Aplicações Biotecnológicas das Microalgas

Por: Roberto Bianchini Derner, Dr.1
Elpídio Beltrame, Dr.1
Renata Ávila Ozório, Eng. de Aqüicultura2
1 Universidade Federal de Santa Catarina
Laboratório de Camarões Marinhos
e-mail: [email protected]
2 UFSC – Programa de Pós-graduação
em Ciências dos Alimentos


Há décadas as microalgas têm sido empregadas em aqüicultura na alimentação de diversos organismos de interesse econômico. Apesar dos esforços para a substituição das microalgas por alimento artificial, os cultivos comerciais, em especial as larviculturas, permanecem dependentes da produção de culturas massivas de algas microscópicas. Além de servirem de alimento, auxiliam também na manutenção da qualidade da água dos cultivos, uma vez que têm papel fundamental no balanço do oxigênio, do dióxido de carbono e dos compostos nitrogenados e fosforados. A importância do emprego das microalgas vai além do elevado valor nutricional da biomassa, já que estudos demonstram estar também relacionada com a síntese de determinados compostos bioativos, como os imunoestimulantes.

Atualmente, face aos resultados das pesquisas com a prospecção de espécies produtoras de compostos de interesse comercial, manipulação genética e, ao estabelecimento de tecnologia de cultivo em grande escala, as microalgas passaram também a ser cultivadas comercialmente para outras aplicações, além da alimentação de larvas de espécies aquáticas. Diversas espécies de microalgas vêm sendo estudadas e algumas espécies têm sido cultivadas para emprego na alimentação humana e animal, na agricultura, no tratamento de águas residuais, na redução da emissão de dióxido de carbono para a atmosfera e em substituição aos combustíveis fósseis, dentre outras utilizações (BOROWITZKA, 1999; RICHMOND, 2004).

Produtos e aplicações das microalgas

Cultivos microalgais têm sido desenvolvidos visando à produção de biomassa, tanto para uso na elaboração de alimentos, quanto para a obtenção de compostos bioativos e medicinais com alto valor no mercado mundial, como pigmentos, ácidos graxos poliinsaturados, fármacos e outros, que são de grande interesse das indústrias de alimentos, química, farmacêutica e de cosméticos (MOLINA GRIMA et al., 2003). As principais microalgas cultivadas comercialmente são espécies dos gêneros Chlorella e Arthrospira para a adição em alimentos naturais (health food), Dunaliella salina para a obtenção de betacaroteno e Haematococcus pluvialis para a obtenção de astaxantina (BECKER, 2004). Na tabela 1 são apresentados alguns dos compostos obtidos das microalgas e suas aplicações.

Tabela 1 - Alguns produtos obtidos de microalgas e suas aplicações - Fonte: BARBOSA (2003).
Tabela 1 – Alguns produtos obtidos de microalgas e suas aplicações – Fonte: BARBOSA (2003).
Fotobioreator (Biofence) produção de microalgas para a alimentação de moluscos de água doce, USA
Fotobioreator (Biofence) produção de microalgas para a alimentação de moluscos de água doce, USA

Segundo Borowitzka (1999), as microalgas podem ser cultivadas em diversos sistemas, com volumes que podem variar de alguns poucos litros até bilhões de litros. Em geral os sistemas de produção são pouco sofisticados, uma vez que muitos empreendimentos desenvolvem cultivos em tanques a céu aberto e com baixo ou nenhum controle dos parâmetros ambientais. Algumas empresas, no entanto, têm desenvolvido cultivos intensivos utilizando equipamentos específicos denominados fotobioreatores, nos quais é possível controlar os parâmetros ambientais como a iluminação, temperatura, pH, CO2, entre outros, resultando em elevadas produtividades que viabilizam a produção comercial de compostos de elevado valor (TREDICI, 2004).

Determinadas espécies de reconhecido potencial de cultivo, capazes de sintetizar compostos específicos, já vêm sendo cultivadas comercialmente em alguns países.

Na tabela 2 são apresentadas algumas empresas, sua localização, as microalgas que cultivam, os produtos e as atividades biológicas destes compostos.

Tabela 2 - Empresas, localização, microalgas cultivadas, seus produtos e a atividade biológica atribuída  - Fonte: Adaptado de PULZ e GROSS, 2004.
Tabela 2 – Empresas, localização, microalgas cultivadas, seus produtos e a atividade biológica atribuída – Fonte: Adaptado de PULZ e GROSS, 2004.

Os principais compostos produzidos em escala comercial são os carotenóides (betacaroteno e astaxantina) e alguns ácidos graxos poliinsaturados. Quanto aos carotenóides, pesquisas clínicas têm demonstrado sua ação na prevenção de doenças degenerativas, combatendo os radicais livres e funcionando como agentes anticâncer e estimuladores do sistema imunológico. Em aqüicultura, a astaxantina tem sido empregada para dar a cor alaranjada à carne do salmão cultivado, sendo que aproximadamente 95% deste mercado é abastecido com astaxantina sintética. Como é crescente a demanda por produtos naturais na alimentação, esta é uma excelente oportunidade para as empresas produtoras de astaxantina natural e, em especial, para aquelas que extraem este pigmento das microalgas (CYSEWSKY; TODD LORENZ, 2004).

