Desenvolvimento de meio de cultivo para produção de microalgas e cianobactéria utilizando fósforo proveniente da cinza de palma de óleo

Abstract

Resumo: O fósforo (P) é um elemento vital para todos os organismos, porém a alta demanda por este mineral pode levar suas reservas a serem exauridas em algumas décadas. O desperdício deste nutriente e a falta de controle do fluxo de fósforo tem encorajado diversas pesquisas a serem conduzidas no âmbito de reaproveitar o fósforo de uma variedade de resíduos. Assim como outros organismos, microalgas e cianobactérias necessitam de fósforo disponível para o seu crescimento. Estes organismos emergem no cenário mundial como fontes de compostos importantes como proteínas, ácidos graxos e pigmentos. Dessa forma, o presente estudo buscou otimizar a extração ácida do fósforo de cinza de biomassa de palma, e desenvolver meio de cultivo para cianobactéria e microalga, a partir do extrato de cinza de palma. A extração ácida da cinza de biomassa de palma realizada por HNO3 sob condições de 70°C; 0,02 mol H+/g de cinza; 150mL/g de cinza apresentou resultados de 97,52% de dissolução do fósforo. A otimização realizada através de um planejamento fatorial 33 indicou que, sob grau de confiança de 0,05, os fatores temperatura e mol de H+/g de cinza contribuíram significativamente para uma maior dissolução do P, enquanto que a cinética de dissolução do P permitiu concluir que entre 8 e 10h são suficientes para extrair o fósforo esperado da cinza de biomassa de palma. O uso de HNO3 foi justificado por ser o acidificante responsável pela extração do P e por ser posteriormente a fonte de nitrogênio no cultivo de microalgas e cianobactéria. A condição de extração 70°C; 0,02 mol H+/g de cinza; 150mL/g de cinza gerou um meio denominado BAX, com relação N/P de 16,9/1 Ao final de 31 dias, Spirulina platensis e Neochloris oleoabundans, e ao final de 27 dias Dunaliella salina, cultivadas em meio BAX proveniente de extrato de cinza de palma, apresentaram 82, 90 e 100% respectivamente, da concentração observada nos meios controles. As produtividades de 0,063, 0,026 e 0,021 g/L.dia foram obtidas para Spirulina platensis, Neochloris oleoabundans e Dunaliella salina respectivamente, apenas com correção de pH e suplementação de NaCl para Dunaliella salina. A quantidade de fosfato removida dos cultivos em meio BAX foram semelhantes aos encontrados nos meios controles, onde Neochloris oleoabundans e Dunaliella salina apresentaram uma remoção quase que completa de fosfato dos meios. O escalonamento com S. platensis em um cultivo de 120 litros apresentou concentração de 1,60 g/L e produtividade de 0,045 g/L.dia após 31 dias de cultivo, mostrando que o cultivo de microalgas e cianobactéria é possível em meio formulado a partir de extrato aquoso de cinza de biomassa de palma. Palavras-chave: Microalga; extração de fósforo; relação de Redfield; meio de cultura; cinza de biomassa.

Abstract: Phosphorus (P) is a vital element for all organisms, but the high demand for this mineral may lead its reserves to near exhaustion in a few decades. The waste of this nutrient and the lack of control of the phosphorus flow has encouraged many researchers to study the reuse of the phosphorus from a variety of residues. Like other organisms, microalgae and cyanobacteria also require phosphorus available for their growth. These organisms emerge on the World as sources of important compounds like proteins, fatty acids and pigments. Thus, the present study sought to optimize the acid extraction of the phosphorus from palm oil biomass ash, and to develop a culture media for cyanobacteria and microalgae, from the palm oil biomass ash extract. Acid extraction of palm oil biomass ash by HNO3 under conditions of 70°C; 0.02 mol H+/g of ash; 150mL/g of ash presented results of 97.52% of phosphorus dissolution. The optimization performed through a factorial design 33 indicated that, under a confidence level of 0.05, the factors temperature and mols of H+/g of ash contributed significantly to a higher dissolution of P, while kinetics of P dissolution allowed to conclude that between 8 and 10 hours are sufficient to extract the expected phosphorus from the palm oil biomass ash. The use of HNO3 was justified due to its acidification capacity, responsible for the P extraction and also for being later the source of nitrogen in the cultivation of microalgae and cyanobacteria. The extraction condition 70°C; 0.02 mol H+/g of ash; 150mL/g of ash generated a media called BAX with N/P ratio of 16.9/1. At the end of 31 days, Spirulina platensis and Neochloris oleoabundans, and at the end of 27 days Dunaliella salina, grown in BAX medium from palm oil ash extract, presented 82, 90 and 100%, respectively, of the concentration observed in the control media. The productivity of 0.063, 0.026 and 0.021 g/L.day were obtained for Spirulina platensis, Neochloris oleoabundans and Dunaliella salina respectively, only with pH correction and NaCl supplementation for Dunaliella salina. The amount of phosphate removed from the BAX medium were similar to those found in the control media, where Neochloris oleoabundans and Dunaliella salina showed almost complete phosphate removal from the media. A scaling up with S. platensis in a 120 liter culture showed a concentration of 1.60 g/L and productivity of 0.045 g/L.day after 31 days of growth, showing that the cultivation of microalgae and cyanobacteria is possible in medium formulated from aqueous extract of palm biomass ash. Keywords: Microalgae; phosphorus extraction; Redfield Ratio; culture media; biomass ash.