CINÉTICA DE EXTRAÇÃO DE LIPÍDEOS DE MICROALGAS UTILIZANDO DIFERENTES SOLVENTES ORGÂNICOS

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Jaspars, A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Vieira, B.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Sousa, R.C.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Bittencourt, P.V.Q. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Rodrigues, R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Martins, M.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA)

Resumo

O método convencional de extração de óleo de microalgas, visando a produção de biodiesel, utiliza a biomassa de microalgas seca. No entanto, o processo de secagem resulta em alta demanda de energia. A remoção dessa etapa impacta positivamente no balanço energético. O objetivo deste trabalho foi extrair os lipídeos da biomassa da microalga Monoraphidium utilizando extração úmida e comparar a quantidade de lipídeos extraídos em função do tempo e do tipo de solvente utilizado (etanol e isopropanol). O equilíbrio foi atingido mais rapidamente utilizando o isopropanol (9 horas) que proporcionou um maior coeficiente de transferência de massa.

Palavras chaves

Microalgas; Extração úmida; cinética de extração

Introdução

Nos últimos anos, as microalgas têm se consolidado como uma fonte potencial de biomassa para a produção de biocombustíveis (Amaro, Guedes e Malcata, 2011). As microalgas apresentam taxas de crescimento que excedem as culturas tradicionais de oleaginosas usadas na produção de biodiesel, como a soja (Milledge, 2011). Entretanto a produção de óleo de microalgas em escala industrial ainda é relativamente inviável economicamente. O custo do processo é elevado e não é capaz de competir com o biodiesel produzido por outras fontes de oleaginosas e o próprio combustível fóssil. Assim, muitas pesquisas estão sendo direcionadas para a viabilização da produção deste combustível em escala industrial e o torná-lo competitivo perante os demais. A viabilidade de produção do biodiesel de microalgas em escala industrial depende ainda da transposição de uma série de obstáculos econômicos e tecnológicos. Um dos pontos cruciais consiste no desenvolvimento de um processo eficiente de extração dos lipídeos contidos nas células das microalgas (Delrue et al., 2012). O modo comum de produção de biodiesel utiliza biomassa seca de microalgas para extração de lipídeos. No entanto, estudos mostraram que o processo de secagem aumenta demasiadamente a demanda energética do processo. Remover este passo de secagem teria um impacto positivo no balanço energético. Neste caso, o solvente utilizado é um fator crítico no processo de extração. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar a cinética de extração de lipídeos de biomassa microalgas utilizando diferentes solventes (etanol e isopropanol).

Material e métodos

As microalgas Monoraphidium foram obtidas da Universidade Federal do Rio Grande do Norte e armazenado a -20 ⁰C. A Figura 1 ilustra o esquema de extração de lipídeos da biomassa de microalgas úmida, de acordo com metodologia adaptada de Schoepp (2015). A biomassa úmida foi produzida pela suspensão de 30 g de massa, seca a 63 °C por 24 horas em estufa, em 200 mL de água destilada. No erlenmeyer do sistema utilizado, foram acrescentados 200 mL da suspensão da biomassa e 200 ml do isopropanol. No balão de fundo redondo acoplado ao sistema foram adicionados 200 mL de hexano A mistura foi agitada continuamente, sob aquecimento a 45°C. A solução com lipídeos extraídos foi refluxada aumentando-se a eficiência de extração. A quantidade de lipídeos extraídos foi mensurada por gravimetria. Amostras de 1 mL, foram retiradas do balão de fundo redondo com o auxílio de uma pipeta de vidro e armazenadas em microtubos de 2 mL. As amostras foram retiradas nos tempos de 15 min, 30 min e 60 min. Depois de 60 minutos, as coletas ocorreram em intervalos de 1 hora até se obter uma massa de extrato constante, o que indicou o ponto final da extração. Os microtubos foram submetidos à secagem em estufa a 65 °C por 24 horas e o teor de lipídeos (g óleo / g peso seco) foi calculado. Os experimentos foram realizados em triplicatas. O rendimento da extração é a relação entre o teor de lipídeos extraído pelo sistema proposto e o teor máximo de lipídeos da biomassa. Para determinar este último, o método Bligh e Dyer (1959) foi utilizado como referência.

Resultado e discussão

Os experimentos cinéticos indicaram que o isopropanol atingiu o equilíbrio de extração com 0,18 g óleo/ g massa seca após 9 horas. O etanol extraiu 0,068 g óleo/ g massa seca após a extração por 8 horas. O coeficiente de transferência de massa (k) do óleo para o isopropanol (0,107 h-1) é maior que a extração com etanol (0,0517 h-1). O isopropanol tem maior rendimento em menor tempo de extração. As extrações de Halim (2011) apresentam um k maior, 0,004 min-1, que é 0,24 h-1, enquanto que o k superior também é um resultado lógico, porque sua extração foi concluída após 2 horas com dióxido de carbono supercrítico. No entanto, o processo de extração utilizando o isopropanol é relativamente menos oneroso e permite utilizar a biomassa úmida. A Figura 2 mostra o rendimento em gramas de óleo extraído por grama de biomassa seca para as diferentes condições testadas.

Descrição esquemática do sistema montado para a extração de óleo de biomassa úmida.


A figura expressa o rendimento de óleo obtido para os diferentes solventes utilizados na pesquisa.

Conclusões

Os lipídeos foram extraídos da microalga Monoraphidium sp. com o arranjo de Schoepp (2015) com hexano e os álcoois: etanol e isopropanol. A extração com etanol tem o menor k, sendo mais lenta com o menor rendimento. Concluiu-se que o isopropanol extraiu mais rápido com um rendimento maior que o etanol. Mas a curva cinética de extração com etanol não estabilizou e o rendimento será maior quando extraído por mais tempo. A extração com isopropanol possui o mesmo rendimento do método de Bligh and Dyer, mostrando que a extração a partir de biomassa úmida é possível e resulta no mesmo rendimento.

Agradecimentos

Referências

AMARO HM, GUEDES AC, MALCATA FX, Advances and perspectives in using microalgae to produce biodiesel. Applied Energy, v.88, p.3402–3410, 2011.
BLIGH EG, DYER WJ, A rapid method of total lipid extraction and purification, Canadian Journal of Biochemistry and Physiology, v. 8, 37, p. 911-917, 1959.
DELRUE F, SETIER PA, SAHUT C, COURNAC L, ROUBAUD A, PELTIER G, FROMENT AK, An economic, sustainability, and energetic model of biodiesel production from microalgae. Bioresource Technology, v.111, p.191-200, 2012.
HALIM R, GLADMAN B, DANQUAH MK, WEBLEY PA, Oil extraction from microalgae for biodiesel production, Bioresource Technology, v. 102, p. 178-185, 2011.
MILLEDGE JJ Commercial application of microalgae other than as biofuels: a brief review, Rev. Environ. Sci. Biotechnol. v.10, p.31-41, 2011.
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SCHOEPP NG, WONG W, MAYFIELD SP, MICHAEL DB, Bulk solvent extraction of biomass slurries using a lipid trap. Royal Society of Chemistry, v. 50, p. 57038-57044, 2015.