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Microbial flocculants are macromolecular substances produced by microorganisms. Due to its non-toxic, harmless, and biodegradable advantages, microbial flocculants have been widely used in various industrial fields, such as wastewater treatment, microalgae harvest, activated sludge dewatering, heavy metal ion adsorption, and nanoparticle synthesis, especially in the post-treatment process of fermentation with high safety requirement. However, compared with the traditional inorganic flocculants and organic polymeric flocculants, the high production cost is the main bottleneck that restricts the large-scale production and application of microbial flocculants. To reduce the production cost of microbial flocculant, a series of efforts have been carried out and some exciting research progresses have been achieved. This paper summarized the research advances in the last decade, including the screening of high-yield strains and the construction of genetically engineered strains, search of cheap alternative medium, the extraction and preservation methods, microbial flocculants production as an incidental product of other biological processes, combined use of traditional flocculant and microbial flocculant, and the production of microbial flocculant promoted by inducer. Moreover, this paper prospects the future research directions to further reduce the production cost of microbial flocculants, thereby promoting the industrial production and large-scale application of microbial flocculants.

Euglena gracilis (E. gracilis) accumulates paramylon, an immune-functional beta-glucan that can be used as a functional food. Paramylon production is strongly affected by the organic carbon source and the initial pH conditions. Food processing byproducts have attracted attention for microalgal cultivation because of their low cost and abundance of nutrients, including carbon and nitrogen. We investigated the optimal carbon source and its concentration for efficient paramylon production. A spent tomato byproduct (STB) generated from a tomato processing plant was applied for biomass and paramylon production from E. gracilis with respect to the initial pH condition. The highest paramylon concentration (1.2 g L−1) and content (58.2%) were observed with 15 g L−1 glucose. The biomass production increased when STB was used as compared with that when a synthetic medium was used (1.6-fold higher at pH 3 and 2-fold higher at pH 8). The optimal initial pH was determined according to the maximum production of biomass and paramylon. Upcycling the food processing byproduct, STB, can contribute not only to cost reduction of the biorefinery process using E. gracilis but also to environmental remediation by removing organic carbon and nitrogen from the byproducts.

The production of secondary metabolites of high added value by microorganisms has been extensively studied, mainly in the formulation of medium containing agro-industrial residues. Citric acid is a tricarboxylic organic acid obtained through submerged fermentation processes. The Aspergillus genus is considered an excellent producer of bioactive substances of industrial interest. This study aims to determine the rate of citric acid production using four strains of the microorganism (UCP 1099, 1356, 1357, and 1463) in alternative culture mediums containing citrus pomace (pineapple, orange and lemon) from the food industries in the state of Pernambuco, and to compare the results with the production obtained with the standard production medium using computational statistical tools. Assays were carried out with four samples of Aspergillus isolated from Caatinga in three conventional mediums, for 144 h, 37°C, and 180 rpm. The pH variation, sugar consumption, and citric acid production were analyzed. The results showed that the medium-called two e and the sample UCP1357, presented a citric acid production of 7.22g.L-1. After selecting the medium and the best producer microorganisms, production tests were carried out with a medium formulated with citrus fruit residues. The results revealed that all the residues produced citric acid, with the lemon peel being the best of the residues tested (6.91 g.L-1). It appears that there is a possibility of using residues in the formulation of means of production, thus contributing to the reuse of the present nutrients and the reduction of the environmental impact. La producción de metabolitos secundarios de alto valor agregado por parte de microorganismos ha sido ampliamente estudiada, principalmente en la formulación de medios que contienen residuos agroindustriales. El ácido cítrico es un ácido orgánico tricarboxílico obtenido mediante procesos de fermentación sumergida. El género Aspergillus es considerado un excelente productor de sustancias bioactivas de interés industrial. Este estudio tiene como objetivo determinar la tasa de producción de ácido cítrico utilizando cuatro cepas del microorganismo (UCP 