Avaliação de diferentes métodos de extração, precipitação e recuperação de ficocianina da cianobactéria Spirulina sp.

Abstract

Resumo: Spirulina sp. é uma cianobactéria, procarionte, unicelular e filamentosa que produz ficobliproteínas, pigmentos acessórios responsáveis por auxiliar na absorção de luz para a fotossíntese, estão organizados em complexos proteicos, chamados ficobilissomos. Um dos pigmentos mais importantes produzidos por Spirulina sp. é a ficocianina, que possui coloração azul e propriedades antioxidantes, sendo bastante utilizada pelas indústrias de cosméticos e de alimentos, tendo alto valor agregado por ser um pigmento natural e hidrossolúvel. A produção de ficocianina exige etapas de cultivo da cianobactéria, extração, separação e purificação do pigmento, podendo gerar altos custos em todos os processos. Por isso buscam-se alternativas aos métodos de cultivo, extração e purificação, que possibilitem alto rendimento do pigmento e diminuição dos custos. Nesse trabalho, foram avaliados o crescimento de Spirulina sp. através de cinética em meio Zarrouk 100% e diluído em 50%, com o objetivo de se comparar o crescimento de biomassa microalgal e produção de ficocianina em um meio tradicional e com redução de nutrientes. Também foram correlacionados métodos de extração do pigmento, a partir de rompimento celular enzimático e mecânico, avaliando-se o rendimento e pureza do pigmento. Além disso, ensaios de separação e purificação por precipitação foram realizados, utilizando o sulfato de amônio através do desenvolvimento de uma curva de solubilidade. E ainda avaliando a possibilidade de precipitação com etanol e outros sais. Na produção de Spirulina durante o tempo, a maior concentração alcançada para o meio tradicional, foi de 1,39 g L-1 no 19º dia e 1,01 g L-1 para o meio diluído no 23º dia do cultivo. A concentração de ficocianina final foi de 37,6 mg g-1a partir de biomassa cultivada em Zarrouk 50% e de 70,60 mg g-1 em cultivo com Zarrouk 100%. Os resultados de extração, demonstraram rendimento de 98% da ficocianina na extração utilizando lisozima a 0,4 mg mL-1em biomassa seca. Os ensaios de precipitação foram realizados com extrato comercial e produzido no laboratório. Foi alcançada uma recuperação de 74,13% de ficocianina com 400 g L-1 de sulfato de amônio no extrato produzido e 63,15%, com 600 g L-1, no extrato com ficocianina comercial. A relação do pigmento com o etanol, mostrou solubilidade total da ficocianina em até 10% de álcool, a partir disso ocorre precipitação, tendo rendimento máximo de recuperação de 14,16 % e pureza de 0,27 com 100% de etanol, no extrato comercial e 4,17% de rendimento e pureza de 0,30 com 90% de etanol, no extrato produzido. Entre os outros sais testados como precipitantes, o Fosfato de potássio bibásico apresentou melhores resultados, precipitando cerca de 92,7% da ficocianina com 250 g L-1 do reagente.

Abstract: Spirulina sp. is a prokaryotic, unicellular, and filamentous cyanobacterium that produces phycobiliproteins, accessory pigments responsible for aiding in light absorption for photosynthesis, which are organized into protein complexes called phycobilissomes. One of the most important pigments produced by Spirulina sp. is phycocyanin, which has blue coloration and antioxidant properties and is widely used by the cosmetic and food industries, with high added value for being a natural and waters pigment. Phycocyanin production requires cyanobacteria cultivation, extraction, separation, and purification steps, which can generate high costs in all processes. Therefore, alternatives to cultivation, extraction, and purification methods are sought for high pigment yields and reduced costs. In this work, the growth of Spirulina sp. was evaluated through kinetics in Zarrouk medium 100% and diluted to 50%, to compare the growth of microalgal biomass and phycocyanin production in a traditional medium and with reduced nutrients. From enzymatic and mechanical cell disruption, pigment extraction methods were also correlated, evaluating pigment yield and purity. In addition, separation and purification tests by precipitation were performed. They were using ammonium sulfate through the development of a solubility curve. The possibility of precipitation with ethanol and other salts was also evaluated. In kinetics studies, the highest concentration achieved for the traditional medium was 1.39 g L-1 on day 19 and 1.01 g L-1 for the diluted medium on day 23 of cultivation. The final phycocyanin concentration was 37.6 mg g-1 from biomass grown in 50% Zarrouk and 70.60 mg g-1 in culture with 100% Zarrouk. The extraction results showed a 98% yield of phycocyanin on extraction using lysozyme at 0.4 mg mL-1 in dry biomass. Precipitation assays were performed with the commercial and laboratory-produced extract. A recovery of 74.13% phycocyanin was achieved with 400 g L-1 of ammonium sulfate in the produced extract and 63.15%, with 600 g L-1, in the extract with commercial phycocyanin. The relationship of the pigment with ethanol showed total solubility of phycocyanin in up to 10% alcohol, from which precipitation occurs, with a maximum recovery yield of 14.16% and purity of 0.27 with 100% ethanol in the commercial extract and 4.17% yield and purity of 0.30 with 90% ethanol in the extract produced. Among the other salts tested as precipitants, dipotassium phosphate showed better results, precipitating about 92.7% of phycocyanin with 250 g L-1 of the reagent.