Role of pH on antioxidants production by Spirulina (Arthrospira) platensis

Abstract Algae can tolerate a broad range of growing conditions but extreme conditions may lead to the generation of highly dangerous reactive oxygen species (ROS), which may cause the deterioration of cell metabolism and damage cellular components. The antioxidants produced by algae alleviate the harmful effects of ROS. While the enhancement of antioxidant production in blue green algae under stress has been reported, the antioxidant response to changes in pH levels requires further investigation. This study presents the effect of pH changes on the antioxidant activity and productivity of the blue green alga Spirulina (Arthrospira) platensis. The algal dry weight (DW) was greatly enhanced at pH 9.0. The highest content of chlorophyll a and carotenoids (10.6 and 2.4 mg/g DW, respectively) was recorded at pH 8.5. The highest phenolic content (12.1 mg gallic acid equivalent (GAE)/g DW) was recorded at pH 9.5. The maximum production of total phycobiliprotein (159 mg/g DW) was obtained at pH 9.0. The antioxidant activities of radical scavenging activity, reducing power and chelating activity were highest at pH 9.0 with an increase of 567, 250 and 206% compared to the positive control, respectively. Variation in the activity of the antioxidant enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD) was also reported. While the high alkaline pH may favor the overproduction of antioxidants, normal cell metabolism and membrane function is unaffected, as shown by growth and chlorophyll content, which suggests that these conditions are suitable for further studies on the harvest of antioxidants from S. platensis.

Variation of Spirulina maxima biomass production in different depths of urea-used culture medium

Fewer studies have assessed the outdoor cultivation of Spirulina maxima compared with S. platensis, although the protein content of S. maxima is higher than S. platensis. Spirulina growth medium requires an increased amount of NaHCO3, Na2CO3, and NaNO3, which increases the production cost. Therefore, the current study used a low-cost but high-efficiency biomass production medium (Medium M-19) after testing 33 different media. The medium depth of 25 cm (group A) was sub-divided into A1 (50% cover with a black curtain (PolyMax, 12 oz ultra-blackout), A2 (25% cover), and A3 (no cover). Similarly the medium depths of 30 and 35 cm were categorized as groups B (B1, B2, and B3) and C (C1, C2, and C3), respectively, and the effects of depth and surface light availability on growth and biomass production were assessed. The highest biomass production was 2.05 g L-1 in group A2, which was significantly higher (p < 0.05) than that in all other groups and sub-groups. Spirulina maxima died in B1 and C1 on the fifth day of culture. The biochemical composition of the biomass obtained from A2 cultures, including protein, carbohydrate, lipid, moisture, and ash, was 56.59%, 14.42%, 0.94%, 5.03%, and 23.02%, respectively. Therefore, S. maxima could be grown outdoors with the highest efficiency in urea-enriched medium at a 25-cm medium depth with 25% surface cover or uncovered.

A method to estimate the biomass of Spirulina platensis cultivated on a solid medium

This paper presents a method to estimate the biomass of Spirulina cultivated on solid medium with sugarcane bagasse as a support, in view of the difficulty in determining biomass concentrations in bioprocesses, particularly those conducted in semi-solid or solid media. The genus Spirulina of the family Oscillatoriaceae comprises the group of multicellular filamentous cyanobacteria (blue-green microalgae). Spirulina is used as fish feed in aquaculture, as a food supplement, a source of vitamins, pigments, antioxidants and fatty acids. Therefore, its growth parameters are extremely important in studies of the development and optimization of bioprocesses. For studies of biomass growth, Spirulina platensis was cultured on solid medium using sugarcane bagasse as a support. The biomass thus produced was estimated by determining the protein content of the material grown during the process, based on the ratio of dry weight to protein content obtained in the surface growth experiments. The protein content of the biomass grown in Erlenmeyer flasks on surface medium was examined daily to check the influence of culture time on the protein content of the biomass. The biomass showed an average protein content of 42.2%. This methodology enabled the concentration of biomass adhering to the sugarcane bagasse to be estimated from the indirect measurement of the protein content associated with cell growth.

