BRPI0804611A2 - processo para produção de biomassa e proteìnas por microalgas - Google Patents

Abstract

Processo para Produção de Biomassa e Proteínas por Microalgas. A presente invenção proporciona um processo para produção de biomassa e proteínas de microalgas, o qual vantajosamente utiliza como fonte de desenvolvimento das ditas microalgas os rejeitos da indústria de álcool, notadamente a vinhaça e o diáxido de carbono proveniente das domas do processo fermentativo, O processo de acordo com a presente invenção compreende etapas básicas de preparação da vinhaça, adaptação e preparação do inóculo com a microalga Spirulina platensis OF 25, cultivo da microalga em condições controladas e utilização de CO~ 2~, separação da biomassa algal e, opcionalmente, recirculação da fase aquosa no processo até que se atinja níveis de DQO e DBO aceitáveis pelas legislações ambientais.

Description

Relatório descritivo de Patente de Invenção

Processo para Produção de Biomassa e Proteínas por Microalgas

Campo da Invenção

A presente invenção trata de um processo para produçãode biomassa e proteínas de microalgas, o qual vantajosamente utiliza comomeio de cultivo das ditas microalgas os rejeitos da indústria de álcool e açúcar,notadamente a vinhaça e o dióxido de carbono proveniente das dornas defermentação!

O processo da presente invenção contribui, ainda, comouma solução para a redução da emissão de cargas poluentes nos cursos deágua, desertificação do solo pelo acumulo de sais minerais, uma vez que pelopresente processo obtém-se uma drástica redução dos valores de DQO(Demanda Química de Oxigênio) e DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio)presentes na vinhaça, assim como a emissão de cargas poluentes naatmosfera, tendo em vista o reaproveitamento do dióxido de carbono (CO2) doprocesso fermentativo.

Histórico da Invenção

No Brasil, o etanol é produzido apenas através deprocessos fermentativos, no qual leveduras transformam o caldo, o melaço,e/ou uma mistura melaço-caldo de cana-de-açúcar em etanol. Trata-se, de umprocesso biológico que pode ser representado através da equaçãoestequiométrica de Gay Lussac, abaixo reproduzida:

C12H22O11+ H20 -» C6H1206 + C6H1206 (a)C6H1206 2CH3CH2OH + 2C02 + 23,5 kcal (b)

A equação (b) mostra que para cada 180 gramas de açúcarconsumido são produzidas 92 gramas de etanol e 88 gramas de dióxido decarbono.Ao término da fermentação, o liquido obtido recebe o nomede vinho. O vinho, ou caldo fermentado, possui uma concentração de etanol,porcentagem em volume, que pode variar entre 6o e 10°GL, além de outroscomponentes de natureza líquida, sólida e gasosa. Dentro do vinho, além do álcool (etanol), encontram-se a água com teores que podem variar entre 89% e93%, sais minerais e outras substâncias em concentrações inferiores. O álcoolpresente neste vinho é recuperado no topo das colunas de destilação, nasquais, substâncias voláteis presentes são separadas através de seus diferentespontos de ebulição. A vinhaça é retirada na base dessas colunas e se constituiem um resíduo liquido, gerado em uma proporção média de 12 a 15 litros paracada litro de álcool hidratado produzido. Esse resíduo líquido, rico em saisminerais, entre outros elementos químicos, representa a maior fonte depoluição da indústria de álcool (etanol) obtido por processo fermentativos.

A composição da vinhaça depende de diversos fatores,como composição da matéria-prima, características e modo de operação dascolunas de destilação. A Tabela 1 apresenta as características qualitativas equantitativas de vinhaça procedente de mosto de caldo, mosto de melaço e demosto misto coletadas em usinas no estado de São Paulo.Tabela 1 - Caracterização Físico-Química da Vinhaça (média de 64 amostras de 28 usinas do Estado de São Paulo - Fonte: ELIA NETO.A &NAKAHODO,T.(in Relatório da Copersucar, Projeto n°95000278, Piracicaba, 1995,26p).

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A vinhaça contém sais minerais, matéria orgânica e água,sendo caracterizada como um resíduo altamente agressivo ao meio ambiente,pois possui elevados níveis de DBO e DQO. Até o final dos anos 70, quando aprática foi proibida, volumes crescentes de vinhaça eram lançados nosmananciais superficiais, principalmente em cursos d'água como rios, córregose ribeirões, nas proximidades das usinas de açúcar e álcool. Os efeitosdecorrentes desta prática são conhecidos há muito tempo. A carga orgânicapresente na vinhaça causa a proliferação de microrganismos que consomem o oxigênio dissolvido na água, destruindo a flora e a fauna aquáticas edificultando o aproveitamento das fontes de abastecimento de água potável.Além disso, o despejo da vinhaça nos cursos d'água provoca mau cheiro econtribui para o agravamento de várias doenças parasitárias endêmicas.As estimativas indicam que a produção brasileira devinhaça referente à safra 2006/2007 tenha sido da ordem de 190 bilhões delitros. Atualmente, o destino dado à vinhaça tem sido sua pulverização no solo,particularmente em plantações de cana-de-açúcar e/ou sua estocagem emlagoas de depuração. Entretanto, aspersão continuada de vinhaça nos solos,mesmo em dosagens pequenas, pode levar a uma saturação em cátions,principalmente potássio, ocasionando lixiviação de seus constituintes paraáguas subterrâneas. O potássio por si só não é um poluente das águas elençóis freáticos, porém sua presença em altas concentrações no solo favorece a formação de compostos químicos que, com cargas neutras, são facilmentelixiviados. O complexo formado entre o (K)+ e o (NO3)" é muito preocupante doponto de vista ambiental, pois o nitrato é um grande poluente das águassuperficiais e subterrâneas.

No Brasil, órgãos governamentais procuram imporrestrições ao manejo dessa vinhaça desde o ano de 1978, ficando proibido odespejo da vinhaça em mananciais superficiais. Uma dessas normas queregulamenta o uso da vinhaça, estabelece que a vinhaça só poderá seraplicada no solo quando a concentração total de cátions (CTC) neste soloestiver abaixo de 5%. Se esse valor já foi atingido, a norma permite apenas usoda dose em potássio equivalente a que será consumida pela cana-de-açúcarno ano em questão, ou seja, vinhaça equivalente a 185 Kg/ha de K2O. Comessas leis normativas em vigor muitas áreas canavieiras sofrem restrições,sendo que o setor já desenvolve projetos visando transportar vinhaça paradistâncias superiores as hoje utilizadas.

Uma das soluções em estudo trata da concentração devinhaça como forma de redução dos custos de transporte. O emprego deconhecimentos técnico-científicos para um melhor gerenciamento dessavinhaça, visando seu emprego mais racional, econômico e de menor impactoambiental é de fundamental importância.

Estado da ArteMicroalgas são organismos que contém clorofila, realizam afotossíntese, englobam uma grande variabilidade morfológica, estrutural emetabólica, incluindo até mesmo alguns grupos procarióticos. Grande partedesses organismos são encontrados na água, de forma livre, fazendo parte do fitoplâncton e são a base da cadeia alimentar nos ecossistemas aquáticos,respondendo por até 50 % da fixação de carbono e produção de oxigênio doplaneta (OLIVEIRA.A. Crescimento das diatomáceas bacillario phyceaeChaetocerus sp.,Skeletonema costatum e Thalassiosira fluvia tilis em diferentesmeios de cultura e em condições controladas de temperatura e salinidade.

