Harvesting of Chlorella sorokiniana BR001 cultivated in a low-nitrogen medium using different techniques / Colheita de Chlorella sorokiniana BR001 cultivada em um meio com baixo teor de nitrogênio utilizando diferentes técnicas

ABSTRACT: The harvesting process is a current challenge for the commercial production of microalgae because the biomass is diluted in the culture medium. Several methods have been proposed to harvest microalgae cells, but there is not a consensus about the optimum method for such application. Herein, the methods based on sedimentation, flocculation, and centrifugation were evaluated on the recovery of Chlorella sorokiniana BR001 cultivated in a low-nitrogen medium. C. sorokiniana BR001 was cultivated using a low-nitrogen medium to trigger the accumulation of neutral lipids and neutral carbohydrates. The biomass of C. sorokiniana BR001 cultivated in a low-nitrogen medium showed a total lipid content of 1.9 times higher (23.8 ± 4.5%) when compared to the biomass produced in a high-nitrogen medium (12.3 ± 1.2%). In addition, the biomass of the BR001 strain cultivated in a low-nitrogen medium showed a high content of neutral carbohydrates (52.1 ± 1.5%). The natural sedimentation-based process was evaluated using a sedimentation column, and it was concluded that C. sorokiniana BR001 is a non-flocculent strain. Therefore, it was evaluated the effect of different concentrations of ferric sulfate (0.005 to 1 g L-1) or aluminum sulfate (0.025 to 0.83 g L-1) on the flocculation process of C. sorokiniana BR001, but high doses of flocculant agents were required for an efficient harvest of biomass. It was evaluated the centrifugation at low speed (300 to 3,000 g) as well, and it was possible to conclude that this process was the most adequate to harvest the non-flocculent strain C. sorokiniana BR001.

RESUMO: O processo de colheita é um desafio atual para a produção comercial de microalgas porque a biomassa é diluída no meio de cultivo. Diversos métodos têm sido propostos para coletar células de microalgas, porém não existe um consenso sobre um método ótimo para tal aplicação. Neste estudo, métodos baseados em sedimentação, floculação e centrifugação foram avaliados na recuperação de Chlorella sorokiniana BR001 cultivada em um meio com baixo teor de nitrogênio. C. sorokiniana BR001 foi cultivada em um meio com baixo teor de nitrogênio para induzir ao acúmulo de lipídeos e carboidratos neutros. A biomassa de C. sorokiniana BR001 cultivada em um meio com baixo teor de nitrogênio apresentou um teor de lipídeos 1,9 vezes superior (23,8 ± 4,5%), quando comparada à biomassa produzida em um meio com alto teor de nitrogênio (12,3 ± 1,2%). Adicionalmente, a biomassa da linhagem BR001 cultivada em um meio com baixo teor de nitrogênio apresentou alto teor de carboidratos neutros (52,1 ± 1,5%). O processo baseado em sedimentação natural foi avaliado utilizando uma coluna de sedimentação e concluiu-se que C. sorokiniana BR001 é uma linhagem não floculante. Portanto, o efeito de diferentes concentrações de sulfato férrico (0,005 a 1 g L-1) ou sulfato de alumínio (0,025 a 0,83 g L-1) foram avaliados no processo de floculação de C. sorokiniana BR001, mas altas doses de floculantes foram necessárias para uma colheita de biomassa eficiente. Também foi avaliada a centrifugação em baixa velocidade (300 a 3.000 g), e foi possível concluir que este processo constituiu o mais adequado para a colheita da linhagem não floculante C. sorokiniana BR001.

Drying of microalga Scenedesmus obliquus BR003 in a gas dryer at low temperatures / Secagem da microalga Scenedesmus obliquus BR003 em secador a gás em baixas temperaturas

