Evaluation of Ohmic Heating processing on extraction of bioactive compounds from microalgae biomass

Abstract

Microalgae are a privileged source of bioactive compounds being industrially important microorganisms in a wide range of industrial segments such as as pharmaceutical, agro-food, and biodiesel industries. The greatest challenge in commercialization of microalgae products is the reduction of the overall cost of extraction of enriched fractions. The traditional methodologies of extraction have several problems due to poor industrial applicability and sustainability issues, and because of that there is a need to find new ways to accomplish the extraction of bioproducts. A new approach for this problem consists in the utilization of electrotechnologies, such as the case of ohmic heating processing (OH), a methodology that allows a synergy between thermal and electric fields as a way to increase extraction efficiency. The main goal of this work was to perform a multi exploratory evaluation of OH as a methodology for the extraction of bioproducts from a microalgae. For this purpose, a set experiments using OH were developed in which different electrical fields, treatment temperatures and thermal kinetics were evaluated. Through this study it was possible to demonstrate that the application of OH and its moderate electric fields (MEF) contributed to an increase extraction of bioactive compounds when compared with traditional thermal treatments. Results from this study have shown that Ohmic Heating Pulses (OHP) at 217 V/cm resulted in the best extraction rate of Chlorophyll a (50.5 %) and proteins (20.4 %). While other compounds such as lipids (40.1 %) and chlorophyll b (38.9 %) were extracted more efficiently under an electric field of 133 V/cm. Carotenoids, carbohydrates and antioxidant compounds were equally extracted by OH, independently of the electric field applied.

As microalgas são uma fonte privilegiada de compostos bioativos, sendo microrganismos importantes em termos industriais numa ampla gama de segmentos industriais, como as indústrias farmacêuticas, agroalimentar e de biodiesel. O maior desafio na comercialização de produtos de microalgas é a redução do custo geral de extração de frações enriquecidas. As metodologias tradicionais de extração apresentam diversos problemas ao nível da aplicabilidade industrial e sustentabilidade e por isso é necessário encontrar novas formas de realizar a extração de bioprodutos. Uma nova abordagem para este problema consiste na utilização de eletrotecnologias, como é o caso do processamento por aquecimento óhmico (OH, abreviação em inglês de Ohmic Heating). Este método permite a sinergia natural de efeitos térmicos e elétricos nos processos de extração de forma a aumentar a sua eficiencia. O objetivo principal deste trabalho consistiu em realizar uma avaliação multi-exploratória da tecnologia de OH como metodologia para a extração de bioprodutos de uma microalga. Para este propósito foram realizados um conjunto de ensaios por aplicação de OH com diferentes campos elétricos, temperaturas de tratamento e cinéticas térmicas. Através deste estudo foi possível demonstrar que aplicação de OH e os seus campos elétricos moderados (MEF, abreviação em inglês para moderate electric fields) contribuiu para aumentar a extração de compostos bioativos em comparação com técnicas de extração térmica convencionais. A condição de tratamento “Pulsos de Aquecimento Óhmico (OHP, abreviação em inglês para Ohmic heating pulses) sob um campo elétrico de 217 V/cm apresentou a melhor taxa de extração de clorofila a (50.5 %) e proteínas (20.4 %). Por sua vez, Lipídios (40.1 %) e Clorofilas b (38.9 %) foram extraídas com mais eficiência sob um campo elétrico de 133 V/cm. Carotenoides, carbohidratos e compostos de caracter antioxidante foram extraídos de forma igualmente eficaz por OH, independentemente da intensidade do campo elétrico aplicado.