Dissertação de Mestrado em Aquicultura, Departamento de Aquicultura,Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis,1993).

As microalgas têm sido tradicionalmente classificadas pordiversos critérios, como tipos de pigmentos, a natureza química dos produtosde reserva e pelos constituintes de parede celular(TOMASSELI,L. Themicrobial cell, in. RICHMOND, A. (Ed), Hamdbook of Microalgal Culture:biotechnology and applied phycology. Oxford: Blacweel Science, p. 3-19,2004).As microalgas formam um grupo heterogêneo de organismos que englobatodos os microrganismos fotossintetizantes, sejam eucarióticos ouprocarióticos, geralmente são unicelulares, gram-negativos.

O número de espécies de microalgas é muito grande,porém ainda desconhecido, estima-se que podem existir entre 200.000 atéalguns milhões de representantes. As microalgas são fontes ilimitadas debiomoléculas de interesse farmacêutico, alimentar, assim como outrassubstâncias de interesse comercial (PULZ.O., GROSS.W. Valuable products from biotechnology of microalgae. Applied Microbiology and Biotechnology, 65(6),p.635-648,2004).

Segundo (RICHMOND.A. Hamdbook of Microalgal MassCulture. CRC Press, USA, 1986), a produção microalgal pode ser justificada emrazão de inúmeras vantagens, dentre as quais podem ser destacadas:- processo biológico eficiente que transforma energia solar em matériaorgânica, sendo que, muitas espécies crescem mais rapidamente que asplantas terrestres, fato que possibilita maiores rendimentos em biomassa;

- sua natureza unicelular assegura uma biomassa com mesma composiçãobioquímica, o que não ocorre nas plantas terrestres, que apresentamcompostos localizados em partes específicas, tais como, nos frutos, folhas,sementes ou raízes;

- através do controle das condições ambientais de cultivo, tais como, luz,temperatura e nutrientes, muitas espécies podem ser induzidas a sintetizar eacumular altas concentrações de proteínas, carboidratos, lipídios, etc. Essescompostos têm elevado valor comercial, principalmente por seremconsiderados oriundos naturais;

- podem crescer bem em regiões com extremas condições climáticas. Oscultivos podem ser desenvolvidos com água marinha ou de estuários, a qualnão pode ser convencionalmente empregada no cultivo de plantas com valorpara a agricultura, ou com águas residuarias provenientes de diversosprocessos de produção, tais como, agropecuária, indústria e dejetosdomésticos, por exemplo;

- o ciclo de vida da maioria das microalgas se completa em poucas horas, oque favorece a seleção de cepas e o melhoramento genético das espécies.

Quanto à nutrição, para um crescimento ótimo, asmicroalgas têm necessidade de uma série de nutrientes. Entre os diferentesgêneros e espécies, ocorrem muitas variações relacionadas principalmente àquantidade dos nutrientes no meio. Ainda assim, estas necessidadesnutricionais são dependentes de distintas condições ambientais(ABALDEJ.C.A.,FIDALGO,J.P.,TORRES,E.,HERRERO,C. Microalgas: Cultivo yAplicaciones. La Corunã: Serviço de Publicaciones, p.210,1995. Microalgas:Cultivo y Aplicaciones. La Corunã: Serviço de Publicaciones, p.210,1995.). Osmacronutrientes que as microalgas necessitam são carbono, nitrogênio,oxigênio, hidrogênio e fósforo, além de cálcio, magnésio, enxofre e potássio.Quanto aos micronutrientes, geralmente necessitam de ferro, manganês,cobre, molibdênio e cobalto, enquanto algumas microalgas necessitam tambémde baixas concentrações de vitaminas no meio de cultura (GHILLARD.R.R.L.Culture of phytoplankton for feeding marine invertebrates. In: SMITH.W.L,CHANLEY, M.H (Eds) Culture of Marine Invertebrates Animais. Plenum Press,New York,p.29-60,1975).

Os elementos nutritivos mais importantes são o carbono,nitrogênio, fosfatos, sais de magnésio, potássio e cálcio. Elementos emconcentrações menores como manganês e cobalto são indispensáveis em umasérie de atividades metabólicas importantes. As fontes mais importantes decarbono são os carboidratos. O nitrogênio encontra-se no material protéico enos produtos de sua degradação, sendo fornecido através de sais amoniacais.

As Spirulinas são classificadas como seres procarióticos,imóveis e não esporulados. Sua natureza procariótica, seus pigmentos do tipoficobiliprotéico e produção de oxigênio via fotossíntese as diferenciam dasalgas eucarióticas e bactérias fotossintéticas. As Spirulinas vivem em meioslíquidos ricos em sais minerais compostos principalmente por bicarbonato ecarbonato de sódio, com pH variando de 8 a 11. As regiões tropicais esubtropicais, quentes e ensolaradas são propícias para seu cultivo. Ainda, ditasmicroalgas, são utilizadas como fonte de alimento na dieta humana e raçãoanimal, possuindo elevados teores protéicos e contendo todos os aminoácidosessenciais em proporções que satisfazem as recomendações da FAO (Foodand Agriculture Organization), órgão das Nações Unidas.

Especificamente, a microalga Spirulina é uma cianobactériafilamentosa com 1 a 12 (am de diâmetro, se dispõem na forma espiralada, e tematé 1 mm de comprimento (TOMASELLI, I. Morphology, ultrastructure andtaxonomy of Arthrospira (Spirulina). Physiology, cell-biology andbiotechnology.London: Taylor & Francis, ISBN 0-484-0674-3,1997).Ocorrências naturais de Spirulina são registradas nos lagos Chad na ÁfricaCentral, Texcoco no México, Nakaru e Elementeita no Quênia, e Aranguadi na Etiópia (VONSHAK.A. Spirulina platensis (Arthospira) Physiology.cell-biologyand biotechnology. London: Taylor & Francis, ISBN 0-484-0674-3,1997). NoBrasil, foi registrada a ocorrência de Spirulina na Lagoa Mangueira, Rio Grandedo Sul (DURANTE,A.J.,REICHERT,C.C.,DALCANTON,F.,MORAIS,M.Isolamento e cultivo de uma cepa de Spirulina nativa da Lagoa Mangueira einfluência da Spirulina platensis no crescimento de uma cianobactériatoxigênica. Trabalho de conclusão do Curso de Graduação em Eng. DeAlimentos, FURG, Rio Grande,2003).

