CINÉTICA DE EXTRAÇÃO DE LIPÍDIOS DE MICROALGA SPIRULINA

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1 Universidade Federal do Rio Grande - FURG Escola de Química e Alimentos Laboratório de Operações Unitárias CINÉTICA DE EXTRAÇÃO DE LIPÍDIOS DE MICROALGA SPIRULINA Msc. Ricardo Scherer Pohndorf Prof. Dr. Luiz Antonio de Almeida Pinto Novembro, 2013

2 Introdução Microalgas são organismos fotossintetizantes (utilizam luz solar e CO 2 para produzir biomassa). Potencial para produção de biomassa. Podem ser cultivadas em tanques ou em terras não aráveis, sem competir com alimentos.

3 Introdução Biocombustíveis (bioetanol, biometano, biodiesel); Alimento (proteínas, carboidratos, lipídios); Ração animal; compostos bioativos (fenóis, caroenóides, esteróis); Pigmentos (clorofila, beta-caroteno, ficocianina, luteína).

4 Introdução As microalgas têm sido investigadas como fonte para produção de biocombustíveis, alimento, ração e compostos bioativos. Em comparação com culturas agrícolas tradicionais possuem elevada produtividade de lipídios, proteínas e carboidratos.

5 Introdução Devido à demanda crescente por alimentos e fontes alternativas de energia, os lipídios de microalga têm despertado interesse por serem ricos em ácidos graxos insaturados de cadeia longa. As microalgas contêm diversos compostos bioativos associados à prevenção de doenças.

6 Introdução Compostos fenólicos e carotenóides possuem caráter antioxidante e atuam na prevenção de câncer e doenças cardiovasculares. Ácidos graxos poliinsaturados de cadeia longa (ômega 3), também estão associados a prevenção de doenças cardiovasculares. Esteróis possuem papel importante na diminuição dos níveis de colesterol LDL e atividade antiinflamatória.

7 Introdução A obtenção de lipídios de microalgas em grande escala depende de avanços nas técnicas de produção de biomassa, extração de lipídios, refino e aspectos de engenharia. Vários métodos tem sido avaliados para extração de lipídios em microalgas (mecânicos e químicos).

8 Introdução Principais fatores que interferem na extração de lipídios em microalgas são o tipo de solvente, tamanho de partícula, métodos de ruptura celular, temperatura, tempo e secagem da biomassa (umidade do material). Diversos estudos estão sendo realizados sobre diferentes métodos de extração, entretanto o estudo cinético da extração de lipídios de microalgas tem sido pouco investigado.

9 Objetivos Este trabalho objetivou o estudo da cinética de extração de lipídios de microalga Spirulina sp. LEB-18 utilizando hexano como solvente em diferentes temperaturas. As interpretações cinéticas foram baseadas nos modelos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e de ordem n.

10 Material e métodos A microalga Spirulina sp. LEB-18 foi adquirida junto ao Laboratório de Engenharia Bioquímica (LEB-FURG), e cultivada segundo o procedimento apresentado por Borges et al. (2013). A secagem foi realizada em secador de bandejas, com escoamento paralelo de ar, utilizando temperatura de 60ºC e tempo de 210 min, segundo Oliveira et al. (2010).

11 Material e métodos Preparo da microalga seca A biomassa microalgal com 8,3 % de umidade foi triturada em moinho de facas e moída em moinho de bolas, onde obteve diâmetro médio de partícula de 0,12 mm, determinado por peneiramento.

12 Material e métodos Procedimento experimental O experimento foi conduzido em um balão de três bocas (500 ml), onde foi acoplado um condensador de refluxo e um termômetro. Foi utilizado agitador magnético (400 RPM) com chapa de aquecimento para controlar a temperatura e homogeneizar o sistema. Amostras de 10 ml foram retiradas e centrifugadas em rotação de 1500 x g por 3 min e o solvente foi evaporado em estufa até peso constante.

13 Material e métodos Procedimento experimental A massa de sólidos decantada durante a centrifugação retornava ao sistema de extração juntamente com o mesmo volume de solvente retirado, para manter a proporção de microalga para solvente. O solvente utilizado foi hexano devido sua baixa polaridade e a proporção solvente:sólido foi de 6:1 (ml/g). As temperaturas de extração testadas foram 20, 40 e 60 ºC. Estes valores foram obtidos por meio de testes preliminares e dados de literatura.