1099, 1356, 1357 y 1463) en medios de cultivo alternativos que contienen orujo de cítricos (piña, naranja y limón) de las industrias alimentarias del estado de Pernambuco, y comparar los resultados con la producción obtenida con el medio de producción estándar utilizando herramientas estadísticas computacionales. Los ensayos se realizaron con cuatro muestras de Aspergillus aislado de Caatinga en tres medios convencionales, durante 144 h, 37 °C y 180 rpm. Se analizó la variación del pH, el consumo de azúcar y la producción de ácido cítrico. Los resultados mostraron que el medio denominado dos e y la muestra UCP1357, presentaron una producción de ácido cítrico de 7.22g.L-1. Tras seleccionar el medio y los mejores microorganismos productores, se realizaron pruebas de producción con un medio formulado con residuos de cítricos. Los resultados revelaron que todos los residuos produjeron ácido cítrico, siendo la cáscara de limón el mejor de los residuos probados (6.91 g.L-1). Parece que existe la posibilidad de utilizar residuos en la formulación de medios de producción, contribuyendo así a la reutilización de los nutrientes presentes ya la reducción del impacto ambiental. A produção de metabólitos secundários de alto valor agregado por microrganismos tem sido amplamente estudado, principalmente na formulação de meios contendo resíduos agroindustriais. O ácido cítrico é um ácido orgânico tricarboxílico obtido através de processos de fermentação submersa. O gênero Aspergillus é considerado um excelente produtor de substâncias bioativas de interesse industrial. Este estudo tem como objetivo determinar a taxa de produção de ácido cítrico utilizando quatro cepas do microrganismo (UCP 1099, 1356, 1357 e 1463) em meios de cultura alternativos contendo resíduos de frutas (abacaxi, laranja e limão) provenientes de indústrias alimentícias do estado de Pernambuco, e comparar os resultados com a produção obtida com o meio de produção padrão utilizando ferramentas estatísticas computacionais. Os ensaios foram realizados com quatro amostras de Aspergillus isoladas da Caatinga em três meios convencionais, por 144 h, 37°C e 180 rpm. A variação de pH, consumo de açúcar e produção de ácido cítrico foram analisados. Os resultados mostraram que o meio denominado “dois” e a amostra UCP1357, apresentaram uma produção de ácido cítrico de 7,22 g.L-1. Após a seleção do meio e dos microrganismos melhores produtores, foram realizados testes de produção com um meio formulado com os resíduos de frutas cítricas. Os resultados revelaram que todos os resíduos produziram ácido cítrico, sendo a casca de limão o melhor dos resíduos testados (6,91 g.L-1). Verifica-se que existe a possibilidade de utilização de resíduos na formulação de meios de produção, contribuindo assim para o reaproveitamento dos nutrientes presentes e a redução do impacto ambiental.

Microalgae have been the focus of great interest for the biofuels production due to its enormous capacity to produce biomass, and because many species produce fatty acids in amounts many times the various oleaginous plants. Many microalgae also act as efficient bioremediators domestic and industrial residues, so integrated cultivation of promising microalgae for biofuels coupled to wastewater treatment systems can provide several benefits including cost reductions in effluents treatment and biomass microalgal production, cheapening the culture, promoting nutrient removal and minimizing environmental impacts. This research aimed to evaluate the effectiveness of regional microalgae act in the bioremediation of three types of effluents: biodiesel washing water, shrimp wastewater and agricultural drainage water using potentially promising species for the production of biodiesel that can grow in these effluents as a culture medium . Were used 12 isolated species of microalgae various aquatic environments in northeastern Brazil with 11 freshwater and 1 marine. The selection of species was made considering those which produce substantial amounts of fatty acids, with some even superior to soy. The experiments were performed in chambre culture (25 ± 1 ° C, photoperiod of 12h) in balloons 6L capacity with continuous aeration. The growth of the species under the conditions tested was accompanied by cell counts and measurement of fluorescence in vivo and the physiological responses by flow cytometry. In the effluent were determined NO3, NO2, PO4, pH, COD, turbidity, electrical conductivity and total solids using analytical procedures and/or multiparameter probe. In biodiesel washing water 11 species were tested, only two of which showed good growth. Of these, Monoraphidium contortum was selected for the bioremediation tests due to its higher capacity for growth and be the second species with a higher content of fatty acids. It was found that the species reduces the concentration of NO3, PO4, and COD in percentages of 25.8%, 7.2% and 31.2%, respectively. In shrimp farming water the genus Amphora sp. it showed considerable