A Spirulina se destaca entre as demais microalgas devido,principalmente, a sua composição em proteínas, vitaminas como a B12 epigmentos como ficocianina e p-caroteno. Essa microalga é reconhecida comoGRAS (Generally Recognized as Safe) pelo FDA (Food and DrugAdministration) americano. A concentração em proteínas em sua biomassaseca varia entre 64 e 74%. Essas proteínas são consideradas completas, poispossuem todos os aminoácidos essenciais, que perfazem 47% do pesoprotéico total (COHEN.Z. The chemicals of Spirulina. In: VONSHAK, A.Spirulina platensis (Arthrospira) Physiology.cell-biology and biotechnology.London: Taylor & Francis, ISBN 0-484-0674-3,1997. Os aminoácidossulfurados, metionina e cistina estão presentes em menor concentração e,mesmo assim, representam mais de 80% do nível ideal recomendados pelaFAO. A biomassa de Spirulina, quando comparada com os demais alimentosem termos protéicos, em média fica 65% acima de qualquer alimento natural(FALQUET.J. The nutritional aspects of Spirulina. Antena Technology,1997.http:www.antenna.ch). O NPU ("Net Protein Utilization") é determinadoexperimentalmente pelo cálculo da percentagem do nitrogênio retido quando afonte de proteína investigada é o único fator nutricional limitante. O NPU para aSpirulina varia entre 53 e 61%, ou 85 a 92% do NPU da caseína como padrãooriginário do ovo. O PER ("Protein Efficiency Ratio") é a razão entre o ganho demassa do animal em estudo, geralmente ratos, e a massa de proteínasingeridas. O PER para a Spirulina varia entre 1,80 e 2,60, contra um PER de2,50 para a caseína do ovo (Falquet,1997). A Spirulina, ao contrário de outrasmicroalgas, não possui parede celular celulósica, mas sim um envelope demureína relativamente frágil. A ausência da parede celulósica é uma vantagemdo ponto de vista de preservação da integridade de componentes comovitaminas e ácidos graxos poliinsaturados, uma vez que dispensa o uso decozimento para disponibilizar os nutrientes (Falquet,1997). Moléculas simplescomo glicose, frutose e sacarose estão presentes em pequenas quantidades.

Do ponto de vista nutricional, o único carboidrato de ocorrência em quantidadede interesse é o mesoinositol fosfato, uma excelente fonte de fósforo orgânicoe inositol (QUILLET.M. Recherches sur les substances glucidiques élaboréespar les Spirulines. Ann. Nutr. Aliment., 29,n° 1,p 553-561,1975). Os ácidosnucléicos normalmente são um fator limitante no consumo de proteínas deorigem microbiana em razão de que, no metabolismo dessas pelo organismo,ocorre a produção de ácido úrico, sendo que altas taxas podem ocasionarproblemas de gota. É recomendável que a ingestão de ácidos nucléicos diárianão ultrapasse 4 g/dia, no caso de uma pessoa adulta. A concentração deácidos nucléicos na biomassa de leveduras é da ordem de 23%, enquanto na

Spirulina os ácidos nucléicos variam em 4,2 - 6% em relação ao peso dabiomassa seca. Desta forma, seria possível uma ingestão diária superior a 80gde Spirulina para alcançar o limite diário de ácidos nucléicos. Esta quantidade écerca de 8 vezes maior que a dose da microalga recomendada comosuplemento alimentar (FOX.R.D.Spirulina production & potential. France,

Edisud, ISBN 2-84744-883-x,1996). A Spirulina produz elevadas concentraçõesde vitamina B12, na ordem de 11mg/Kg de biomassa seca. As carnes contêmconcentrações importantes dessa vitamina, porém nos vegetais praticamentenão está presente (CIFERRI.O. Spirulina the edible microrganism. Microbiol.Rev. 47,p551,1983). A pró-vitamina A, ou p-caroteno, representa cerca de 80% dos carotenóides presentes na Spirulina. Em 1 kg de biomassa seca deSpirulina a concentração de p-caroteno é da ordem de 700 e 1700 mg. Abiomassa de Spirulina contém também tocoferóis, de poder antioxidante, emcerca de 50-190 mg/kg em base seca, ou seja, níveis comparáveis ao germede trigo. A Spirulina contém ainda pequenas quantidades de niacina, ácidofólico, ácido pantotênico e biotina (Cohen,1997). A biomassa de Spirulinatambém é rica em minerais como cálcio, ferro, fósforo, magnésio e potássio.Em termos de níveis de cálcio, ferro, fósforo, os teores são semelhantes aos doleite. A Spirulina contém teores de ferro superiores aos cereais (Falquet,1997).

De um modo geral, as algas necessitam, para seucrescimento, de luz, água, sais minerais e de certa quantidade de dióxido decarbono (C02).

Partindo desse conhecimento, e a através de longosestudos e experimentos, a Depositante verificou que a utilização da vinhaçaproveniente da destilação do mosto em usinas de álcool, assim como o CO2oriundo do processo fermentativo, apresenta grande potencial para produçãode biomassa algal, de diversos gêneros e espécies, notadamente de Spirulina,para aplicação na alimentação humana e animal, bem como para produção deoutras moléculas de interesse comercial.

Descrição Resumida da Invenção

As microalgas, quando cultivadas em meios adequados,podem duplicar sua biomassa diariamente. Esta característica, aliada àsimplicidade nas técnicas de cultivo, torna as microalgas o objeto principal deinteresse da presente invenção.

Portanto, a presente invenção tem como objetivo específicoprover um processo para a produção de biomassa e proteínas de microalgas,utilizando a vinhaça e dióxido de carbono proveniente dos fermentadores,gerados na indústria álcool, como meio ou substrato de cultivo.

Mais especificamente, a presente invenção tem comoobjetivo prover um processo de produção de biomassa de microalgas a partirda vinhaça e dióxido de carbono, gerados como rejeitos na indústria de álcool,utilizando cana de açúcar e seus derivados.

Mais especificamente ainda, a presente invenção tem comoobjetivo prover um processo de produção de microalgas a partir da vinhaça edióxido de carbono, gerados como rejeitos na indústria de álcool, utilizandocana de açúcar e seus derivados, ditas microalgas sendo selecionadas dentreum ou mais dos gêneros (espécies) do grupo compreendendo Spirulina (sp,platensis, máxima, major, subsalsa, geitleri, subtilissima, labyrinthiforms);Skeletonema sp; Chaetoceros sp; Scenedesmus sp (bijugatus, incrassatulus,ocultus, quadricauda, dimorphus); Anacystis sp (nidulans, cyanea, thermalis);Porphyridium cruentum; Crypthecodinium cognii; Euglena sp (gracilis);Crypthecodinium cohnii; Haematococcus pluvialis; Anabaena sp (variabilis,cylindrica, hassali, planctonica); Dunaliella sp (salina,bardawil, tertioleta);Chlamydomonas sp (reinhardtii); Chlorella sp (vulgaris, kessleri, pyrenoidosa,mannophila, protothecoides, salina, homosphaera, stigmatophora, luteoviridis,regularis, ellipsoidea, variegata, sorokiniana, emersonii); Trichodesmium, Microcoleus; Ankistrodesmus sp (densus, braunii, falcatus, fusiformis, gracilis);Isochrysis galbana (Parke); Tetraselmis sp. (tetrathele, suecia); Oscillatoria sp(limnetica, curviceps, splendida); Nostoc muscorum e Botrycoccus braunii,. Nãoobstante, a presente invenção pode compreender outros gêneros (espécies)além dos aqui relacionados.

Um objetivo especialmente contemplado pela presenteinvenção é o uso da microalga Spirulina platensis OF 25, em processo deprodução de biomassa e proteínas a partir da vinhaça e dióxido de carbono,gerados como rejeitos na indústria de álcool/etanol.

