Uma equipe de cientistas da KAUST desenvolveu um método para extrair substâncias químicas úteis de microalgas. O sistema é baseado em uma série de membranas, uma das quais é construída a partir de microfibras ocas, que separam o fluido contendo microalgas do produto desejado. Crédito:Reproduzido de Overmans et al (2022) com permissão da Royal Society of Chemistry. Obra original de Ana Bigio
Um método de separação química sustentável que usa membranas, microalgas e inteligência artificial foi desenvolvido por uma equipe formada por diferentes grupos KAUST cujos membros têm diversas especialidades em bioengenharia, membranas e reutilização e reciclagem de água.
Esses processos contínuos de separação e concentração baseados em membranas ajudarão a realizar todo o potencial da produção química microbiana para uso na medicina e na indústria.
"A vantagem do nosso método é que os produtos podem ser extraídos continuamente de culturas microbianas líquidas, como microalgas, em um processo conhecido como 'ordenha', em vez de serem extraídos laboriosamente da biomassa no final de uma cultura em lote", diz o pós-doutorando e primeiro autor Sebastian Overmans.
As microalgas são micróbios fotossintéticos unicelulares que produzem naturalmente muitos produtos químicos úteis. Eles também podem ser geneticamente modificados para excretar outras moléculas especiais. As algas estão sendo cada vez mais aproveitadas como biofábricas sustentáveis e ecológicas, mas separar as moléculas preciosas é um desafio.
Este projeto demonstrou uma forma eficiente e de baixo consumo de energia para colher e concentrar esses produtos. Este processo é mais sustentável do que outros processos de separação porque é de baixa energia, os micróbios podem ser cultivados em materiais residuais e o processo de concentração molecular não produz resíduos.
O sistema é baseado em uma membrana construída a partir de microfibras ocas que separam o fluido de cultura que contém microalgas de um solvente onde o produto desejado se acumula. O produto é então separado e concentrado usando outras membranas especializadas selecionadas e projetadas por inteligência artificial que permitem a reciclagem do solvente sem perda para o sistema.
Ilustração da configuração de fibra oca usada para a extração do extrato desejado (patchoulol) da cultura de microalgas. O patchoulol é um composto valioso amplamente utilizado na indústria de perfumes. Crédito:Reproduzido de Overmans et al (2022) com permissão da Royal Society of Chemistry (CC BY 3.0)
A equipe demonstrou o potencial de sua técnica extraindo continuamente o patchoulol, um composto amplamente utilizado na perfumaria. Essas combinações de membranas também podem ser aplicadas a muitos outros produtos químicos especiais.
"O desenvolvimento do processo de extração era um território completamente novo", diz Overmans.
"Isso é emocionante", sugere o biotecnólogo Kyle J. Lauersen, "porque poderia ser implementado em biofábricas de grande escala usando uma variedade de micróbios, não apenas algas, para converter resíduos em produtos valiosos".
O engenheiro químico Gyorgy Szekely acrescenta que os pesquisadores usaram as ferramentas de inteligência artificial e os recursos de aprendizado de máquina disponíveis na KAUST para orientar o desenvolvimento e o refinamento do processo de membrana.
O próximo passo é demonstrar a expansão para níveis industriais. A equipe também planeja desenvolver membranas com áreas de superfície maiores e explorar o uso de diferentes cepas de algas para produzir muitos outros compostos de interesse.
A pesquisa foi publicada em
Green Chemistry .
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