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Title: Avaliação do potencial da microalga Chlamydomonas sp. cultivada em sistema aberto como fonte de metabólitos de alto valor agregado com aplicações integradas ao setor de biocombustíveis, visando uma perspectiva biorrefinária
Authors: Gomes, Anderson Fernandes
Keywords: Microalga;Biorrefinaria;Bioatividade;Extratos;Biomassa
Issue Date: 28-Feb-2019
Citation: GOMES, Anderson Fernandes. Avaliação do potencial da microalga Chlamydomonas sp. cultivada em sistema aberto como fonte de metabólitos de alto valor agregado com aplicações integradas ao setor de biocombustíveis, visando uma perspectiva biorrefinária. 2019. 121f. Tese (Doutorado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.
Portuguese Abstract: No contexto da biorrefinaria, as microalgas vêm sendo descritas como matéria-prima com potencial a ser explorado, visando tornar a produção de biomassa microalgal economicamente viável. Neste estudo, a microalga Chlamydomonas sp. foi cultivada por 2 dias em lagoas fotossintéticas e submetida à ausência de nutrientes durante 3 dias, sendo a influência do estresse nutricional avaliada comparativamente ao grupo controle (CTG). Posteriormente, a eficiência da extração da fração lipídica hexânica bruta (CHF), utilizando agitação mecânica associada à técnica de ultrassom, foi avaliada em dois tempos distintos (2 e 4 horas). Além disso, as biomassas antes do processo extrativo (BBE), assim como as biomassas residuais oriundas da fração hexânica (RBHF2h e RBHF4h) foram monitoradas por MEV e análise termogravimétrica (TGA). Os valores de proteína bruta e o potencial calorífico superior (HHV) foram estimados em função da composição elementar das biomassas RBHF2h e RBHF4h. A fração clorofórmica bruta (CCF) foi obtida a partir da RBHF4h (extração com clorofórmio). As frações CCF e CHF hidroesterificadas foram caracterizadas por TGA, FTIR e CG/EM. As micrografias das superfícies das biomassas antes e após o processo extrativo mostram fragmentação significativa apenas para RBFH4h. As curvas TG evidenciam pronunciadas perdas de massa, no intervalo temperatura característico de lipídios, resultados coerentes com a expressiva diferença de material extraído nos tempos de 2 h (2,95±0,28)% e 4 h (10,54±0,46)%. A fração lipídica total foi de aproximadamente 29%, representando um aumento de 58% em relação ao CTG. A RB revelou valores estimados de HHV e proteína bruta de 18 MJ kg-1 e 56 % respectivamente. Os dados de TGA para o extrato CCF revela um material constituído majoritariamente por frações saponificáveis, diferentemente do CHF que é composto predominantemente por insaponificáveis. Portanto, a curva TGA ratificou uma melhor taxa de conversão para CCF (aproximadamente 89%), condizente ao valor mostrado pelo CG/EM (cerca de 86%). O perfil graxo para as frações saponificáveis de ambos os extratos mostra que os ácidos graxos majoritários são os C16:0 e C18:3 (ω-3 e ω-6). Adicionalmente, a biomassa residual previamente fracionada por n-hexano e clorofórmio (CTG) e seu extrato metanólico bruto (CEM) foram estudadas na perspectiva de investigar potencialidades que poderiam ser integradas a produção de biocombustíveis. Neste contexto, diferentes linhagens celulares foram tratadas com o CEM para avaliar sua citoxicidade e seu potencial imunomodulatório frente a macrófagos. Os resultados mostram significativa viabilidade celular (até 400 µg mL-1 ) para todas linhagens testadas, relevante ação antiproliferativa frente a linhagem B16-F10 e ação inibitória na produção de óxido nítrico (cerca de 75%) para a linhagem de macrófagos RAW 264.7. apontando promissora ação anti-inflamatória. As análises por CG/EM revelaram a presença de 22 substâncias, incluindo o fitol e campesterol, dentre os fitoconstituintes majoritários. Adicionalmente o valor do HHV (17,98 MJ kg-1) indica que a biomassa exibe bom potencial calorífico, sendo semelhante aos materiais lignocelulósicos que são comumente empregados na produção de energia térmica.
Abstract: In the context of biorefinery, how microalgae are being described as raw material with potential to be exploited, making it an economically viable microalgal biomass production. In this study, a microalga Chlamydomonas sp. was cultivated for 2 days in photosynthetic ponds and submitted to nutrient absence for 3 days, being an influence of nutritional stress evaluated compared to the control group (CTG). Subsequently, an extraction efficiency of crude hexane lipid fraction (CHF), using mechanical agitation associated with the ultrasound technique, was evaluated at two different times (2 and 4 hours). In addition, as biomass before the extractive process (BBE), as well residual biomass from hexane fraction (RBHF2h and RBHF4h) were monitored by SEM and thermogravimetric analysis (TGA). The crude protein values and the upper calorific potential (HHV) were estimated as a function of the elemental composition of the RBHF2h and RBHF4h biomasses. The crude chloroform fraction (CCF) was obtained from RBHF4h (extraction with chloroform). The hydroesterified CCF and CHF fractions were characterized by TGA, FTIR and CG/MS. The micrographs of the biomass surfaces before and after the extraction process show significant fragmentation only for RBFH4h. TG curves show pronounced mass loss in the characteristic lipid temperature range, results consistent with the significant difference in material extracted at 2 h (2.95± 0.28)% and 4 h (10.54±0,46)%. The total lipid fraction was approximately 29%, representing a 58% increase over CTG. RB revealed estimated HHV and crude protein values of 18 MJ kg-1 and 56% respectively. TGA data for CCF extract reveals a material consisting mainly of saponifiable fractions, unlike CHF which is predominantly unsaponifiable. Therefore, the TGA curve ratified a better conversion rate for CCF (approximately 89%), consistent with the value shown by GC/MS (about 86%). The fatty profile for the saponifiable fractions of both extracts shows that the major fatty acids are C16:0 and C18:3 (ω-3 and ω-6). Additionally, residual biomass previously fractionated by n-hexane and chloroform (CTG) and their crude methanolic extract (CEM) were studied in order to investigate potentialities that could be integrated into biofuel production. In this context, different cell lines were treated with CEM to evaluate their cytotoxicity and their immunomodulatory potential against macrophages. The results show significant cell viability (400 µg mL-1) for all strains tested, relevant antiproliferative action against B16- F10 strain and inhibitory action on nitric oxide production (about 75%) for RAW 264.7 macrophage strain. pointing promising anti-inflammatory action. GC/MS analyzes revealed the presence of 22 substances, including phytol and campesterol, among the major phytoconstituents. Additionally, the HHV value (17.98 MJ kg-1) indicates that biomass exhibits good calorific potential, being similar to the lignocellulosic materials that are commonly used in thermal energy production.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28609
Appears in Collections:PPGQ - Doutorado em Química

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