Portanto, resumidamente, a presente invenção por objetivos a reciclagem e utilização da vinhaça como meio de cultivo paraprodução de biomassa algal rica em proteínas e demais produtos de interessecomercial, notadamente biomassa de Spirulina, bem como aproveitar o efeitodo CO2, oriundo das dornas de fermentação, no crescimento dessa microalga,e promover a redução dos níveis de DQO e DBO da vinhaça descartada no processo fermentativo.

Citação das Figuras

As figuras em anexo servirão para proporcionar um melhorentendimento dos objetivos e processo da presente invenção. Algumas delasse referem ao cultivo da microalga Spirulina platensis OF 25, porém deve serentendido que o processo não é exclusivo nem limitado ao cultivo dessamicroalga, podendo evidentemente ser utilizado para outros gêneros eespécies.

A Figura 1, ilustra um fluxograma mostrando as principaisetapas de um processo típico de produção de álcool hidratado, notadamente oetanol, a partir de derivados de cana-de-açúcar.

A Figura 2, ilustra um fluxograma mostrando as principaisetapas do processo de cultivo de Spirulina platensis OF 25, em vinhaça e CO2,segundo a presente invenção.

A Figura 3, ilustra um fluxograma do processo de produçãode Biomassa algal, segundo a presente invenção, utilizando a microalgaSpirulina platensis OF 25 e condições de inoculação do primeiro ciclo.

A Figura 4, ilustra um modelo esquemático dosfotobiorreatores do tipo coluna utilizado nos experimentos do processo dainvenção.

A Figura 5, ilustra um modelo de estufa com suasrespectivas dimensões com foto período utilizada nos experimentos comfotobiorreatores tubulares, segundo a presente invenção.

A Figura 6, ilustra um arranjo dos fotobiorreatores nasprateleiras da estufa com fotoperíodo durante os experimentos para teste davinhaça com diferentes proporções ar/C02, segundo a presente invenção.

A Figura 7, é um gráfico ilustrando a evolução docrescimento em termos de biomassa de Spirulina platensis OF 25 produzida,em cultivo de vinhaça diluída (50%) em diferentes níveis de C02 e suacomparação com o meio Zarrouk.

Descrição Detalhada da Invenção

Estudos realizados pela Depositante mostraram que avinhaça contém praticamente todos os elementos minerais, bem comoinúmeros compostos orgânicos necessários ao crescimento de vários gênerose espécies de microalgas.Assim, o processo de produção de biomassa e proteínasde microalgas, de acordo com a presente invenção, vantajosamente utiliza avinhaça e o dióxido de carbono (CO2), produzidos como resíduos no processode fermentação do caldo de cana-de-açúcar, melaço ou suas misturas, para aprodução de álcool, notadamente, etanol hidratado e anidro.

A vinhaça utilizada nos estudos e experimentos doprocesso da presente invenção foi cedida pela Empresa Jardest S/A Açúcar eÁlcool, Jardinópolis-SP, Brasil, a qual denominaremos a seguir como "Vinhaça-Jardest". A Tabela 2 apresenta a composição típica da "Vinhaça-Jardest".

Tabela 2 - Composição da Vinhaça-Jardest

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O processo segundo a presente invenção compreende aprodução em larga escala de biomassa algal utilizando CO2 gerado durantefermentação alcoólica, assim como a vinhaça proveniente da etapa dedestilação em usinas de álcool.

A Figura 1 apresenta um fluxograma simplificado dasoperações unitárias mais importantes de uma usina de produção de etanol apartir da fermentação de açúcares derivados da cana-de-açúcar e/ou outro tipode carboidrato. A vinhaça gerada na destilação do mosto fermentado éconduzida por bombeamento através de tubulações e/ou pelo uso da gravidadee/ou canaletas, ou ainda pelo emprego de caminhões cisterna, até planta deprodução de microalgas.

Na unidade de produção de microalgas, ilustrada na Figura2, a vinhaça poderá ser transferida diretamente aos tanques de cultura ouentão armazenada em recipientes adequados, de preferência vedados paraevitar contaminação externa, podendo sofrer um pré-tratamento que temfunção preservativa, de natureza física, química e/ou biológica.

Os estudos realizados pela Depositante demonstraram quea vinhaça, além de água, possui concentrações importantes de sais minerais,em especial potássio, fósforo, enxofre, cobalto, molibdênio, manganês, zincoentre outros. Observou-se, igualmente, que os componentes orgânicos taiscomo açúcares residuais, biomassa e fragmentos de leveduras, proteínassolúveis, etc, presentes na vinhaça, tornam a mesma um excelente substratopara o cultivo de vários grupos (espécies) de algas.Os rendimentos em termos de biomassa que foram obtidossão compatíveis aos meios clássicos descritos na literatura internacional.Constatou-se, também, que a vinhaça poderá ser utilizada no cultivo de algaspara produção de biomassa protéica da maneira como é descartada pelasdestilarias de álcool, podendo, caso necessário, ser diluída em água, acrescidaou não de outras substâncias químicas, tendo por finalidade ajustar seu pHe/ou complementar determinados macronutrientes e/ou micronutrientes. Emdeterminados casos, a vinhaça poderá ser filtrada e/ou clarificada utilizando-secarvão ativado, leito de areia com diferentes granulometrias, ou agentesfloculantes, dependendo da concentração de sólidos em suspensão nosdiferentes tipos de vinhaça. Observou-se, igualmente, que a pasteurização e/ouesterilização da vinhaça não proporciona diferença significativa na produção debiomassa, sendo, portanto, uma operação unitária dispensável, embora possaser empregada quando se fizer necessário.

O inóculo para a produção de biomassa é propagado apartir de cultivos em escala de laboratorial, passando por reatores em escalacrescente de volume, até a formação de uma biomassa algal suficiente parainício do cultivo em tanques de produção. Os tanques para a propagação dosinóculos poderão ser de diferentes formatos e/ou tamanhos, abertos oufechados, aerados ou não, agitados ou não, contínuos, semicontínuos oudescontínuos, alimentados ou não; horizontais ou verticais, do tipo raceway, deplacas ou tubulares, ovais, circulares, retangulares, quadrados, etc.

A produção de microalgas em meio de cultivo a base devinhaça, tal como preconizado na presente invenção, pode ser realizada deacordo com o fluxograma ilustrado na Figura 2. Os cultivos em ar abertocompreendem o uso de tanques naturais ou artificiais, com volume que podemvariar entre algumas dezenas de litros até vários milhões de litros. Essestanques ocupam grandes áreas, podendo até mesmo atingir, em média, 10.000m2 no caso de um único tanque. Não é recomendável utilizar tanquesprofundos, de um modo geral não devem ultrapassam 0,5 m de coluna de águapara não dificultar a penetração da luz, o que reduz o processo da fotossíntese.Os tanques utilizados na produção de algas a partir da vinhaça poderão serhorizontais ou verticais, do tipo raceway, de placas ou tubulares, ovais,circulares, retangulares ou quadrados, contínuos, semicontínuos oudescontínuos, alimentados ou não, agitados ou não. Quando utilizado, osistema mais comum de agitação emprega pás, que são agitadasmecanicamente e são distribuídas em espaços regulares por toda a superfíciedo tanque, ou então localizadas nas extremidades ou no centro do tanque.

