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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.9.2023.tde-15062023-115454
Document
Author
Full name
Marcello Dapievi Bresaola
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Carvalho, Joao Carlos Monteiro de (President)
Matsudo, Marcelo Chuei
Palma, Mauri Sergio Alves
Teixeira, Antonio Carlos Silva Costa
 
Title in Portuguese
Estudo do reaproveitamento de meio de cultivo de microrganismos fotossintetizantes através de tratamento biológico
Keywords in Portuguese
Matéria orgânica
Meio de cultivo residual
Microalgas
Reuso
Tratamento biológico
Abstract in Portuguese
A microalga Ankistrodesmus braunii é um microrganismo fotossintetizante capaz de produzir elevadas concentrações de lipídios e proteínas que podem ser utilizados pela indústria alimentícia, cosmética e farmacêutica. Porém, como se trata de uma microalga, o seu cultivo em larga escala demanda a utilização de bastante água e sais para que se multipliquem em níveis satisfatórios. Este trabalho propõe uma metodologia de tratamento biológico desses meios de cultivo residuais, oriundos de um cultivo inicial, para viabilizar sua reutilização em cultivos posteriores evitando-se, assim, o desperdício de água e o descarte de sais e matéria orgânica no meio ambiente. Para obtenção de meio de cultivo residual de Ankistrodesmus braunii rico em matéria orgânica e pigmentos a ser tratado em diferentes condições experimentais para posterior reutilização em novo cultivo, esta microalga foi cultivada por processo semi-contínuo em meio de cultivo BOLD 3N em fotobiorreator tubular utilizando nitrato de sódio como fonte de nitrogênio, obtendo-se concentração de biomassa de 2358 ± 17 mg L-1. Foram realizados tratamentos biológicos do meio de cultivo residual por 72 horas, os quais consistiram em promover a multiplicação celular bacteriana presente em co-cultura com as microalgas, em temperaturas de 30 e 37 ºC e vazões de aeração de 0,1 e 1,0 vvm. Foi possível constatar que houve remoção de matéria orgânica, medida pela absorbância do meio de cultivo a 254 nm (A254) e pigmentos, medida pela absorbância do meio de cultivo a 440 nm (A440) do meio residual, pelas bactérias presentes no meio de cultivo, independentemente da condição de tratamento, embora uma maior remoção de A254 tenha ocorrido a 37 ºC e 1,0 vvm. Nessas condições, foi possível remover 67,8 % de matéria orgânica do meio de cultivo residual e 86,4% da quantidade de pigmentos. Pós-tratamentos realizados nos meios que sofreram tratamento biológico compreenderam somente centrifugação ou uso de carvão ativado em pó (CAP) seguido de centrifugação. A quantidade de matéria orgânica residual nos pós-tratamentos com CAP apresentou decréscimo linear até a concentração de 50 mg L-1 deste. Nestas condições, houve uma remoção de 27,5 % de matéria orgânica do meio tratado biologicamente a 37 ºC e 1,0 vvm, enquanto no póstratamento correspondente a apenas centrifugação a remoção de A254 foi de 7,9 %. Novos cultivos de Ankistrodesmus braunii foram feitos em agitadores rotativos com uso dos meios de cultivo tratados nas diferentes condições avaliadas, não sendo possível observar variação do crescimento celular microalgal entre eles, obtendo-se uma concentração celular de 1352 ± 46 mg L-1. Esses valores de concentração celular foram iguais àqueles obtidos em cultivos realizados com meio BOLD 3N novo nas mesmas condições experimentais (1338 ± 32 mg L-1). No meio não tratado, no entanto, não foi possível obter crescimento celular, o que indica a necessidade de tratamento do meio de cultivo proveniente de crescimento celular para que ele possa ser reutilizado no processo produtivo de cultivo desta microalga.
 
Title in English
Study of the reuse of culture medium of photosynthetic microorganisms through biological treatment
Keywords in English
Biological treatment
Microalgae
Organic matter
Residual culture medium
Reuse
Abstract in English
The microalgae Ankistrodesmus braunii is a photosynthetic microorganism capable of producing high concentrations of lipids and proteins that can be used by the food, cosmetic and pharmaceutical industries. However, as it is a microalga, its large-scale cultivation requires the use of plenty of water and salts for it to multiply at satisfactory levels. This work proposes a methodology for the biological treatment of these residual culture media, originating from an initial cultivation, to enable their reuse in subsequent cultivations, thus avoiding water waste and the disposal of salts and organic matter in the environment. To obtain residual culture medium of Ankistrodesmus braunii rich in organic matter and pigments to be treated under different experimental conditions for subsequent reuse in a new culture, this microalgae was cultivated by a semi-continuous process in BOLD 3N culture medium in a tubular photobioreactor using sodium nitrate as a source of nitrogen, obtaining a biomass concentration of 2,358 ± 17 mg L-1. Biological treatments of the residual culture medium were carried out for 72 hours, which consisted of promoting bacterial cell multiplication present in co-culture with the microalgae, at temperatures of 30 and 37 ºC and aeration flow rates of 0.1 and 1.0 vvm. It was possible to verify that there was removal of organic matter, measured by the absorbance of the culture medium at 254 nm (A254), and pigments, measured by the absorbance of the culture medium at 440 nm (A440), from the residual medium by the bacteria present in the culture medium, regardless of treatment condition, although greater A254 removal occurred at 37°C and 1.0 vvm. Under these conditions, it was possible to remove 67.8% of organic matter from the residual culture medium and 86.4% of the amount of pigments. Post-treatments carried out in media that underwent biological treatment comprised only centrifugation or the use of powdered activated carbon (PAC) followed by centrifugation. The amount of residual organic matter in CAP posttreatments presented a linear decrease up to a concentration of 50 mg L-1 of CAP. Under these conditions, there was a removal of 27.5% of organic matter from the biologically treated medium at 37 ºC and 1.0 vvm, while in the post-treatment corresponding to only centrifugation the removal of A254 was 7.9%. New cultivations of Ankistrodesmus braunii were carried out in a shaker using the culture media treated under the different evaluated conditions, and it was not possible to observe variation in microalgal cell growth between them, obtaining a cell concentration of 1,352 ± 46 mg L-1. These values of cell concentration were the same as those obtained in cultures performed with new BOLD 3N medium at the same experimental conditions (1,338 ± 32 mg L-1). In the untreated medium, however, it was not possible to obtain cell growth, which indicates the need to treat the culture medium from cell growth so that it can be reused in the productive process of cultivation of this microalga.
 
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Publishing Date
2023-06-22
 
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