Optimization of biomass production for lipid extraction using strains Scenedesmus sp. microalgae

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i1.24494

Keywords:

Biodiesel; Microalgae; Scenedesmus; Lipids; Statistical optimization.

Abstract

Microalgae species such as Scenedesmus sp. have a high potential for lipid accumulation in their cells, enabling studies aimed at the exploration of these organisms as raw materials for the bio-oil extraction for biodiesel production, enhancing the biomass cultivation and harvesting systems. This study was developed to evaluate cultivation techniques of the Scenedesmus sp. microalgae that allows greater production of bio-oil. Cultivation took place in horizontal flat acrylic reactors, maintained at room temperature at 25 °C ± 1 °C, with a photoperiod controller in 12 hours of light and 12 hours of darkness, using three 40-volt white fluorescent lamps. The culture medium, time, and percentage of inoculum were the variables optimized for algae growth and lipid yield. To minimize the number of experiments and time, 23 factorial and central composite designs were used. The analyzes indicated that the cultivation of Scenedesmus sp. microalgae presented better yields in the lipid content when submitted to the cultivation in Chu medium with 20% of the initial inoculum. However, the lipid accumulation reaches a maximum when the initial concentration of Chu medium is approximately 39.5%. It was also found that the number of days (time) indicated the tendency of greater lipid accumulation in 20 days of cultivation. For these conditions of initial concentration of Chu medium (39.5%) and cultivation time (20 days), the model predicts an accumulation of lipid content of approximately 9.74%.

References

Barros Neto, B.; Scarminio, I. S. & Bruns, R. E. (2010). Como Fazer Experimentos: Pesquisa e Desenvolvimento na Ciência e na Indústria. Bookman.

Benedito, V. M.; Porto, P. S. S. & Freitas, R. R. (2019). Modelagem do crescimento de microalgas: Um estudo bibliométrico. Research, Society and Development, 8 (1), e681511. https://doi.org/10.33448/rsd-v8i1.511

Borges, W. S.; Araújo, B. S. A.; Moura, L. G.; Coutinho Filho, U.; Resende, M. M. D. & Cardoso, V. L. (2016). Bio-oil production and removal of organic load by microalga Scenedesmus sp. using culture medium contaminated with different sugars, cheese whey and whey permeate. Journal of Environmental Management, 173, 134-140. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2015.11.015

Carneiro, G. A.; Silva, J. J. R.; Oliveira, G. A. & Pio, F. P. B. (2018). Uso de Microalgas para Produção de Biodiesel. Research, Society and Development, 7 (5), e1075181. https://doi.org/10.17648/rsd-v7i5.250

Cavalcante Filho, P. G.; Buiaianin, A. M. & Benatti, G. S. S. (2019). A cadeia produtiva agroindustrial do biodiesel no Brasil: um estudo sobre sua estrutura e caracterização. Desenvolvimento Regional em debate, 9, 772-799. https://doi.org/10.24302/drd.v9i0.2252

CHU, S. P. (1942). The influence of the mineral composition if the medium on the growth of planktonic algae. Journal of Ecology, 30 (2), 284-325. https://doi.org/10.2307/2256574

Dourado, M. S.; Cardoso, C. C. A.; Calado, C. S. C.; Frety, R. T. F. & Sales, E. A. (2020). Microalgas como matéria prima para a produção de compostos lipídicos precursores de combustíveis verdes. Brazilian Journal of Development, 6 (3), 13985-13994. https://doi.org/10.34117/bjdv6n3-316

Dzuman, M. J. (2013). Efeito da reciclagem repetida do meio de cultivo da microalga Scenedesmus sp para a produção de biodiesel. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR, Brasil. http://hdl.handle.net/1884/36784

El Shimi, H. I. & Moustafa, S. S. (2017). Biodiesel production from microalgae grown on domestic wastewater: Feasibility and Egyptian case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82 (3), 4238-4244. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.073

Erazo, R. G. T. P. (2017). Isolamento, seleção e cultivo em meio sintético e vinhaça de microalgas com potencial para a produção de biodiesel. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Ilha Solteira, SP, Brasil. https://repositorio.unesp.br/handle/11449/151734

Fenerick, D. C. & Fenerick, L. H. S. (2020). Avaliação do crescimento da microalga Messastrum gracile em meios de cultura comercial e alternativo utilizando melaço de cana-de-açúcar em menor comprimento de luz. Ciência & Tecnologia, 12 (1), 96-10.