growth, but lower than the control, but with higher production lipids. Removal PO4, NO3 and NO2 in this species in this effluent was 73.357%, 72.572% and 66.667%, respectively. In agricultural drainage water were tested of which 11 species. Monoraphidium contortum was selected for the bioremediation test and biomass production and yield of the final number of cells in this experimental condition were lower than the control. In this kind effluent removed approximately 73% and 100% for respectively NO3 and PO4. Comparisons of physiological responses showed cell concentrations, florescence chlorophyll and activity of higher esterase in control and increased production of lipids in the drainage water The data show it is possible to use these effluents in the cultivation of microalgae important for biodiesel production with effective reduction of nutrients present in wastewater and that, depending on the species, the effluent may offer favorable conditions for increased production of lipids. However, microalgal cultures in these effluents can be double interest: to minimize environmental impact and producing microalgal biomass that can be used to produce biodiesel, or other byproducts of interest to the biotechnology, thereby reducing production costs in mass culture. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES As microalgas têm sido foco de grande interesse para a produção de biocombustíveis devido a sua enorme capacidade de produzir biomassa, e pelo fato de muitas espécies produzirem ácidos graxos em quantidades muitas vezes superiores à várias oleaginosas. Muitas microalgas também atuam como eficientes biorremediadores de resíduos domésticos e agroindustriais, de maneira que sistemas integrados de cultivo de microalgas promissoras para a produção de biocombustíveis acoplados ao tratamento de efluentes podem apresentar vários benefícios incluindo redução de custos no tratamento de águas residuais e produção de biomassa microalgal, barateando os cultivos, promovendo remoção de nutrientes e minimizando impactos ambientais. Esta pesquisa visou avaliar a efetividade de microalgas regionais atuarem na biorremediação de três tipos de efluentes: água de lavagem de biodiesel, efluente de carcinicultura e água de drenagem agrícola, utilizando espécies potencialmente promissoras à produção de biodiesel que podem crescer nesses efluentes como meio de cultura. Foram utilizadas 12 espécies de microalgas isoladas de vários ambientes aquáticos do Nordeste do Brasil sendo 11 dulcícolas e uma marinha. A seleção das espécies foi feita considerando-se aquelas que produzem substanciais quantidades de ácidos graxos, com algumas inclusive superiores à soja. Os experimentos foram realizados em câmara de cultura climatizada (25 ± 1 ºC, fotoperíodo de 12h) em balões de 6L de capacidade com aeração contínua. O crescimento das espécies nas condições testadas foi acompanhado por contagens celular e medidas da fluorescência in vivo e as respostas fisiológicas por citometria de fluxo. Nos efluentes foram determinados os teores de NO3, NO2, PO4, pH, DQO, turbidez, condutividade elétrica e sólidos totais usando procedimentos analíticos e/ou sonda multiparâmetros. Em água de lavagem de biodiesel foram testadas 11 espécies, das quais apenas duas apresentaram bom crescimento. Destas, Monoraphidium contortum foi selecionada para os testes de biorremediação por apresentar maior capacidade de crescimento e ser a segunda espécie com maior teor de ácidos graxos. Constatou-se que esta espécie reduz as concentrações de NO3, PO4, e DQO nas porcentagens de 25,8%, 7,2% e 31,2%, respectivamente. Em água de carcinicultura o gênero Amphora sp. mostrou crescimento considerável, porém inferior ao controle com produção de lipídeos superior. A remoção de PO4, NO3 e NO2 por esta espécie nesse efluente foi de 73,357%, 72,572% e 66,667%, respectivamente. Em água de drenagem agrícola foram testadas 11 espécies das quais M. contortum foi selecionada para o ensaio de biorremediação e sua produção de biomassa e o rendimento final em número de células nesta condição experimental foram inferiores ao controle. Neste efluente essa espécie removeu aproximadamente 73% de NO3 e 100% de PO4. As comparações das respostas fisiológicas demonstraram concentrações celulares, florescência da clorofila e atividade da esterase mais elevadas no controle e maior produção de lipídeos no efluente. Os dados mostram ser possível a utilização desses efluentes no cultivo de microalgas importantes à produção de biodiesel com reduções efetivas dos nutrientes presentes na água residual e que, dependendo da espécie, os efluentes podem oferecer condições favoráveis a uma maior produção de lipídeos. Contudo, os cultivos de microalgas nesses efluentes podem ter duplo interesse: minimizar impactos ambientais e produzir biomassa microalgal que pode ser usada para produção de biodiesel ou outros coprodutos de interesse à biotecnologia, reduzindo assim os custos de produção em cultivos em massa.