Quanto aos ácidos graxos poliinsaturados, diversos estudos clínicos demonstram sua significância terapêutica na dieta humana, particularmente em relação a uma série de doenças cardiovasculares. Os benefícios à saúde humana têm sido atribuídos ao consumo de peixes (notadamente marinhos), entretanto, existem evidências indicando que os ácidos graxos poliinsaturados encontrados nos óleos de peixe provêm da ingestão direta ou indireta de microalgas, as quais constituem o primeiro nível da maioria das cadeias tróficas aquáticas. Pelo disposto, as microalgas têm sido cultivadas para a extração destes compostos, especialmente aqueles da família Ômega 3 (ROBLES MEDINA et al., 1998).

Cultivo de Dunaliella salina com células crescendo com coloração esverdeada, sem estresse ambiental (esquerda), e cultivo de Dunaliella salina com células estressadas pela elevação da salinidade e da temperatura, coloração alaranjada acumulando nestas condições grande quantidade de betacaroteno (acima)
Cultivo de Dunaliella salina com células crescendo com coloração esverdeada, sem estresse ambiental (1ª Foto), e cultivo de Dunaliella salina com células estressadas pela elevação da salinidade e da temperatura, coloração alaranjada acumulando nestas condições grande quantidade de betacaroteno (2ª Foto)
Brasil

Além das substâncias conhecidas, é muito grande a quantidade de compostos de interesse comercial que ainda podem ser obtidos através dos cultivos das microalgas. O crescente interesse por tecnologias limpas, sustentáveis e orgânicas para a obtenção de produtos para o consumo humano, traz a necessidade de uma contínua busca por espécies e/ou variedades (cepas) capazes de sintetizar grandes quantidades de compostos específicos, e de conhecimentos para potencializar a síntese desses produtos. São também necessárias pesquisas visando ao desenvolvimento e, principalmente, ao aperfeiçoamento dos sistemas de produção em escala comercial de forma a viabilizar alguns dos sistemas conhecidos. Da mesma forma, é importante a identificação dos produtos que podem ser extraídos das microalgas, bem como das suas possíveis atividades biológicas através de estudos clínicos, metabológicos e toxicológicos, além do desenvolvimento de mercados específicos para estes (PULZ; GROSS, 2004).

Cultivo de Haematococcus pluvialis. Células estressadas  (pela deficiência de nitrogênio, elevação da salinidade e elevada intensidade luminosa) acumulando nestas condições grande  quantidade de astaxantina (coloração avermelhada)
Cultivo de Haematococcus pluvialis. Células estressadas  (pela deficiência de nitrogênio, elevação da salinidade e elevada intensidade luminosa) acumulando nestas condições grande  quantidade de astaxantina (coloração avermelhada)

Apesar de ser uma atividade já consolidada em alguns países, a produção comercial de microalgas no Brasil somente é realizada por empresas que produzem a biomassa e a empregam exclusivamente na alimentação de organismos aquáticos, como camarões e moluscos marinhos. Não há informações da produção em larga escala para a obtenção de biomassa ou para a extração de compostos bioativos visando outras aplicações. Somente existem iniciativas de caráter experimental em diversos centros de pesquisa, em geral atuando isoladamente (DERNER, 2006).


Bibliografia

BARBOSA, M. J. G. V. Microalgal photobioreactores: scale-up and optimization. 2003, 166 f.. Tese (Doutorado em Ciências), Wageningen University, Wageningen, 2003.

BECKER, W. Microalgae in human and animal nutrition. In: RICHMOND, A. (ed.) Handbook of Microalgal Culture: biotechnology and applied phycology. Oxford: Blackwell Science, 2004. p. 312-351.

BOROWITZKA, M. A. Commercial production of microalgae: ponds, tanks, tubes and fermenters. Journal of Biotechnology, v. 70, p. 313-321, 1999.

CYSEWSKY, G. R.; TODD LORENZ, R. Industrial production of microalgal cell-mass and secondary products – species of high potential. In: RICHMOND, A. (ed.). Handbook of Microalgal Culture: biotechnology and applied phycology. Oxford: Blackwell Science, 2004. p. 281-288.

DERNER, R. B. Efeito de fontes de carbono no crescimento e na composição bioquímica das microalgas Chaetoceros muelleri e Thalassiosira fluviatilis, com ênfase no teor de ácidos graxos poliinsaturados. 2006, 140 f.. Tese (Doutorado em Ciência dos Alimentos), Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2006.

MOLINA GRIMA, E. et al. Recovery of microalgal biomass and metabolites: process options and economics. Biotechnology Advances, v. 20, p. 491-515, 2003.

PULZ, O.; GROSS, W. Valuable products from biotechnology of microalgae. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 65, p. 635–648, 2004.

RICHMOND, A. (ed.). Handbook of Microalgal Culture: biotechnology and applied phycology. Oxford: Blackwell Science, 2004. 566 p.

ROBLES MEDINA, A. et al. Downstream processing of algal polyunsaturated fatty acids. Biotechnology Advances, v. 16, n. 13, p. 517-580, 1998.

TREDICI, M. R. Mass production of microalgae: photobioreactors. In: RICHMOND, A. (ed.). Handbook of Microalgal Culture: biotechnology and applied phycology. Oxford: Blackwell Science, 2004. p. 178-214.