Estudo do reaproveitamento de meio no cultivo de Arthrospira (Spirulina) platensis / Study of reuse of Arthrospira (Spirulina) platensis cultivation medium

Arthrosphira (Spirulina) platensis apresenta substâncias de interesse nas indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética. A produção industrial envolve uma quantidade muito grande de água e sua viabilidade deve contemplar o reuso do meio, visando uma diminuição de custos com nutrientes, bem como da poluição ambiental, tornando-se assim um processo sustentável. O presente trabalho teve como objetivo principal a avaliação do reaproveitamento do meio no cultivo de A. platensis usando tratamentos físico-químicos de floculação e adsorção. Para tanto, tal cianobactéria foi cultivada em fotobiorreator (FBR) tubular em processos de batelada alimentada e contínuo em intensidade luminosa de 120 µmol fótons m-2 s-1, sob controle de pH. Foram desenvolvidas técnicas de tratamento de meio de cultivo proveniente de processo descontínuo alimentado de A. platensis para a remoção de matéria orgânica (MO) e pigmentos (60 - 96 %), permitindo assim seu reuso em novos cultivos. A. platensis foi cultivada nos meios tratados utilizando frascos Erlenmeyer, com avaliação de parâmetros como concentração celular máxima (Xm), conteúdo de clorofila-a (Chl) e conteúdo de proteína na biomassa seca (PTN). No processo simultâneo de floculação e adsorção com carvão ativado em pó (CAP), foram testados dois agentes floculantes, cloreto férrico (F) e sulfato férrico (S) bem como diferentes tempos de contato. No processo simultâneo de floculação com F e adsorção com CAP, as condições ótimas foram: CAP = 24,4 mg L-1 e F = 20,3 mg L-1durante 30,4 min de tempo de contato; com obtenção de: Xm = 4893 ± 33 mg L-1, Chl = 24,3 ± 0,1 mg g-1, PTN = 36,1 ± 0,6 %. As condições ótimas de tratamento simultâneo de floculação com S e adsorção com CAP foram: CAP = 40,0 mg L-1 e S = 32,8 mg L-1 durante 36,1 min de tempo de contato, com obtenção de: Xm = 4863 ± 64 mg L-1, Chl = 24,5 ± 0,6 mg g-1, PTN = 60,1 ± 0,6 %. No processo sequencial de floculação com F seguido de adsorção com carvão ativado granulado (CAG), as condições ótimas foram atingidas com: CAG = 108,4 g e F = 10,0 mg L-1 durante 30,8 min de tempo de residência; obtendo-se: Xm = 3140 ± 77 mg L-1, Chl = 35,4 ± 0,2 mg g-1, PTN = 44,9 ± 0,0 %. Adicionalmente, os meios tratados nessas condições ótimas de cada tratamento, também foram testados em FBR tubulares, atingindo valores de Xm, Chl e PTN maiores do que os obtidos com meio padrão. Além disso, o processo simultâneo de cultivo celular em FBR tubulares e adsorção contínua do meio de cultivo exaurido em coluna de CAG removeu 51 - 79 % de MO e pigmentos. Foi demonstrado que uma proporção de 75 % de meio tratado no meio de alimentação não produz diminuição significativa de produtividade celular (PX) e os resultados foram: concentração celular em estado estacionário (Xs) de 1568 ± 15 mg L-1, PX = 941 mg L-1 d-1, PTN = 42,0 ± 0,6 %, com diminuição de 65 % no custo de meio de cultivo. Por fim, conclui-se que é viável a utilização de processos físico-químicos no tratamento de meio a ser reaproveitado no cultivo de A. platensis, inclusive em FBR tubulares, com apreciável incremento de clorofila-a e proteínas na biomassa obtida em meio tratado

