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Publication
A strategy to increase the production of extracellular polymeric substances. Industrial valorization of Cyanocohniella Calida and its application in microplastic removal
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 1.96 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Microplastics (MPs) are present in all types of water, proving to be a risk to both
environment and human health. These contaminants also may affect the algal industry, leading
to significant economic losses. Therefore, creating sustainable and efficient removal methods is
essential. Microbial exopolysaccharides (EPS) have demonstrated an ability to remove water
contaminants. Their network-like appearance structure encourages particle agglomeration. This
work's goals are: (i) to propose an industrial operation strategy to enhance EPS Cyanocohniella
calida production; (ii) evaluate the cyanobacteria EPS behaviour in the presence of MPs; (iii) and
verify the EPS bioflocculant potential, in view of its industrial valorisation. The response surface
methodology (RSM) was employed to find better conditions for EPS production. The developed
model evaluated the number of days(0-7), nitrogen concentration (2.5-10 g/dm3
), phosphorous
concentration (0.5-2 g/dm3
), and ratio (1:1-1:14) (cyanobacteria/culture medium). The best
conditions were 7 days of production, with 10 g/dm3 of nitrogen, 0.98 g/dm3 of phosphorus, and
a biomass/culture medium ratio of 1/6.87, for an EPS production efficiency of 113 mg/dm3
. C.
cf. calida was placed in MPs-contaminated water at low (0.05 mg/dm3
) and high (5 mg/dm3
)
concentrations, under static and aerated conditions, and in two distinct growth stages
(exponential and stationary). Higher EPS production (231 mg/dm3
) was achieved in the
exponential growth stage under aerated conditions and when exposed to environmental
concentrations of MPs (0.05 mg/dm3
). To determine the bioflocculant activity of the produced
EPS in water highly contaminated with MPs (2 g/dm3
), the type of cation present, its
concentration, pH, salinity, and EPS/MPs ratio were examined. The highest bioflocculation rates
(82%) were obtained in freshwater with an EPS/MPs ratio of 1/5, 0.05% (w/w) Fe3+
, pH 3.5 ± 0.1,
a temperature of 25 ± 2 °C, and an EPS solution with a concentration of 400 mg/dm3
. Thus, C. cf.
calida demonstrates (i) high potential as an EPS producer; (ii) EPS production stimulation in the
presence of MPs-contaminated water; and (iii) the EPS produced is an efficient, suitable, and
environmentally friendly solution to remove MPS from contaminated water for use in the algal
industry.
Os microplásticos (MPs) estão presentes em todos os tipos de água demonstrando ser um risco para o ambiente bem como para a saúde humana. Estes contaminantes também podem afetar a indústria de algas, levando a prejuízos económicos avultados. Consequentemente, é importante criar métodos para uma remoção sustentável e eficiente. Os exopolissacáridos (EPS) de origem microbiana têm demonstrado capacidade para remover contaminantes presentes na água graças à sua estrutura em rede, que permite e facilita a aglomeração de partículas. Os objetivos do presente trabalho são: (i) propor uma estratégia de operação industrial para melhorar a produção de EPS da Cyanocohniella calida; (ii) avaliar o efeito da presença de MPs nos EPS da cianobactéria; (iii) e verificar o potencial biofloculante dos EPS, tendo em vista a sua valorização industrial. A metodologia de resposta de superfície (RSM Response Surface Methodology) foi utilizada para encontrar as melhores condições para a produção dos EPS. O modelo desenvolvido avaliou o número de dias (0-7), concentração de azoto (2,5-10 g/dm3 ), concentração de fósforo (0,5-2 g/dm3 ) e a razão cianobactérias/meio de cultura (1:1-1:14). As melhores condições demonstraram ser 7 dias de produção, com 10 g/dm3 de azoto, 0,98 g/dm3 de fósforo, e uma razão de biomassa/meio de cultura de 1/6,87 para