Produse cu valoare adăugată din biomasă microalgala aplicând concepte de biorefinare

  • Despre
  • Rezumat
  • Obiective
  • Etape
  • Rezultate
  • Diseminare
  • Contact
Despre

Finanțare: Buget de stat

Program: Program 1 – Dezvoltarea sistemului național de cercetare-dezvoltare

Subprogram: Subprogram 1.1 – Resurse Umane

Tip proiect: Proiecte de cercetare pentru stimularea tinerelor echipe independente (TE)

Titlul proiectului: Produse cu valoare adăugată din biomasă microalgala aplicând concepte de biorefinare

Acronim: AlgaeBioref

Contract de finanțare: TE181/2020

Valoarea proiectului: 431.900 Ron

Perioada de derulare a proiectului: 02.11.2020 – 01.11.2022

Rezumat

Prezenta propunere de cercetare are ca obiectiv obtinerea de produsi cu valoare ridicata (antioxidanti, lipide si carbohidrati) din biomasa microalgala utilizand conceptul de biorafinare. O prima etapa a acestui proiect consta in optimizarea conditiilor de crestere a doua tulpini microalgale (Porphyridium purpureum si Dunaliella salina), in vederea maximizarii continutului de antioxidanti, lipide, carbohidrati, utilizand metode statistice de programare a experimentelor. A doua etapa se refera la compararea eficientei metodelor de extractie conventionale si neconventionale (extractia cu dioxid de carbon supercritic, extractia asistata de ultrasunete si extractia clasica cu solvent) in recuperarea din biomasa algala umeda a antioxidantilor si fractiei lipidice cu un continut ridicat de acizi grasi polinesaturati (compusi cu utilizare in industria farmaceutica). Intr-o a treia etapa, fractiile de lipide bogate in acizi grasi polinesaturati si de carbohidrati din biomasa algala va fi transformate in esteri etilici ai acizilor grasi nesaturati si respectiv acid levulinic. Pentru realizarea acestei transformari se are in vedere dezvoltarea unui catalizator acid ferromagnetic heterogen care sa asigure desfasurarea acestor procese cu randamente ridicate.

Prin adoptarea conceptului ” zero deseuri, proiectul isi propune conversia biomasei epuizate de principii active in biocarbine cu proprietati adsorbante, ce va fi testat in vederea retinerii de compusi anorganici. Continutul proiectului include activitati inovative multidisciplinare de optimizare a conditiilor de crestere a microalgelor, respectiv de extractie a compusilor de interes, si de transformare eficienta a acestora in compusi cu valoare adaugata mare utilizand sisteme catalitice dezvoltate in cadrul proiectului.

Obiective

Obiectivul general al proiectului este extragerea produselor cu valoare adăugată din biomasa microalgala aplicând conceptul de biorefinare.

Obiectivele specifice sunt:

O1. Compararea a două tulpini de microalge și selectarea celei care furnizează cea mai mare cantitate de antioxidanți, lipide și carbohidrați în condiții optime de creștere.

O2. Prelucrarea biomasei microalgale prin metode de extracție convenționale și neconvenționale.

O3. Prelucrarea compușilor de interes extrasi din biomasa microalgala pentru a sintetiza substanțe chimice cu valoare adăugată cu diverse aplicații.

Etape

Etape proiect:

Etapa 1. Cultivarea, modelarea și optimizarea creșterii algelor și procesarea biomasei utilzand metode de extracție convenționale și neconvenționale-partial.

Etapa 2. Procesarea biomasei microalgale prin metode de extracție convenționale și neconvenționale.

Etapa 3. Procesarea compușilor de interes extrasi din biomasa microalgala pentru a sintetiza produsi cu valoarea adăugată

Rezultate

Rezultate etapa 1.

În cadrul primei etape s-a realizat un model experimental de cultivare a unei tulpini algale (Dunaliella Salina) în vederea selectării unor microalge cu continut ridicat în ulei şi carotenoizi. La sfârşitul perioadei de creştere exponenţială biomasa algală a fost centrifugată și liofilizată. Biomasa algală separată din mediul de cultură a fost procesesată mai departe pentru obţinerea fracției lipidice şi a conţinutului de carotenoizi.

Rezultate etapa 2.

În cadrul acestei etape s-au realizat modele experimentale de cultivare a 3 tulpini algale, în vederea selectării unor microalge cu continut ridicat în ulei şi carotenoid. La sfârşitul perioadei de creştere exponenţială biomasa algală a fost centrifugată și liofilizată.