Microalgae have a varied chemical composition with many products of interest to the food, pharmaceutical, cosmetic and energy sector, which makes them a group of high biotechnological potential. In this work some species of microalgae isolated from the Caatinga biome were studied regarding the taxonomic viewpoint and its cultivation in synthetic medium viewing to assess their ability to produce fatty acids methyl esters. Promising species for biodiesel production and essential fatty acids were also cultivable in alternative medium prepared with soil extract with vinasse, chicken manure and extract of biocompound obtained from fruits and vegetables marketed in EMPASA–PB. The acceptability for use of microalgae in human and/or animals was evaluated among agricultural workers of the semi-arid region of the state of Paraiba for the exotic species Spirulina platensis. Cultures of local species were obtained from water samples collected in various aquatic environments of the Caatinga inoculated in the Zarrouk and WC mediums, and maintained for growth in a culture chamber at 25°C ± 1°C. The isolated species were encoded and embedded in the Collection of Microalgae of the LARBIM/UFPB. A total of 24 strains of microalgae were obtained, of which 21 were identified to specific level, and 14 were grown in synthetic media to produce biomass for the fatty acids methyl esters analysis. Two local strains D39Z (Planktothrix isothrix) and D115WC (Scenedesmus acuminatus) and an exotic strain D9Z (Spirulina platensis) were cultured in the alternative mediums. Growth curves were monitored by cell counts and measurements of the in vivo fluorescence, in triplicate, and all growth parameters were analyzed for each species tested. Biomass of S. platensis growing in synthetic medium was used for the preparation of cakes, biscuits and juices used in sensory analysis of acceptability test and purchase intent for Spirulina, attended by 75 agricultural workers from the city of Frei Martinho-PB. These workers were also evaluated for their attitude about S. platensis. Differences in growth parameters were observed in cultured species, with the maximum growth constant (k) recorded in D112Z strain (Synechococcus nidulans) with 0.71 divisions.day-1, the longest duration of the exponential phase (8 days) in strains D74Z (Rhabdoderma lineare) and D133WC (Lagerheimia longiseta), and the highest biomass yield (0.75 g/L) was registered in the strain D28Z (Chlorococcum cf. hypnosporum). The highest yield of fatty acids (590.8%, compared to soybean) was recorded in strain D115WC (S. acuminatus). Strains growing in the alternative media exhibited distinct patterns of growth with higher yields in the extract of biocompounds. Acceptability rates of S. platensis higher than the expected (70%) were observed for all tested attributes (appearance, odor and texture) in three versions (wet biomass, dry biomass and foods), except for odor as “in natura” (66.12%). Regarding the intention of purchase, 88% of respondents said they would buy the product if they found them in the trade. The tests showed a positive index of internal consistency in relation to the attitudes about Spirulina, indicating that the tested farmers are open to technological innovations. Microalgas apresentam uma composição química variada com muitos produtos de interesse à indústria alimentícia, farmacêutica, de cosméticos e setor energético, o que as tornam um grupo de elevado potencial biotecnológico. Neste trabalho foram estudadas espécies de microalgas isoladas do Bioma Caatinga do ponto de vista taxonômico, e avaliando sua capacidade de produção de ésteres metílicos de ácidos graxos mediante o cultivo das diferentes cepas em meios sintéticos. Cultivos de espécies promissoras à produção de biodiesel e de ácidos graxos essenciais também foram desenvolvidos em meios alternativos preparados com extrato de solo com vinhaça, esterco de galinha e extrato de biocomposto obtido com