMPERMAYER MACHADO Aprovada como parte das exigências para obtenção do Título de Mestra em CIÊNCIAS/AQUICULTURA, pela Comissão Examinadora: Dr. Guilherme Wolff Bueno Universidade Estadual Paulista, UNESP, Campus de Registro, Centro de Aquicultura da UNESP - CAUNESP, Campus de Jaboticabal. Dr. Regildo Márcio Gonçalves da Silva Programa de Pós-graduação em Biotecnologia - Instituto de Química da UNESP, Campus de Araraquara. Dra. Tavani Rocha Camargo Lab. de Bioeconomia e Inovação da UNESP, Centro de Aquicultura da UNESP - CAUNESP, Campus de Jaboticabal. Jaboticabal, 22 de fevereiro de 2022. Centro de Aquicultura da Unesp Coordenação do Programa de Pós Graduação Via de Acesso Prof. Paulo Donato Castellane, s/n CEP 14884-900 Jaboticabal, SP, Brasil Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 - Produção de Clarias gariepinus em sistema de AIMT. A) Produção de C. gariepinus em sistema convencional (controle); B) Produção em sistema integrado multitrófico utilizando C. gariepinus e L.minor (tratamento). ................................. 21 Figura 2 – Intervalo de cultivo da biomassa fresca de 15 dias. ............................ 22 Figura 3 – Intervalo de cultivo da biomassa fresca de 30 dias. ............................ 23 Figura 4 - Coleta de efluente no sistema AIMT. 1 - Água de captação; 2 - Efluente do sistema de produção de peixe; 3 - Efluente do sistema de decantação. ......... 26 Figura 5 - (I) Taxa de crescimento (%.dia-1) e (II) aumento da biomassa fresca acumulada (%) de L. minor em fluxo contínuo – Sistema I. .................................. 32 Figura 6 - (I) Taxa de crescimento (%.dia-1) e (II) aumento da biomassa fresca acumulada (%) de L. minor em fluxo contínuo – Sistema II. ................................. 33 Figura 7 - (I) Taxa de crescimento (%.dia-1) e (II) aumento da biomassa fresca acumulada (%) de L. minor em sistema batelada. ................................................ 34 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1. Localização das três propriedades de aquicultura familiar na região de Mata Atlantica, São Paulo, Brasil. ......................................................................... 19 Tabela 2. Equações utilizadas para quantificar as concentrações de clorofila a, carotenóides totais, astaxantina e β-caroteno (em ug.g-1). ................................... 24 Tabela 3. Classificação do Índice de Estado Trófico (IET) para diferentes níveis de concentração na água. .......................................................................................... 25 Tabela 4. Equações utilizadas para quantificar as concentrações de pigmentos fotossintetizantes (Cla, Cb, Bc, C+X, CT em mg.g-1 e As em µg.g-1). ................. 30 Tabela 5. Valores médios dos parâmetros físico-químicos dos efluentes analisados em sistema de AIMT – Sistema I. ......................................................................... 31 Tabela 6. Valores médios dos parâmetros físico-químicos dos efluentes analisados em sistema de AIMT – Sistema II. ........................................................................ 32 Tabela 7. Valores médios dos parâmetros físico-químicos dos efluentes analisados após a biorremediação em sistema batelada. ....................................................... 34 Tabela 8. Comparação da qualidade do efluente no Sistema I de acordo com a resolução CONAMA nº 357/05. ............................................................................. 36 Tabela 9. Concentrações médias de Clorofila-a (μg.L-1) e Fósforo total (mg.L-1) no Sistema I. .............................................................................................................. 36 Tabela 10. Índice de estado trófico médio e grau de trofia em sistema AIMT após a biorremediação em sistema de fluxo contínuo. ..................................................... 36 Tabela 11. Comparação da qualidade do efluente no Sistema II de acordo com a resolução CONAMA nº 357/05. ............................................................................. 37 Tabela 12. Concentrações médias de Clorofila-a (μg.L-1) e Fósforo total (mg.L-1) no Sistema II. ........................................................................................................ 37 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno Tabela 13. Índice de estado trófico médio e grau de trofia em sistema AIMT após a biorremediação em sistema de fluxo contínuo. ..................................................... 38 Tabela 14. Concentrações médias de Clorofila-a (μg.L-1) e Fósforo total (mg.L-1) após a biorremediação em sistema batelada. ....................................................... 38 Tabela 15. Índice de Estado Trófico médio e grau de trofia após a biorremediação em sistema batelada. ............................................................................................ 39 Tabela 16. Média de macro e micronutrientes na biomassa seca de L. minor, W. microscópica e Wolffia sp...................................................................................... 42 Tabela 17. Composição de ácidos graxos da biomassa seca de L.minor em percentual e absoluto (mg de AG g-1 de LT). ........................................................ 44 Tabela 18. Média das concentrações de pigmentos fotossintetizantes (Chl a, Chl b, Bc, C+X, CT em mg.g-1 e As em µg.g-1). ............................................................... 46 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno ÍNDICE DE ABREVIAÇÕES Ácidos graxos Nº de carbono: insaturação Ácido caproico C6:0 Ácido caprílico C8:0 Ácido cáprico C10:0 Ácido láurico C12:0 Ácido tridecanoico C13:0 Ácido mirístico C14:0 Ácido miristoleico C14:1 Ácido pentadecanoico C15:0 Ácido cis-pentadecenoico C15:1 Ácido palmítico C16:0 Ácido palmitoleico C16:1 Ácido heptadecanoico C17:0 Ácido cis-heptadecenoico C17:1 Ácido esteárico C18:0 Ácido n-9c oléico C18:1 Ácido n-9t elaídico C18:1 Ácido n-6c linoléico C18:2 Ácido n-6t linolelaídico C18:2 Ácido n-3 linolênico C18:3 Ácido n-6 y linolênico C18:3 Ácido araquídico C20:0 Ácido behênico C22:0 Ácido n-3 cis-eicosatrienoico C20:3 Ácido n-6 araquidonico C20:4 Ácido Eicosapentaenoico C20:5n3 Ácido tricosanoico C23:0 Ácido Lignocerico C24:0 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno SUMÁRIO INDICE DE FIGURAS ............................................................................................. v INDICE DE TABELAS ........................................................................................... vi INDICE DE ABREVIAÇÕES ................................................................................ viii AGRADECIMENTOS ............................................................................................. xi APOIO FINANCEIRO E INSTITUCIONAL ........................................................... 12 RESUMO .............................................................................................................. 13 ABSTRACT .......................................................................................................... 