14 Material e métodos Determinação do teor de lipídios O teor de lipídios foi calculado para cada tempo de extração e para as diferentes temperaturas. O teor de lipídios foi obtido por meio da relação entre a massa de lipídios extraída e a massa de microalga em base seca, e expresso em gg -1.

15 Material e métodos X A1 ( 1 exp( k1t )) Eq. 1 X 2 k2ta2 1 ( k2ta2 ) Eq. 2 X A 3 n 1 1/( n 1) k ( A ) t( n 1) A 3 Eq. 3 2 h k 2 A 2 k k 0 e RT Eq. 4 abs Eq. 5 Ea

16 Material e métodos Análise estatística dos modelos ajustados Os parâmetros cinéticos foram determinados pelo ajuste dos modelos com os dados experimentais, através de regressão não linear. A qualidade do ajuste e a precisão dos parâmetros cinéticos foram medidos através de coeficiente de determinação (R 2 ), Coeficiente de determinação ajustado (R 2 ajustado) e Erro Médio Relativo (EMR).

17 Resultados e discussão X(g de lipídios / g de microalga seca) 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0, Tempo (min) 20 ºC 40 ºC 60 ºC Fig. 1. Curvas cinéticas de extração de lipídios de Spirulina sp. LEB-18.

18 Resultados e discussão Tab. 1. Parâmetros cinéticos para a extração de lipídios de microalga Spirulina sp. LEB-18, para o modelo de pseudo-primeira ordem. Temperatura (ºC) X 1 0,0097 0,0175 0,0216 k 1 0,035 0,059 0,116 R² 0,770 0,813 0,847 R² ajustado 0,758 0,803 0,840 ARE (%) 8,94 4,48 4,10

19 Resultados e discussão Tab. 2. Parâmetros cinéticos para a extração de lipídios de microalga Spirulina sp. LEB-18, para o modelo de pseudo-segunda ordem. Temperatura (ºC) X 2 0,0105 0,0191 0,0227 k 2 5,520 4,170 8,165 h 2 0,001 0,002 0,004 R² 0,882 0,939 0,959 R² ajustado 0,876 0,936 0,957 ARE (%) 6,32 2,39 1,65

20 Resultados e discussão Tab. 3. Parâmetros cinéticos para a extração de lipídios de microalga Spirulina sp. LEB-18, para o modelo de ordem n. Temperatura (ºC) X 3 0,0183 0,0261 0,0260 k 3 2,60E+09 1,05E+05 2,88E+03 n 7,057 4,758 3,535 hn 0,001 0,003 0,007 R² 0,961 0,974 0,981 R² ajustado 0,957 0,971 0,979 ARE (%) 3,61 2,21 1,61

21 Conclusão As curvas cinéticas mostraram que o aumento da temperatura proporcionou um aumento no teor de lipídios extraídos e na velocidade de extração. Na temperatura de 60 ºC, 90% dos lipídios foram extraídos em 60 min. O modelo de ordem n apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais.

22 Referências bibliográficas BALASUBRAMANIAN, R. K.; DOAN, T. T. Y.; OBBARD, J. P. Factors affecting cellular lipid extraction from marine microalgae. Chemical Engineering Journal, v , p , BORGES, J. A.; ROSA, G. M.; MEZA, L. H. R.; HENRARD, A. A.; SOUZA, M. R. A. Z.; COSTA, J. A. V. Spirulina sp. leb-18 culture using effluent from the anaerobic digestion. Brazilian Journal of Chemical Engineering, v. 30, n. 02, p , OLIVEIRA, E. G.; DUARTE, J. H.; MORAES, K.; CREXI, V. T.; PINTO, L. A. A. Optimisation of Spirulina platensis convective drying: evaluation of phycocyanin loss and lipid oxidation. International Journal of Food Science and Technology, v. 45, p , LEE, J-Y.; YOO, C.; JUN, S-Y.; AHN, C-Y.; OH, H-M. Comparison of several methods for effective lipid extraction from microalgae. Bioresource Technology, v. 101, p , SUGANYA, T.; RENGANATHAN, S. Optimization and kinetic studies on algal oil extraction from marine macroalgae Ulva lactuca. Bioresource Technology, v. 107, p , 2012.