Heterotrophic cultivation of Thraustochytrids using glycerol and saline medium from a dairy effluent

Dissertação de mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

Microalgae are a promising source of biofuels and other valuable chemicals. The reduced economic feasibility of microalgal cultures is due to low cell density and slow growth rate of these cultures. Thus, it is necessary to develop sustainable processes that will be able to increase the productivity, maximize the production yield and reduce production costs. To achieve this goals, it is necessary to improve the understanding of the behavior of microalgal cultures. A robust method was developed for the growth of Thraustochytrids in saline waste medium using glycerol as carbon source. The first study case was the heterotrophic cultivation of Schizochytrium limacinum in order to achieve the highest growth and DHA content possible using alternative raw materials. In the second study case, the temperature profiles of Japanochytrium sp. were analyzed to identify the optimal temperature for growth and PUFAs production. The first case study, Schizochytrium limacinum was grown in saline waste medium using glycerol as carbon source. After 216 hours of fermentation the values obtained were the following: biomass concentration of 40.4 g.L-1, DHA content of 48.5% and a DHA productivity of 424 mg.L-1.d-1. The results obtained proved that Schizochytrium limacinum. is able to grow and produce high levels of DHA using saline waste medium and glycerol as carbon source. Besides, it was made the economic balance of the used media for biomass and DHA production. In standard medium to produce 1 kg of biomass and 1 kg of DHA will cost 105 € and 1.235 €, respectively. While in saline waste medium to produce 1 kg of biomass and 1 kg of DHA will cost 17.16 € and 180.7 €, respectively. The second case study, Japanochytrium sp. was cultivated at different temperatures of 15, 20, 25 and 30 ˚ C. The highest value of biomass, 22 g.L-1, was obtained at 25 ˚C whereas the lowest value of biomass, 11 g.L-1, was obtained at 15 ˚C. For 20 ˚C and 30 ˚C the biomass concentration was 19 g.L-1 and 16 g.L-1, respectively. These results are in agreement with the literature, where the optimal temperature to the growth of thraustochytrids range between 22-28 ˚C. Glycerol is the major byproduct of the biodiesel industry and since it is expensive to purify, biodiesel producers must seek alternative methods for its disposal. Hence using glycerol as a carbon source for fermentation is an alternative use for this product.

Com o decorrer do tempo as microalgas têm vindo a tornar-se uma fonte promissora no ramo dos biocombustíveis e industrias relacionadas. A baixa viabilidade económica no cultivo de microalgas deve-se a uma fraca densidade celular e baixa taxa de crescimento. Deste modo, é necessário desenvolver processos sustentáveis capazes de aumentar a produtividade, maximizar o rendimento e reduzir os custos de produção. Para atingir estes objetivos é necessário aprofundar conhecimentos para a compreensão do comportamento em culturas de microalgas. Neste trabalho, foi desenvolvido um meio de cultura para o crescimento de Thraustochytrids em meio salino, proveniente do efluente de uma fábrica de lacticínios e usando glicerol como fonte de carbono. O primeiro caso de estudo foi o cultivo heterótrófico de Schyzochytrium limacinum de modo a atingir uma elevada taxa de crescimento desta microalga bem como o conteúdo de ácido docosahexaenoico (ADH) associado usando matérias-primas alternativas. O segundo caso de estudo teve como objectivo identificar os perfis de temperatura da microalga Japanochytrium sp. de modo a identificar a temperatura ideal para o seu crescimento e para a produção de ácidos gordos polinsaturados. A microalga Schizochytrium limacinum foi cultivada em meio salino usando glicerol como fonte de carbono. Após 216 horas de fermentação obtiveram-se os seguintes resultados: concentração de biomassa de 40,4 g.L-1, conteúdo em ADH de 48,5% e a produtividade de ADH atingiu 424 mg.L-1.d-1. Os resultados obtidos provaram que a microalga em questão tem uma boa capacidade de crescimento aliado a uma produção elevada de ADH. Foi feito um balanço económico entre o meio salino standard e o meio salino do efluente para a produção de biomassa e ADH. Em meio standard para produzir 1 Kg de biomassa e 1 Kg de ADH custa 105 € e 1.235€, respectivamente. No segundo caso de estudo, o Japanochytrium sp. foi cultivado a diferentes temperaturas: 15, 20, 25 e 30 ˚C. O valor mais elevado de biomassa, 22 g.L-1, foi obtido a 25 ˚C e o valor mais baixo de biomassa, 11 g.L-1 foi obtido a 15 ˚C. Para 20 ˚C e 30 ˚C a concentração de biomassa obtida foi, 19 g.L-1 e 16g.L-1, respectivamente. Os resultados obtidos neste estudo estão de acordo com a literatura, onde a temperatura ótima de crescimento para o crescimento de thraustochytrids varia entre 22-28 ˚C. O glicerol é o principal subproduto na indústria do biodiesel e uma vez que os custos de purificação para uso na indústria farmacêutica e alimentar são demasiado elevados, os produtores devem procurar métodos alternativos para a sua utilização. Provou-se que utilizando o glicerol como fonte de carbono para fermentações é uma alternativa bastante atrativa para o uso deste produto.