14 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 15 2. OBJETIVO GERAL .......................................................................................... 18 2.1. Objetivos específicos ............................................................................ 18 3. MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................. 19 3.1. Local Experimental ................................................................................ 19 3.2. Caracterização do sistema de produção familiar ............................... 19 3.3. Avaliação da biorremediação ............................................................... 20 3.3.1. Implementação do sistema de Aquicultura Integrada Multitrófica.................................................................................................... 20 3.3.2. Biorremediação em fluxo contínuo ................................................ 22 3.3.3. Biorremediação em sistema batelada ........................................... 23 3.4. Avaliação do Índice do Estado Trófico ................................................ 24 3.5. Variáveis analisadas na biorremediação e no Índice de Estado Trófico ........................................................................................................... 25 3.5.1. Análises físico-químicas .................................................................. 25 3.5.2. Eficiência de remoção dos compostos nitrogenados ............................ 26 3.5.3. Determinação da taxa de crescimento relativa da biomassa fresca ............................................................................................................ 27 3.5.4. Avaliação da área de produção de biomassa fresca de L. minor necessária para remover o fósforo total do efluente ........................... 27 3.6. Qualidade da biomassa seca de L.minor ............................................ 27 3.6.1. Processamento mínimo viável da biomassa fresca .............................. 27 3.6.2. Análise de proteína .......................................................................... 28 3.6.3. Determinação de micro e macronutrientes .................................. 28 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno 3.6.4. Lipídeos e ácidos graxos ................................................................. 29 3.6.5. Extração e quantificação dos pigmentos fotossintetizantes ..... 30 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................ 31 4.1. Avaliação da biorremediação ............................................................... 31 4.1.1. Biorremediação - Sistema I .................................................................. 32 4.1.2. Biorremediação - Sistema II ................................................................. 33 4.1.3. Biorremediação - Sistema batelada ...................................................... 33 4.2. Avaliação do Índice de Estado Trófico (IET) ....................................... 35 4.2.1. IET – Sistema I ..................................................................................... 35 4.2.2. IET – Sistema II .................................................................................... 37 4.2.3. IET – Sistema batelada ........................................................................ 38 4.5.4. Avaliação da área de produção de biomassa fresca de L. minor necessária para remover o fósforo total do efluente ........................... 40 4.3. Composição química da biomassa seca de L. minor ......................... 41 4.3.1. Proteína bruta ....................................................................................... 41 4.3.2. Minerais ................................................................................................ 42 4.3.3. Lipídeos e ácidos graxos ...................................................................... 43 4.3.4. Pigmentos fotossintetizantes .......................................................... 46 5. CONCLUSÃO ................................................................................................... 48 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 48 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno AGRADECIMENTOS O desenvolvimento deste trabalho de mestrado contou com a ajuda de diversas pessoas, dentre as quais agradeço: A minha mãe Joana Soares, ao meu irmão Carlos Augusto e a minha cunhada Juliana, por serem todo o alicerce durante a minha vida, me apoiando em todas as decisões. Ao meu filho Henrique que me inspira todos os dias a buscar uma qualificação profissional. Ao professor orientador Dr. Guilherme Wolff Bueno, por me acolher no programa de mestrado e orientar durante o projeto de pesquisa científica. Ao professor coorientador Dr. Levi Pompermayer Machado que trouxe a oportunidade de conhecer outras áreas de atuação do Engenheiro de Pesca, além de ser como um “Pai” em todo o percurso do mestrado, aconselhando e incentivando o meu crescimento profissional. A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES que financiou a bolsa de mestrado e a Empresa Mosaic Fertilizantes pelos Editais Águas que subsidiaram a pesquisa. A Prefeitura Municipal de Cajati, especialmente ao setor de Agricultura e Meio Ambiente intermediado pelo Engenheiro Agrônomo Fabiano Milton de Sousa na Divisão de Desenvolvimento Sustentável, por oferecer todo apoio de deslocamento e comunicação aos produtores familiares do município. A Associação dos Agricultores Familiares de Cajati – AAGFAM, por aceitar e colaborar com desenvolvimento do projeto de pesquisa científica. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 12 APOIO FINANCEIRO E INSTITUCIONAL Agradecemos a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES (Bolsa de Mestrado, Processo nº 88887.486481/2020-00) e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), processos nº 2016/10.563-0 e nº 2019/07.948-6 integrantes dos Programas de Inovação Tecnológica – PFPMCG e Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais. Este estudo científico também contou com o apoio financeiro da Empresa Mosaic Fertilizantes – Editais Água 2019/2020 e 2021/2022. E por fim, ao “Aquário de Ideias”, a Incubadora de Empresa de Base Científica e Tecnológica da UNESP Registro no Vale do Ribeira, ao Laboratório de Algas e Plantas Aquáticas - LAPLA e ao Laboratório de Inovação e Bioeconomia Aplicada na Aquicultura – iB4 Lab pelo apoio operacional e mentoria durante todo o mestrado. O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 13 RESUMO A aquicultura integrada multitrófica (AIMT) é um processo de produção que permite a utilização dos resíduos e efluentes como insumos para produção de outros organismos de forma associada e mais sustentável. A utilização das Lemnáceas apresenta elevada eficiência nos processos de biorremediação dos efluentes da piscicultura. A biomassa vegetal das plantas serve como fonte de moléculas de alto valor agregado obtidos da reutilização e geração de novos bioprodutos sob a perspectiva da bioeconomia, destacando