Microalgas: características, classificação e aplicações

As microalgas são organismos eucarióticos, fotoautótrofos, ou seja, obter a energia da luz e sintetizar seu próprio alimento. Eles contêm clorofila e outros pigmentos acessórios que lhes proporcionam grande eficiência fotossintética.

Eles são unicelulares, coloniais – quando são estabelecidos como agregados – e filamentosos (solitários ou coloniais).Eles fazem parte do fitoplâncton, juntamente com as cianobactérias (procariontes). O fitoplâncton é o conjunto de microorganismos aquáticos fotossintéticos que flutuam passivamente ou têm mobilidade reduzida.

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Figura 1. Volvox (esférica) Fonte: Frank Fox [CC BY-SA 3.0 de (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)], via Wikimedia Commons

As microalgas são encontradas no Equador terrestre, nas regiões polares e são reconhecidas como fonte de biomoléculas e metabólitos de grande importância econômica. Constituem uma fonte direta de alimentos, medicamentos, forragens, fertilizantes e combustível e são até indicadores de contaminação.

Caracteristicas

Produtores que usam a luz solar como fonte de energia

A maioria das microalgas possui coloração verde porque contém clorofila (pigmento da planta tetrapirrol), um fotorreceptor da energia da luz que permite a fotossíntese.

No entanto, algumas microalgas têm coloração vermelha ou marrom, porque contêm xantofilas (pigmentos carotenóides amarelos), que mascaram a cor verde.

Habitats

Eles habitam vários ambientes aquáticos doces e salgados, naturais e artificiais (como piscinas e tanques de peixes). Alguns são capazes de crescer no solo, em habitats ácidos e em rochas porosas (endolíticas), em locais muito secos e muito frios.

Classificação

As microalgas representam um grupo altamente heterogêneo, por serem polifiléticas, ou seja, agrupam espécies descendentes de diferentes ancestrais.

Para classificar esses microrganismos, várias características foram utilizadas, entre as quais: a natureza de suas clorofilas e suas substâncias de reserva de energia, a estrutura da parede celular e o tipo de mobilidade que apresentam.

Natureza de suas clorofilas

A maioria das algas tem clorofila tipo a e algumas têm outro tipo de clorofila derivada dela.

Muitos são fototróficos forçados e não crescem no escuro. No entanto, alguns crescem no escuro e catabolizam açúcares simples e ácidos orgânicos na ausência de luz.

Por exemplo, alguns flagelados e clorofitos podem usar acetato como fonte de carbono e energia. Outros assimilam compostos simples na presença de luz (foto-heterotrofia), sem usá-los como fonte de energia.

Polímeros de carbono como reserva de energia

Como produto do processo fotossintético, as microalgas produzem uma grande variedade de polímeros de carbono que servem como reserva de energia.

Por exemplo, as microalgas da divisão Chlorophyta geram amido de reserva (α-1,4-D-glicose), muito semelhante aos amidos das plantas superiores.

Estrutura da parede celular

As paredes das microalgas possuem uma variedade considerável de estruturas e composição química. A parede pode consistir em fibras de celulose, geralmente com a adição de xilano, pectina, mananas, ácidos algínicos ou ácido fucínico.

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Em algumas algas chamadas calcárias ou corais, a parede celular exibe deposição de carbonato de cálcio, enquanto outras apresentam quitina.

Os diatomáceas, por outro lado, possuem silicone na parede celular, ao qual são adicionados polissacarídeos e proteínas, formando conchas de simetria bilateral ou radial (frustulas). Essas conchas permanecem intactas por um longo tempo, formando fósseis.

As microalgas euglenoides, diferentemente das anteriores, não possuem parede celular.

Tipo de mobilidade

As microalgas podem ter flagelos (como Euglena e dinoflagelados), mas nunca possuem cílios. Por outro lado, algumas microalgas têm imobilidade em sua fase vegetativa, no entanto, seus gametas podem ser móveis.

Aplicações biotecnológicas

Alimentação humana e animal

Na década de 1950, os cientistas alemães começaram a cultivar microalgas a granel para obter lipídios e proteínas que substituiriam as proteínas animais e vegetais convencionais, com o objetivo de cobrir o consumo de gado e homem.

Recentemente, grandes culturas de microalgas foram projetadas como uma das possibilidades de combater a fome e a desnutrição no mundo.

As microalgas têm concentrações incomuns de nutrientes, que são mais altas que as observadas em qualquer espécie de planta mais alta. Um grama diário de microalgas é uma alternativa para complementar uma dieta pobre.

Vantagens de seu uso como alimento

Entre as vantagens de usar microalgas como alimento, temos o seguinte:

  • Alta velocidade de crescimento de microalgas (eles têm um rendimento 20 vezes maior que a soja por unidade de área).
  • Ele gera benefícios medidos no “perfil hematológico” e no “status intelectual” do consumidor, consumindo pequenas doses diárias como suplemento nutricional.
  • Alto teor de proteínas em comparação com outros alimentos naturais.
  • Alta concentração de vitaminas e minerais: a ingestão de 1 a 3 gramas por dia de subprodutos de microalgas fornece quantidades apreciáveis ​​de beta-caroteno (provitamina A), complexo de vitaminas E e B, ferro e oligoelementos.
  • Fonte nutricional altamente energizante (em comparação com o ginseng e o pólen coletados pelas abelhas).
  • Eles são recomendados para treinamento de alta intensidade.
  • Devido à sua concentração, baixo peso e facilidade de transporte, o extrato seco de microalgas é adequado como alimento não perecível para armazenamento em antecipação a situações de emergência.

