Tema 1.1 Microalgas, aplicaciones y requerimientos

CLASE VIRTUAL

SUMARIO
1.	Introducción a las microalgas
		Estudiar la ingeniería de procesos relativa a las microalgas implica estudiar las unidades de proceso relacionadas con las microalgas, que son fundamentalmente los fotobiorreactores, y conocer las transformaciones e intercambios de energía y materiales que se producen en estos sistemas.
	La biotecnología de microalgas es el FOTOBIORREACTOR, dispositivo en el que tiene lugar fenómenos como: – Generación de biomasa a partir de luz y nutrientes. – Consumo de CO2. – Generación de O2.


		Entre las unidades de proceso seguro que aparece un fotobiorreactor, que es la unidad de proceso en la que se produce la generación de biomasa microalgal a partir de las materias primas.
En el caso de las microalgas, las materias primas son muy sencillas ya que son: – agua – dióxido de carbono – sales inorgánicas (fundamentalmente fuentes de N y P) – luz

¿Qué son las microalgas? Microorganismos unicelulares fotoautótrofos

Entre las unidades de proceso seguro que aparece un fotobiorreactor, que es la unidad de proceso en la que se produce la generación de biomasa microalgal a partir de las materias primas.

En el caso de las microalgas, las materias primas son muy sencillas ya que son:

– agua

– dióxido de carbono

– sales inorgánicas (fundamentalmente fuentes de N y P)

– luz


		El cultivo de microalgas abarca varios aspectos o escalas que van desde la obtención de las especies, al cultivo en laboratorio con el objeto de amplificar y purificar la población, su caracterización para averiguar las condiciones de cultivo óptimas (T, pH, nutrientes, intensidad luminosa … etc) hasta el cultivo masivo en fotobiorreactores de muchos litros o incluso cientos de metros cúbicos de volumen de cultivo. Nuestro objetivo es este último nivel, pero repasemos los demás estadios ya que son importantes a la hora de obtener información.
Los principales nutrientes necesarios son: – