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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
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Universidade Federal do Rio Grande - FURGEscola 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
Introdução
Microalgas são organismos fotossintetizantes
(utilizam luz solar e CO2 para produzir
biomassa).
Potencial para produção de biomassa.
Podem ser cultivadas em tanques ou em terras
não aráveis, sem competir com alimentos.
Introdução
Biocombustíveis (bioetanol, biometano, biodiesel);
Alimento (proteínas, carboidratos, lipídios);
Ração animal;
compostos bioativos (fenóis, caroenóides, esteróis);
Pigmentos (clorofila, beta-caroteno, ficocianina,
luteína).
Introdução
As microalgas têm sido investigadas como fonte paraprodução de biocombustíveis, alimento, ração ecompostos bioativos.
Em comparação com culturas agrícolas tradicionaispossuem elevada produtividade de lipídios, proteínas ecarboidratos.
Introdução
Devido à demanda crescente por alimentos e fontesalternativas de energia, os lipídios de microalga têmdespertado interesse por serem ricos em ácidos graxosinsaturados de cadeia longa.
As microalgas contêm diversos compostos bioativosassociados à prevenção de doenças.
Introdução
Compostos fenólicos e carotenóides possuem caráterantioxidante e atuam na prevenção de câncer e doençascardiovasculares.
Esteróis possuem papel importante na diminuição dos níveisde colesterol LDL e atividade antiinflamatória.
Ácidos graxos poliinsaturados de cadeia longa (ômega 3),também estão associados a prevenção de doençascardiovasculares.
Introdução
A obtenção de lipídios de microalgas em grande escaladepende de avanços nas técnicas de produção debiomassa, extração de lipídios, refino e aspectos deengenharia.
Vários métodos tem sido avaliados para extração delipídios em microalgas (mecânicos e químicos).
Introdução
Principais fatores que interferem na extração de lipídios emmicroalgas são o tipo de solvente, tamanho de partícula,métodos de ruptura celular, temperatura, tempo e secagemda biomassa (umidade do material).
Diversos estudos estão sendo realizados sobre diferentesmétodos de extração, entretanto o estudo cinético daextração de lipídios de microalgas tem sido poucoinvestigado.
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.
Material e métodos
A microalga Spirulina sp. LEB-18 foi adquirida junto aoLaboratório de Engenharia Bioquímica (LEB-FURG), ecultivada segundo o procedimento apresentado porBorges 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).
Material e métodos
Preparo da microalga seca
A biomassa microalgal com 8,3 % de umidade foi trituradaem moinho de facas e moída em moinho de bolas, ondeobteve diâmetro médio de partícula de 0,12 mm,determinado por peneiramento.
Material e métodos
Procedimento experimental
O experimento foi conduzido em um balão de três bocas(500 ml), onde foi acoplado um condensador de refluxo eum termômetro. Foi utilizado agitador magnético (400 RPM)com chapa de aquecimento para controlar a temperatura ehomogeneizar o sistema.Amostras de 10 ml foram retiradas e centrifugadas emrotação de 1500 x g por 3 min e o solvente foi evaporadoem estufa até peso constante.
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.
Material e métodos
Determinação do teor de lipídios
O teor de lipídios foi calculado para cada tempo de extraçãoe para as diferentes temperaturas. O teor de lipídios foiobtido por meio da relação entre a massa de lipídiosextraída e a massa de microalga em base seca, e expressoem gg-1.
Material e métodos
))exp(1( 11 tkAX
)(1 22
2
22
tAk
tAkX
2
22 Akh
)1/(11
33
33
1)1()(
nn ntAk
AAX
absRT
Ea
ekk
0
Eq. 1
Eq. 2
Eq. 3
Eq. 4 Eq. 5
Material e métodos
Análise estatística dos modelos ajustados
Os parâmetros cinéticos foram determinados pelo ajustedos modelos com os dados experimentais, através deregressão não linear.
A qualidade do ajuste e a precisão dos parâmetros cinéticosforam medidos através de coeficiente de determinação (R2),Coeficiente de determinação ajustado (R2
ajustado) e ErroMédio Relativo (EMR).
Resultados e discussão
Fig. 1. Curvas cinéticas de extração de lipídios de Spirulina sp.
LEB-18.
Tempo (min)
0 100 200 300 400
X(g
de lip
ídio
s / g
de m
icro
alg
a s
ec
a)
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
20 ºC
40 ºC
60 ºC
Resultados e discussão
Tab. 1. Parâmetros cinéticos para a extração de lipídios de microalgaSpirulina sp. LEB-18, para o modelo de pseudo-primeira ordem.
Temperatura (ºC) 20 40 60
X1 0,0097 0,0175 0,0216
k1 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
Resultados e discussão
Temperatura (ºC) 20 40 60
X2 0,0105 0,0191 0,0227
k2 5,520 4,170 8,165
h2 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
Tab. 2. Parâmetros cinéticos para a extração de lipídios de microalgaSpirulina sp. LEB-18, para o modelo de pseudo-segunda ordem.
Resultados e discussão
Temperatura (ºC) 20 40 60
X3 0,0183 0,0261 0,0260
k3 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
Tab. 3. Parâmetros cinéticos para a extração de lipídios de microalgaSpirulina sp. LEB-18, para o modelo de ordem n.
As curvas cinéticas mostraram que o aumento datemperatura proporcionou um aumento no teor delipídios extraídos e na velocidade de extração.
Na temperatura de 60 ºC, 90% dos lipídios foramextraídos em 60 min.
O modelo de ordem n apresentou o melhor ajuste aosdados experimentais.
Conclusão
BALASUBRAMANIAN, R. K.; DOAN, T. T. Y.; OBBARD, J. P. Factors affecting cellular lipid
extraction from marine microalgae. Chemical Engineering Journal, v. 215-216, p. 929–936,
2013.
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A. V. Spirulina sp. leb-18 culture using effluent from the anaerobic digestion. Brazilian Journal of
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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. 1572–1578, 2010.
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lipid extraction from microalgae. Bioresource Technology, v. 101, p. 75–77, 2010.
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marine macroalgae Ulva lactuca. Bioresource Technology, v. 107, p. 319–326, 2012.
Referências bibliográficas