a produção de proteínas, lipídeos, pigmentos e minerais. O objetivo deste estudo foi implantar um sistema AIMT com Clarias gariepinus e Lemna minor em propriedades familiares na região de Mata Atlântica em São Paulo, Brasil e avaliar este sistema em relação a eficiência na biorremediação de nutrientes dissolvidos e redução do Índice de Estado Trófico (IET). Além disto, avaliou-se a composição química da biomassa seca da planta aquática para definir o potencial na utilização como bioprodutos em outros setores da indústria. Foi implantado um sistemas AIMT, de fluxo contínuo de água, com diferentes manejos em três unidades familiares (UFs), sendo: Sistema I – Utilização da L.minor no sistema de decantação com colheita da planta em 15 e 60 dias. Sistema II – Utilização da L.minor no sistema de decantação com tempo de colheita da planta em 30 dias. A avaliação dos sistemas demonstrou que a L. minor foi eficiente na biorremediação no sistema II, com a remoção de 100% NH4, 93,15% NO3, 87,81% PO4. Assim, a L.minor proporcionou a redução média do IET de supereutrófico para oligotrófico no sistema II. A biomassa seca L. minor obteve altos teores de proteínas (35-36%) e minerais, como os macronutrientes P, K, Ca (12,33; 15,67; 16,33 g.kg-1) e micronutrientes Fe, Mn, Zn (323,00; 183,33; 131,00 mg.kg-1). A quantidade de β-caroteno foi 0,61 mg.g-1, astaxantina 540 μg.g-1 e a razão de ácidos graxos n-6/n-3 foi 0,93:1. Os resultados evidenciaram o potencial de uso da L. minor integrada com C. gariepinus em um sistema AIMT para tratamento de efluentes e geração de novos bioprodutos oriundos de processos circulares de produção praticados em unidades familiares aquícolas instaladas na região de Mata Atlântica. Palavras-chave: biorremediação, bioprodutos, bioeconomia, índice de estado trófico, Lemna minor. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 14 ABSTRACT Integrated multitrophic aquaculture (AIMT) is a production process that allows the use of waste and effluents as inputs to produce other organisms in an associated and more sustainable way. The use of Lemnaceae presents high efficiency in the processes of bioremediation of fish farming effluents. The plant biomass of plants serves as a source of molecules of high added value obtained from the reuse and generation of new bioproducts from the perspective of the bioeconomy, highlighting the production of proteins, lipids, pigments and minerals. The objective of this study was to implement an AIMT system with Clarias gariepinus and Lemna minor on family farms in the Atlantic Forest region of São Paulo, Brazil and to evaluate this system in relation to the efficiency in bioremediation of dissolved nutrients and reduction of the Trophic State Index (IET). Furthermore, the chemical composition of the dry biomass of the aquatic plant was evaluated to define the potential for use as bioproducts in other sectors of the industry. AIMT system was implemented, with continuous water flow, with different managements in three family units (FUs), as follows: System I: Use of L.minor in the decantation system with harvest of aquatic plant in 15th and 60th days. System II: Use of L.minor in the settling system with a harvest time of 30 days. The evaluation of the system showed that L. minor was efficient both in bioremediation in system II, with the removal of 100% NH4, 93.15% NO3, 87.81% PO4. Thus, L.minor provided the average reduction of the ETI from supereutrophic to oligotrophic in system II. The dry biomass of L. minor obtained high levels of proteins (35-36%) and minerals, such as the macronutrients P, K, Ca (12.33; 15.67; 16.33 g.kg-1) and micronutrients Fe, Mn, Zn (323.00; 183.33; 131.00 mg.kg-1). The amount of β-carotene was 0.61 mg.g-1, astaxanthin 540 μg.g-1 and the ratio of n-6/n-3 fatty acids was 0.93:1. The results showed the potential use of L. minor integrated with C. gariepinus in an AIMT system for effluent treatment and generation of new byproducts from circular production processes practiced in aquaculture family units installed in the Atlantic Forest region. Keywords: bioremediation, bioproducts, bioeconomy, trophic state index, Lemna minor. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 15 1. INTRODUÇÃO A produção mundial de pescado oriunda da aquicultura continental deve aumentar para 204 milhões de toneladas em 2030, um crescimento de 15% em relação a 2018, com a participação da aquicultura crescendo em 46% (FAO, 2020). No Brasil, a aquicultura nestes ambientes produziu ~722.560t de pescado em 2018, aumento de 24,8% com relação a produção de 2014, com 578.800 (PEIXE BR, 2021). De acordo com a FAO (2020), a produção de pescado fez com que o Brasil atingisse em 2018 a 13ª posição na produção de peixes em cativeiro, e o 8º posição na produção de peixes em água doce. Em 2020, o país alcançou uma produção de 802.930t de pescado, aumento de 37% com relação a 2014 (PEIXE BR, 2021; VALENTI et al, 2021). A utilização de sistemas produtivos mais intensivos é uma das alternativas para aumentar a produção de pescado (CUNHA et al, 2016), porém, estes sistemas estão mais susceptíveis aos diversos fatores que afetam a produção e apresentam mais riscos ambientais e econômicos (KNOWLE et al, 2020). O aumento da densidade de peixes nestes sistemas promove o acréscimo no consumo alimentar e energético, elevando a concentração de nitrogênio e fósforo no viveiro, gerando maiores cargas de efluentes ao ambiente aquático (BUENO et al, 2019). O descarte indevido dos efluentes gerados na produção aquícola nos corpos hídricos receptores aceleram a eutrofização natural, causando problemas ambientais devido à elevada carga de nutrientes eliminadas, principalmente o fósforo e o nitrogênio (BOYD et al, 2020). Uma das alternativas para reduzir os impactos ambientais causados é a implementação de sistemas de aquicultura integrada multitrófica (AIMT) ou similares que empregam a abordagem da economia circular e bioeconomia (CHOPIN, et al, 2001; KNOWLE et al, 2020). A AIMT combina o cultivo de organismos aquáticos que necessitam do fornecimento de alimento para crescerem com outros que utilizam a matéria orgânica e inorgânica dissolvida na água, utilizando os recursos de forma mais eficiente, reduzindo os resíduos e o potencial de impacto ambiental (CHOPIN, et al, 2001; TROELL et al, 2009). A Lemna minor é uma macrófita aquática cosmopolita, popularmente conhecida por “lentilha d’água” e “duckweed”, utilizada em sistema AIMT para Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 16 reduzir o potencial de impacto ambiental causado pelo efluente no meio aquícola. Em ambientes naturais, a L. minor é encontrada livre na superfície de águas doces paradas, em lugares protegidos de ventos fortes e turbulência, sendo ricas em nutrientes (FRANÇA, 2008). Se desenvolvem em intervalos de temperatura entre os 5ºC e 35ºC apresentando ótimo crescimento entre os 20ºC e 31ºC e num amplo intervalo de pH entre 3.5 a 10.5 (OLIVEIRA, 2013). A biomassa fresca da lentilha d’água produzidas em ambientes com alto teor