Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro Mestrado em Engenharia Química Disciplina: Processos de Separação Professor: Marisa Mendes Mestranda: Ana Souza A LABORATORY STUDY OF PRODUCING DOCOSAHEXAENOIC ACID FROM BIODIESEL-WASTE GLYCEROL BY MICROALGAL FERMENTATION PROCESS BIOCHEMISTRY ,2007 Zhanyou Chi , Denver Pyle, Zhiyou Wen , Craig Frear, Shulin Chen Seropédica, 2013 Um estudo laboratorial da produção de ácido docosahexaenóico (DHA) a partir do glicerol, resíduo do biodiesel, por fermentação microalgal.
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Universidade Federal Rural do Rio de JaneiroMestrado em Engenharia Química Disciplina: Processos de SeparaçãoProfessor: Marisa MendesMestranda: Ana Souza
A LABORATORY STUDY OF PRODUCING DOCOSAHEXAENOIC ACID FROM BIODIESEL-WASTE GLYCEROL BY MICROALGAL
Um estudo laboratorial da produção de ácido docosahexaenóico (DHA)a partir do glicerol, resíduo do biodiesel, por fermentação microalgal.
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Introdução
Biodiesel como combustível alternativo tem atraído cada vez mais interesse em todo o mundo nos últimos anos;
Durante o processo de produção de biodiesel, triglicerídeos são misturados com álcool metílico e catalisadores alcalinos para a produção de ésteres de ácidos graxos livres, com o glicerol como um principal subproduto;
Em geral, a produção de 100 kg de biodiesel produz aproximadamente 10 kg de glicerol, impuro e de baixo valor econômico;
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Introdução
Conversão de glicerol em produtos de valor agregado fornece uma alternativa para a eliminação do mesmo e para os seus problemas de excedentes;
Através de processos termo-químicos, o glicerol pode ser convertido em propilenoglicol e acetol;
E são utilizados como fonte de carbono em processos de fermentação para a produção de vários produtos tais como 1,3 propanodiol, lípidos e pigmento;
A fermentação anaeróbia de glicerol por E. coli também gera uma mistura de produtos, tais como etanol, succinato, acetato, lactato e hidrogênio.
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Introdução
O DHA é um importante ácidos graxos poliinsaturados (ω-3 PUFA) com capacidades terapêuticas contra doenças cardiovasculares, tipos de câncer, esquizofrenia e Alzheimer, além de ser nutriente essencial durante o desenvolvimento humano;
O ω-3 PUFA pode ser extraído a partir de biomassa microalgal e são utilizados em alimentos, na indústria farmacêutica e como um aditivo para rações para peixes na aquicultura;
A microalga Schizochytrium limacinum vem sido relatada como uma excelente produtora DHA, sendo capaz de produzir um elevado nível de DHA quando crescidas em glicose ou glicerol.
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Objetivo
Investigar o potencial da utilização desta microalga para produzir DHA a partir do glicerol bruto obtido da indústria biodiesel.
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Materiais e Métodos1. Cepa de algas, condições do meio e da cultura
A microalga de estudo foi Schizochytrium limacinum SR21 (ATCC MYA -1381);
As células foram mantidas em meio contendo 5g/L de glicose, 1,0g/L de extrato de levedura e 1,0g/L de peptona em água do mar artificial;
O pH foi ajustado e o meio foi autoclavado; As células foram cultivadas em erlenmeyer de 250ml, contendo cada um
50 mL de meio+inoculo e incubadas a 20ºC num agitador orbital ajustado para 170 RPM;
A glicose foi substituída glicerol puro ou glicerol bruto; Todos os outros componentes foram as mesmas que as usadas na
subcultura; Para cada condição experimental, foram usadas três repetições, o desvio
padrão foi calculado.
Fig1: Schizochytrium sp.Fonte : Google imagens, 2013.
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Materiais e Métodos2. Pré-tratamento do glicerol bruto
Glicerol em bruto foi obtido a partir de tanto o biodiesel de refinaria Virgínia (West Point , VA, EUA) e Seattle biodiesel (Seattle, WA, EUA) ;
Ambas as refinarias usaram transesterificação por um catalisador alcalino para produzir o biodiesel a partir de óleo de soja;
O glicerol em bruto foi diretamente misturado com água do mar artificial que mostrou-se prejudicial para o crescimento celular (dados não apresentados);
O protocolo de pré-tratamento foi como se segue:
(1) a glicerina foi misturado com água destilada na proporção de 1:4 (v / v ) para reduzir a viscosidade do fluido ;
(2) o pH do fluido foi ajustado para cerca de 6,5 com ácido clorídrico;
(3) sólido precipitado foi separado da solução glicerol bruto por centrifugação a 5000 rpm ;
(4) após separação, foi adicionado nutrientes (incluindo glicerol) até um nível desejado .