RESUMO: O desenvolvimento de equipamentos eficientes e específicos para a secagem de microalgas é essencial para a exploração comercial destes microrganismos que apresentam alta taxa de crescimento e grande potencial biotecnológico. Os custos de secagem da biomassa de microalgas ainda são elevados e precisam ser reduzidos para a produção de compostos com baixo valor agregado. Portanto, realizou-se o estudo da secagem da microalga Scenedesmus obliquus BR003 utilizando baixas temperaturas. S. obliquus BR003 é uma microalga robusta que apresenta alta produtividade de lipídeos. Em escala laboratorial, observou-se que a biomassa de S. obliquus BR003 foi rapidamente seca em baixas temperaturas entre 50 e 60 ºC. Um secador a gás foi utilizado para avaliar a secagem da biomassa de S. obliquus BR003 em escala piloto. A biomassa foi seca em menos de 24 h utilizando o secador a gás, entretanto, a elevada umidade da biomassa da microalga requereu uma maior renovação de ar na câmara do secador. A análise de fluidodinâmica computacional do secador a gás mostrou dois parâmetros importantes para se obter uma maior efetividade de transferência de calor e massa durante o processo de secagem da biomassa de microalga. Concluiu-se que um secador a gás adequado, para a biomassa de microalgas, deve possuir múltiplos pontos de injeção de ar, e um eficiente sistema de circulação e renovação de ar no interior da câmara de secagem.

ABSTRACT: Development of efficient and specific equipment to dry microalgae is essential for commercial use of these microorganisms that show high growth rates and biotechnological potential. Drying costs of microalgae biomass are still high and they should be reduced for the production of compounds with low added value. Therefore, we evaluated the drying process of the microalga Scenedesmus obliquus BR003 using low temperatures. S. obliquus BR003 is a robust microalga that shows high lipid productivity. At laboratory scale, it was observed that the biomass of S. obliquus BR003 was rapidly dried at low temperatures between 50 and 60 ° C. A gas dryer was used to evaluate the drying of the biomass of S. obliquus BR003 on a pilot-scale. The biomass was dried in less than 24 h using the gas dryer; however, the high moisture of the microalga biomass required a higher air renovation in the drying chamber. Computational fluid dynamics analysis of the gas dryer showed two important parameters to achieve greater effectiveness of heat and mass transfer rates during the drying process of the microalga biomass. It was concluded that a gas dryer suitable for the microalgae biomass should have multiple air injection points, and an efficient circulation and renovation system of air inside the drying chamber.

The oven-drying method for determination of water content in Brazil nut / O método de estufa para determinação do teor de água da castanha-do-Brasil

The official methods adopted by different worldwide agencies for determination of water content of Brazil nut is the dissication in drying oven at 105 ºC during 3 or 24 hours and dissication until constant height of samples. However, applying these methods for Brazil nut, may result in inconsistent values, possibly due to lipid oxidation. Thus, the objective of this study was to evaluate the accuracy of the oven-drying methods, recommended by the official agencies, and to determine the oven-drying correct parameters, such as temperature and exposure time. For this purpose, samples were placed in drying ovens set at 85, 90, 95 and 105 °C and weighed hourly, between 3 and 12 hours and after 24 hours of exposure, and the results were compared to Karl Fisher titration, considered as a reference method in this study. The temperature of 105 °C, for any exposure time, resulted in overestimated water content compared to reference method. However, there was no difference between the water content values obtained by oven-drying assay at 90 °C for 6 hours and by the reference method, allowing to conclude that the determination of water content in Brazil nut samples, in drying oven under these conditions, can be performed with the same accuracy and precision of the Karl Fischer method.

Os métodos oficiais adotados por diferentes órgãos ao redor do mundo para a determinação do teor de água da castanha-do-brasil são a dessecação em estufa a 105 °C por 3 ou 24 horas e a dessecação até peso constante. Contudo, a aplicação destes métodos para a castanha-do-brasil pode resultar em valores inconsistentes, possivelmente pela oxidação dos lipídeos. Assim, o objetivo deste estudo foi o de avaliar a acurácia dos métodos de estufa, recomendados pelas agências oficiais, bem como determinar os parâmetros adequados do método, como temperatura e tempo de exposição. Para isto, amostras foram colocadas em estufas ajustadas em 85, 90, 95 e 105 °C e pesadas a cada hora, entre 3 e 12 horas e ao final de 24 horas de exposição, e os resultados foram comparados com aqueles obtidos por titulação de Karl Fisher, considerado como método de referência neste estudo. A temperatura de 105 °C, para quaisquer tempos de exposição, resultou na superestimação do teor de água comparado ao método de referência. Não houve diferença entre os valores para o teor de água obtidos em estufa a 90 °C por 6 horas e o método de referência, permitindo concluir que a determinação do teor de água em amostras de castanha-do-brasil, em estufas nestas condições, pode ser executada com a mesma acurácia e precisão do método de Karl Fisher.