Concomitantemente com a agitação por pás, pode seefetuar injeção de ar, comprimido ou não. Esse ar poderá ser filtrado ou não.

Os reatores poderão ser fechados, através do uso de uma cobertura removível,porém, por questões óbvias, essa cobertura deverá ser construída de ummaterial transparente ou translúcido à luz, natural ou artificial.

O dióxido de carbono (C02) produzido nas usinas de álcooldurante a fermentação será recuperado no topo dos fermentadores através deum coletor acoplado ao mesmo, do qual esses gases são transferidos atravésde tubulações apropriadas até os tanques de produção de algas, onde édistribuído através de borbulhadores ou difusores no meio de cultivo a base devinhaça. A quantidade de C02 difundida no meio deve ser tal que a suaconcentração atinja um valor da ordem 0,1-100%. O CO2 produzido durante afermentação alcoólica, em altas quantidades, poderá ser comprimido e/oupurificado e estocado em reservatórios pressurizados antes de ser injetado nostanques de produção de algas. Um exemplo de purificação do CO2 pode seratravés da passagem dos gases provenientes dos fermentadores através detrês torres lavadoras recheadas. A primeira torre contém uma solução alcoólicadiluída, que atua como um purificador preliminar e remove a maior parte doálcool carreado pelo gás. Os dois depuradores seguintes, em que o líquido delavagem é água desaerada, removem quase todas as impurezas solúveis emágua. O líquido de lavagem retorna por bombeamento aos fermentadores ouunidade de destilação para recuperação do álcool residual nele carreado e ogás depurado é subseqüentemente tratado para fornecer um gás inodoro quepode ser estocado sob compressão em tanques para ser utilizadoposteriormente no cultivo das microalgas.

A separação ou colheita da biomassa algal produzidapoderá ser realizada de maneira contínua, semicontínua ou descontínua,manual ou mecânica, floculada ou não, utilizando centrífugas, filtros, filtrosprensa, peneiras, decantadores ou ciclones. A biomassa poderá ser extrusadaou não, seca naturalmente ou em secadores de leito fixo ou móvel, ou poratomização (spray-drier) ou tambor rotatório.

A Figura 3 ilustra um fluxograma do processo de produçãode proteínas de microalgas a partir de vinhaça e dióxido de carbono, de acordocom a presente invenção, o qual compreende as seguintes etapas básicas:

(i) adequação da vinhaça por adição de água e álcali até que se atinja um valorde pH em torno de 6,0 -11,0;

(ii) transferência da vinhaça pré-ajustada para um tanque de inoculação;

(iii) adição de microalga ao tanque de inoculação até que se atinja umaconcentração em torno de 0,2g/L de biomassa inicial no meio de cultivo a basede vinhaça;

(iv) transferência da vinhaça inoculada para um tanque de cultivo de biomassaalgal;

(v) injeção de ar contendo de 0,1-100% de dióxido de carbono de alta purezaao tanque de cultivo de biomassa algal;

(vi) manutenção da biomassa algal a uma temperatura média entre 25-35°C,sob intensidade luminosa natural;

(vii) transferência da biomassa algal para uma unidade de separação, ondeserá gerada uma fração de biomassa algal e uma fração de sobrenadamenteaquoso;

(viii) reciclagem da fração de sobrenadante aquoso para o tanque deinoculação.

Opcionalmente, o processo inclui uma etapa (ix) derepetição das etapas (iii)-(viii) até que se atinja um valor de DQO na ordem de17 mg/L 02 e uma DBO menor que aproximadamente 5 mg/L 02 na fração desobrenadante aquoso produzido na etapa (vii). Ainda, opcionalmente, oprocesso pode incluir três ou mais ciclos de processamento de uma mesmacarga de vinhaça.

Conforme acima descrito, no processo da presenteinvenção, o primeiro sobrenadante gerado na etapa (vii) é inoculado para servircomo substrato para um segundo ciclo de produção de biomassa algal,permitindo assim o estabelecimento de um procedimento otimizado de cultivopara a microalga, com integral aproveitamento de toda a matéria orgânica einorgânica presente na vinhaça. O tempo de cultivo algal no tanque énormalmente de cerca de 14 dias, porém tempos maiores ou menores poderãoser empregados, dependendo das condições de processo, da origem equalidade da vinhaça, da microalga e outros fatores.

Após o cultivo e a primeira filtração (primeiro ciclo), osobrenadante geralmente apresenta um pH em torno de 8,5-9,0, não havendonecessidade de sua correção, pois está numa faixa ideal para o cultivo demicroalga. Quando maior for o pH mais facilmente o CO2 será dissolvido nomeio de cultivo. Os sobrenadantes aquosos recirculados podem também sermisturados com vinhaça pura nos diferentes estágios, como forma deenriquecer em termos de compostos orgânicos e minerais antes da inoculaçãocom biomassa ativa de microalga para a condução de um novo ciclo oubatelada.

Vantajosamente, o fluxo de ar de alimentação do tanque decultivo de biomassa algal é enriquecido com cerca de 5-15% de C02, o qual éacondicionado em cilindros a uma pressão de 58,3 kgf/cm2 a 21 °C e contémalto grau de pureza, da ordem mais que 99,8%. Um percentual de dióxido decarbono preferido na presente invenção é de cerca de 15%.

Mais vantajosamente, ainda, à medida que se completacada ciclo e após a remoção da biomassa algal, os sobrenadantes aquosossão novamente re-inoculados com biomassa ativa de microalga de forma que aconcentração inicial nos tanques de biomassa algal se situe na ordem de 0,2g/L de biomassa no meio de cultivo a base de vinhaça. Da mesma forma,prefere-se que a intensidade luminosa nos tanques de biomassa algal esteja naordem de 1.500 lux 12/12h dia.

Além de não passar por processos de esterilização, areciclagem do sobrenadante aquoso garante o êxito econômico e ambiental doprocesso segundo a presente invenção, pois propicia um aproveitamentointegral dos elementos orgânicos e inorgânicos presentes na vinhaça paraprodução de biomassa algal.

Ademais, obtém-se o tratamento biológico da vinhaçautilizando as microalgas, com conseqüente redução das altas taxas de DQO eDBO presentes nesse rejeito das usinas de álcool. Esse tratamento biológicorevela-se mais significativo após a realização de três ou mais ciclos deprocessamento de uma mesma carga de vinhaça, de acordo com o processoda presente invenção.

O processo segundo a presente invenção contribui,igualmente, com a legislação ambiental vigente, pois trata-se de umatecnologia ecologicamente correta e sustentável, e tem como produto final umabiomassa algal rica em proteína, além de promover a liberação de oxigênio aomeio ambiente. Desta forma, o processo da presente invenção é extremamenteimportante em termos de redução do impacto ambiental gerados pelas usinasde álcool.

