Intensive production of microalgae with high economic, social and energetic value : potential in the Autonomous Region of the Azores

Xavier, Emanuel Dias

Publication

Intensive production of microalgae with high economic, social and energetic value : potential in the Autonomous Region of the Azores

2018-06-04Doctoral thesis

datacite.subject.fos	Ciências Naturais::Ciências Biológicas	pt_PT
dc.contributor.advisor	Neto, Ana Isabel de Melo Azevedo
dc.contributor.advisor	Azevedo, José Manuel Viegas de Oliveira Neto
dc.contributor.advisor	Reis, Alberto Delgado
dc.contributor.author	Xavier, Emanuel Dias
dc.date.accessioned	2019-03-28T18:36:17Z
dc.date.available	2019-03-28T18:36:17Z
dc.date.issued	2018-06-04
dc.description	Tese de Doutoramento, Biologia, 04 de junho de 2018, Universidade dos Açores.	pt_PT
dc.description.abstract	As microalgas são fonte de compostos de elevado valor comercial como sejam os ácidos gordos polinsaturados e os carotenoides, produtos com interesse crescente a nível biotecnológico devido aos benefícios que representam para a saúde humana. Atualmente apenas algumas espécies de microalgas estão bem estabelecidas no mercado, havendo a necessidade de encontrar espécies indígenas com potencial biotecnológico, uma vez que estas estão adaptadas às condições bióticas e abióticas prevalecentes em cada região, sendo assim bons candidatos à produção de recursos de origem biológica. No presente estudo, o potencial dos Açores para a produção de microalgas no exterior foi avaliado. Analisaram-se fatores como água, luz, temperatura, fontes de carbono, nutrientes, conjuntura internacional e contexto regional. A análise SWOT resultante indicou que o arquipélago é um local promissor para implementar um projeto comercial de cultivo ao ar livre de microalgas tendo em vista a produção de produtos de valor acrescentado. A partir de amostras coletadas em 23 locais da ilha de São Miguel, Açores obtiveram-se 114 isolados de microalgas. Os isolados, pertencendo a 60 taxa, compreendiam 39 Chlorophyta, 10 Ochrophyta, 6 Cyanophyta, 3 Charophyta, 1 Euglenozoa e 1 Cryptophyta. Dezoito desses taxa constituem novos registos para a ilha de São Miguel. Cinco dos isolados foram selecionados para investigação posterior nomeadamente no que concerne ao potencial de cultivo e produção de ácidos gordos polinsaturados e os carotenoides. As cinco estirpes isoladas de microalgas foram cultivadas no exterior em fotobiorreactores cilíndricos verticais para avaliar o respetivo potencial de crescimento e analisar a composição da biomassa produzida em termos de ácidos gordos e carotenoides secundários. Como seria de esperar, o verão foi a estação mais produtiva para todos os parâmetros avaliados. Chlorococcum sp. foi a estirpe mais interessante devido à sua elevada produção de ácidos gordos insaturados e carotenóides secundários. Os valores obtidos revelaram-se interessantes quando comparados com outros obtidos para estirpes utilizadas comercialmente. Isto indica que a prospeção e seleção de estirpes indígenas é um meio eficiente de descobrir microalgas com aplicações industriais passíveis de serem alvo de cultivo no exterior. O efeito da concentração de nutrientes (com ênfase no bicarbonato) sobre o crescimento e acumulação de carotenóides da estirpe indígena de Chlorococcum. Foi testado em cultivo exterior em fotobiorreactores cilíndricos de coluna de bolhas. Os resultados obtidos demonstraram que a estirpe cresceu bem, apresentando um crescimento máximo comparável ou mesmo mais elevado do que aquele reportado para condições otimizadas de cultivo. Demonstraram igualmente que o uso de bicarbonato como fonte de carbono aumenta a produção de carotenoides secundários pela estirpe em estudo. Em resumo, a estirpe indígena de Chlorococcum demonstrou ser um bom candidato para uma elevada produção de carotenóides secundários e ácidos gordos em cultivos no exterior. No entanto, são necessários estudos complementares envolvendo a otimização do cultivo e a indução de stress, para elevar o processo de produção à escala industrial. Em geral, os resultados sugerem que os Açores têm condições para implementar uma produção de produtos de valor acrescentado a partir de microalgas recorrendo a cultivo no exterior, proporcionando benefícios significativos a partir de um recurso económico alternativo.	pt_PT