resíduos de hortifrutigranjeiros comercializados na EMPASA–PB. A aceitabilidade quanto ao uso de microalgas na alimentação humana e/ou animal entre trabalhadores rurais da região semiárida do estado da Paraíba foi avaliado para a espécie exótica Spirulina platensis. Os cultivos das espécies locais foram obtidos a partir de amostras de água coletadas em diversos ambientes aquáticos da Caatinga, inoculadas nos meios Zarrouk e WC e mantidas em câmara de cultura a 25°C±1ºC. As espécies isoladas foram codificadas e incorporadas ao Banco de Microalgas do LARBIM/UFPB, obtendo-se 24 cepas de microalgas, das quais 21 foram identificadas ao nível de espécie e 14 foram cultivadas em meios sintéticos visando à produção de biomassa e análises de ácidos graxos. Duas cepas locais D39Z(Planktothrix isothrix) e D115WC (Scenedesmus acuminatus) e uma cepa exótica D9Z( Spirulina platensis) foram cultivadas em meios alternativos. As curvas de crescimento foram acompanhadas por meio de contagens celulares e de medidas da fluorescência in vivo, em triplicatas, e todos os parâmetros de crescimento foram analisados para cada espécie testada. Biomassa de S. platensis cultivada em meio sintético foi usada na preparação de bolos, sucos e biscoitos utilizados na análise sensorial do teste de aceitabilidade e intenção de compra de produtos à base de Spirulina, do qual participaram 75 trabalhadores rurais do município de Frei Martinho-PB. Estes trabalhadores também foram avaliados quanto sua atitude frente à S. platensis. Diferenças nos parâmetros de crescimento foram observadas nas espécies cultivadas, sendo o valor máximo da constante de crescimento (k) registrado na cepa D112Z (Synechococcus nidulans) com 0,71 divisões/dia, a maior duração da fase exponencial (8 dias) nas cepas D74Z (Rhabdoderma lineare) e D133WC (Lagerheimia longiseta) e o maior rendimento em biomassa (0,75 g/L) na cepa D28Z (Chlorococcum cf. hypnosporum). O maior rendimento de ácidos graxos (415,65 mg/g em relação à soja) foi registrado na cepa D115WC (S. acuminatus). As cepas cultivadas em meios alternativos exibiram padrões de crescimento distintos com melhores rendimentos em extrato de biocomposto. Índices de aceitabilidade de S. platensis superiores ao esperado (70%) foram observados para todos os atributos testados (aparência, odor e textura) nas três versões (biomassa úmida, seca e em alimentos), exceto para odor na forma “in natura” (66,12%). Quanto à intenção de compra, 88% dos entrevistados afirmaram que comprariam os produtos caso os encontrassem no comércio. Os testes de atitudes evidenciaram um índice de consistência interno positivo frente à Spirulina, indicando que os agricultores testados são abertos a inovações tecnológicas.

The effect of different concentrations (10, 20, 30 and 40%) of urban secondary sewage on the growth of Tetraselmis chuii (Prasinophyceae) and Dunaliella viridis (Chlorophyceae) was examined to verify the possibility of its use as an alternative culture medium for these species. Stocks and 700mL duplicate batch cultures were maintained under controlled laboratory conditions. 30% and 40% additions were the most efficient for the growth of both species. Statistical analysis of the adjusted growth (cell.mL-1) and biomass (µg chlorophyll-a.mL-1) curves performed using the Chi-square test (pFoi estudado o efeito das diferentes concentrações de esgoto urbano secundário (10%, 20%, 30% e 40%) sobre o crescimento de Tetraselmis chuii (Prasinophyceae) e Dunaliellla viridis (Chlorophyceae) para verificar a possibilidade do seu uso como meio de cultura altenativo para estas espécies. Culturas stocks duplicatas de 700mL foram mantidas sob condições de laboratório controladas. As adições de 30% e 40% foram as mais eficientes para o crescimento de ambas as espécies. Análises estatísticas para o ajuste do crescimento (cel.mL-1) e curvas de biomassa (µg clorofila-a.mL-1) em relação ao tempo de cultura desenvolvidas usando Chi-square test (p