de nitrogênio e fósforo são fontes ricas em proteínas, 35 à 43% (APPENROTH et al, 2017), lipídeos, carboidratos, ômega-3 e ômega-6, sendo nutricionalmente adequado para consumo animal e humano. Em países subdesenvolvidos, que utilizam a proteína animal como fonte de alimento nas comunidades familiares para a subsistência, a biomassa fresca de L. minor é destinada principalmente para a nutrição de peixes, aves e gados, descartando os custos elevados com rações comerciais (LENG, 1999). No setor de plant-based food for human a biomassa seca é comercializada com alto valor agregado. Uma cepa de alta proteína de lentilha d’água W. globosa pode oferecer todos os nove aminoácidos essenciais, fibras dietéticas, polifenóis, ferro, zinco e vitamina B12 necessários para alimentação humana e animal (KAPLAN, et al, 2019). Contudo, devido seu rápido desenvolvimento em ambientes aquáticos naturais e eutrofizados, a produção de biomassa fresca de L. minor pode causar florações com efeito adverso com a cobertura da superfície, impedindo a entrada de luz, acarretando prejuízos ao funcionamento do ecossistema. Apesar desse potencial de impacto, estudos mostram a sua eficiência na biorremediação para o tratamento de efluentes da aquicultura, em águas residuárias e na suinocultura (CIRQUEIRA, 2021; FABONETE et al, 2019; GARCIA, 2015; GRAEFF et al, 2007; MOHEDANO, 2004; PIRES et al, 2003; OLIVEIRA, 2013; TAVARES, 2004). Na avaliação e classificação dos corpos d’água em diferentes graus de trofia, tem-se utilizado o Índice de Estado Trófico (IET) (CETESB, 2007), principalmente em aquicultura em tanque-redes, avaliando o enriquecimento por nutrientes provenientes da produção de peixe e o efeito adverso ao crescimento de algas ou macrófitas nos recursos hídricos. Porém, ressalta-se que o grau de trofia da água em aquicultura em tanques escavados e elevados devem ser avaliados, pois o https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950329318302295#b0015 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950329318302295#b0015 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 17 descarte do efluente sem tratamento adequado aceleram a eutrofização nos corpos receptores e acarretar numa externalidade ambiental. Dessa forma, o presente trabalho implantou o processo de aquicultura integrada multitrófica em propriedades familiares na região de Mata Atlântica, no sul do estado de São Paulo. Estes sistemas foram avaliados em relação aos seguintes aspectos: 1) processo para redução da externalidade ambiental relacionados aos nutrientes dissolvidos no efluentes do sistema de produção e 2) diversificação de produção e caracterização química da biomassa vegetal para potencial desenvolvimento de bioprodutos. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 18 2. OBJETIVO GERAL Implantar um sistema AIMT com bagre-africano, Clarias gariepinus (Burchell, 1822) e lentilha d’água, Lemna minor (Linnaeus, 1753) em propriedades familiares na região de Mata Atlântica em São Paulo, Brasil e avaliar este sistema em relação a eficiência na biorremediação de nutrientes dissolvidos na água, redução do Índice de Estado Trófico (IET) do efluente e avaliar a qualidade da biomassa seca de L. minor gerada no sistema de AIMT. 2.1. Objetivos específicos • Avaliar o potencial de remoção dos compostos nitrogenados, amônia, nitrato, fosfato, utilizando a Lemna minor após 15 e 30 dias no sistema de AIMT; • Quantificar o potencial de redução do grau de trófia no Índice do Estado Trófico do efluente após 15 e 30 dias utilizando a L.minor no sistema de AIMT; • Aferir o potencial crescimento da biomassa fresca de L.minor no sistema de AIMT; • Estimar a área de produção de biomassa fresca de L. minor necessária para remover o fósforo total do efluente do sistema convencional de produção de C. gariepinus; • Analisar a composição química da biomassa seca da lentilha d’água, proteínas, minerais, pigmentos, lipídeos e ácidos graxos para definição do potencial bioeconômico para geração de bioprodutos com alto valor agregado obtidos da reutilização de nutrientes sob a perspectiva da economia circular. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 19 3. MATERIAL E MÉTODOS 3.1. Local Experimental O município de Cajati, localizado no Estado de São Paulo, pertence a Mesorregião do Litoral Sul Paulista, com 454,436 km² de extensão e população de aproximadamente de 28.294 habitantes (IBGE, 2021). O estudo foi realizado na área rural do município, em três unidades familiares (UF) cadastradas na Associação de Agricultores Familiares de Cajati – AAGFAM (Tabela 1), região que abriga o maior fragmento de Mata Atlântica no Brasil. Tabela 1. Localização das três propriedades de aquicultura familiar no município de Cajati, região de Mata Atlântica, São Paulo, Brasil. UF Distância do município (km) Coordenadas Geográficas 1 12,5 24º49’47.42’’S 48º09’52.66’’O 2 11,6 24º48’21.98’’S 48º11’13.80’’O 3 16,5 24º50’38.79’’S 48º12’55.37’’O 3.2. Caracterização do sistema de produção familiar O sistema de produção de Clarias gariepinus foi implementado em 2018 por meio do Projeto de Desenvolvimento Regional Sustentável de Piscicultura em tanques fomentado pelo Governo do Estado de São Paulo. Os tanques foram implantados em 25 unidades familiares (UF) selecionada pela AAGFAM, no qual, foram selecionados produtores para participar do programa de transferência de tecnologia com suporte técnico das secretarias de Desenvolvimento Municipal Econômico e a de Agricultura e Meio Ambiente. A produção de C. gariepinus foi realizada em tanque circular elevado de Polietileno Alta-Densidade - PEAD de 20m³, com 5,91m de diâmetro e 1,20m de altura. O sistema foi mantido por fluxo continuo de água proveniente de nascente ou rio das proximidades das propriedades, com a vazão de 0,27m³/h. Adicionalmente foi realizada duas vezes ao dia a reposição parcial de água 5% do volume no sistema. Dessa forma os sólidos decantados foram removidos, sendo esse de 5% e o efluente descartado diretamente no ambiente. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 20 O ciclo de produção de C. gariepinus foi de 12 meses, com início em outubro de 2019. Foram introduzidos 2.200 alevinos de C. gariepinus por tanque, com peso inicial de aproximadamente 6g e comprimento entre 8 a 10cm. O arraçoamento foi realizado três vezes ao dia inicialmente com ração extrusada de 40% PB e no final de 32% PB em regime ad libtum. O peixe foi comercializado vivo a partir de 850g para pesque-pagues da região sul e sudeste do país e o preço de venda variou entre R$ 4,50 e R$ 5,50 por quilo de peixe vivo. 3.3. Avaliação da biorremediação 3.3.1. Implementação do sistema de Aquicultura Integrada Multitrófica Foi implementado um sistema de Aquicultura Integrada Multitrófica - AIMT em fluxo contínuo aberto de água, em três unidades familiares (UFs). O sistema de AIMT constituiu-se por um tanque circular elevado de Polietileno Alta-Densidade - PEAD de 20m³ com produção de Clarias gariepinus e por dois tanques circulares de polietileno de 500L contendo 1m² de espelho d’água em cada tanque de decantação para o crescimento da Lemna minor. O sistema de AIMT foi abastecido inicialmente pela água de captação. Em seguida, a água foi utilizada para a produção de C. gariepinus e durante o processo de produção de peixe o efluente líquido passou pelo sistema de decantação com a L. minor. Posteriormente, o efluente líquido do sistema de AIMT foi descartado no meio ambiente. Dessa maneira, realizou-se um experimento de delineamento interamente casualizado em triplicata no sistema de AIMT. Considerou-se como uma unidade experimental o sistema de AIMT em cada unidade familiar (UF). Foi destinado um tanque com efluente líquido da produção de peixe convencional como controle e o sistema de decantação com L. minor como tratamento (Figura 1). Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 21 Figura 1 - A) Sistema convencional de criação de C. gariepinus utilizado pelas propriedades familiares; B) Tanques de decantação utilizando na produção de C. gariepinus C) Efluente gerado ao final do processo de produção; D e E) Despesca e produção final de C. gariepinus nas propriedades familiares na região de Mata Atlântica - SP; Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 22 3.3.2. Biorremediação em fluxo contínuo A coleta do efluente e a colheita da biomassa fresca da L. minor foi realizada em dois sistemas de decantação distintos: Sistema I – Intervalo de cultivo da L. minor de 15 dias Inicialmente foi adicionada 15g de biomassa fresca de Lemna minor em cada tanque no sistema de decantação. O intervalo de cultivo da L. minor no sistema de tratamento de efluente foi de 15 dias, que ocorreu em pleno inverno (de 21/06 a 18/08). Após 15 dias da L. minor no sistema foi realizada a colheita total da biomassa fresca e a coleta dos efluentes no sistema de AIMT para as análises físico-químicas. Em seguida, no mesmo sistema, adicionou-se novamente 15g de biomassa fresca, iniciando-se um novo ciclo de produção de L. minor. Esse experimento teve a duração de 60 dias (Figura 2). Figura 2 – Intervalo de cultivo da biomassa fresca de 15 dias. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 23 Sistema II – Intervalo de cultivo da L. minor de 30 dias Inicialmente foi adicionada 15g de biomassa fresca de Lemna minor em cada tanque no sistema de decantação. O intervalo de cultivo da L. minor no sistema de tratamento de efluente foi de 30 dias, que ocorreu em pleno verão (de 21/12 a 21/01). Após 30 dias da L. minor no sistema foi realizada a colheita total da biomassa fresca e a coleta dos efluentes no sistema AIMT para as análises físico- químicas. (Figura 3). Figura 3 – Intervalo de cultivo da biomassa fresca de 30 dias. 3.3.3. Biorremediação em sistema batelada O efluente liquido da produção de peixe foi coletado em tanques plásticos de 50L e transportados para a Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – Câmpus de Registro. Em laboratório controlado e climatizado, realizou-se um experimento em delineamento interamente casualizado em triplicata. Neste, foi considerado como controle um tanque retangular de polietileno de 25L com efluente líquido da produção de peixe e como tratamento, o sistema de decantação, composto por um tanque retangular de polietileno de 25L contendo 0,15m² de espelho d’água para o crescimento da Lemna minor. Inicialmente, foram introduzidas 100g de biomassa fresca de L. minor por tanque, quantidade suficiente para cobrir a superfície do efluente. O intervalo de cultivo da L. minor no tratamento foi de dez dias. A cada dois dias foi realizada a análise dos parâmetros físico-químicos e após o período de cultivo foi realizada a colheita total da biomassa fresca no sistema. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 24 3.4. Avaliação do Índice do Estado Trófico Em laboratório, as amostras da água de captação, efluente do sistema de produção de peixe e efluente do sistema de decantação foram filtradas, utilizando um sistema de filtragem à vácuo com bomba e filtro de fibra de vidro de 0,4µm de capacidade, extraindo assim o plâncton existente no sistema de produção e posteriormente congeladas para as análises. O nível de clorofila a foi utilizada como indicador do grau de fixação do plâncton existente no sistema de produção, sendo determinados por espectrofotometria. Utilizando uma cubeta com 1cm de trajeto ótico em um Espectrofotômetro modelo UV – 1800 SHIMADZU® e as absorbâncias foram determinadas em dois diferentes comprimentos de onda (647 e 664nm). O cálculo das concentrações foi realizado utilizando as equações propostas Lichtenthaler (1987) para os carotenóides totais, por Lorenze e Jeffrey (1980) para astaxantina e β-caroteno Lichtenthaler (1987) e Clorofila a seguindo o proposto por Jeffrey e Humphrey (1975)(Tabela 2). Tabela 2. Equações utilizadas para quantificar as concentrações de clorofila a (em mg.g-1), carotenóides totais, astaxantina e β-caroteno (em ug.g-1). Pigmento Equação Clorofila a (Cla) Cla= 12,25 A664 - 2,79 A647 Carotenóides Totais (CT) CT=[1000 A470 – 1,82Ca – 104,96 Cb/ 198] Astaxantina (As) As= 4,59 A468 β-caroteno (Bc) Bc= 4,0 A454 A498,5 = Valor da absorbância no comprimento de onda de 498,5 nm; A614 = Valor da absorbância no comprimento de onda de 614 nm; A630 =Valor da absorbância no comprimento de onda de 630 nm; A647 = Valor da absorbância no comprimento de onda de 647 nm; A651 = Valor da absorbância no comprimento de onda de 651nm. Os resultados obtidos foram utilizados para o cálculo do Índice do Estado Trófico segundo Lamparelli (2004). O IET é composto pelo Índice do Estado Trófico para a Clorofila a – IET (CL) (Equação 1) e o Índice do Estado Trófico para o Fósforo – IET (PT) (Equação 2) estabelecidos para ambientes lóticos. Os resultados obtidos nas equações 1 e 2 foram utilizados para o cálculo do IET (Equação 3), sendo calculado pela média aritmética simples dos índices relativos ao Fósforo Total e a Clorofila a. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 25 𝐼𝐸𝑇 (𝐶𝑙𝑎) = 10. [6 − [ 0,92−0,34.(ln(𝐶𝑙𝑎)) 𝑙𝑛 2 ]] (1) 𝐼𝐸𝑇 (𝑃𝑇) = 10. [6 − 1,77−0,42.(𝑙𝑛 (𝑃𝑇)) 𝑙𝑛 2 ] (2) 𝐼𝐸𝑇 = [𝐼𝐸𝑇(𝑃𝑇)+𝐼𝐸𝑇(𝐶𝐿)] 2 (3) Onde: Cla: concentração de Clorofila a medida à superfície da água, em µg.L-1; PT: concentração de Fósforo Total medida à superfície da água, em µg.L-1; IET: Índice do Estado Trófico. Os resultados obtidos nos cálculos do Índice do Estado Trófico foram comparados com as classificações de ambientes lóticos descritos por Lamparelli (2004) (Tabela 3). Tabela 3. Classificação do Índice de Estado Trófico (IET) para diferentes níveis de concentração na água. Nível Trófico IET Ultraoligotrófico IET ≤ 47 Oligotrófico 47 < IET ≤ 52 Mesotrófico 52 < IET ≤ 59 Eutrófico 59 < IET ≤ 63 Supereutrófico 63 < IET ≤ 67 Hipereutrofico IET>67 3.5. Variáveis analisadas na biorremediação e no Índice de Estado Trófico 3.5.1. Análises físico-químicas As análises físico-químicas foram realizadas no sistema de AIMT e em sistema batelada. As análises foram realizadas em três pontos: 1) água de captação; 2) efluente do sistema de produção de peixe; 3) efluente do sistema de decantação (Figura 4). Os parâmetros físicos da água foram analisados por meio do Medidor Multiparâmetro – Asko® ASK88 que aferiu a temperatura (ºC), pH, oxigênio dissolvido (OD) e a condutividade elétrica (CE), com medição realizada no local. Posteriormente foi realizada a coleta da água dos pontos e acondicionadas em garrafas plásticas de 900ml, sendo armazenadas em caixa térmica e mantida a 5 Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 26 ºC no transporte para o laboratório. Os parâmetros químicos da água foram analisados por meio do Medidor Multiparâmetro à Prova d’Água – Asko® Micro 20 que aferiu a amônia (NH3), nitrito (NO2-), nitrato (NO3-) e fosfato (PO4 3-). Figura 4 - Coleta de efluente no sistema AIMT: Ponto1) Água de captação; Ponto 2) Efluente do sistema de produção de peixe; Ponto 3) Efluente do sistema de decantação. 