dc.description.abstract	ABSTRACT: Microalgae are a promising source of high-value compounds such as polyunsaturated fatty acids and carotenoids, products with great commercial interest in biotechnology due to their association with various health benefits. Currently only a few species of microalgae are well established in the market and there is the need to find promising indigenous microalgae species with biotechnological potential, since these are adapted to the prevailing regional abiotic and biotic factors and are, therefore, good candidates for bioresource production. In this study the potential of the Azores for outdoor microalgae production was evaluated. Factors such as water, light, temperature, carbon sources, nutrients, international outlook and regional context were analysed. The resulting SWOT analysis indicated that the Azores is a promising location to implement a commercial outdoor production of value-added products from microalgae. Following a survey in 23 locations of the island of São Miguel, Azores, 114 microalgae isolates were obtained. From them, 60 taxa were identified, comprising 39 Chlorophyta, 10 Ochrophyta, 6 Cyanophyta, 3 Charophyta, 1 Euglenozoa and 1 Cryptophyta. Eighteen of the taxa identified constitute new records for the island. Five isolates were selected for further research covering culture studies and fatty acid and secondary carotenoids production. The five selected isolated strains of microalgae were cultivated outdoors in cylindrical vertical photobioreactors to evaluate their growth potential and analyse the composition of the biomass produced in terms of fatty acids and secondary carotenoids. As expected, summer was the most productive season for all the evaluated parameters. Chlorococcum sp. was the most interesting strain due to its high production of both unsaturated fatty acids and secondary carotenoids. The values obtained compared favourably with those of commercially used strains, indicating that prospection and screening of indigenous strains for outdoor production has good potential to detect microalgae with industrial applications. The effect of nutrient concentrations (with emphasis on bicarbonate) on the growth and carotenoid accumulation of the indigenous strain of Chlorococcum sp. was tested in outdoor batch cultivation, carried out in tubular bubble column photobioreactors. The results obtained demonstrated that the strain grew well, with a maximum specific growth comparable or higher than those reported in optimized indoor conditions. Results further show that using bicarbonate as a carbon source is a way to increase the commercial outdoor production of secondary carotenoids in the studied indigenous Chlorococcum strain. In summary, the indigenous Chlorococcum was seen to be a good target for the production of secondary carotenoids and fatty acids in a commercial outdoor production. Nevertheless, further studies encompassing culture optimization, including stress induction, are needed for a scale up of the industrial production process. Overall, results suggest that the Azores has conditions to implement outdoor production of value-added products from microalgae, providing end-users relevant benefits from an alternative economic resource.	en
dc.description.sponsorship	FRC (Fundo Regional da Ciência) supported Doctoral scholarships ref. M.3.1.2/F/027/2011, which is co-financed by the European Social Fund through the action-type 4.2.2 from Pro-Emprego.	en
dc.identifier.citation	Xavier, Emanuel Dias. "Intensive production of microalgae with high economic, social and energetic value : potential in the Autonomous Region of the Azores". 2018. 144 p.. (Tese de Doutoramento em Biologia). Ponta Delgada: Universidade dos Açores, 2017. [Consult. Dia Mês Ano]. Disponível em www:<http://hdl.handle.net/10400.3/5053>.	pt_PT
dc.identifier.tid	101589581	pt_PT
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10400.3/5053
dc.language.iso	eng	pt_PT
dc.subject	Ácidos Gordos	pt_PT
dc.subject	Carotenóides Secundários	pt_PT
dc.subject	Chlorococcum sp.	pt_PT
dc.subject	Microalgas	pt_PT
dc.subject	Valor Comercial	pt_PT
dc.subject	Fatty Acids	en
dc.subject	Outdoor Production	en
dc.subject	Secondary Carotenoids	en
dc.subject	Azores Islands	en
dc.title	Intensive production of microalgae with high economic, social and energetic value : potential in the Autonomous Region of the Azores	en
dc.type	doctoral thesis
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oaire.fundingStream	COMPETE
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project.funder.identifier	http://doi.org/10.13039/501100001871
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project.funder.name	Fundação para a Ciência e a Tecnologia
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rcaap.rights	restrictedAccess	pt_PT
rcaap.type	doctoralThesis	pt_PT
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thesis.degree.name	Doutoramento em Biologia	pt_PT