uma eficiência de produção de EPS de 113 mg/dm3 . A C. cf. calida foi exposta a água contaminada com MPs em concentrações baixas (0,05 mg/dm3 ) e altas (5 mg/dm3 ), sob condições estáticas e de arejamento, e em duas fases distintas de crescimento (exponencial e estacionária). A maior produção de EPS (231 mg/dm3 ) foi alcançada na fase de crescimento exponencial sob condições de arejamento e quando expostos a concentrações ambientais de MPs (0.05 mg/dm3 ). De modo a conhecer a atividade biofloculante dos EPS produzidos foram usadas águas altamente contaminadas com MPs (2 g/dm3 ), o tipo de catião presente e a sua concentração, o pH, a salinidade, e o rácio EPS/MPs foram estudados. As maiores taxas de biofloculação (82%) foram obtidas para um rácio EPS/MPs de 1/5, contendo 0.05% (p/p) Fe3+, pH 3,5 ± 0,1, temperatura de 25 ± 2 °C, e uma solução de EPS com uma concentração de 400 mg/dm3 . Desta forma, a C. cf. calida demonstrou: (i) elevado potencial como produtora de EPS; (ii) produção de EPS estimulada na presença de águas contaminadas por MPs; e (iii) os EPS produzidos são uma solução eficiente, adequada e amiga do ambiente para remover MPs de águas contaminadas a usar na indústria de algas
Os microplásticos (MPs) estão presentes em todos os tipos de água demonstrando ser um risco para o ambiente bem como para a saúde humana. Estes contaminantes também podem afetar a indústria de algas, levando a prejuízos económicos avultados. Consequentemente, é importante criar métodos para uma remoção sustentável e eficiente. Os exopolissacáridos (EPS) de origem microbiana têm demonstrado capacidade para remover contaminantes presentes na água graças à sua estrutura em rede, que permite e facilita a aglomeração de partículas. Os objetivos do presente trabalho são: (i) propor uma estratégia de operação industrial para melhorar a produção de EPS da Cyanocohniella calida; (ii) avaliar o efeito da presença de MPs nos EPS da cianobactéria; (iii) e verificar o potencial biofloculante dos EPS, tendo em vista a sua valorização industrial. A metodologia de resposta de superfície (RSM Response Surface Methodology) foi utilizada para encontrar as melhores condições para a produção dos EPS. O modelo desenvolvido avaliou o número de dias (0-7), concentração de azoto (2,5-10 g/dm3 ), concentração de fósforo (0,5-2 g/dm3 ) e a razão cianobactérias/meio de cultura (1:1-1:14). As melhores condições demonstraram ser 7 dias de produção, com 10 g/dm3 de azoto, 0,98 g/dm3 de fósforo, e uma razão de biomassa/meio de cultura de 1/6,87 para uma eficiência de produção de EPS de 113 mg/dm3 . A C. cf. calida foi exposta a água contaminada com MPs em concentrações baixas (0,05 mg/dm3 ) e altas (5 mg/dm3 ), sob condições estáticas e de arejamento, e em duas fases distintas de crescimento (exponencial e estacionária). A maior produção de EPS (231 mg/dm3 ) foi alcançada na fase de crescimento exponencial sob condições de arejamento e quando expostos a concentrações ambientais de MPs (0.05 mg/dm3 ). De modo a conhecer a atividade biofloculante dos EPS produzidos foram usadas águas altamente contaminadas com MPs (2 g/dm3 ), o tipo de catião presente e a sua concentração, o pH, a salinidade, e o rácio EPS/MPs foram estudados. As maiores taxas de biofloculação (82%) foram obtidas para um rácio EPS/MPs de 1/5, contendo 0.05% (p/p) Fe3+, pH 3,5 ± 0,1, temperatura de 25 ± 2 °C, e uma solução de EPS com uma concentração de 400 mg/dm3 . Desta forma, a C. cf. calida demonstrou: (i) elevado potencial como produtora de EPS; (ii) produção de EPS estimulada na presença de águas contaminadas por MPs; e (iii) os EPS produzidos são uma solução eficiente, adequada e amiga do ambiente para remover MPs de águas contaminadas a usar na indústria de algas
Description
Keywords
Cyanobacteria Cyanocohniella calida Exopolysaccharides Microalgae Microplastics Bioflocculation Cianobactérias Exopolissacáridos Microalgas Microplásticos Biofloculação Applied Biochemistry . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia