Extração do óleo da microalga Muriella decolor e seu potencial para a produção de ésteres metílicos de ácidos graxos

Orientador: Prof. Dr. Luiz Pereira Ramos

Coorientador: Prof. Dr. Marcos Lúcio Corazza

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Programa de Pós-Graduação em Bioenergia. Defesa : Palotina, 10/05/2019

Inclui referências: p. 92-116

Resumo: A aplicação das microalgas como solução para problemas no campo da bioenergia é cada vez mais uma realidade. Isso se dá pelo grande potencial produtivo que esses microrganismos fotossintetizantes apresentam, metabolizando em curtos períodos de tempo e meios de cultivo alternativos diferentes compostos de interesse industrial: proteínas, carboidratos, pigmentos e lipídeos. No entanto, alguns gargalos na produção dessa matriz e/ou extração de seus metabolitos ainda existem e necessitam de prospecção. Nesse contexto, esse trabalho teve por objetivo a extração dos lipídios da microalga extremófila Muriella decolor utilizando um aparelho extrator Soxhlet com hexano, etanol, misturas de hexano:etanol (2:1, v/v) e clorofórmio:metanol (2:1, v/v) e fluidos pressurizados (CO2 supercrítico e propano subcrítico). Além disso, os lipídios foram esterificados e/ou transesterificados para avaliar os rendimentos teóricos de conversão em ésteres metílicos de ácidos graxos (FAMEs), bem como seus perfis graxo e propriedades combustíveis. Das extrações convencionais de microalgas liofilizadas ou secas em estufa, a utilização de etanol anidro proporcionou o maior rendimento de óleo de microalgas (30,82 e 28,58 g, respectivamente), seguido da mistura clorofórmio:metanol (24,97 e 25,37 g). Após realizada a conversão do material graxo em FAMEs, os extratos hexânicos apresentaram as maiores taxas de conversão em FAME bruto (82,2% em massa) e os menores rendimentos de FAME (10,45% em massa). Os ácidos graxos constituintes do perfil lipídico da microalga M. decolor foram os ácidos oleico (C18:1; 41,7 ± 1,4 %), palmítico (C16:0; 29,3 ± 0,3 %) e linoleico (C18:2; 11,9 ± 0,2 %). Observou-se uma maior concentração de ácidos graxos monoinsaturados (MUFAs) nos extratos obtidos com etanol (46,3%) e hexano (46,5%), seguidos por ácidos graxos monoinsaturados (SFAs), que corresponderam de 30,1 a 36,6% dos ésteres presentes em todos os extratos. A utilização de fluidos pressurizados demonstrou alta seletividade extrativa para com os triacilglicerídeos presentes na microalga. O propano em condições subcríticas apresentou rendimento de extração superior (9,6 ± 0,4 g/100 g) ao alcançado com o uso de dióxido de carbono supercrítico (5,11 ± 0,02 g/100 g). Através da conversão do extrato propânico em FAMEs por diferentes metodologias foi possível constatar que, para as condições empregadas no presente trabalho, o processo de saponificação, neutralização e esterificação forneceu uma conversão de 92,7%. Já os cálculos preditivos das propriedades combustíveis dos óleos oriundos da M. decolor confirmaram o potencial de aplicação dessa microalga para a produção de biodiesel. Por outro lado, a biomassa obtida após os processos de extração também se revelou uma fonte em potencial de matéria-prima, com possível aplicação para a produção de ração animal e em processos baseados na conversão de proteínas, carboidratos e lipídeos complexos. Palavras-chave: Muriella decolor, teor lipídico, extração convencional, fluídos pressurizados, ésteres metílicos, propriedades combustíveis, bioenergia.

Abstract: The application of microalgae as a solution to problems in the field of bioenergy is increasingly becoming a reality. This is due to the productive potential that these photosynthetic microorganisms present, being able to metabolize different compounds of industrial interest (proteins, carbohydrates, pigments and lipids) in short periods of time using alternative culture media. However, some obstacles still exist in microalgae cultivation and the subsequent extraction of their metabolites, particularly in large scale operations. In this context, this work aimed to extract the lipids from the extremophilic microalgae Muriella decolor using a Soxhlet extractor with hexane, ethanol, hexane:ethanol (2:1, v/v) and chloroform:methanol (2:1, v/v), and pressurized fluids (supercritical CO2 and subcritical propane). In addition, the lipids were esterified and/or transesterified to evaluate theoretical conversion yields in fatty acid methyl esters (FAMEs), as well as their fatty acid profiles and fuel properties. Based on the conventional Soxhlet extraction of freeze-dried or kiln-dried microalgae, the use of anhydrous ethanol provided the highest yield of microalgae oil (30.82 and 28.58 g, respectively), followed by the chloroform:methanol (24.97 and 25.37 g). After conversion of the microalgae oil into FAMEs, the hexanic extracts showed the highest conversion rates to crude FAME (82.2 wt%) and the lowest FAME yields (10.45 wt%). The fatty acids constituting the lipid profile of M. decolor were oleic (C18:1; 41.7±1.4 %), palmitic (C16:0; 29.3±0.3 %) and linoleic (C18:2; 11.9±0.2 %) acids. The highest concentrations of monounsaturated fatty acids (MUFAs) were observed in the extracts obtained with ethanol (46.3%) and hexane (46.5%), followed by saturated fatty acids (SFAs), which corresponded to 30.1-36.6 % of the esters present in all extracts. The use of pressurized fluids demonstrated high extraction selectivity for the triacylglycerides present in the microalgae oil. Propane under subcritical conditions showed an extraction yield (9.6±0.4 g/100g) higher than that achieved with the use of supercritical carbon dioxide (5.11±0.02 g/100g). By studying the conversion of the propane extract into FAMEs using different methodologies, it was possible to verify that, for the conditions employed in this work, the saponification, neutralization and esterification process provided the highest conversion of 92.7%. Predictive calculations for the fuel properties M. decolor FAMEs confirmed the potential application of this microalgae for the production of biodiesel. On the other hand, the biomass obtained after the extraction procedures proved to be a potential source of raw materials such as proteins, carbohydrates and complex lipids, with possible application for the production of animal feed. Keywords: Muriella decolor, lipid content, conventional extraction, pressurized fluids, methyl esters, fuel properties, bioenergy