Obtenção de ácidos graxos de biomassa úmida de microalgas através de saponificação

Abstract

Resumo: As microalgas apresentam inúmeras aplicações biotecnológicas por serem excelentes fontes de proteínas, carboidratos, carotenos e ácidos graxos. Mais recentemente, tem-se avaliado o potencial de extração de lipídios de microalgas para produção de biodiesel. O núcleo de pesquisa e desenvolvimento em energia autossustentável tem investido nessas pesquisas. No entanto inúmeras são as etapas de pesquisa e desenvolvimento para que se possa tornar esta matriz viável para a produção de biocombustível, um dos principais desafios é a extração o óleo de microalgas. Este trabalho teve por objetivo geral desenvolver um metodologia de saponificação para extração de ácidos graxos da biomassa úmida de microalgas, uma vez que elas são cultivadas em meio aquoso e as metodologias clássicas de extração de óleo serem utilizadas para matrizes secas. Para isso, foram cultivados 4 lotes de biomassa de microalgas do gênero Scenedesmus, dois cultivados em sala de cultivo climatizada, e dois cultivados em fotobiorreator tubular externo com capacidade para 10 m3 de cultivo. A biomassa foi floculada com NaOH. A extração por saponificação foi realizada utilizando a biomassa úmida, etanol e KOH segundo um planejamento fatorial variando volume de etanol, umidade da amostra e concentração do álcali. Paralelamente a estes ensaios, foram extraídos lipídios totais dos lotes pelos métodos clássicos de Bligh e Dyer (1959) e Soxhlet (1879). Os extratos obtidos por todas as metodologias foram submetidos à esterificação pelo método de Harman e Lago(1973), e os ésteres submetidos à análise por cromatografia gasosa para identificação dos componentes em termos de ácidos graxos. Propriedades do biodiesel de microalgas como índice de saponificação e de iodo foram calculadas. Os rendimentos em ácidos graxos foram melhores para a condição central (80% umidade e solução KOH 5%) nos lotes 1 e 2, ficando em torno de 12 %, satisfatório para a espécie trabalhada. Gráficos de superfície de resposta foram confeccionados no software STATISTICA e indicaram que o uso de uma solução alcoólica inferior a 8% de KOH e umidade entre 50 e 80% apresentam resultados semelhantes para extração por saponificação. O rendimento e lipídios totais por Bligh e Dyer e Soxhlet foi superior ao da saponificação(14-16%), porém a conversão dos extratos graxos de saponificação em biodiesel foi elevada, ao redor de 90% para os lotes 1 e 2, demonstrando a pureza do material extraído, enquanto que a partir dos lipídios totais a mesma ficou entre 60-75%. Os cromatogramas de ambas as metodologias foram semelhantes e ácidos graxos palmítico e oléico foram identificados, acarretando melhoria das propriedades do biodiesel de microalgas. O processo de saponificação foi realizado em escala piloto na condição central e resultou em um rendimento ao redor de 12 % em ácidos graxos, considerado satisfatório.

Abstract: Microalgae have numerous biotechnological applications because they are excellent sources of protein, carbohydrates, fatty acids and carotenes. More recently, the potential for extraction of lipids from microalgae for biodiesel production is being estudade. However numerous are the stages of research and development so that this source of oil becomes feasible for biofuel production, a major challenge is extracting oil from microalgae. this work, the goal is to develop a methodology for extraction saponification of fatty acids of wet biomass of microalgae, since they are grown in aqueous medium and the classical methods of oil extraction are used for dry matrices. For this, four batches were grown biomass of microalgae of the genus Scenedesmus, two crop grown in heated room, and two cultivated in tubular photobioreactor with external capacity of 10 m3 cultivation. The biomass was flocculated with NaOH. The extraction was performed by saponification using wet biomass, ethanol and KOH according to a factorial design varying volume of ethanol, the sample moisture and alkali concentration. In addition to these tests, total lipids were extracted by standard methods batches of Bligh and Dyer (1959) and soxhlet (1879). The extracts obtained by all the methods were subjected to esterification by the method of Harman and Lake (1973), and the esters analyzed by gas chromatography for identification of components in terms of fatty acids. Properties of biodiesel from microalgae as saponification number and iodine were calculated. The yields of fatty acids were better for the central condition (80% humidity and 5% KOH solution) in lots 1 and 2, and were around 12%, suitable for the species worked. Response surface Graphing were prepared at STATISTICA software, and indicated that use of an alcoholic solution less than 8% KOH and humidity between 50% and 80 show similar results for extraction by saponification. The yield and total lipids by Bligh and Dyer and Soxhlet was higher than the saponification (14-16%), but the conversion of fatty extracts of saponification biodiesel was high, around 90% for lots 1 and 2, demonstrating the purity of the extracted material, whereas from the same lipids ranged from 60-75%. The chromatograms of both methods were similar and palmitic and oleic fatty acids were identified, resulting in improving the properties of biodiesel from microalgae. The saponification process was conducted in a pilot scale in the central condition and resulted in a yield around 12% fatty acids, considered satisfactory.