Resumo Webinar - Compostos e materiais de origem marinha com interesse biotecnológico e industrial - Valormar
No passado dia 15 de junho de 2021, o projeto ValorMar realizou o 4º webinar de uma série de sessões online de apresentação alargada dos resultados do projeto. Este webinar, contou com a presença de mais de 60 participantes de diversas instituições, universidades e empresas nacionais e internacionais.
Este webinar centrou-se nos resultados intermédios dos desenvolvimentos do subprojeto PPS3, focando os trabalhos na área de biorefinarias marinhas e aplicabilidade de compostos derivados de macroalgas, microalgas, crustáceos e bivalves em diversas áreas, como alimentos funcionais e bioadsorventes para remediação ambiental.
Apresentação do projeto ValorMar e enquadramento do PPS3
Ana Machado Silva, gestora de projetos na Sonae MC, apresentou de forma sucinta o projeto mobilizador ValorMar. Este visa a valorização integral dos recursos marinhos, por meio de investigação e desenvolvimento tecnológico, perante desafios existentes na cadeia de valor do mar. Para tal, formou-se o consórcio que agrega um conjunto relevante de 30 parceiros nacionais, contando com entidades do sistema científico e tecnológico e entidades do setor empresarial, unidas pela visão similar de atuar sobre o domínio prioritário do mar e potenciar a competitividade e economia deste setor.
O projeto estrutura-se em quatro grandes eixos de atuação, e um quinto eixo transversal de coordenação, gestão e disseminação do projeto. O eixo designado de PPS3, foco deste 4º webinar, explora o conceito de biorefinarias marinhas.
Continuando a apresentação, Tiago Silva, investigador principal no 3B´s Research Group da Universidade do Minho, enquadrou o PPS3 e as linhas de trabalho desenvolvidas no seu âmbito. Explicou que o conceito de refinaria teve origem com a indústria petroquímica, tendo sido transferido para a valorização de biomassa, inicialmente também para a obtenção de combustíveis. Este novo conceito, de biorefinarias, foi sendo alargado para além da energia, traduzindo-se atualmente numa valorização completa de diferentes biomassas, resultando em compostos de interesse para variados setores. Na PPS3 pretendia-se a exploração deste conceito, tendo como principal objetivo o isolamento de compostos bioativos de interesse industrial a partir de recursos marinhos e seus subprodutos, nomeadamente biomassas de macro e microalgas, e de bivalves. Adicionalmente, pretendia-se o estudo da aplicabilidade dos compostos obtidos em variadas áreas, desde a alimentar até à cosmética e farmacêutica.
Biorefinaria de macroalga Gracilaria vermiculophylla: variedade de extratos
Na segunda apresentação, Cristina Rocha, investigadora no Centro de Engenharia Biológica da Universidade do Minho, começou por salientar a relevância das macroalgas enquanto recurso sustentável e a relevância da sua exploração em sistemas de biorefinaria integrada. Relativamente ao processo de extração, explica que existem duas grandes fases. Numa primeira fase são extraídos compostos solúveis em solventes, e posteriormente, através de um tratamento de hidrólise, são recuperadas frações para utilização em processos fermentativos. Os processos habituais estão associados ao elevado gasto energético e de solventes, tendo uma pegada ecológica significativa. Torna-se assim necessário explorar metodologias alternativas mais eficientes e que demonstrem um menor impacto ambiental, por uso de solventes orgânicos e menor consumo energético, como aquecimento elétrico ou ómico, alta pressão e extração com fluidos supercríticos.
No projeto focaram-se as algas vermelhas, nomeadamente a Gracilaria vermiculophylla e a Porphyra dioica. Esta última, apresentou um maior rendimento de extração de pigmento, tanto aquosos como por etanol, e de proteínas. Ainda para esta alga, no que toca a hidratos de carbono, observa-se um maior rendimento com extração a frio e uma diminuição marcada de rendimento com extração a quente, observando-se o inverso para a Gracilaria vermiculophylla. A aplicação de proteases permitiu o aumento de rendimento de extração proteica, e a aplicação de celulases permitiu a maior extração de polissacáridos.