Estudos em laboratório mostraram que, a cada ciclo decultivo, a quantidade final de biomassa obtida decai. Isto ocorre em função deque micronutrientes e macronutrientes presentes no sobrenadante recicladovão se exaurindo na medida em que a biomassa algal vai sendo produzida nosdiferentes ciclos. Assim, para se manter os ciclos subseqüentes com taxasequivalentes de produtividade em termos de biomassa algal, se faz necessáriosuplementar o sobrenadante com uma fração de vinhaça fresca paracompensar a quantidade de micronutrientes e macronutrientes perdidos nosciclos anteriores. Porém, nos casos em que o principal objetivo seja se obteruma redução da carga poluente da vinhaça, tais reposições podem serevitadas.

Para avaliação do crescimento algal nas diferentescondições experimentais estudadas foram recolhidas amostras (em duplicata) acada dois dias para análise por peso seco. A biomassa foi filtrada a vácuo empapel filtro de 0,45 um e em seguida lavada com água destilada e seca por 24horas em estufa a 100°C. Os dados encontram-se compilados na Tabela 3abaixo.

Tabela 3 - Biomassa algal produzida nos diferentes ciclos de reutilizaçãodos sobrenadantes da vinhaça.

<table>table see original document page 22</column></row><table>

Constata-se, na tabela acima, que no passar dos ciclos, osmicronutrientes e macronutrientes são consumidos. Observou-se também umaredução nos valores de DQO e DBO após o primeiro e o segundo ciclo decultivo, chegando a taxas muito próximas de zero após conclusão do terceirociclo, conforme ilustrado na Tabela 4 a seguir. As análises de DBO e DQOforam realizadas segundo Standard Methods for the Examination of Water andWastewater, 20ed.,1998,Hach Company e WTW.

Tabela 4 - Redução dos níveis de DQO e DBO ao longo dos ciclos dereciclagem dos sobrenadantes de vinhaça.

<table>table see original document page 22</column></row><table>A presente invenção será adicionalmente descrita por meiodos Exemplos a seguir que, de uma forma não limitativa de seu escopo,representa uma realização preferida.

Microalqa Spirulina platensis OF 25

A Spirulina platensis OF 25, selecionada a partir do Bancode Cultura da Empresa Ouro Fino Saúde Animal Ltda., foi a microalgacontemplada para os estudos específicos do processo da presente invenção,embora outras microalgas, sozinhas ou em suas misturas, possam serigualmente empregadas para a produção de biomassa e proteínas a partir davinhaça e dióxido de carbono gerados nas usinas de álcool.

A Spirulina platensis OF 25 apresenta crescimento elevadoem faixas de temperaturas variando de 25 a 35°C, em pH ligeiramente alcalino.Essas características fisiológicas da Spirulina platensis OF 25 propiciamgrande potencial para o seu cultivo em vinhaça, pois esse resíduo, quandodescartado por destilarias de álcool, apresenta altas cargas orgânicas e de saisminerais.

Além disso, as faixas de temperaturas consideradas ótimaspara o cultivo de Spirulina platensis OF 25 é próxima às médias detemperaturas das regiões, no Brasil, onde é cultivada a cana-de-açúcar,justamente onde se encontram instaladas as usinas de álcool. Com isso,praticamente elimina-se a necessidade de aquecimento dos tanques deprodução algal, também chamados de fotobiorreatores.

A Spirulina, assim como outras microalgas, necessita alémde uma fonte de carbono, de uma fonte de nitrogênio, fósforo e outrosmicronutrientes (Vonshak,1997). Embora a Spirulina possa crescerfotoautotroficamente, a captação de CO2 do ar depende do pH do meio decultivo. Quanto maior o pH do meio, mais facilmente o C02 da atmosfera migrapara seu interior e se converte em CO32". Porém, em pH acima de 11, nãoocorre crescimento de Spirulina, provavelmente devido ao efeito da grandealcalinidade sobre os processos metabólicos ou ainda à inabilidade damicroalga em assimilar carbono na forma de CO32". Assim, em cultivos damicroalga Spirulina, geralmente é necessária uma fonte externa de carbono, naforma de HCO3", espécie participante do equilíbrio:

<formula>formula see original document page 24</formula>

Essa é a fonte de carbono mais provavelmente assimiladapela Spirulina (BINAGHI.L, BORGHI.A.D., LODI.A., COVERTIA,BORGHI.M.D. Batch and feed-batch uptake of carbon dioxide by Spirulinaplatensis. Process Biochemistry, 38,p.1341-1346,2006).

Na produção de microalgas, os maiores impactos emtermos financeiros são, primeiramente, mão de obra e a seguir são os custoscom os meios de cultivo. O meio ZARROUK (ZARROUK.C. Contribuition à1'étude dune cyanophycée: Influence de divers facterurs physiques etchimiques sur Ia croissance et photosynthese de Spirulina máxima Geitler. PhDThesis, University of Paris, 1966) é tradicionalmente utilizado para o cultivo deSpirulina. Assim as possibilidades de reduzir os custos do meio Zarrouk para ocultivo de Spirulina é significativamente desejável.

As Tabelas 5, 5a e 5b relacionam as concentrações detodos os elementos químicos presentes do meio Zarrouk utilizado namanutenção e repicagem da Spirulina platensis OF 25 durante todo processoexperimental, segundo a presente invenção. A linhagem mãe de Spirulinaplatensis OF 25 foi cultivada em meio Zarrouk e preservada em freezer a umatemperatura de -80°C.

Tabela 5 - Componentes do Meio Zarrouk para Cultivo de Spirulinaplatensis OF 25.

<table>table see original document page 24</column></row><table><table>table see original document page 25</column></row><table>Exemplo 1: Adaptação da microalga à vinhaça

Estudos prévios de adaptação da Spirulina platensis OF 25em misturas crescentes (5, 25, 50, 75, 100%) de vinhaça ao meio de culturaZarrouk foram avaliadas. Esse mesmo procedimento poderá ser aplicado casose justifique para outros gêneros e/ou espécies de microalgas quandocultivadas em vinhaça, inclusive pelo emprego de outros meios que não oZarrouk, porém mais específicos para cada grupo algal. Essa adaptação foirealizada em frascos Erlenmeyer de 250 ml_, contendo 50 ml_ de meio ou emoutro sistema semelhante de cultivo. Sendo que o meio contendo 5% vinhaça +95 % meio Zarrouk foi utilizado para inocular o meio contendo 25% vinhaça, eassim sucessivamente, até o cultivo final em vinhaça pura de uma culturapreviamente adaptada. Os frascos foram transferidos para uma incubadora dotipo "Shaker", marca TECNAL, modelo TE-421, contendo fotoperíodo,temperatura e agitação controladas, ou em outros sistemas que tenham osmesmos objetivos. Os cultivos foram incubados por um período de 14 dias, nosquais foram mantidos constantes os seguintes parâmetros preferenciais:temperatura 30°C (± 2°C), agitação de 110 rpm, 1500 Lux de intensidade deirradiação luminosa por períodos de 12 horas alternados com 12 horas noescuro. A intensidade de luz no interior da incubadora foi avaliada diariamente,neste caso utilizando luximetro digital Minip MLM 101. Para acompanhamentodo crescimento algal foram tiradas amostras a cada dois dias para análise porpeso seco. A biomassa algal formada após 14 dias de cultura foi filtrada avácuo em papel filtro Milipore com 0.45 um de porosidade, seguida de lavagemcom água destilada e seca por 24 horas em estufa a 100°C. Os resultadoscontidos nas Tabelas 6 e 7 a seguir representam a média de 3 determinaçõespara cada uma das condições estudadas.

Tabela 6 - Adaptação de Spirulina platensis OF 25 em diferentesconcentrações vinhaça

<table>table see original document page 26</column></row><table><table>table see original document page 27</column></row><table>

Esse processo de adaptação prévia das microalgas àvinhaça possibilita obtenção de resultados mais expressivos em termos deprodutividade final diária de biomassa quando comparado com um processo noqual a microalga não passa por essa adaptação prévia (Tabela 7).

Tabela 7 - Efeito da adaptação de Spirulina platensis OF 25 em vinhaçadiluída em relação à produção de biomassa algal.

<table>table see original document page 27</column></row><table>

Exemplo 2: Preparo do Inóculo

Esse processo foi realizado em frascos Erlenmeyer de 500 mL contendo90 mL de vinhaça pura ou em mistura com água. Os frascos não esterilizadosforam inoculados com 10 mL de uma cultura ativa de Spirulina platensis OF 25adaptada em meio contendo Zarrouk + vinhaça (1:1), de modo que aconcentração inicial de biomassa algal ficasse em valores de no mínimo a 0,15g/L. Os frascos foram transferidos para incubadora do tipo "Shaker" ecultivados nas mesmas condições estabelecidas no Exemplo 1. A biomassaalgal obtida foi empregada para inocular fotobiorreatores tubulares tal comoaqueles ilustrados na Figura 4.

Exemplo 3: Cultivo de Spirulina platensis OF 25 em concentrações devinhaça pura e diluída em água

Spirulina platensis OF 25 foi cultivada em vinhaça pura ediluída em água como único meio de cultivo, tendo apenas seu pH inicialajustado para 8.0 com NaOH 3N. Na Tabela 8 a seguir são apresentadas asprincipais diluições testadas.

Nesses experimentos foram utilizados fotobiorreatorestubulares de vidro com 52 cm de altura e 8 cm de diâmetro, volume total de 2L,tal como ilustrados na Figura 4. Os fotobiorreatores foram preenchidos com1,8L de vinhaça e vinhaça diluída não esterilizada, e inoculados com culturaativa de Spirulina platensis OF 25 previamente adaptada em vinhaça, segundometodologia descrita no Exemplo 2, até que a concentração de biomassa algalno inicio do cultivo estivesse em torno de 0,2 g/L. Agitação e aeração dosfotobiorreatores foram providas através de um fluxo de ar atmosférico de 1v/v/m (volume de ar por volume de meio), passado através de canículas devidro com pedras porosas em sua extremidade para aumentar a difusão dosgases no meio de cultivo líquido a base de vinhaça, tal como ilustrado naFigura 4.

Os experimentos foram conduzidos em uma salaclimatizada de 3,5 m X 2,5 m X 2,5m, com temperatura controlada na faixa de30 °C (±2 °C), através de uso de um condicionador de ar split, Marca CônsulAmbiense (12.000 BTU/h). Nessa sala foram instaladas duas estufas comfotoperíodos para controle de tempo ciclomático digital marca Full Gaugemodelo PROGS I com alimentação direta de 220 VCA, contendo dozelâmpadas fluorescentes 20 Watts luz do dia, com dois reatores eletrônicos euma tomada auxiliar de quatro pontos por prateleira, sistema de funcionamentoautomático e manual e estrutura em aço revestido em fórmica branca paramelhorar a iluminação, conforme ilustrado na Figura 5. A iluminância dosfotobiorreatores foi de 1.500 Lux fornecida por lâmpadas fluorescentes do tipoluz do dia, por um período de 12 horas, alternados com 12 horas de ambienteescuro. O tempo de cultura foi de 14 dias para todos os experimentos.

Cada estufa possui três prateleiras com fotoperíodocomportando, cada uma, seis fotobiorreatores. O arranjo dessesfotobiorreatores está representado esquematicamente na Figura 6.

O volume das culturas foi mantido constante pela reposiçãodiária de água destilada para compensar as perdas por evaporação.

Tabela 8 - Cultivo Spirulina platensis OF 25 em concentrações crescentesde vinhaça

<table>table see original document page 29</column></row><table>

A biomassa algal formada foi filtrada a vácuo em papel filtroMilipore de 0.45 um e em seguida lavada com água destilada e seca por 24horas em estufa a 100°C. Os resultados apresentados na Tabela 8representam a média de dois fotobiorreatores para uma mesma condiçãoexperimental no cultivo da Spirulina platensis OF 25 em diferentesconcentrações de vinhaça. O melhor resultado em termos de biomassa algalformada após 14 dias de cultivo foi conseguido com a vinhaça diluída contendorespectivamente, 75 % e 50 % de água, porém pode ser observado que nasdemais condições estudadas também ocorreram uma produção expressiva debiomassa algal.Os resultados obtidos mostraram que a vinhaça pura oudiluída se constitui num excelente substrato para o cultivo da Spirulina platensisOF 25.

Exemplo 4: Influência do CQ2 no cultivo de Spirulina platensis OF 25 emvinhaça diluída 50%

Os experimentos em escala de bancada foram realizadosem fotobiorreatores tubulares. Os cultivos foram mantidos a 30°C comfotoperíodo de 12 horas e iluminação de 1500 lux (uE/(m2*s)).

Os experimentos foram conduzidos em bateladas de 14(quatorze) dias em fotobiorreatores tubulares de vidro com 52 cm decomprimento por 8 cm de diâmetro, com volume total de 2 litros (1,8 litros devolume útil) conforme representado na Figura 4. Todos os cultivos forammantidos em agitação constante com um fluxo de ar atmosférico filtrado de 1,0v/v/m. A adição de fonte suplementar de carbono foi feita adicionando C02 aoar através de um misturador nas concentrações de 5%, 10% e 15% (v/v)conforme representado esquematicamente na Figura 6.

Os cultivos foram iniciados com concentração celular algalbioativa da ordem de 0,20 g/L. Os cultivos foram mantidos durante todo tempode cultura (14dias) sem correção ou ajuste de pH. Os volumes das culturasforam mantidos constantes através da reposição diária da água perdida porevaporação.

A mistura ar/C02 da saída do misturador de gás foiconduzida através de mangueiras de silicone de 8 mm até os fotobiorreatorestubulares, conforme modelo esquemático das Figuras 4 e 6. Nesse estudo, osfotobiorreatores tubulares foram preenchidos apenas com vinhaça diluída 50%em razão de que, nas condições do Exemplo 3, se obteve uma produtividadeimportante de biomassa algal em volume também expressivo de vinhaça.

As condições de inoculação e incubação dosfotobiorreatores foram as mesmas do Exemplo 3. Todos os experimentos foramconduzidos em triplicata e os resultados expressam a média dessasdeterminações.

