Investigadores de la Universidad de Campinas cultivan microalgas para la producción de biocombustible

El objetivo de estos científicos brasileños es comparar los efectos de distintos sistemas de cultivo sobre el crecimiento y sobre la productividad de la especie Botryococcus terribilis. En uno de los experimentos, la producción de lípidos e hidrocarburos se incrementó un 49 % y un 29 % respectivamente

Por Ricardo Muniz  |  Agência FAPESP – Un grupo de científicos de la Universidad de Campinas (Unicamp), en Brasil, ha venido cultivando microalgas en el laboratorio en condiciones controladas para aprovechar sus metabolitos, especialmente los lípidos, con el objetivo principal de producir biocombustible. Este trabajo aparece descrito en un artículo publicado en la revista Biomass Conversion and Biorefinery.

“Es posible también extraer proteínas e hidratos de carbono y aprovecharlos como alimentos, aparte de obtener productos que pueden utilizarse en el área cosmética, tales como betacarotenos, y otros compuestos valiosos, entre ellos la ficocianina, un pigmento natural azul”, afirma Luisa Fernanda Ríos, investigadora del Laboratorio de Optimización, Proyectos y Control Avanzado (LOPCA) de la Facultad de Ingeniería Química de la Unicamp. La presencia de microalgas –que pueden ser azules, verdes o marrones– determina los colores de los mares y de los ríos, según lo explica Ríos, quien firma el artículo junto con otros tres investigadores del LOPCA: Bianca Ramos Estevam, Rubens Maciel Filho y Leonardo Vasconcelos Fregolente.

En el referido trabajo se analiza y se compara por primera vez el crecimiento y la productividad de la especie Botryococcus terribilis en sistemas cerrados y abiertos. Los sistemas cerrados son aquellos en los cuales no hay intercambio de aire con el ambiente, tales como los fotobiorreatores, donde es posible mantener las condiciones de crecimiento de las microalgas más controladas. En tanto, los sistemas abiertos son estanques (raceway ponds, que son lagunas artificiales de poca profundidad) que se utilizan en los laboratorios, pero que intercambian aire con la atmósfera, por ende, se encuentran abiertos con relación al ambiente. Se extrajeron y se cuantificaron las proteínas, los hidratos de carbono, los lípidos, los pigmentos y los hidrocarburos. De acuerdo con el grupo de investigación, esta es la primera vez que se extraen y se caracterizan los hidrocarburos de B. terribilis.

“Los estudios en cultivo de B. terribilis tienen una gran relevancia económica y ambiental, pero raramente se los aborda en la literatura científica”, se afirma en el texto. “Las microalgas son los microorganismos más antiguos, responsables de la producción de hasta un 50 % del oxígeno que respiramos”, explica Ríos. “Al juntarse a los hongos, crearon la materia orgánica que conocemos actualmente con el nombre de plantas.”

Las microalgas crecen mediante el fenómeno de la fotosíntesis que es idéntico al de las plantas, es decir: reciben dióxido de carbono (CO₂) proveniente de la atmósfera y energía solar y los transforman en oxígeno. De este modo acumulan distintos tipos de metabolitos, tales como proteínas, carbohidratos y lípidos, y en menor cantidad, carotenoides, clorofila y vitaminas.

El petróleo también posee en su composición esas microalgas, que se depositaron en el fondo del mar y de la tierra. “Imagínense la cantidad de cosas importantes que hay dentro de la célula de esos organismos”, destaca Ríos, doctora en ingeniería química de la Unicamp.

Algas bajo estrés

Las microalgas son unicelulares y se reproducen por mitosis: cada célula se divide en otras dos idénticas para generar una multiplicación exponencial. “En el laboratorio las cultivamos y aprovechamos todos esos biocompuestos existentes dentro de las células. Tenemos que ‘matarlas’ para aprovecharlas, pero no es necesario preocuparnos, pues crecen sumamente rápido, por eso sería imposible acabar con ellas.”

Los aceites de B. terribilis son adecuados para la síntesis de biocombustibles, pues están compuestos por hidrocarburos de cadena larga y una mayor cantidad de ácidos grasos saturados y monoinsaturados. Este estudio, apoyado por la FAPESP, ayuda a llenar la laguna de información sobre el cultivo, el estrés y la composición de esas microalgas, y aporta así a la toma de decisiones sobre los parámetros de cultivo y sus aplicaciones en biorrefinerías.

El “estrés” en este caso es la eliminación de algún nutriente importante para el crecimiento de las microalgas como el fósforo o el nitrógeno. “Cuando sienten que carecen de alguno de esos nutrientes, empiezan a acumular grasas, es decir, lípidos, para intentar sobrevivir. Así es como logramos que acumulen más metabolitos de interés. Decimos que las estresamos, pues eliminamos nutrientes básicos para su crecimiento”, explica Ríos. “Pero disminuimos la velocidad de crecimiento de las microalgas y, por ende, el porcentaje de otros metabolitos, tales como proteínas e hidratos de carbono, por eso es sumamente importante saber qué compuesto nos interesa y efectuar un balance que sea conveniente para el estudio.”

La condición de estrés elevó la producción de lípidos e hidrocarburos hasta un 49 % y un 29 % respectivamente, pero el porcentaje de proteínas disminuyó de un 32 % a un 26 %. El porcentaje de carbohidratos (15 %) y pigmentos (0,41 %-0,86 %) permaneció similar en el cultivo estresado y no estresado.

Puede leerse el artículo intitulado Effects of cultivation systems and nutrient limitation on the growth and metabolite biosynthesis of Botryococcus terribilis en el siguiente enlace: link.springer.com/article/10.1007/s13399-023-03805-w.