Development of techniques to enhance the productivity of marine diatoms

Abstract

Aquaculture development is clearly behind agriculture and livestock farming, concerning manipulation of feeding and ecological conditions to enhance production. It is a fast growing sector in the food industry. One of the main factors affecting aquaculture productivity is the selection of the optimal plankton species to suit the nutritional needs of commercially targeted animals to be produced, in early stages of development (larvae and post-larvae). Moreover, the technologies used to produce plankton diets for the animals to be cultured, often fail to meet the needs of aquaculture production units, in quality, as much as in quantity. This is often the reason for failure in production goals. The objective of this work was to develop industrial technology to produce marine diatoms (essential for rearing many animal species in aquaculture), by developing culture media and also by optimizing other ecological variables (for example CO2 enriched atmosphere and cell carrier optimization, to be used in bio-reactor culture), as was already done with other microorganisms (such as yeast and bacteria). An optimized culture medium was successfully developed. On the other hand, bacterial cellulose was found to be a suitable material to be used as cell carrier, enhancing culture productivity of the studied diatoms. A method of cell immobilization was tested, using latex coatings, to assess the possibility of preserving long-term cell viability. This preservation method still needs optimization. The diatoms chosen for the present study were Navicula sp. and Amphora sp., for they are the main plankton feed needed for the rearing of Haliotis tuberculata, a marine gastropod (mollusk, shellfish) highly prized in many gastronomical cultures around the world.

A aquacultura, um sector em franca expansão, está claramente menos desenvolvida do que a agricultura e a pecuária relativamente à formulação de dietas e das condições ecológicas para o aumento da produção. Sabe-se, no entanto, que um dos principais fatores que afetam a produtividade em aquacultura é a seleção de espécies de plâncton ótimas para prover as necessidades nutricionais dos animais a produzir, nas fases iniciais de desenvolvimento (larvas e pós-larvas). As tecnologias utilizadas para produzir dietas de plâncton para os animais em crescimento falham frequentemente em atingir os seus objetivos, tanto em qualidade como em quantidade, sendo insuficientes para satisfazer as necessidades produtivas das indústrias de aquacultura. O objetivo deste trabalho é desenvolver tecnologia industrial para produzir, nas melhores condições, as diatomáceas marinhas para a produção de várias espécies animais em aquacultura. Como já foi feito para outros microrganismos (como leveduras e bactérias), no caso das diatomáceas é certamente possível melhorar os meios de cultura e outras variáveis ecológicas (por exemplo, a utilização de atmosfera enriquecida em CO2 e o uso de microsuportes para adesão celular, para cultura em bio-reator). Os estudos realizados neste trabalho permitiram encontrar concentrações ótimas para os componentes dos meios de cultura. Foi igualmente identificado um suporte, a celulose bacteriana, que também aumenta a produtividade das culturas. Além disso, estudou-se a preservação de culturas de diatomáceas por longos períodos de tempo. Foi por isso testado um método de imobilização, utilizando um revestimento de látex, para averiguar a possibilidade deste permitir preservar a viabilidade celular por longos períodos de armazenamento. Este método ainda necessita de melhoramentos. As diatomáceas em estudo neste trabalho são Navicula sp. e Amphora sp., as principais espécies necessárias na produção em aquacultura de Haliotis tuberculata, um molusco marinho de elevado valor acrescentado.