Arthrospira (Spirulina) platensis have compounds of interest in the food, pharmaceutical and cosmetic industries. Industrial production involves high volumes of water and its viability should contemplate medium reuse, aiming to reduce not only nutrient costs, but also environmental pollution, thus becoming a sustainable process. This work had as main objective the evaluation of A. platensis culture medium reuse through the physicochemical treatments flocculation and adsorption. Thus, this cyanobacterium was cultivated in tubular photobioreactor (PBR) by fed-batch and continuous processes at light intensity 120 µmol photons m-2 s-1 under pH control. Treatment techniques were developed for culture medium from fed-batch process to properly removal of organic matter (OM) and pigments (60 - 96 %), thus allowing its reuse in new cultures. A. platensis was cultivated in treated medium using Erlenmeyer flasks, with the evaluation of parameters such as maximum cell concentration (Xm), chlorophyll content (Chl) and protein content in dry biomass (PTN). For simultaneous flocculation and adsorption with powdered activated carbon (PAC), two flocculants were used: ferric chloride (F) and ferric sulfate (S), as well as different contact times. In the simultaneous process of F flocculation and PAC adsorption, optimum conditions were: PAC = 24.4 mg L-1 and F = 20.3 mg L-1 for 30.4 min contact time; results were: Xm = 4893 ± 33 mg L-1, Chl = 24.3 ± 0.1 mg g-1, PTN = 36.1 ± 0.6 %. Optimal conditions in the simultaneous process of S flocculation and PAC adsorption were: PAC = 40.0 mg L-1 and S = 32.8 mg L-1 for 36.1 min contact time; results were: Xm = 4863 ± 64 mg L-1, Chl = 24.5 ± 0.6 mg g-1, PTN = 60.1 ± 0.6 %. In the sequential process of F flocculation followed by adsorption with granular activated carbon (GAC), optimal conditions were reached at GAC = 108.4 g and F = 10.0 mg L-1 for 30.8 min of residence time, at which Xm = 3140 ± 77 mg L-1, Chl = 35.4 ± 0.2 mg g-1 and PTNPTN = 44.9 ± 0.0 % were obtained. Moreover, medium treated at each optimal condition were also tested in tubular PBRs, reaching values of Xm, Chl and PTN higher than those obtained with standard medium. Furthermore, the simultaneous process of cell cultivation in tubular PBR and continuous adsorption of spent cultivation medium through GAC column removed 51 - 79 % of OM and pigments. It was showed that 75 % of treated medium in the feed medium does not cause significant decrease in cell productivity (PX) and results were: steady-state cell concentration (Xs) = 1568 ± 15 mg L-1, PX = 941 mg L-1 d-1, PTN = 42.0 ± 0.6 %, with 65 % reduction in medium price. At last, it can be inferred that the use of physicochemical processes in medium treatment is feasible for reuse in A. platensis cultivation, including that in tubular PBR, leading to considerable increase in chlorophyll and protein contents of the biomass obtained with treated medium

Aeration effect on Spirulina platensis growth and ã-linolenic acid production

The influence of aeration on algal growth and gamma-linolenic acid (GLA) production in a bubble column photobioreactor was investigated. Studies were performed in a 20-L reactor at different aeration rates (0.2-2.5 vvm). Static, continuous, and periodic operation of air resulted in 41.9%, 88.4%, and 108% air saturation of dissolved oxygen, for which the corresponding values of GLA were 2.3, 6.5, and 7.5 mg·g-1 dry cell weight, respectively. An increase in the aeration rate from 0.2 to 2.5 vvm enhanced both the specific growth rate and GLA content under periodic sparging in the bicarbonate medium. With a 6-fold increase in the aeration rate, the GLA content of the alga increased by 69.64% (5.6-9.5 mg· g-1 dry cell weight). In addition, the total fatty acid (TFA) content in dry biomass increased from 2.22% to 4.41%, whereas the algae maintained a constant GLA to TFA ratio within the aeration rate tested. The dependence of GLA production on the aeration rate was explained by interrelating the GLA production rate with the specific growth rate using the Luedeking and Piret mixed growth model.

Growth and biopigment accumulation of cyanobacterium Spirulina platensis at different light intensities and temperature

In order to find out optimum culture condition for algal growth, the effect of light irradiance and temperature on growth rate, biomass composition and pigment production of Spirulina platensis were studied in axenic batch cultures. Growth kinetics of cultures showed a wide range of temperature tolerance from 20 ºC to 40 ºC. Maximum growth rate, cell production with maximum accumulation of chlorophyll and phycobilliproteins were found at temperature 35 ºC and 2,000 lux light intensity. But with further increase in temperature and light intensity, reduction in growth rate was observed. Carotenoid content was found maximum at 3,500 lux. Improvement in the carotenoid content with increase in light intensity is an adaptive mechanism of cyanobacterium S.platensis for photoprotection, could be a good basis for the exploitation of microalgae as a source of biopigments.