3.5.2. Eficiência de remoção dos compostos nitrogenados O efluente gerado a partir da produção de peixe foi submetido ao tratamento biológico por meio do uso de Lemna minor. Foi determinada a eficiência de remoção dos compostos nitrogenados (em %) para os sistemas em fluxo contínuo – sistema I, sistema II e sistema batelada (Equação 4). η = 𝐸𝑖− 𝐸𝑓 𝐸𝑖 x100 (4) Onde: η: Eficiência de remoção dos compostos nitrogenados; Ei: Concentração dos compostos nitrogenados no efluente inicial; Ef: Concentração dos compostos nitrogenados efluente final. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 27 3.5.3. Determinação da taxa de crescimento relativa da biomassa fresca Os valores da taxa de crescimento relativa (TCR) de L. minor foram avaliadas no experimento no sistema de decantação em fluxo contínuo e em sistema batelada, a partir da razão da variação da biomassa fresca (Equação 5). TCR= ln peso final − ln peso inicial tempo final − tempo inicial x100 (5) 3.5.4. Avaliação da área de produção de biomassa fresca de L. minor necessária para remover o fósforo total do efluente Para avaliar a eficiência total da L. minor na biorremedição da concentração de fósforo (P) no efluente gerado no sistema convencional de produção de peixe, foi necessário dimensionar a área mínima de produção de biomassa fresca da L. minor no sistema de AIMT. A saída total de P (kg) do sistema convencional foi calculada multiplicando a concentração total de P no efluente (g.L-1) e a vazão de saída (m³.ano-1), no ciclo de produção de peixe 12 meses. A quantidade total de P no efluente absorvida pela biomassa fresca de L. minor (g.m-²) foi calculada multiplicando a quantidade de P contida na biomassa seca (g.kg-1) e a quantidade de biomassa fresca produzida no ciclo de produção de peixe (kg.m-²). O dimensionamento da área (m²) de produção de biomassa fresca de L. minor necessária para remover o total do P gerado no efluente da produção de peixe foi calculada dividindo o P total gerado no efluente e o P total na produção de biomassa fresca de L. minor. 3.6. Qualidade da biomassa seca de L.minor 3.6.1. Processamento mínimo viável da biomassa fresca Foi realizada a colheita total da biomassa fresca de L. minor produzidas nos sistemas de AIMT nas unidades familiares (UF) e no sistema batelada. Após a colheita, foi removido o excesso de água na biomassa fresca e transportada para o Laboratório de Tecnologia de Alimentos, localizado na Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – Câmpus de Registro. Foi executado um Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 28 processamento mínimo viável com objetivo de obter uma farinha de L. minor para as análises de qualidade da biomassa seca, nas seguintes etapas: Lavagem: A biomassa fresca foi lavada em água corrente com auxílio de uma peneira até a água permanecer límpida e transparente. Secagem: Foi adicionado 1kg de biomassa fresca em cada bandeja de inox (47x59cm) e a biomassa foi seca na temperatura de 45ºC, durante 24horas em estufa de circulação e renovação de ar – Teknal®. Trituração: A biomassa seca em flocos retirada da estufa foi triturada utilizando um processador de grãos doméstico – Philips Wallita®, até obter uma farinha de L. minor. Embalagem e armazenamento: As amostras de biomassa seca - Farinha de L. minor, foram seladas e embaladas à vácuo em sacos herméticos transparentes utilizando o equipamento de vácuo industrial – R.Baião® e armazenadas em temperatura ambiente. 3.6.2. Análise de proteína A porcentagem de proteína bruta (PB) de biomassa seca de L. minor foi determinada pelo método de Kjeldahl (1883) (Equação 6). Na determinação da proteína bruta, o valor de nitrogênio total encontrado na análise de macronutrientes foi multiplicado pelo fator de conversão 6,25 utilizado para plantas forrageiras, rações concentradas, entre outros materiais. Considerando assim, que a maioria das proteínas contém nas suas moléculas aproximadamente 16% de nitrogênio (GALVANI; GAERTNER, 2006). %PB = NT x FN (6) Onde: PB: teor de proteína bruta na amostra; FN: fator de conversão de 6,25. 3.6.3. Determinação de micro e macronutrientes As amostras de biomassa seca trituradas foram enviadas para o Laboratório de Fertilidade do Solo e Nutrição de Plantas – LAFEN, localizado na Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – Câmpus de Registro, sendo Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 29 determinados os teores de micronutrientes (B; Cu; Fe; Mn e Zn) e macronutrientes (N; P: K; Ca; Mg e S). O N pelo método Kjeldahl (1883) (GALVANI; GAERTNER, 2006), o P por colorimetria, o S por turbidimetria do sulfato de bário, o B por Azometina-H e o K, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn e Zn em espectrofotômetro de absorção atômica, após digestão nítrico-perclórica segundo propostos por Malavolta; Vitti; Oliveira (1997). Os resultados foram expressos em teores de g do elemento por kg de biomassa seca de L.minor (g.kg-1). 3.6.4. Lipídeos e ácidos graxos A extração e quantificação de lipídios totais foi realizado pelo método de Bligh e Dyer (1959). Para tanto a biomassa seca foi macerada e suspensa em tampão PBS seguido de adição 5mg/mL de tritridecanoína em hexano e 12,5mL de clorofórmio, metanol e água (2, 2, 1). A solução foi centrifugada e a parte em clorofórmio foi seca em atmosfera de N², sendo o total de lipídeos determinado gravimetricamente. A reação de metilação dos ácidos graxos a ésteres metílicos de ácidos graxos (FAME; fatty acid methyl ester) foi feita dissolvendo-se o extrato seco de lipídeos em 500 µL de 5% de HCl em metanol e a mistura foi incubada por 2h a 100 °C. Após o término da reação, deixou-se esfriar a temperatura ambiente, adicionou- se 1,25 mL de água e extraiu-se os FAME com 1,25 mL de hexano. Os FAME foram analisados por cromatografia gasosa acoplada a espectrômetro de massas (CG- EM), em coluna capilar de sílica fundida (VF-Wax, com dimensões de 30 m, 0,25 nm, 0,25 µm de espessura do filme, Agilent). A temperatura de injeção foi de 220 °C, volume de 1 µL, no modo Split. Utilizou-se hélio como gás de arraste, com um fluxo de 1 mL.min-1 , e a seguinte rampa de temperatura: temperatura inicial de 60 °C, com aumento de 5°C por min, até 260 °C, mantidos por 10 min. O padrão utilizado para identificação dos picos foi o Supelco 37. Os ácidos graxos foram identificados por comparação com os tempos de retenção dos padrões e/ou por comparação de seus espectros de massa com espectros da biblioteca (NIST). FAME que não constavam no padrão e que apresentaram índice de similaridade abaixo de 90% não foram considerados. A quantificação da maioria dos FAME foi feita com a equação da reta da curva padrão do respectivo FAME do padrão Supelco 37. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 30 3.6.5. Extração e quantificação dos pigmentos fotossintetizantes Foi utilizada 0,002g de biomassa seca triturada de L. minor para a extração e quantificação dos pigmentos fotossintetizantes. A biomassa foi homogeneizada em solução acetona 90% e acondicionas em microtubos de 1,5ml. Em seguida, as amostras foram centrifugadas à 100 rpm em temperatura de 4ºC, durante 10 minutos na centrífuga refrigerada de microtubos - Hitachi®. As amostras foram mantidas no escuro durante 1h. Foi utilizada uma cubeta de 1cm de trajeto ótico em um Espectrofotômetro modelo UV – 1800 SHIMADZU® e as absorbâncias foram determinadas em diferentes comprimentos de onda, sendo: 664nm, 647nm, 450nm, 468nm e 454nm. A quantificação de clorofila a e clorofila b foram determinadas pelo método de Kursar et al. (1983) e Jeffrey e Humphrey (1975). Lorenze e Jeffrey (1980) para astaxantina e β-caroteno. Lichtenthaler (1987) para caroteno+xantofila e catorenóides totais (Tabela 4). Tabela 4. Equações utilizadas para quantificar as concentrações de pigmentos fotossintetizantes (Cla, Cb, Bc, C+X, CT em mg.g-1 e As em µg.g-1). Pigmento Equação Clorofila a (Cl a) Cla = 12,25 A664 – 2,79 A647 Clorofila b (Cl b) Cb = 21,50 A647 – 5,10 A664 Astaxantina (As) As = 4,59 A468 β – caroteno (Bc) Bc = 4,00 A454 Caroteno + Xantofila (C+X) C+X = (1000 A470 – 1,90Cla – 63,14 Cb)/214 Carotenóides Totais (CT) CT = (C+X) – A470 A664 = Valor da absorbância no comprimento de onda de 664nm; A647 =Valor da absorbância no comprimento de onda de 647nm; A470 = Valor da absorbância no comprimento de onda de 470nm; A468 = Valor da absorbância no comprimento de onda de 468nm; A454 = Valor da absorbância no comprimento de onda de 454nm. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 31 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1. Avaliação da biorremediação A temperatura, pH, nitrogênio e fósforo são os fatores limitantes para o crescimento da biomassa fresca de L. minor (LENG, 1999; OLIVEIRA, 2013). O parâmetro físico de qualidade do efluente no sistema de decantação – Ponto 3 (Tabela 5) não estão em conformidade com os parâmetros mínimos exigidos para o crescimento da espécie. De acordo com Oliveira (2013), temperaturas entre 20- 31ºC são recomendados para obter um ótimo crescimento (Tabela 6). Apesar da espécie tolerar baixas temperaturas, abaixo de 20ºC (Tabela 5) o metabolismo diminui, desacelerando o crescimento e em temperaturas abaixo de 5 ºC, a L. minor cessa o crescimento, acarretando em mortalidade da espécie. Tabela 5. Valores médios dos parâmetros físico-químicos dos efluentes analisados em sistema de AIMT – Sistema I. Pontos OD T CE pH NH4 NO3 PO4 (mg.L-1) (ºC) (µS) (mg.L-1) (mg.L-1) (mg.L-1) 1 7,07 15,93 26,15 6,16 0,01 2,05 0,03 2 5,30 16,40 44,63 6,52 0,04 8,43 2,43 3 5,00 12,85 44,39 9,93 0,06 5,60 5,54 Ponto 1: Água de captação; Ponto 2: Efluente do sistema de produção de peixe; Ponto 3: Efluente do sistema de decantação; Oxigênio Dissolvido (OD); Temperatura (T); Condutividade Elétrica (CE); Potencial Hidrogeniônico (pH), Nitrogênio amoniacal total (NH4), Nitrato Dissolvido (NO3); Fosfato (PO4). A lentilha-d'água sobrevive em pH entre 3,5 e 10,5 (OLIVEIRA, 2013), mas as taxas de crescimento são melhores na faixa de 6,5-7,5 (LENG, 1999). Na faixa ideal de pH (Tabela 6), a amônia está presente em grande parte como o íon amônio, que é a forma de N mais facilmente absorvida pela L. minor. Por outro lado, um pH alto (Tabela 5) resulta em amônia em solução que pode ser tóxica e também pode ser perdida por volatilização (LENG, 1999). Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 32 Tabela 6. Valores médios dos parâmetros físico-químicos dos efluentes analisados em sistema de AIMT – Sistema II. Pontos OD (mg.L-1) T (ºC) CE (µS) pH NH4 (mg.L-1) NO3 (mg.L-1) PO4 (mg.L-1) 1 6,10 22,40 24,00 9,00 0,12 2,09 >0,03 2 7,70 29,20 22,60 6,56 15,20 4,07 28,05 3 4,00 29,20 23,10 6,20 0,50 0,51 0,79 Ponto 1: Água de captação; Ponto 2: Efluente do sistema de produção de peixe; Ponto 3: Efluente do sistema de decantação; Oxigênio Dissolvido (OD); Temperatura (T); Condutividade Elétrica (CE); Potencial Hidrogeniônico (pH); Nitrogênio amoniacal total (NH4); Nitrato Dissolvido (NO3) e Fosfato (PO4). 4.1.1. Biorremediação - Sistema I A concentração de nitrogênio foi superior ao fósforo – Ponto 2 (Tabela 5). A temperatura (10,99 - 16,30ºC), o pH (5,13 - 12,81) e o intervalo de cultivo da L.minor de 15 dias influenciou diretamente na biorremediação do efluente no sistema de decantação. A taxa de crescimento relativo (TCR) permaneceu estável (~22%.dia-1) e o aumento da biomassa fresca acumulada foi 114 vezes maior que a biomassa inicial (15g) após o período de 60 dias (Figura 5). Após a biorremediação no sistema de decantação, não ocorreu a remoção do nitrogenio amoniacal -20,83%, fosfato - 281,77% e para nitrato obteve uma baixa remoção 31,61% no efluente do sistema decantação. Figura 5 - (I) Taxa de crescimento (%.dia-1) e (II) aumento da biomassa fresca acumulada (%) de L. minor em fluxo contínuo – Sistema I. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 33 4.1.2. Biorremediação - Sistema II A concentração de nitrogênio foi inferior ao fósforo – Ponto 2 (Tabela 6). A temperatura (29,2ºC), o pH (6,56) e o intervalo de cultivo da L. minor de 30 dias influenciaram diretamente na biorremediação do efluente no sistema de decantação. Houve um aumento gradativo na taxa de crescimento relativo (TCR) da biomassa fresca e após 30 dias a TCR estava com 98%.dia-1. O aumento da biomassa fresca acumulada foi 126 vezes maior que a biomassa inicial após o período de 30 dias (Figura 6). Esses fatores, corroboraram para a remoção dos compostos nitrogenados do efluente NH4 96,71%, NO3 87,47% e PO4 97,18%, ocorrendo assim, a biorremediação no sistema de decantação. Figura 6 - (I) Taxa de crescimento (%.dia-1) e (II) aumento da biomassa fresca acumulada (%) de L. minor em fluxo contínuo – Sistema II. 4.1.3. Biorremediação - Sistema batelada A concentração de nitrogênio foi superior ao fósforo (Tabela 7). A temperatura (18,30 - 22,10ºC) e pH (5,73 - 7,60) permaneceu próximo ao adequado para a produção de biomassa da espécie. Para a quantidade de biomassa introduzida (100g) e o volume de 25L foi necessário apenas seis dias para diminuir a concentração de nitrogênio e fósforo no sistema. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 34 Tabela 7. Valores médios dos parâmetros físico-químicos dos efluentes analisados após a biorremediação em sistema batelada. Sistemas Dias OD T CE pH NH4 NO3 PO4 (mg.L-1) (ºC) (µS) (mg.L-1) (mg.L-1) (mg.L-1) Controle 2 4,53 28,97 47,13 7,14 0,13 37,10 6,40 4 4,40 20,20 46,97 7,10 0,00 16,70 1,15 6 5,00 18,30 47,27 7,46 0,00 12,60 1,21 8 4,90 20,40 48,60 8,10 0,00 1,52 3,80 10 4,80 22,10 4,80 8,60 0,00 2,00 4,20 Tratamento 2 4,53 18,70 44,93 5,73 0,02 10,20 0,55 4 4,10 20,00 49,03 6,62 0,00 6,60 0,35 6 4,53 18,30 49,53 6,71 0,00 4,19 0,35 8 4,80 20,70 48,30 7,60 0,00 2,45 0,92 10 4,10 22,10 65,70 7,20 0,00 2,54 0,78 Controle: Efluente do sistema de produção de peixe sem L.minor; Tratamento: Efluente do sistema de produção de peixe com L.minor; Oxigênio Dissolvido (OD); Temperatura (T); Condutividade Elétrica (CE); Potencial Hidrogeniônico (pH); Nitrogênio amoniacal total (NH4); Nitrato Dissolvido (NO3) e Fosfato (PO4). Apesar da diminuição na concentração de nitrato e o aumento da concentração de fósforo do 8º ao 10º dia, houve a remoção dos compostos nitrogenados NH4 100%, NO3 93,15% e PO4 87,81%, ocorrendo a biorremediação. A taxa de crescimento relativa (TCR) da biomassa fresca foi de 9%.dia-1 e o aumento de biomassa foi de seis vezes maior que a biomassa inicial, após o período de dez dias (Figura 7). Figura 7 - (I) Taxa de crescimento (%.dia-1) e (II) aumento da biomassa fresca acumulada (%) de L. minor em sistema batelada. Mohedano (2004) utilizou a L. valvidiana para a remoção dos compostos nitrogenados e obteve a biorremediação em apenas 14 dias utilizando o efluente da produção de Oreochromis niloticus em tanque circular de 1m² de área e volume Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 35 de 310L. A utilização de Landoltia punctata para a remoção dos compostos nitrogenados do efluente gerado pela produção de O. niloticus obteve biorremediação em 42 dias em tanque circular de 1m² de área e volume de 500L (CERQUEIRA, 2021). A concentração de nitrogênio e fósforo no efluente estão diretamente correlacionados ao crescimento da L. minor e na biorremediação. No sistema de decantação, a L. minor é capaz de produzir biomassa se o efluente estiver com alto teor de fósforo (LENG, 1999). Entretanto, as concentrações de nitrogênio precisam ser mantidas, dessa maneira ocorre a remoção dos compostos nitrogenados no efluente (LENG et al, 1995), como observado no Sistema II. Outro ponto a ser considerado, se no efluente estiver mais concentração de nitrogênio que fósforo, a L. minor é capaz de retirar o fósforo presente na sua biomassa para as atividades metabólicas, assim a espécie continuará a crescer em efluentes com baixo teor de fósforo (LENG et al, 1995). Porém ocorre uma baixa remoção dos compostos nitrogenados pela espécie, como observado no Sistema I. Além disso, o fósforo é altamente solúvel, sendo liberado rapidamente para o meio, ocorrendo assim, a mortalidade da L. minor e o aumento da eutrofização no meio aquático (LENG et al, 1995). 4.2. Avaliação do Índice de Estado Trófico (IET) Para o estudo do Índice de Estado Trófico foi considerado o descarte indireto dos efluentes do sistema convencional e da aquicultura integrada multitrófica em sistema aberto no Rio Jacupiranguinha – Cajati, SP, de acordo com a resolução CONAMA nº 357/05 para rios classe 2 – pH (6,0-9,0); nitrogênio amoniacal (3,7 mg.L-1 N, para pH ≤ 7,5) (2,0mg.L-1 N, para 7,5 < pH ≤ 8,5) (1,0 mg.L-1 N, para 8,0 < pH ≤ 8,5) (0,5 mg.L-1 N, para pH > 8,5); nitrato 10,0 mg.L-1; fósforo total 0,1 mg.L- 1 (ambientes lóticos e tributários de ambientes intermediários). 4.2.1. IET – Sistema I A média dos efluentes da produção de peixe – Ponto 2, apresentaram o pH (6,52), nitrogênio amoniacal (0,04 mg.L-1) e nitrato (8,43 mg.L-1) dentro dos limites exigidos pela Resolução CONAMA nº 357/05, porém o resultado de fosfato (2,43 mg.L-1) obteve o resultado acima do limite exigido pela legislação (Tabela 8). Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 36 A média dos efluentes do sistema de decantação – Ponto 3, apresentaram o nitrogênio amoniacal (0,06 mg.L-1) e nitrato (5,60 mg.L-1) dentro dos limites exigidos pela Resolução CONAMA nº 357/05, porém os resultados de pH (9,43) e fosfato (5,54 mg.L-1) foi acima do limite exigido pela legislação (Tabela 8). Tabela 8. Comparação da qualidade do efluente no Sistema I de acordo com a resolução CONAMA nº 357/05. Pontos pH NH4 (mg.L-1) NO3 (mg.L-1) PO4 (mg.L-1) 1 6,16 0,01 2,05 0,03 2 6,52 0,04 8,43 2,43 3 9,43 0,06 5,60 5,54 CONAMA 6,00 - 9,00 0,50 - 3,70 10 0,10 Ponto 1: Água de captação; Ponto 2: Efluente do sistema de produção de peixe; Ponto 3: Efluente do sistema de decantação; Resolução CONAMA 357/05 - NO3: 0,5 mg.L-1 N, para pH > 8,5 e 3,7 mg.L-1 N, para pH ≤ 7,5. Os efluentes de produção de peixe – Ponto 2 e do sistema de decantação – Ponto 3 (Tabela 10) apresentaram grau de trofia classificados como mesotrófico (52 < IET ≤ 59) e eutrófico (59 < IET ≤ 63), sendo a média classificada como eutrófica (59 < IET ≤ 63). Tabela 9. Concentrações médias de Clorofila-a (μg.L-1) e Fósforo total (mg.L-1) no Sistema I. Clorofila-a (μg.L-1) Fósforo total (mg.L-1) UF P1 P2 P3 P1 P2 P3 1 13,36 347,26 389,58 0,20 13,93 13,97 2 6,51 119,66 176,85 0,19 12,20 14,86 3 26,19 215,79 133,59 0,02 10,63 8,20 média 15,35 227,57 233,34 0,14 12,25 12,34 UF:Unidade Familiar; P1: Água de captação; P2: Efluente do sistema de produção de peixe; P3: Efluente do sistema de decantação. Tabela 10. Índice de estado trófico médio e grau de trofia em sistema AIMT após a biorremediação no Sistema I. UF Pontos de coleta 1 2 3 A 34 63 63 B 40 59 59 C 36 61 58 média 37 61 60 UF: Unidade Familiar; Ponto 1: Água de captação; Ponto 2: Efluente do sistema de produção de peixe; Ponto 3: Efluente do sistema de decantação. Mestranda – Beatriz Soares Heitzman Orientador – Dr. Guilherme Wolff Bueno CAUNESP 37 4.2.2. IET – Sistema II A média dos efluentes de produção de peixe – Ponto 2, apresentaram o pH (6,56) e o nitrato (4,07 mg.L-1) dentro dos limites exigidos pela Resolução CONAMA nº 357/05. O nitrogênio amoniacal (15,2mg.L-1) e o fosfato (25,05mg.L-1) tiveram resultados acima do limite exigido pela resolução (Tabela 11). A média dos efluentes do sistema de decantação – Ponto 3, apresentaram pH (6,20), nitrogênio amoniacal (0,51 mg.L-1) dentro dos limites exigidos pela Resolução CONAMA nº 357/05, porém não obteve resultado mínimo de fosfato (0,79 mg.L-1) exigidos pela legislação (Tabela 11). Tabela 11. Comparação da qualidade do efluente no Sistema II de acordo com a resolução CONAMA nº 357/05. Pontos pH NH4 (mg.L-1) NO3 (mg.L-1) PO4 (mg.L-1) 1 9,00 0,12 2,09 >0,03 2 6,56 15,20 4,07 25,05 3 6,20 0,51 0,51 0,79 CONAMA 6,00 - 9,00 0,50 – 3,70 10 0,10 UF: Unidade Familiar; Ponto 1: Água de captação; Ponto 2: Efluente do sistema de produção de peixe; Ponto 3: Efluente do sistema de decantação; Resolução CONAMA 357/05 - NO3: 3,7 mg.L-1 N, para pH ≤ 7,5. Os efluentes da produção de peixe – Ponto 2 (Tabela 13) apresentaram grau de trofia classificados como supereutrófico (63 . 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