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Figura 2. Arthrospira é uma cianobactéria amplamente utilizada e cultivada a granel. Fonte: Joan Simon, cortada por Perdita (usuário da Wikipedia em inglês) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) ou CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Aquicultura

As microalgas são usadas como alimento na aquicultura devido ao seu alto teor de proteínas (de 40 a 65% de peso seco) e à capacidade de aumentar a cor dos salmonídeos e crustáceos com seus pigmentos.

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Por exemplo, é usado como alimento para bivalves em todas as etapas do crescimento; para estados larvais de algumas espécies de crustáceos e para estágios iniciais de algumas espécies de peixes.

Pigmentos na indústria alimentar

Alguns pigmentos de microalgas são usados ​​como aditivos alimentares para aumentar a pigmentação da carne de frango e gemas de ovos, bem como para aumentar a fertilidade do gado.

Esses pigmentos também são utilizados como corantes em produtos como margarinas, maionese, sucos de laranja, sorvetes, queijos e produtos de panificação.

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Figura 3. Fotobiorreatores tubulares, utilizados para obter compostos de alto valor a partir de microalgas. Fonte: IGV Biotech [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Medicina humana e veterinária

No campo da medicina humana e veterinária, o potencial das microalgas é reconhecido, porque:

  • Reduzem o risco de vários tipos de câncer, doenças cardíacas e oftalmológicas (graças ao seu teor de luteína).
  • Eles ajudam a prevenir e tratar doenças cardíacas coronárias, agregação plaquetária, níveis anormais de colesterol, sendo também altamente promissores para o tratamento de certas doenças mentais (devido ao seu conteúdo de ômega-3).
  • Eles têm ação antimutagênica, estimulante do sistema imunológico, hipertensão e ação desintoxicante.
  • Eles têm ação bactericida e anticoagulante.
  • Aumente a biodisponibilidade do ferro.
  • Medicamentos baseados em microalgas terapêuticas e preventivas de colite ulcerosa, gastrite e anemia, entre outras condições, foram gerados.

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Figura 4. Fotobiorreator plano: usado na obtenção de subprodutos de microalgas de alto valor agregado e em experimentação. Fonte: IGV Biotech [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Fertilizantes

As microalgas são usadas como biofertilizantes e condicionadores de solo. Esses microorganismos fotoautotróficos cobrem rapidamente solos removidos ou queimados, reduzindo o risco de erosão.

Algumas espécies favorecem a fixação de nitrogênio e tornaram possível, por exemplo, cultivar arroz em terras inundadas por séculos, sem a adição de fertilizantes. Outras espécies são usadas para substituir o cal em fertilizantes compostos.

Cosméticos

Derivados de microalgas têm sido utilizados na formulação de cremes dentais enriquecidos, que eliminam as bactérias que causam cáries.

Também foram desenvolvidos cremes que incluem esses derivados por suas propriedades antioxidantes e protetoras dos raios ultravioletas.

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Figura 5. Manutenção de microalgas em bancos ou ceparios. Fonte: CSIRO [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

Tratamento de águas residuais

As microalgas são aplicadas em processos de transformação de matéria orgânica a partir de efluentes, gerando biomassa e água tratada para irrigação. Nesse processo, as microalgas fornecem o oxigênio necessário às bactérias aeróbicas, degradadoras de substâncias orgânicas poluentes.

Indicadores de poluição

Dada a importância ecológica das microalgas como produtoras primárias de ambientes aquáticos, são organismos indicadores de poluição ambiental.

Além disso, possuem grande tolerância a metais pesados ​​como cobre, cádmio e chumbo, além de hidrocarbonetos clorados, podendo ser indicadores da presença desses metais.

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Biogás

Algumas espécies (por exemplo, Chlorella e Spirulina ) têm sido usadas para purificar o biogás, pois consomem dióxido de carbono como fonte de carbono inorgânico, além de controlar simultaneamente o pH do meio.

Biocombustíveis

As microalgas biossintetizam uma ampla gama de subprodutos bioenergéticos comercialmente interessantes, como gorduras, óleos, açúcares e compostos bioativos funcionais.

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Figura 6. Cultivadores de microalgas do tipo carrossel, usados ​​no cultivo maciço de microalgas para a indústria cosmética e de alimentos. Fonte: JanB46 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Muitas espécies são ricas em lipídios e hidrocarbonetos adequados para uso direto como biocombustíveis líquidos de alta energia, em níveis superiores aos presentes em plantas terrestres, e também têm potencial como substitutos para produtos de refinarias de combustíveis fósseis. Isso não é surpreendente, considerando que se acredita que a maioria dos óleos se originou de microalgas.

Uma espécie, Botryococcus braunii , em particular, tem sido amplamente estudada. Prevê-se que o rendimento de óleo de microalgas seja até 100 vezes maior que o das culturas terrestres, de 7500-24000 litros de óleo por acre por ano, em comparação com colza e palmeira, em 738 e 3690 litros, respectivamente .

Referências

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