Impacto Ambiental, Procesamiento, Sistemas de Cultivo

Optimizar el cultivo de microalgas para la producción de biodiesel

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By Milthon Lujan

Botellas de cultivo de microalgas. Fuente: UNER.
Botellas de cultivo de microalgas. Fuente: UNER.

En la búsqueda cada vez mayor de fuentes de energía sostenibles, las microalgas han surgido como potencias de biocombustibles, particularmente en la producción de biodiesel.

Las microalgas son organismos microscópicos que poseen la notable capacidad de acumular importantes reservas de lípidos, lo que los convierte en un recurso valioso en el panorama de las energías renovables. Sin embargo, los altos costos de producción asociados con el biodiesel de microalgas han estimulado una exploración centrada en las condiciones de cultivo que pueden maximizar la productividad de los lípidos.

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Al respecto, un equipo de científicos del Institute of Plant Physiology RAS publicaron una revisión científica en donde sistematizaron información del uso de la restricción del nitrógeno y fósforo para incrementar la producción de lípidos de las microalgas de diferentes grupos taxonómicos y ecológicos.

La investigación incluyó a Cianobacterias, Rhodophyta, Dinophyta, Haptophyta, Cryptophyta, Heterokontophyta/Ochrophyta (Bacillariophyceae, Eustigmatophyceae, Xanthophyceae) y Chlorophyta.

El enigma del nitrógeno y el fósforo: equilibrar el crecimiento y el contenido de lípidos

Una estrategia clave para mejorar la productividad de lípidos en el cultivo de microalgas implica manipular los niveles de nitrógeno y fósforo en el medio de cultivo. El delicado equilibrio entre lograr el máximo crecimiento y optimizar el contenido de lípidos y la productividad es el objetivo central de numerosos esfuerzos experimentales.

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La razón detrás de este enfoque radica en la comprensión de que alterar la disponibilidad de nutrientes puede hacer que las microalgas redirijan sus vías metabólicas hacia la acumulación de lípidos.

Nitrógeno y fósforo en el cultivo de microalgas

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El rango de concentraciones de nitrógeno y fósforo en los medios nutritivos para el cultivo de microalgas es amplio, oscilando entre 0,007 g L-1 y 0,417 g L-1 y desde 0,0003 g L-1 hasta 0,227 g L-1, respectivamente.

La relación N:P, un factor crítico en el equilibrio de nutrientes, oscila entre 0,12:1 y 823,33:1. Lograr el equilibrio adecuado en estos niveles de nutrientes es fundamental para influir en la producción de lípidos.

Sin embargo, advierten los investigadores que “las proporciones óptimas de nitrógeno y fósforo difieren para las microalgas de agua dulce y marinas, planctónicas y bentónicas”.

Desafío de los estudios de estrés nutricional: un llamado a la estandarización

Al investigar el estrés nutricional en microalgas, la falta de un enfoque estandarizado para determinar las concentraciones experimentales de nitrógeno y fósforo plantea un desafío importante. Esta variabilidad dificulta la interpretación correcta de los datos y puede llevar a conclusiones engañosas.

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Para abordar esto, los investigadores realizaron un análisis sistemático de 301 experimentos utilizando el método de componentes principales, que abarca varios grupos taxonómicos y ecológicos de microalgas.

Designaciones de medios nutritivos

La culminación de este trabajo resultó en una propuesta de esquema para designar el suministro de medios nutritivos para nitrógeno y fósforo.

Las categorías incluyen -N repleto (˃0,4 g L− 1), -N moderado (0,4–0,2), limitación moderada de N (0,19–0,1), limitación fuerte de N (˂0,1), sin nitrógeno (0), repleto – Р (˃0,2), -P moderada (0,2–0,02), limitación de P moderada (0,019–0,01), limitación de P fuerte (˂0,01) y sin fósforo (0).

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Este sistema de clasificación proporciona un marco estandarizado para investigadores y profesionales, facilitando una comunicación y comprensión más claras en la búsqueda de una productividad óptima de lípidos de microalgas.

Trazando el futuro: direcciones de investigación reveladas

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Más allá de consolidar el conocimiento existente, este análisis integral sirve como una brújula que apunta hacia futuras direcciones de investigación. Al identificar patrones en diversos grupos de microalgas, taxonomías y condiciones experimentales, el estudio allana el camino para investigaciones específicas que pueden desbloquear nuevos conocimientos para mejorar la productividad de los lípidos y, en consecuencia, la viabilidad de las microalgas como fuente sostenible para la producción de biodiesel.

Asimismo los investigadores destacan que las microalgas con mayor potencial para la producción de biodiesel debido a su alto contenido de lípidos son: Ankistrodesmus falcatus, Ankistrodesmus fusiformis, Chlorella sorokiniana, Chlorella vulgaris, Cylindrotheca fusiformis, Diacronema lutheri, Ettlia oleoabundans, Microchloropsis salina, Microcystis aeruginosa, Nannochloropsis granulata, Nannochloropsis oceanica, Nannochloropsis oculate, Phaeodactylum tricornutum, Prymnesium parvum, Rebecca salina, Tetradesmus deserticola, Tetradesmus obliquus, Tetraselmis suecica, Vischeria magna, y Vischeria vischeri.

En el panorama cambiante de las energías renovables, la optimización del cultivo de microalgas representa un paso crucial hacia una producción de biodiesel más ecológica y sostenible, ofreciendo una visión de un futuro en el que los organismos microscópicos desempeñarán un papel fundamental para impulsar nuestro mundo.

Contacto
Yevhen Maltsev
К.А. Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS – IPP RAS
Moscow, 127276, Russia
Email: ye.maltsev@gmail.com

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Referencia (acceso abierto)
Maltsev, Y., Kulikovskiy, M. & Maltseva, S. Nitrogen and phosphorus stress as a tool to induce lipid production in microalgae. Microb Cell Fact 22, 239 (2023). https://doi.org/10.1186/s12934-023-02244-6

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