Utilização do dióxido de carbono proveniente de fermentação alcoólica no cultivo de Spirulina (Arthrospira) platensis utilizando simultaneamente nitrato de sódio e sulfato de amônio como fontes de nitrogênio / Use of carbon dioxide from ethanol fermentation in Spirulina (Arthrospira) platensis cultivation using, simultaneously, ammonium sulfate and sodium nitrate as nitrogen sources

Arthrospira (Spirulina) platensis, cianobactéria fotoautotrófica, é importante comercialmente devido ao seu valor nutricional (elevado teor de proteínas, lipídios, vitaminas e minerais), além da presença do ácido graxo γ-linolênico e pigmentos, os quais agregam valor a esta biomassa. Este micro-organismo foi cultivado em fotobiorreator tubular, e os seguintes parâmetros foram avaliados: aplicação de diferentes sistemas de circulação de células, intensidades luminosas, adição simultânea de diferentes proporções de sulfato de amônio e nitrato de sódio como fontes de nitrogênio, adição de dióxido de carbono proveniente de fermentação alcoólica e, finalmente, a aplicação desta biomassa para remoção de metais pesados. Para a avaliação do sistema de circulação de células e da intensidade luminosa foram utilizadas as variáveis dependentes: concentração celular máxima (Xm), produtividade em células (Px), fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N), eficiência fotossintética (EF) e teores de proteínas e lipídios da biomassa. Os protocolos de alimentação de nitrogênio e o uso de CO2 proveniente de cilindro ou de fermentação alcoólica foram avaliados com uso das mesmas variáveis já citadas, exceto EF; e, para remoção de Ni2+, Zn2+ e Pb2+ em solução aquosa foram estudados o tempo de adsorção e a influência da concentração inicial de metal em solução; com posterior cálculo da eficiência e capacidade de adsorção, e apresentação de modelos cinéticos e isotermas de equilíbrio. A melhor combinação de resultados em valores médios (Xm = 4055 mg L-1, Px = 406 mg L-1 d-1, YX/N = 5,07 mg mg-1, lipídios totais = 8,94%, proteínas totais = 30,3%, EF = 2,04%) foi obtida nos cultivos realizados com intensidade luminosa = 120 µ mol fótons m-2 s-1. O tipo de sistema de circulação de células utilizado não influenciou estatisticamente quase nenhuma das respostas estudadas e isto indica a possibilidade de substituição do sistema tradicional airlift pelos outros testados...

Arthrospira (Spirulina) platensis, photoautotrophic cyanobacterium, is commercially important due its high nutritional value (high content of proteins, lipids, vitamins, and minerals), besides of the presence of γ-linolenic fatty acids and pigments, which add value to this biomass. This microorganism was cultivated in tubular photobioreactor and the following parameters were evaluated: application of different cell circulation systems, light intensities, different protocols of simultaneous ammonium sulfate and sodium nitrate feeding, addition of CO2 from ethanol fermentation and, finally, the application of this biomass to the heavy metal removal. The dependent variables [maximum cell concentration (Xm), cell productivity (Px), nitrogen-to-cell conversion factor (YX/N), photosynthetic efficiency (EF) and proteins and lipids contents] were used to evaluate the influence of cell circulation systems and the light intensities. The nitrogen feeding protocols and the use of CO2 from cylinder or ethanol fermentation were evaluated using the same parameters aforementioned, except EF; and to analyze Ni2+, Zn2+ and Pb2+ removal, the adsorption time and the influence of initial metal concentration were evaluated with subsequent calculation of the efficiency and capacity adsorption. The kinetic models and equilibrium isotherms were also presented. The best combination of responses' mean values (Xm = 4055 mg L-1, Px = 406 mg L-1 d-1, YX/N = 5.07 mg mg-1, total lipids = 8.94%, total proteins = 30.3%, EF = 2.04%) was obtained at light intensity = 120 µ mol photons m-2 s-1. The cell circulation system did not exert statistical significant influence on almost all the responses, which suggests that the traditional airlift system could successfully be substituted by the others tested in this work. The mixture of the lower amount of nitrate in relation to ammonium (protocol I) (Xm = 4,543 g L-1; Px = 0,460 g L-1 d-1; YX/N = 15,6 g g-1; total lipids = 8,39% and total...