Biomasa algală separată din mediul de cultură a fost procesesată mai departe pentru obţinerea fracției lipidice şi a conţinutului de carotenoid. Ca urmare a rezultatelor foarte bune obţinute, s-au selectat pentru continuarea experimentelor următoarele două tulpini algale: Porphyridium Purpureum şi Chlorella Vulgaris. Mai departe biomasa algala a fost procesată prin metode de extracție convenționale și neconvenționale în vederea extragerii fracției lipidice și a pigmenților (carotenoizi). În acest sens s-au realizat modele experimentale privind testarea tehnicilor conventionale și neconventionale de extracție a lipidelor și pigmenților din biomasa algală. Rezultatele preliminare au indicat faptul ca extracția cu Soxhlet presupune consum de energie, timp mare de reacție si temperaturi ridicate ce pot conduce la deteriorarea termică a compușilor de interes. Din acest motiv experimentele s-au concentrat pe determinarea parametrilor optimi de extracție aplicând extracția asistată de ultrasunete (UAE), într-o singură etapă atât a fracției lipidice cît și a pigmenților utilizând solvenți uzuali în industria alimentară (etanol, apă și hexan). Pentru a obține randamente mari de extracție în carotenoide și lipide, s-a utilizat metoda UAE. Pentru optimizarea parametrilor de extracție diferite valori ale intensității (de la 60 la 100 %), ale concentrației de etanol (25 și 70 %), ale compoziției solventului ( raport concentrație etanol și hexan la rapoarte de volum de 1:2; 2:1 și 1,25 la 1)) și

raportul biomasa: solvent (g/v (1:4 – 1:8)) au fost testate. Rezultatele obținute pot fi utilitate pentru acumularea și extracția selectivă a acizilor

grași saturați și polinesaturați folosind solvenți de calitate alimentară. Aceste produse pot fi utilizate în multe aplicații, cum ar fi în industria

alimentară și ca supliment de lipide. S-a studiat acitivatea antioxidantă a 3 probe: biomasa algală de Chlorella vulgaris și Porphyridium purpureum și

exopolizaharide. Toate cele 3 probe au prezentat o dependență a activității oxidante cu concentrația, valoarea cea mai mare înregistrandu-se la

concentrația cea mai mare de 100 μg/ml. Așa cum se poate observa activitatea oxidanta cea mai mare a prezentat-o exopolizaharidele (73,94%), în comparație cu biomasa microalgală Chlorella vulgaris (64,52 %) și Porphyridium purpureum (58,89%).


Diseminare

Participări conferinte internationale/nationale/indexate ISI/Scopus

1. Oprescu Elena-Emilia, Enascuta Cristina Emanuela, Ciltea-Udrescu Mihaela, Vasile Lavric, Extraction process optimization for vegetable oils rich in bioactive compounds, “CURRENT TRENDS IN NATURAL SCIENCES” International Symposium.

2. Paulenco Anca, Vintila Alin Cristian Nicolae, Galan Ana-Maria, Vlaicu Alexandru, Ionut Banu, Effects of stress factors in the growth medium on bio-compounds production by porphyridium purpureum, 19th International Scientific GeoConference SGEM 2019 XXIth International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying, Geology and Mining, Ecology and Management – SGEM 2021.

3. Vlaicu Alexandru, Vintila Alin Cristian Nicolae, Radu Adrian, Enascuta Cristina Emanuela, Oprescu Elena-Emilia), Screening of antioxidant and pufa production in dunaliella salina by altering growth nutritional factors, 19th International Scientific GeoConference SGEM 2019

XXIth International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying, Geology and Mining, Ecology and Management – SGEM 2021.

4. Vlaicu Alexandru, Ciltea-Udrescu Mihaela, Vintila Alin Cristian Nicolae, Psenovschi Grigore, Paulenco Anca, Galan Ana-Maria, Stability of bioactive extracts from porphyridium purpureum microalgae biomass under various stress factors, “Priorities of chemistry for a sustainable development”, PRIOCHEM XVII

Articol ISI trimis spre publicare

Vintila Alin Cristian Nicolae, Vlaicu Alexandru, Radu Elena, Ciltea-Udrescu Mihaela, Enascuta Emanuela Cristina, Banu Ionut, Oprescu Elena-Emilia, Evaluation of ultrasound assisted extraction of bioactive compounds from microalgae, trimis spre evaluare la jurnalul: Journal of Food Measurement and Characterization-submission id: SEIN-D-21-01964.

Contact

Contact director proiect: Dr. chim. Elena-Emilia OPRESCU

Email:

Telefon: 0213163086