Produção, extração e caracterização de polihidroxialcanoatos (PHAs) da biomassa de microalgas

Abstract

A crescente utilização de plásticos convencionais tem gerado preocupação com o grande acúmulo no ambiente, surgindo a necessidade de produção e utilização de polímeros biodegradáveis para substitui-los. Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são biopolímeros sintetizados intracelularmente por diversos microrganismos, como forma de armazenarmento de energia. As microalgas são fontes promissoras de PHAs, pois são os únicos microrganismos que acumulam PHAs pela fotossíntese, utilizando a luz como principal fonte de energia, e o CO2 como principal fonte de carbono, reduzindo os custos de produção, que se configura como maior obstáculo para comercialização dos PHAs. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi produzir e caracterizar PHAs da biomassa de diferentes microalgas, avaliando os métodos de extração e estratégias de cultivo para maior acúmulo de biopolimero. Inicialmente, a eficácia de seis métodos de extração de PHAs da biomassa de Spirulina sp. LEB-18 foi avaliada, considerando o rendimento da extração, pureza e propriedades (FTIR, massa molecular, índice de cristalinidade e composição monomérica) dos polímeros. Após 30 dias de cultivo obteve-se 1,02 g/L de biomassa, com rendimentos entre 6,10 a 9,80% de PHAs e graus de pureza entre 63,5 e 93,6%, dependendo do método de extração empregado. O uso do hipoclorito de sódio na etapa inicial da extração contribuiu para aumentar o rendimento, e o uso do metanol no final do processo aumentou a pureza dos biopolímeros. A massa molecular, o índice de cristalinidade e a composição dos PHAs variaram com os métodos de extração, demonstrando interferência do processo de extração nas propriedades dos polímeros. Constatou-se uma relação indireta (R2 = 0,80) entre o percentual do monômero 11-hidroxihexadecanoato e o grau de cristalinidade dos PHAs, sugerindo que o aumento de cadeias médias e longas na estrutura dos PHAs, contribui para isto. Na segunda etapa, foi avaliada a influência da disponibilidade de nitrogênio do meio de cultivo na produção e composição de biomassa (clorofila, proteínas, lipídios e ácidos graxos), e na produção e propriedades dos PHAs (FTIR, índice de cristalinidade, TGA e DSC). Chlorella minutíssima e Synechococcus subsalsus foram cultivadas em meio BG-11 e Spirulina sp. LEB-18 foi cultivada em meio Zarrouk. As cepas foram cultivadas em meio “padrão”, contendo todos os constituintes presentes em cada meio de cultivo, e em meio com redução de 70% de nitrogênio (meio limitado). O crescimento celular das microalgas foi reduzido no meio limitado de nitrogênio, assim como também houve alteração da composição bioquímica da biomassa, com maior armazenamento de moléculas carbonáceas, como lipídios e PHAs. C. minutissima não sintetizou PHA mesmo em ambiente limitado de nitrogênio, ao contrário de S. subsalsus (16% m/m de biomassa seca) e Spirulina sp. (12%). Os PHAs apresentaram diferentes propriedades térmicas e físicas, evidenciando a influência da cepa nas propriedades do polímero, formados majoritariamente por monômeros de cadeia longa (C14 a C18). Esta composição é uma novidade científica, uma vez que não foi registrada em PHAs sintetizados por outras microalgas. Os PHAs obtidos pelas duas microalgas podem ser utilizados em diversas áreas, com potencial para o desenvolvimento de embalagens devido a baixa cristalinidade.