Avaliação da utilização do dióxido de carbono proveniente da fermentação alcoólica no cultivo de Spirulina (Arthrospira) platensis: uso simultâneo de nitrato de sódio e sulfato de amônio como fontes de nitrogênio em fotobiorreator abert / Evaluation of the use of carbon dioxide from alcoholic fermentation on Spirulina (Arthrospira) platensis cultivation: simultaneous use of sodium nitrate and ammonium sulphate as nitrogen sources in open photobioreactor

O principal objetivo deste trabalho foi a avaliação do potencial da utilização do dióxido de carbono proveniente da fermentação alcoólica no cultivo Spirulina (Arthrospira) platensis, visando demonstrar a possibilidade do uso de um gás efluente na produção de biomassa microbiana de alto valor comercial. Para tanto, tal cianobactéria foi cultivada em tanques abertos, em escala laboratorial, em temperatura de 30 ± 1 °C e intensidade luminosa de 156 ± 20 µmol fótons m-2 s-1. O estudo de diversas variáveis de cultivo levou à fixação das seguintes condições: concentração do inóculo de 400 ± 20 mg L-1; pH de 9,0 ± 0,3, controlado por meio da adição de dióxido de carbono proveniente de cilindros; meio de cultura Schlõsser, modificado de maneira a conter 0,497 e 16,4 g L-1 de carbonato e bicarbonato de sódio, respectivamente, e apenas 5,9 mM de nitrato de sódio; adição de 7,5 mM de sulfato de amônio no decorrer de 13 dias, em quantidades diárias exponencialmente crescentes, através do processo descontínuo alimentado de cultivo. Sob tais condições foram obtidos os seguintes resultados: concentração celular máxima (Xm) de 2990 mg L-1, produtividade celular (PX) de 185 mg L-1 d-1, velocidade específica máxima de crescimento (µm) de 0,42 d-1, fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N) de 8,85 mg mg-1, teor final de clorofila (CLf) de 4,3 mg g-1, e teores de proteínas (PTN) e lipídeos (LIP) de 35 e 21 %, respectivamente. Com a finalidade de estimular o crescimento celular de A. platensis, optou-se por aumentar o valor da intensidade luminosa de 156 para 192 ou 252 ± 20 µmol fótons m-2 s-1 no 5º, 8º ou 11º dia de cultivo. Os melhores resultados cinéticos (Xm = 3954 mg L-1, PX = 253 mg L-1 d-1) e de conteúdo da biomassa (CLf = 4,2 mg g-1, PTN = 28 %, LIP = 19 %) foram obtidos com aumento da intensidade luminosa para 192 ± 20 µmol fótons m-2 s-1 no 8º dia de cultivo. Os ensaios realizados sob tais condições otimizadas, porém com dióxido de carbono...

The main objective of this work was the evaluation of the potential of using carbon dioxide from alcoholic fermentation on Spirulina (Arthrospira) platensis cultivation, aiming to prove the feasibility of applying an effluent gas in the production of high added-value microbial biomass. In order to do so, the cyanobacterium was cultivated in laboratorial-scale open raceway tanks at temperature 30 ± 1 °C and light intensity 156 ± 20 µmol photons m-2 s-1. After the study of several cultivation variables, the following conditions were set: inoculum concentration 400 ± 20 mg L-1; pH 9,0 ± 0,3, controlled by the addition of carbon dioxide from cylinders; Schlõsser medium, modified as to contain 0,497 and 16,4 g L-1 sodium carbonate and bicarbonate, respectively, and only 5,9 mM sodium nitrate; addition of 7,5 mM ammonium sulphate throughout 13 days, at exponentially increasing amounts, by the fed-batch cultivation process. Under such conditions, the following results were obtained: maximum cell concentration Xm = 2990 mg L-1, cell productivity PX = 185 mg L-1 d-1, maximum specific growth rate µm = 0,42 d-1, cell to nitrogen conversion factor YX/N = 8,85 mg mg-1, final chlorophyll content CLf = 4,3 mg g-1, and content of proteins (PTN) and lipids (LIP) of 35 and 21 %, respectively. Objectiving further optimized A. platensis growth, it was chosen to increase the light intensity from 156 to 192 or 252 ± 20 µmol photons m-2 s-1 on the 5th, 8th or 11th day of cultivation. The best results in terms of growth (Xm = 3954 mg L-1, PX = 253 mg L-1 d-1) and biomass content (CLf = 4,2 mg g-1, PTN = 28 %, LIP = 19 %) were reached with increasing the light intensity to 192 ± 20 µmol photons m-2 s-1 on the 8th day of cultivation. The runs carried out under such optimum conditions, but using carbon dioxide from alcoholic fermentation, led to the following results: Xm = 3298 mg L-1, PX = 206 mg L-1 d-1, CLf = 4,0 mg g-1, PTN = 28 %, LIP = 17 %. Conclusively, the...

Cultivo descontínuo alimentado de Arthrospira (Spirulina) platensis em reator tubular utilizando uréia como fonte de nitrogênio e CO2 puro ou proveniente de fermentação alcoólica / Arthrospira (Spirulina) platensis fed batch cultivation using urea as nitrogen source and CO2 pure or from alcoholic fermentation in tubular photobioreactor

A cianobactéria fotossintetizante Arthrospira platensis é conhecida por apresentar em sua biomassa altos teores protéicos (50-70%), presença do ácido graxo essencial γ-linolênico e diversas outras substâncias importantes para a alimentação humana e animal. Esses micro-organismos são capazes de converter o CO2 em biomassa de grande potencial na área de alimentos. Durante a fermentação alcoólica, a produção de CO2 é da mesma ordem de grandeza da produção de etanol e, considerando a crescente demanda interna e externa por esse combustível, seria importante que houvesse um processo que fixasse esse CO2, transformando-o em um produto que poderia ser útil para a nossa população. Adicionalmente, o uso de uma fonte de nitrogênio de baixo custo (uréia) em reatores tubulares contribuiria para a redução do custo de produção da A. platensis. O objetivo desse trabalho foi avaliar os parâmetros cinéticos e bioenergéticos, bem como a composição centesimal da A. platensis cultivadas em biorreator tubular, alimentados com CO2 proveniente de fermentação alcoólica ou com utilização de CO2 puro, para o controle do pH, sob diferentes intensidades luminosas (I) e fontes de nitrogênio (N) adicionadas por meio de processo descontínuo alimentado. Os resultados mostraram que maiores valores de I proporcionaram maiores valores de concentração celular máxima (Xm) e produtividade em células (Px), mas não influenciaram nos valores do fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N). As diferentes fontes de CO2 não influenciaram nos valores de Xm, Px, YX/N. O uso da uréia aumentou os valores de YX/N em relação aos cultivos com NO3-. Na composição centesimal, pode-se observar que I influenciou nos teores de clorofila, proteínas e lipídios, mas não influenciou nos teores de cinzas e carboidratos na biomassa final. Em relação aos parâmetros bioenergéticos dos cultivos com CO2 puro, observou-se que os maiores valores de dissipação de energia de Gibbs foram obtidos em tempos mais curtos...

Photosynthetic cyanobacterium A. platensis contains in its biomass high protein content (50-70%), γ-linolenic acid and many other substances important for health human. These microorganisms are capable of converting CO2 into biomass of great potential in the food industry. During the alcoholic fermentation, the production of CO2 has the same magnitude of the production of ethanol. Considering the increasingly global demand for this fuel, a process to fix this CO2 is of utmost importance. Furthermore, the use of low cost nitrogen source (urea) in tubular reactors would contribute to reducing the production cost of A. platensis. Therefore, the purpose of this work was to evaluate the kinetic and bioenergetics parameters, as well as the chemical composition of biomass obtained in A. platensis cultures in tubular bioreactor using CO2 from alcoholic fermentation or pure CO2 to control the pH under different light intensity (I) and nitrogen sources (N). The results showed that higher I induced higher maximum cell concentration (Xm) and cell productivity (Px) values, but it did not exert any influence on the nitrogen-cell conversion factor (YX/N). Urea increased the YX/N values compared to use of NO3-. In the centesimal composition of biomass, it can be observed that I influenced the chlorophyll, protein, and lipid contents, but not influenced the carbohydrate and ash contents. For bioenergetics parameters, it was observed that the highest Gibbs energy dissipation values for cell growth and maintenance were obtained in shorter time at 120-240 mol photons m-2 s-1 in both nitrogen sources, while the moles of photons absorbed by the system to produce one C-mol biomass was higher in cultures with NO3-. The highest values of the molar production of O2 and consumption of H+ were obtained at the highest I values, using NO3-. The estimated percentages of the energy absorbed by the cell showed that, compared with nitrate, the use of urea as nitrogen source allowed the...

