La biomasa de las microalgas ha sido usada desde la antigüedad, y representa un biorecurso sostenible para varias aplicaciones, como los alimentos, nutracéuticos, farmacéuticos, alimentos y otros bioproductos.
El proceso de producción de biomasa microalgal incluye varias técnicas, principalmente de cultivo, cosecha, secado y el control de la contaminación. Estas técnicas frecuentemente son diseñadas y optimizadas para satisfacer las condiciones óptimas de crecimiento y producir biomasa de alta calidad a costos aceptables.
No obstante, la biotecnología de las microalgas enfrentan una serie de desafíos, en particular los altos costos de producción, la falta de conocimiento sobre los contaminantes biológicos y los desafíos del menor nivel de ingredientes activos durante la producción de biomasa.
Los científicos del Yantai Institute of Coastal Zone Research, de la Wageningen University y de la China University of Petroleum (East China) publicaron una revisión científica en donde examinaron el desarrollo global de la biotecnología de microalgas para la producción de biomasa, con énfasis en la técnica de cultivo, cosecha, secado y control de los contaminantes biológicos.
Sistemas de producción de microalgas
El estudio describe los diferentes sistemas de producción de microalgas. Incluye las principales características de los sistemas de estanques abiertos tradicionales, el uso de fotobiorreactores, y los cultivos heterotróficos.
Los investigadores realizan un análisis detallado de las ventajas y desventajas de cada sistema.
Cosecha de microalgas
La cosecha de microalgas representa uno de los más importantes desafíos para la producción de biomasa a escala comercial.
Las microalgas crecen suspendidas en el agua; incluso la biomasa de microalgas en cultivos heterótrofos supera con dificultad el 20% del peso seco. Por lo tanto, la recolección requiere mucha energía y capital, y puede contribuir aproximadamente con el 30% del costo total de la producción de microalgas.
El estudio describe que la selección del método de cosecha varía según las microalgas, dependiendo principalmente del tipo de microalga, la densidad celular y el valor de los productos de biomasa comercializados.
De acuerdo con la revisión científica, la cosecha de microalgas implica métodos mecánicos, químicos, eléctricos y biológicos, y los métodos convencionales a escala comercial implican centrifugación, filtración y floculación, que pueden aplicarse individualmente o en combinación.
No obstante, los métodos presentan algunas desventajas económicas tecnológicas en el proceso de producción de biomasa real; las mismas que son detalladas en el documento.
Secado de las microalgas
El secado es usualmente el último paso de la cosecha. Este proceso requiere la remoción de la húmedad para obtener una biomasa microalgal seca para la producción de productos.
El estudio describe las técnicas de secado usadas comercialmente: secado solar, ii) secado convectivo, (iii) secado por aspersión y (iv) liofilización. Los autores del estudio advierten que la selección del método de secado es crítica para el subsecuente procesamiento y calidad del producto final.
Control de los contaminantes biológicos
Lo ideal en el cultivo de microalgas es cultivar una sola especie. Sin embargo, no se puede evitar que los contaminantes biológicos ingresen a los cultivos, tanto en estanques abiertos como en fotobiorreactores.
Estas limitaciones en los sistemas de producción son la principal causa de la propagación de contaminantes biológicos. Por lo tanto, se deben adoptar estrategias de respuesta para evitarlos durante el cultivo masivo de microalgas.
El estudio describe los principales contaminantes biológicos, entre los cuales se incluyen zooplancton, bacterias, virus y otras microalgas.
Cepas de microalgas biotecnológicamente ideales
De acuerdo con el estudio, aunque existen decenas de miles de microalgas en la naturaleza, sólo unas pocas especies se utilizan para la producción comercial de biomasa.
Durante la última década, la mayor parte de la producción anual de biomasa está dominada por seis especies: las cianobacterias Arthrospira y Nostoc (cultivadas sólo en China), las microalgas verdes Chlorella, Dunaliella y Haematococcus, y el flagelado, Euglena.
El estudio describe las fortalezas, los obstáculos y las tecnologías para mejorar aún más la producción de la biomasa de las especies de microalgas identificadas.
Control de calidad
La biomasa de microalgas producida está sujeta a contaminación por toda una gama de metales pesados, micotoxinas y patógenos. También se ha informado de contaminación de productos por toxinas de algas en poblaciones de cultivos mixtos.
La industria se ha regulado en gran medida. Las normas relacionadas con las microalgas y sus productos son regulaciones importantes que garantizan la seguridad y la calidad, aunque se requieren mejoras urgentes. El estudio resume las principales regulaciones en la industria de las microalgas.
Conclusiones
“Esta revisión resume sistemáticamente las tecnologías actuales de producción de biomasa para microalgas comerciales. Concluimos que el proceso de cultivo de alta densidad celular es importante para producir biomasa a escala comercial en el futuro, y que se requieren procesos y estrategias rentables para el desarrollo de la recolección de microalgas”, informaron los científicos.
Además, destacan que el secado de microalgas no sólo debería ser rentable, sino que también debería tener en cuenta la calidad del producto, al tiempo que debería reforzarse la investigación básica sobre el control de los contaminantes biológicos.
De acuerdo con los autores de la revisión científica: “está claro que antes de que se pueda lograr una aplicación más amplia de la biomasa de microalgas, se necesitarán inversiones significativas en desarrollo tecnológico y experiencia técnica”.
Contacto
Song Qin
Yantai Institute of Coastal Zone Research
Chinese Academy of Sciences
No. 19, Chunhui Road, Laishan District, Yantai, 264003
Shandong, China
Email: sqin@yic.ac.cn
Referencia (acceso abierto)
Qin, S., Wang, K., Gao, F. et al. Biotechnologies for bulk production of microalgal biomass: from mass cultivation to dried biomass acquisition. Biotechnol Biofuels 16, 131 (2023). https://doi.org/10.1186/s13068-023-02382-4