Focando a Gracilaria, com base nos resultados propõem-se como processo eficiente um primeiro passo de extração convencional com água para obtenção de ficobiliproteínas, podendo ser aplicadas metodologias como CO2 supercrítico ou altas pressões para a recuperação de pigmentos de elevado valor, um segundo passo de extração com água e aquecimento (por campos elétricos) para extrair hidratos de carbono solúveis e de seguida efetuar a hidrólise da biomassa para extrair carboidratos insolúveis e proteínas. O uso de estratégias de valorização holística é determinante para o sucesso de uma biorefinaria, tanto a nível de eficiência de extração como de sustentabilidade económica e ambiental do processo.
Microalgas: Fonte de extratos peptídicos multifuncionais como ingredientes funcionais
Dando continuidade às apresentações, Sara Cunha, aluna de doutoramento em Biotecnologia na Escola Superior de Biotecnologia da Universidade Católica Portuguesa, evidencia os benefícios das microalgas como recurso sustentável de fácil produção e que apresenta uma composição bastante interessante, por exemplo, em péptidos bioativos. Estes são fragmentos proteicos que apresentam propriedades biológicas e/ou funcionais com aplicabilidade em diferentes áreas, como por exemplo: a alimentação humana e animal, e formulações cosméticas. Os trabalhos executados focaram extratos solúveis em água com atividades antimicrobiana, anti-hipertensiva e antioxidante. Como recurso foram estudadas a Chlorella vulgaris e a Nannoclhloropsis oceanica, pela riqueza proteica. O processo de extração iniciou-se com a hidrolise por um ácido fraco, de forma a enfraquecer a parede celular, aumentando o rendimento de extração proteica. Numa segunda fase, realizou-se a hidrolise enzimática com uma celulase com o mesmo objetivo, e de seguida com uma protéase de forma a obter os péptidos de interesse. Avaliaram-se a combinação de quatro fatores, a temperatura, concentração de celulase e protéase e tempo de hidrólise, de forma a encontrar a combinação com melhores resultados ao nível da extração proteica e bioatividade dos péptidos. A aplicação de uma hidrolise ácida apenas se mostrou vantajosa para a Chlorella vulgaris. Assim, o processo aplicado à Nannochloropsis oceanica é mais rápido e, por isso, economicamente mais viável, tendo sido aplicado a outras microalgas. Adicionalmente, parte dos extratos aquosos foram ultrafiltrados, de forma a isolar péptidos de menor peso molecular. As microalgas com maior teor proteico, nomeadamente a Chlorella vulgaris e Scenedesmis obliquus, apresentaram também maior atividade antioxidante. Já para atividade anti-hipertensiva, não se observou diferenças significativas entre os extratos. Para estas atividades não se verificou o interesse no uso de ultrafiltração. Contudo, apresenta-se bastante benéfico no caso da atividade antimicrobiana, de especial relevância para a Tetraselmis sp. Todos os extratos obtidos foram submetidos a uma simulação de trato gastrointestinal, o que permitiu concluir que a atividade antioxidante não é perdida durante o processo digestivo, o que indica o interesse dos extratos para funcionalização de produtos alimentares.
Encontram-se a decorrer estudos de aplicabilidade dos diferentes extratos, por exemplo em formulações alimentares para pescado e larvas de peixe, em filetes de carapau, e em formulações cosméticas. Em alguns dos casos está a ser estudado o aproveitamento integral da alga, isto é, utilização tanto de extratos obtidos como os resíduos de extração.
Bioadsorvente (derivado de conchas de mexilhão) para remediação ambiental
Terminando a ronda de apresentações, André Ribeiro, investigador no Centro para a Valorização de Resíduos, explicou que os trabalhos focaram a valorização da fração inorgânica do mexilhão, a concha, resultando num produto adsorvente de contaminantes do solo. Enquanto metodologia de obtenção, as cascas passam por um processo de lavagem, secagem e/ou calcinação e são posteriormente trituradas e peneiradas, resultando no produto BivalSorb. Para validação do novo produto em duas versões, triturado e triturado calcinado, foram feitos testes de adsorção de metais em diferentes condições como concentração do metal, de adsorvente e pH. O produto sem calcinação apresentou dados muito favoráveis de remoção de chumbo e zinco (>90%), independentemente da concentração inicial do metal, mas também com resultados interessantes para os restantes metais. O produto calcinado apresentou percentagens de remoção inferiores. Para validação em contexto de contaminação real, foi selecionado o modelo de contaminação de matrizes sólidas, com o estudo por exemplo de lamas de ETAR contaminadas, sendo aplicada a técnica de electroremediação, que permite o direcionamento de cada contaminante no sentido oposto à sua carga elétrica, e o produto BivalSorb enquanto barreira permeável reativa. O produto sem calcinação foi o que apresentou maior interesse, com redução de todos os metais testados, superior a 70%. Adicionalmente, foi testada a incorporação do solo tratado em solo agrícola, com a avaliação de germinação e crescimento de alfaces, uma planta muito sensível a metais pesados. O uso deste solo tratado, especialmente quando usado o produto não calcinado, resultou num aumento do peso das plantas 39% superior ao alcançado com solos controlo (não contaminados).