Cultivo contínuo de Arthrospira (Spirulina) platensis em fotobiorreator tubular utilizando uréia como fonte de nitrogênio e CO2 puro ou proveniente de fermentação alcoólica / Continuous cultivation of Arthrospira (Spirulina) platensis in tubular photobioreactor using urea as nitrogen source and CO2 from cylinder or produced by alcoholic fermentation

A aplicabilidade do processo de produção de microrganismos fotossintetizantes depende da obtenção de altas concentrações de biomassa e para isso seria interessante o emprego de fotobiorreatores tubulares. Eles permitem redução da área de cultivo e menor perda de CO2 e nitrogênio amoniacal por volatilização. Em uma primeira etapa deste trabalho, Arthrospira platensis foi cultivada por processo contínuo, avaliando-se diferentes valores de vazão específica de alimentação (D = 0,2 a 1,0 dia-1) e diferentes intensidades luminosas (I = 60 e 120 µmol fótons.m-2.s-1). Verificou-se que 120 µmol fótons.m-2.s-1 associada a D igual a 0,2 dia-1 resultou em maior valor de concentração celular em regime permanente (XP = 2446 ± 74 mg.L-1.d-1), mas o mesmo I associado a maior valor de D (0,6 dia-1) levou ao melhor valor de produtividade em células (PX = 938,73 mg.L-1.d-1). Foi possível a obtenção do regime permanente em quase todos os ensaios, o que indica que o cultivo contínuo de A. platensis em fotobiorreator tubular, usando uréia como fonte de nitrogênio, pode levar a resultados satisfatórios. Considerando a preocupação em relação à substituição de combustíveis fósseis por biocombustíveis, é iminente o crescente aumento da produção de etanol ainda nos próximos anos, e esse trabalho propõe o uso do CO2 liberado pela fermentação alcoólica na produção de microrganismos fotossintetizantes como A. platensis. Para isso, em uma segunda etapa, A. platensis foi cultivada por processo contínuo, com I igual a 120 µmol fótons.m-2.s-1, empregando uréia e CO2 proveniente de fermentação alcoólica para manutenção de pH e reposição da fonte de carbono. O uso desse CO2, sem tratamento prévio, associado a D igual a 0,6 dia-1 e concentração de uréia de 3,2 mM no meio de alimentação, permitiu a obtenção de PX igual a 839 ± 25 mg.L-1.d-1, o que está próximo de 938 ± 30mg.L-1.d-1, obtido com CO2 puro de cilindro. Estes resultados mostram que o uso de CO2 de fermentação alcoólica, associado a...

Appropriately designed tubular photobioreactors seem to be suitable for photosynthetic biomass production. It can reduce the cultivation area and provide lower loss of CO2 and ammoniacal nitrogen by volatilization. In a first step of this study, Arthrospira platensis was cultivated by continuous process, testing different values of dilution rate (D = 0.2 to 1.0 d-1) and light intensities (I = 60 and 120 µmol photons.m-2.s-1). The results of these runs showed that the maximum steady-state cell concentration (XS = 2446 ± 74 mg.L-1.d-1) was achieved at 120 µmol photons.m-2.s-1 and D of 0.2 d-1, but the same light intensity associated to higher dilution rate (0.6 d-1) provided the highest cell productivity (PX = 938 ± 30 mg.L-1.d-1), a value appreciably higher than that reported in other studies. Besides, steady-state conditions were achieved in most of the runs indicating that A. platensis continuous cultivation in the tubular photobioreactor, using urea as nitrogen source, can be performed effectively, thus appearing an interesting alternative for the large scale fixation of carbon dioxide to mitigate the green house effect. Taking into account the concern about the substitution of fossil fuel with biofuels, its evident that the ethanol production is going to increase even more in the next years, and this study propose the use of the CO2 released by the alcoholic fermentation for the production of photosynthetic microorganism such as A. platensis. For this purpose, in a second step, cultivations of A. platensis were carried out with 120 µmol photons.m-2.s-1 by continuous process, using urea and CO2 from Alcoholic fermentation for pH maintenance and carbon source replacement. The use of this CO2, without any treatment, associated with a D of 0.6 d-1 and feed urea concentration of 3.2 mM provide us a PX of 839 ± 25 mg.L-1.d-1, which is slightly lower than 938 ±30 mg.L-1.d-1, obtained with pure CO2 from cylinder. Our results showed that the use of CO2 from...

