Resumo
No presente estudo foram avaliados aspectos referentes ao crescimento, a estocagem de lipídeos e a captura de nutrientes do meio a partir da espécie de microalga Desmodesmus subspicatus cultivada em efluente doméstico bruto e tratado. A espécie foi submetida ao metabolismo autotrófico com iluminação constante (24 h) e heterotrófico sem iluminação; e para avaliar o metabolismo mixotrófico, foi aplicado fotoperíodo de 12:12 h fase clara e escura, respectivamente. Dos resultados obtidos, com relação aos aspectos de crescimento, se destacaram os cultivos submetidos aos metabolismos autotrófico e mixotrófico em efluente bruto. A espécie, obteve 3 picos de crescimento, no 8°, 13° e 21° dias, quando cultivada fototroficamente. No entanto, a densidade celular máxima (DCM), a produtividade (P), e a taxa de crescimento (r) foram maiores quando cultivadas mixotroficamente durante a fase exponencial de crescimento (4° ao 13° dia), sendo 1988.104 cel.mL-1, 0,347 mg.L-1.dia-1, 0,277 dia-1, respectivamente. O menor tempo de duplicação celular (k) de 0,138 dia-1) também foi observado para D. subspicatus quando submetida a metabolismo mixotrófico. No entanto, esta espécie cultivada sob metabolismo autotrófico, obteve uma captura de nutrientes mais rápida, obtendo-se a total depleção de P-PO43- e N-NH4+, no 3° e 4° dias, respectivamente. Para os cultivos realizados no efluente final, a espécie obteve os melhores resultados em termos de crescimento também na condição mixotrófica, onde se atingiu uma DCM de 1788.104 cel.mL-1, produtividade (P) 0,333 mg.L-1.dia-1, taxa de crescimento (r) de 0,268 dia-1 e um tempo de duplicação celular (k) de 0,144 dia-1. No entanto, a total depleção de nutrientes foi observada no 2° dia de cultivo na condição autotrófica, e mixotrófica paralelamente. Uma maior estocagem lipídica foi observada nos cultivos realizados mixotroficamente, porém uma maior concentração foi avaliada para o efluente final. Os resultados indicam que o comportamento mais favorável ao crescimento na condição mixotrófica, deve-se à necessidade de se obter uma fase escura paralela à clara para que se otimize a multiplicação celular. Já o rendimento lipídico, deve-se a um maior período de escassez nutricional sofrido pela biomassa no efluente tratado.
Introdução
Tecnologias baseadas na produção de microalgas para geração de bioenergia, já são estudadas há pelo menos 50 anos. No entanto, nos últimos anos os estudos sobre o tema têm aumentado em razão da crescente demanda por energia e os altos custos de produção e transporte do petróleo, além dos impactos ambientais negativos causados pela queima de combustíveis fósseis (BRENNAN et al., 2010).
Inúmeras culturas vegetais como, milho, soja, girassol, palma e cana de açúcar podem ser utilizadas na para este fim; no entanto, a produção de biodiesel a partir dessas espécies oleaginosas compete com a de alimentos, já que ambas necessitam de grandes áreas férteis para cultivo. Essa prática também tem aumentando a necessidade de desmatamento para obtenção de áreas livres, comprometendo a biodiversidade de uma região; além de promover mudanças na estrutura do mercado de alimentos, com aumento de preços e o uso de práticas agrícolas insustentáveis, e até mesmo a dinâmica social de uma região (DEMIRBAS, 2011).
A produção de biocombustível a partir de microalgas tem como principais vantagens: (i) a de não competir por áreas agricultáveis, (ii) não necessitar de agrotóxicos e consumo excessivo de água, e (iii) apresentar um alto rendimento de biomassa com elevado teor de triglicerídeos, essencial à produção de biocombustível. O cultivo para este fim, também pode ser realizado com a utilização de águas residuárias, desde que contenham teor satisfatório de carbono e nutrientes dissolvidos, como é o caso dos esgotos domésticos e vários efluentes industriais. Logo, esta prática também está associada à remediação dessas águas (BAHADAR et al., 2013; CHISTI, 2007).
O cultivo de algas de forma controlada é normalmente realizado em sistemas abertos ou fotobiorreatores fechados em diversas escalas. Nesses sistemas o cultivo pode ser conduzido de modo a se obter ganhos no volume da biomassa, produtividade lipídica e a remoção dos nutrientes e matéria orgânica. A eficiência desta prática depende principalmente de: (i) espécie (s) envolvida(s), (ii) do aporte de carbono e nutrientes, e também (iii) das condições de iluminação (MATA et al., 2010b).
Algumas espécies podem assumir diversos tipos de metabolismo, como o autotrófico, o heterotrófico e o mixotrófico, de acordo com o fotoperíodo ao qual são submetidas. Outros grupos ainda possuem a capacidade de modificar o metabolismo como resposta a alterações no meio. Essas alterações metabólicas podem atuar de modo a favorecer o desempenho de crescimento celular, a taxa de remoção de nutrientes do meio, ou mesmo, a estocagem de biomoléculas ativas, principalmente quando submetidas a um período de escassez nutricional, sendo uma estratégia para a produção controlada em larga escala, quando o objetivo é a produção de biomassa para a obtenção de biocombustíveis. (LI et al., 2011; LUO et al., 2016).
Dessa forma, a otimização dos sistemas de crescimento de algas e a maximização da produção de triglicerídeos, fazem parte dos esforços necessários para tornar a produção do biocombustível a partir microalgas, mais sustentável. A dupla utilização do cultivo de microalgas, tanto para tratamento de águas residuais e para geração de biocombustível, é por conseguinte, uma opção atraente em termos de redução do custo de produção.
Neste sentido, na presente pesquisa foi cultivado a espécie Desmodesmus subspicatus em efluente doméstico bruto e tratado final, sob diferentes metabolismos energéticos, de modo a determinar as formas para otimizar as taxas de crescimento, as concentrações de células em cultura, e assim, identificar condições de cultivo que promovessem uma melhor produção de lipídeos intracelular, paralelamente ao tratamento do efluente utilizado como meio de cultivo.
O trabalho foi executado em escala de laboratório, com uso de efluentes domésticos contendo diferentes proporções nutricionais, e submetendo-se a espécie aos metabolismos autotrófico, heterotrófico e mixotrófico, de modo a avaliar a melhor condição em termos de taxas de crescimento, paralela à remoção de nutrientes dissolvidos e à estocagem lipídica da espécie.
Autores: Sílvia Mariana S. Barbosa; Marcella Vianna Cabral Paiva; Sávia Gavazza; Mario Takayuki Kato e Lourdinha Florencio.