Seguiu-se uma sessão de perguntas e respostas na qual foram aprofundados alguns dos temas e se esclareceram dúvidas dos participantes e curiosidades. Partilhamos alguns exemplos de questões:
Qual o futuro no âmbito de tecnologias de extração, pensando no contexto da indústria portuguesa?
Cristina Rocha – "Em primeiro lugar, é necessário generalizar o equipamento. Normalmente as indústrias têm o equipamento tradicional, e a adaptação e mudança não é ágil pois, para além dos custos associados, implica ainda a alteração de todo ou parte do processo produtivo, sendo até mais fácil começar de raiz. Algumas tecnologias podem ser mais simples de implementação, ainda assim existe sempre a necessidade de adaptação do processo produtivo, equipamentos envolventes ou até dos próprios circuitos elétricos. Posto isto, as grandes limitações centram-se no preço dos equipamentos e nas implicações e dificuldades de incorporação nos processos de extração já implementados."
No que toca a aplicação de extratos de microalgas, que outros produtos poderiam ser trabalhados, para além dos abordados no projeto?
Sara Cunha – "No projeto abordámos muito mais a parte alimentar, essencialmente animal. A área alimentar humana sem dúvida que tem um grande potencial, pois estamos a falar em extratos ricos em proteína, e atualmente há uma grande procura por fontes proteicas não animais, muito alinhado com padrões alimentares como vegetariano e vegan. Adicionalmente, os extratos poderiam ser muito usados em suplementos e alimentos funcionais, tanto numa vertente proteica, como associada às bioatividades dos diferentes péptidos isolados."
É possível a reutilização dos produtos adsorventes de concha de mexilhão? Estes produtos têm aplicabilidade para qualquer tipo de contaminante?
André Ribeiro – "De entre os estudos realizados, avaliou-se também a adsorção máxima do material, pelo que temos uma noção da quantidade de metal que seria adsorvida por grama de produto, o que nos dá pistas sobre o seu potencial. Ainda assim, a regeneração é sempre possível. No caso do carvão ativado, são aplicadas metodologias de regeneração com uso de agentes químicos, o que poderia ser a estratégia a seguir para o BivalSorb, mas tal teria de ser validado.
Relativamente à aplicabilidade do produto, no âmbito do projeto, a metodologia de remediação eletrocinética foi utilizada para metais pesados. Contudo, esta surgiu para reverter a contaminação por compostos orgânicos. Assim, a estratégia aplicada poderia ser adaptada para compostos orgânicos. Uma outra área de interesse a explorar, seria a aplicabilidade deste adsorvente em fármacos. Mas seria necessária a realização de testes para validar a sua eficácia."
Dado os resultados positivos do produto adsorvente, quais as principais limitações à exploração comercial do produto?
André Ribeiro – "Estamos a falar de um setor que ainda não tem a maturidade necessária ao nível da gestão e processamento de subprodutos. Para que a sua produção seja exequível teriam de ser adaptados e melhorados os processos na cadeia de valor relativamente à recolha e gestão do material e à etapa de processamento e venda. É ainda necessário provar o interesse e a viabilidade económica do processo e produto, para que as empresas entendam o valor associado e para que possam apostar neste tipo de soluções. "
Diferentes espécies de bivalves teriam resultados diferentes?
André Ribeiro – "Claro que diferentes animais/espécies poderiam dar origem a diferentes resultados. No projeto, foram trabalhados subprodutos decorrentes das explorações de parceiros, neste caso o mexilhão. Ainda assim, há o interesse de estender os estudos, no âmbito da remediação ambiental, a outros resíduos e avaliar o seu potencial, tanto aplicado a metais pesados como a outros contaminantes. Das descobertas surgem sempre novas questões e oportunidades de dar continuidade aos trabalhos realizados."