Culture conditions stimulating high gama-Linolenic acid accumulation by Spirulina platensis / Condições de cultura simulando o levado acúmulo de ácido gama-linolênico por Spirulina platensis

Gamma-linolenic acid (GLA) production by Spirulina platensis under different stress-inducing conditions was studied. Submerged culture studies showed that low temperature (25ºC), strong light intensity (6 klux) and primrose oil supplement (0.8 percentw/v) induced 13.2 mg/g, 14.6 mg/g and 13.5 mg linolenic acid per gram dry cell weight respectively. A careful observation of fatty acid profile of the cyanobacteria shows that, oleic acid and linoleic acid, in experiments with varying growth temperature and oil supplements respectively, helped in accumulating excess γ-linolenic acid. In addition, cultures grown at increasing light regimes maintained the γ-linolenic acid to the total fatty acid ratio(GLA/TFA) constant, despite any change in γ-linolenic acid content of the cyanobacteria.

Estudou-se a produção de ácido γ-linolênico por Spirulina platensis em diferentes condições de estresse. Culturas submersas indicaram que temperatura baixa (25ºC), forte intensidade de luz (6 klux) e suplementação com óleo de prímula (0,8 por cento p/v) induziram a produção de ácido linolênico de 13,2 mg/g, 14,6 mg/g e 13,5 mg/g peso seco, respectivamente. Uma observação cuidadosa do perfil de ácidos graxos da cianobacteria indica que os ácidos oléico e linoléico, em experimentos com diferentes temperaturas de crescimento e suplementos de óleo, auxiliaram no acúmulo de excesso de ácido γ-linolênico. Além disso, as culturas obtidas em intensidades crescentes de luz mantiveram a relação ácido γ-linolênico/ácidos graxos totais constante, independentemente de qualquer mudança no conteúdo de ácido γ-linolênico da cianobactéria.

Efeito da temperatura e pH no cultivo de Spirulina major / The effect of temperature and pH in the Spirulina major cultivation / Efecto de la temperatura y ph en el cultivo de spirulina major

O gênero Spirulina, devido às suas qualidades nutricionais (alto teor protéico, baixo teor de gordura e alto teor de ácido -linolênico), tem sido considerado muito promissor para a alimentação humana e animal. Spirulina major foi cultivada em escala laboratorial, com o objetivo de determinar a temperatura e o pH ótimos de cultivo, visando uma maior produção de biomassa. Os cultivos foram realizados em sistema fechado, em meio de cultura Guillard-F2, com agitação constante (100rpm), com fotoperíodo de 12 horas, por 8 dias. Foram testadas quatro diferentes temperaturas (20, 25, 30 e 35°C) e quatro valores de pH do meio de cultivo (7,0; 8,0; 9,0 e 10,0). A biomassa obtida era filtrada e seca a 55°C. Os resultados obtidos mostram que a temperatura ótima de cultivo é 30°C e que ocorre uma maior produção de biomassa em pH 8,0.

The Spirulina genera has great nutritional qualities such as high protein content, low fat and high -Iinolenic acid content, and has been considered a great promising ingredient for human and animal feeding. Spirulina major was cultivated in laboratory scale with the objective of determining the optimal growth temperature and the pH for a greater biomass production. The cultivations were carried out in a closed system, Gillard's F2 medium, constant agitation (100rpm), 12-hour photoperiod, for 8 days. Different temperatures were tested (20°, 25°, 30°, and 35°C), and four pH values of culture medium (7.0; 8.0; 9.0, and 10.0). The resulting biomass was filtered and dried at 55°C. The results showed that 30°C is the best growth temperature, and the largest biomass production occurs at pH 8.0.