Folch, J.; Lees, M. & Stanley, G. H. S. (1957). A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues. Journal of Biological Chemistry, 226 (1), 497-509. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)64849-5

Galina, D.; Benedito, V. M.; Freitas, R. R. & Porto, P. S. S. (2020). Análise da influência da temperatura e do tempo na transesterificação direta da Nannochloropsis Oculata para produção de biodiesel. Research, Society and Development, 9 (7), e655974648. https://doi.org/10.33448/rsd-v9i7.4648

Gouveia, L.; Graça, S.; Sousa, C.; Ambrosano, L.; Ribeiro, B.; Botrel, E. P.; Castro Neto, P.; Ferreira, A. F. & Silva, C. M. (2016). Microalgae biomass production using wastewater: Treatment and costs. Scale-up considerations. Algal Research, 16, 167-176. https://doi.org/10.1016/j.algal.2016.03.010

Guarieiro, M. S. (2019). Utilização da vinhaça no cultivo da microalga Klebsormidium flaccidum (Kützing) visando à produção de biomassa aplicada ao mercado de biodiesel. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, ES, Brasil. http://repositorio.ufes.br/handle/10/11115

Guillard R. R. L. (1975). Culture of Phytoplankton for Feeding Marine Invertebrates. In: Smith W.L., Chanley M.H. (eds) Culture of Marine Invertebrate Animals. Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-8714-9_3

Lima, K. F. F.; Porto, P. S. S. & Freitas, R. R. (2018). Métodos de extração de bio-óleo a partir da microalga Nannochloropsis oculata: uma análise bibliométrica. Research, Society and Development, 7 (6), e976190. https://doi.org/10.17648/rsd-v7i6.259

Monção, F. S. (2018). Microalgas e biocombustíveis: integração de cadeias produtivas. Revista Virtual de Química, 10 (4), 999-1017.

Oliveira, C. J.; Schaffner, R. A.; Cremonez, P. A.; Feroldi, M. & Teleken, J. G. (2014). Produção de Biodiesel a partir das algas: uma revisão. Journal of Agronomic Sciences, 3, 202-221.

Pena, A. C. C.; Fontoura, J. T.; Trierweiler, L. F. & Gutterres, M. (2017). Estudo de um consórcio de microalgas na remoção de nutrientes de efluentes de curtume. Revista Eletrônica Científica da UFRGS, 3 (4), 743-752. https://doi.org/10.21674/2448-0479.34.743-752

Ramirez, N. N. V.; Farenzena, M. & Trierweiler, J. O. (2014). Growth of microalgae Scenedesmus sp. in ethanol vinasse. Brazilian Archives of Biology and Technology, 57 (5), 630-635. https://doi.org/10.1590/S1516-8913201401791

Ramos, L. (2017). Biodiesel: matérias-primas, tecnologias de produção e propriedades combustíveis. Revista virtual de química, 9 (1), 317-369.

Silva, D. A. (2014). Produção de biomassa de microalgas cultivadas em esgoto sanitário biodigerido visando a produção de biodiesel. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR, Brasil. https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/35118

Shi, R.; Handler, R. M. & Shonnard, D. R. (2019). Life cycle assessment of novel technologies for algae harvesting and oil extraction in the renewable diesel pathway. Algal Research, 37, 248-259. https://doi.org/10.1016/j.algal.2018.12.005

Shuba, E. S. & Kifle, D. (2018). Microalgae to biofuels: ‘Promising’ alternative and renewable energy, review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 743-755. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.08.042

Svenning, J. B.; Dalheim, L.; Eilertsen, H. C. & Vasskog, T. (2019). Temperature dependent growth rate, lipid content and fatty acid composition of the marine cold-water diatom Porosira glacialis. Algal Research, 37, 11-16. https://doi.org/10.1016/j.algal.2018.10.009

Trevisan, E.; Branco, K. B. Z. F. & Arroyo, P. A. (2019). Avaliação termogravimétrica da biomassa de Chlorella vulgaris cultivada em diferentes condições nutricionais. Engevista, 21 (2), 242-255.

Vieira, T. Q.; Ferreira, W. B.; Araújo, H. W. C.; Cunha, T. H. C. S.; Vidal, I. C. A. & Melo, D. J. N. (2014). Estudo da viabilidade do uso de resíduos no cultivo da microalga Chlorella sp. visando a produção de biocombustíveis. Monografias Ambientais, 13 (4), 3477-3490. https://doi.org/10.5902/2236130813544

Xu, H.; Lee, U.; Coleman, A. M.; Wigmosta, M. S. & Wang, M. (2019). Assessment of algal biofuel resource potential in the United States with consideration of regional water stress. Algal Research, 37, 30-39. https://doi.org/10.1016/j.algal.2018.11.002

Published

02/01/2022

How to Cite

OLIVEIRA, F. C. .; GUERRA, W. D. .; CHIESA, J. E. G.; DIAS, I. de S. .; VIEIRA, A. T. .; BORGES, W. da S. .; FARIA, A. M. de .; BATISTA, A. C. F. . Optimization of biomass production for lipid extraction using strains Scenedesmus sp. microalgae. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 1, p. e9211124494, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i1.24494. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/24494. Acesso em: 21 dec. 2024.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences