Las fuentes sostenibles de químicos son importantes para impulsar el mundo hacia la circularidad de los recursos y una reducción del impacto ambiental de las actividades humanas.
El cultivo de microalgas en fotobiorreactores y la separación por membranas son considerados procesos sostenibles.
Un equipo formado por diferentes grupos de investigación de la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) cuyos miembros tienen diversas especialidades en bioingeniería, membranas y reutilización y reciclaje de agua, ha desarrollado un método de separación química sostenible que utiliza membranas, microalgas e inteligencia artificial.
Tales procesos continuos de separación y concentración basados en membranas ayudarán a aprovechar todo el potencial de la producción química microbiana para su uso en la medicina y la industria.
“La ventaja de nuestro método es que los productos pueden extraerse continuamente de cultivos microbianos líquidos, como microalgas, en un proceso conocido como ‘ordeño’, en lugar de extraerse laboriosamente de la biomasa al final de un cultivo por lotes”, destacó el postdoctorado y primer autor Sebastian Overmans.
Microalgas productores de sustancias útiles
Las microalgas son microbios fotosintéticos unicelulares que producen naturalmente muchas sustancias químicas útiles. También pueden modificarse genéticamente para excretar otras moléculas especiales.
Actualmente la industria usa cada vez más a las microalgas como biofábricas sostenibles y respetuosas con el medio ambiente, pero separar las preciosas moléculas es un desafío.
Este proyecto demostró una forma eficiente y de bajo consumo de energía para recolectar y concentrar los diversos compuestos que pueden producirse en las microalgas.
El proceso propuesto es más sostenible que otros procesos de separación debido a que consume poca energía, los microbios pueden crecer en materiales de desecho y el proceso de concentración molecular no produce desechos.
Sistema de extracción basada en membranas
El sistema se basa en una membrana construida a partir de microfibras huecas que separa el fluido del cultivo que contiene las microalgas, de un disolvente donde se acumula el producto deseado.
Luego, el producto se separa y concentra aún más utilizando otras membranas especializadas seleccionadas y diseñadas por inteligencia artificial que permiten el reciclaje del solvente sin pérdida para el sistema.
El equipo de investigadores demostró el potencial de su técnica mediante la extracción continua de patchoulol, un compuesto muy utilizado en perfumería. Estas combinaciones de membranas también podrían aplicarse a muchos otros productos químicos especiales.
“El desarrollo del proceso de extracción fue un territorio completamente nuevo”, dijo Overmans.
“Esto es emocionante”, sugiere el biotecnólogo Kyle J. Lauersen, “porque podría implementarse en biofábricas a gran escala utilizando una variedad de microbios, no solo algas, para convertir los desechos en productos valiosos”.
El ingeniero químico Gyorgy Szekely agrega que los investigadores utilizaron las herramientas de inteligencia artificial y las capacidades de aprendizaje automático disponibles en KAUST para guiar el desarrollo y el perfeccionamiento del proceso de membrana.
El siguiente paso es demostrar la ampliación a niveles industriales.
El equipo también planea desarrollar membranas con áreas de superficie más grandes y explorar el uso de diferentes cepas de algas para producir muchos más compuestos de interés.
Referencia (acceso libre)
Sebastian Overmans et al, Continuous extraction and concentration of secreted metabolites from engineered microbes using membrane technology, Green Chemistry (2022). DOI: 10.1039/D2GC00938B