Pelos Exemplos acima descritos e o gráfico ilustrado naFigura 7, é possível perceber que adição de C02 exerce um efeito positivo naprodução da biomassa de Spirulina platensis OF 25 cultivada em um meio abase de vinhaça diluída (50%), quando comparada com o cultivo que recebeuapenas ar atmosférico. A maior concentração de biomassa algal obtida foi 4,47g/L após 14 dias de cultivo em fotobiorreator tubular com a mistura (ar + 15%CO2), enquanto no cultivo que recebeu apenas ar a concentração final debiomassa foi de 2,98 g/L. Quando a Spirulina platensis OF 25 foi cultivada emmeio Zarrouk com adição de 15% de CO2, a concentração de biomassa foi de5,094 g/L. Ressalta-se, porém, se tratar de um meio de cultivo extremamentecarro quando comparado com a vinhaça que é um resíduo industrialindesejável, produzido ao nível de centenas de bilhões de litros no Brasil.

Ressalta-se, ainda que os técnicos no assuntoreconhecerão que valores superiores e/ou inferiores a esses poderão serobtidos quando a Spirulina platensis OF 25 e/ou outros gêneros e/ou espéciesde microalgas forem cultivadas em níveis de CO2 não testados nessesExemplos. Igualmente, ocorre com o meio de produção de biomassa algal, ouseja, os resultados obtidos foram para a amostra de "Vinhaça-Jardest" e,evidentemente, resultados superiores e/ou inferiores aos apresentados nosExemplos poderão ser alcançados, na medida em que forem utilizadas novasamostras de vinhaça procedentes de diferentes usinas de álcool localizadas emdiferentes regiões, variedades diferentes de cana-de-açúcar, assim como peloemprego de diferentes modelos de reatores e escala de cultivo, se de produçãolaboratorial, de bancada, piloto ou industrial.

Claims (18)

Processo para Produção de Biomassa e Proteínas por Microalgas

1. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, destinada à alimentação humana ou animal,assim como para outros usos, caracterizado por ter como meio de cultivo deditas microalgas a vinhaça e o dióxido de carbono.

2. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a vinhaça e dióxido de carbono das dornas defermentação são gerados como rejeitos na indústria de álcool hidratado eanidro.

3. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de a indústria de álcool hidratado e anidro utiliza canade açúcar e seus derivados como fonte de matéria prima.

4. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que ditas microalgas são selecionadas dentre um oumais dos gêneros (espécies) do grupo compreendendo Spirulina (sp, platensis,máxima, major, subsalsa, geitleri, subtilissima, labyrinthiforms); Skeletonemasp; Chaetoceros sp; Scenedesmus sp (bijugatus, incrassatulus, ocultus,quadricauda, dimorphus); Anacystis sp (nidulans, cyanea, thermalis);Porphyridium cruentum; Crypthecodinium cognii; Euglena sp (gracilis);Crypthecodinium cohnii; Haematococcus pluvialis; Anabaena sp (variabilis,cylindrica, hassali, planctonica); Dunaliella sp (salina,bardawil, tertioleta);Chlamydomonas sp (reinhardtii); Chlorella sp (vulgaris, kesslerí, pyrenoidosa,mannophila, protothecoides, salina, homosphaera, stigmatophora, luteoviridis,regularis, ellipsoidea, variegata, sorokiniana, emersonii); Trichodesmium,Microcoleus; Ankistrodesmus sp (densus, braunii, falcatus, fusiformis, gracilis);Isochrysis galbana (Parke); Tetraselmis sp. (tetrathele, suecia); Oscillatoria sp(limnetica, cun/iceps, splendida); Nostoc muscorum e Botrycoccus braunii,.

5. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MIC RO ALGAS, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que a microalga é a Spirulina platensis OF 25.

6. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, caracterizado pelo fato de compreender asseguintes etapas básicas:(i) adequação da vinhaça por adição de água e álcali até que se atinja um valorde pH em torno de 6,0 -11,0;(ii) transferência da vinhaça pré-ajustada para um tanque de inoculação;(iii) adição de microalga ao tanque de inoculação até que se atinja umaconcentração em torno de 0,2g/L de biomassa inicial no meio de cultivo a basede vinhaça;(iv) transferência da vinhaça inoculada para um tanque de cultivo de biomassaalgal;(v) injeção de ar contendo de 0,1-100% de dióxido de carbono de alta purezaao tanque de cultivo de biomassa algal;(vi) manutenção da biomassa algal a uma temperatura média entre 25-35°C,sob intensidade luminosa natural;(vii) transferência da biomassa algal para uma unidade de separação, ondeserá gerada uma fração de biomassa algal e uma fração de sobrenadamenteaquoso;(viii) reciclagem da fração de sobrenadante aquoso para o tanque deinoculação.

7. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que na etapa (v) o percentual de dióxido de carbonono fluxo de ar varia de 5-15%.

8. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o percentual de dióxido de carbono no fluxo dear varia é de cerca de 15%.

9. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de a biomassa algal é mantida por um período de cercade 14 dias no tanque de cultivo.

10. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a vinhaça e o dióxido de carbono sãoprovenientes da indústria de álcool hidratado e/ou anidro que utiliza cana deaçúcar e seus derivados como fonte de matéria prima.

11.

12. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a microalga é a Spirulina platensis OF 25.

13. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a adição de água na etapa (i) é realizada emuma proporção da ordem de cerca de 50% (v/v).

14. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que após ser completado cada ciclo, e após aremoção da biomassa algal, os sobrenadantes serem novamente re-inoculadoscom biomassa ativa de microalga de forma que a concentração inicial nostanques de biomassa algal se situe em torno de 0,2 g/L no meio de cultivo abase de vinhaça.

15. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a vinhaça seja mantida em pH na ordem de 7,0--11,0 e diluída com uma quantidade de água em torno de 5-95 % (v/v) durantecada um dos ciclos.

16. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a intensidade luminosa nos tanques deprodução de biomassa algal esteja na ordem de 1.500 lux 12/12h dia.

17. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA EPROTEÍNAS DE MICROALGAS, conforme definido nas reivindicações 6 a 16acima, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas básicas:(i) adequação da vinhaça por adição de água e álcali até que se atinja um valorde pH em torno de 6,0 -11,0;(ii) transferência da vinhaça pré-ajustada para um tanque de inoculação;(iii) adição de microalga ao tanque de inoculação até que se atinja umaconcentração em torno de 0,2g/L de biomassa inicial no meio de cultivo a basede vinhaça;(iv) transferência da vinhaça inoculada para um tanque de cultivo de biomassa algal;(v) injeção de ar contendo de 0,1-100% de dióxido de carbono de alta purezaao tanque de cultivo de biomassa algal;(vi) manutenção da biomassa algal a uma temperatura média entre 25-35°C,sob intensidade luminosa natural;(vii) transferência da biomassa algal para uma unidade de separação, ondeserá gerada uma fração de biomassa algal e uma fração de sobrenadamenteaquoso;(viii) reciclagem da fração de sobrenadante aquoso para o tanque deinoculação; e(ix) repetição das etapas (iii)-(viii) até que se atinja um valor de DQO na ordemde 17 mg/L O2 e uma DBO menor que aproximadamente 5 mg/L 02 na fraçãode sobrenadante aquoso produzido na etapa (vii)

18. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE BIOMASSA E PROTEÍNAS DE MICROALGAS, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que compreender três ou mais ciclos deprocessamento de uma mesma carga de vinhaça.