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Materiais e Métodos
3. Análises
Concentração de Glicose: método Ácido 3,5-dinitrosalicílico;
Concentração de Glicerol e Metanol: HPLC;
Microalgas foram colhidas e secas em liofilizador, para quantificação de ácidos graxos em CG.
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Materiais e Métodos4. Planejamento experimental e análise de dados1 . Planejamento Plackett – Burman: Foi usado para analisar os fatores que
têm efeitos significativos sobre a produção de DHA a partir de glicerol bruto;
Tabela 1: Variáveis selecionadas no planejamento Plackett-Burman
Fonte: Adaptado de CHI et.al., 2007.
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Materiais e Métodos4. Planejamento experimental e análise de dadosTabela 2: O planejamento Plackett-Burman das variáveis (Peso seco de
células e produção de DHA como respostas)
Fonte: Adaptado de CHI et.al., 2007.
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Materiais e Métodos3. Planejamento experimental e análise de dados
2 . Planejamento composto central Os fatores significativos foram identificados no projeto Plackett - Burman ,
um planejamento composto central foi utilizado para otimizar seus níveis. A matriz de planejamento era um fator total 24 combinado com seis pontos
centrais, e oito pontos axiais onde uma variável foi fixado em um nível extremo, enquanto outras variáveis foram fixado em seu nível de ponto central;
Com base nos resultados experimentais obtidos na Tabela 3, as respostas (peso seco de células e produção de DHA) foram correlacionados como funções das variáveis por uma equação polinomial de segunda ordem;
O software Design- Expert (Stat -Ease Inc. Minneapolis , MN ) foi utilizado para essa correlação através regressão não-liner . O F- teste foi utilizado para avaliar a significância dos modelos.
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Materiais e Métodos3. Planejamento e análise de dados
Tabela 3: Níveis codificados e os valores reais das variáveis independentes no planejamento composto central
Fonte: Adaptado de CHI et.al., 2007.
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Materiais e Métodos3. Planejamento e análise de dadosTabela 4: O planejamento composto central das variáveis significativas (em
níveis codificados)
Fonte: Adaptado de CHI et.al., 2007.
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Resultados e discussão
1. Características do crescimento celular, consumo de nutrientes e perfil de ácidos graxos
Fig.1: Tempo de crescimento celular (A) e consumo do substrato (B)
Fonte: Adaptado de CHI et.al., 2007
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Resultados e discussão1. Características do crescimento celular, consumo de nutrientes e perfil
de ácidos graxos
Tabela 5: Crescimento celular, consumo do substrato e produção de DHA em S. limacinum usando glicose, glicerol puro e bruto
Fonte: Adaptado de CHI et.al., 2007
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Resultados e discussão1. Características do crescimento celular, consumo de
nutrientes e perfil de ácidos graxos
No perfil de ácidos graxos totais, o melhor resultado foi para o glicerol bruto que apresentou 505,69 mg/g de peso seco de células;
Efeito do concentração de metanol mostrou que para 75g/L de glicerol para que haja viabilidade celular no crescimento das microalgas seria cerca de 15g/L de concentração de metanol;
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Resultados e discussão
Tabela 7: Efeito da concentração do glicerol bruto
Fonte: Adaptado de CHI et.al., 2007
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Resultados e discussão
Tabela 8: Comparação do experimental e do previsto em relação as condições ótimas da cultura
Fonte: CHI et.al., 2007
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Resultados e discussão
Fig.2: Resposta da superfície em 3D (A) do peso seco das células e (B) Rendimento de DHA em função do acetato de amônio e temperatura.
Fonte: CHI et.al., 2007
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Conclusão
O trabalho aqui apresentado mostraram a possibilidade de utilizar menos glicerol em bruto da indústria de biodiesel para produzir DHA usando cultura de microalgas;
O teor de glicerol em bruto ideal para a produção de DHA de microalgas foi de cerca de 100 g/L;
Utilização da estatística com base nos planejamentos experimentais, verificou-se que temperatura e acetato de amônio foram fatores que influenciaram significativamente a produção de DHA das microalgas a partir de glicerol em bruto.
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Conclusão O nível ideal desses dois fatores para a produção de DHA
foram determinada com a temperatura de 19,2 ºC e 1,0 g/L de acetato de amônio;
Em as condições ótimas da cultura, o conteúdo de DHA na biomassa microalgal foi mais do que 20%, com um rendimento de DHA de 4,91 g/L;
A aplicação bem sucedida deste processo poderá ter um impacto significativo na indústria do biodiesel como ajuda para resolver o problema da eliminação do glicerol, enquanto produz simultaneamente um nutracêutico valioso.
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Referências
A LABORATORY STUDY OF PRODUCING DOCOSAHEXAENOIC ACID FROM BIODIESEL-WASTE GLYCEROL BY MICROALGAL FERMENTATION
PROCESS BIOCHEMISTRY ,2007Zhanyou Chi , Denver Pyle, Zhiyou Wen , Craig Frear, Shulin
Chen1542 Z. Chi et al. / Process Biochemistry 42 (2007) 1537–