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Maximizing Spirulina's value in a biorefinery approach
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Authors
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Abstract(s)
With the pressing global environmental challenges there is an increasing need for sustainable and circular bioresource management. This thesis explores the multifaceted potential of Spirulina in various sectors, leading to the idealisation of a biorefinery. The study begins by assessing Spirulina’s properties, culture conditions and applications that boost its potential for a sustainable biorefinery development, emphasizing its versatility in
producing high-value compounds and its contributions to several industrial sectors. Experimentally, Spirulina was cultivated and high-value compounds, such as lipids, phycocyanin and antioxidants, were obtained with the use of eco-friendly extraction methods. Additionally, Spirulina was incorporated as a functional ingredient in butter. Sensorial analyses were conducted revealing positive consumer acceptance and the potential for Spirulina to enhance the nutritional profile of everyday foods. Then, Spirulina was tested as an organic soil corrective. Through comparative tests, it was shown that Spirulina improved germination, by 150%, and
plant growth, underscoring its potential in promoting sustainable agricultural practices. Finally, aggregating the results and inputs from the literature, the concept of a Spirulina-based biorefinery was explored, identifying viable process routes and multiple processes integration, such as the reuse of waste streams. The results indicate that with strategic process optimization, Spirulina-based biorefineries could contribute significantly to reducing environmental negative impact while offering economically viable solutions, supporting a circular bioeconomy.
À luz dos desafios globais presentes, como o esgotamento dos recursos naturais, a acumulação de resíduos e as alterações climáticas, existe uma necessidade crescente de uma gestão sustentável e circular dos recursos biológicos. Esta tese pretende explorar o potencial multifacetado da Spirulina, focando-se nas suas aplicações em vários setores, incluindo a alimentação e a agricultura, conduzindo à idealização de uma biorrefinaria e, em última análise, à mitigação dos referidos desafios. O estudo começa por avaliar as propriedades, condições de cultura e aplicações da Spirulina que demonstram o seu potencial para o desenvolvimento sustentável da biorrefinaria, enfatizando a sua versatilidade na produção de compostos de elevado valor e as suas contribuições para diversos setores industriais. No trabalho experimental, a Spirulina foi cultivada em diversas condições controladas, nomeadamente efluentes de setores alimentares (soro de queijo). Foi possível obter compostos de alto valor, como lipídios, ficocianina e antioxidantes, com o uso de métodos com base na química verde de extração e processamento. Além disso, a Spirulina foi incorporada como ingrediente funcional na manteiga. Foram realizadas análises sensoriais que revelaram a aceitação positiva do consumidor e, consequentemente, o potencial da Spirulina para melhorar o perfil nutricional dos alimentos do dia a dia. Além das aplicações alimentares, a Spirulina foi testada como corretivo orgânico do solo. Através de testes comparativos de germinação, demonstrou-se que a utilização de resíduos de Spirulina obtidos durante o seu processamento resultou na melhor germinação (1,5 vezes mais) e crescimento das plantas. Esta secção sublinha o seu potencial na promoção de práticas agrícolas sustentáveis, reduzindo a dependência de fertilizantes sintéticos e melhorando a saúde do solo. Finalmente, agregando resultados obtidos com os resultados de outros estudos presentes na literatura, foi explorado o conceito de uma biorrefinaria baseada na Spirulina, identificando esquemas processuais viáveis e integração de múltiplos processos, como a recuperação do meio de cultura e a reutilização de fluxos de resíduos, demonstrando a viabilidade da Spirulina no apoio à construção de uma bioeconomia circular. Os resultados indicam que, com a otimização estratégica de processos, as biorrefinarias baseadas na Spirulina poderiam contribuir significativamente para reduzir os impactos ambiental negativos, oferecendo soluções economicamente viáveis.
À luz dos desafios globais presentes, como o esgotamento dos recursos naturais, a acumulação de resíduos e as alterações climáticas, existe uma necessidade crescente de uma gestão sustentável e circular dos recursos biológicos. Esta tese pretende explorar o potencial multifacetado da Spirulina, focando-se nas suas aplicações em vários setores, incluindo a alimentação e a agricultura, conduzindo à idealização de uma biorrefinaria e, em última análise, à mitigação dos referidos desafios. O estudo começa por avaliar as propriedades, condições de cultura e aplicações da Spirulina que demonstram o seu potencial para o desenvolvimento sustentável da biorrefinaria, enfatizando a sua versatilidade na produção de compostos de elevado valor e as suas contribuições para diversos setores industriais. No trabalho experimental, a Spirulina foi cultivada em diversas condições controladas, nomeadamente efluentes de setores alimentares (soro de queijo). Foi possível obter compostos de alto valor, como lipídios, ficocianina e antioxidantes, com o uso de métodos com base na química verde de extração e processamento. Além disso, a Spirulina foi incorporada como ingrediente funcional na manteiga. Foram realizadas análises sensoriais que revelaram a aceitação positiva do consumidor e, consequentemente, o potencial da Spirulina para melhorar o perfil nutricional dos alimentos do dia a dia. Além das aplicações alimentares, a Spirulina foi testada como corretivo orgânico do solo. Através de testes comparativos de germinação, demonstrou-se que a utilização de resíduos de Spirulina obtidos durante o seu processamento resultou na melhor germinação (1,5 vezes mais) e crescimento das plantas. Esta secção sublinha o seu potencial na promoção de práticas agrícolas sustentáveis, reduzindo a dependência de fertilizantes sintéticos e melhorando a saúde do solo. Finalmente, agregando resultados obtidos com os resultados de outros estudos presentes na literatura, foi explorado o conceito de uma biorrefinaria baseada na Spirulina, identificando esquemas processuais viáveis e integração de múltiplos processos, como a recuperação do meio de cultura e a reutilização de fluxos de resíduos, demonstrando a viabilidade da Spirulina no apoio à construção de uma bioeconomia circular. Os resultados indicam que, com a otimização estratégica de processos, as biorrefinarias baseadas na Spirulina poderiam contribuir significativamente para reduzir os impactos ambiental negativos, oferecendo soluções economicamente viáveis.
Description
Financiado
Keywords
Biostimulant Food enrichment Green chemistry Phycocyanin Sustainability Bioestimulante Enriquecimento alimentar Ficocianina Química verde Sustentabilidade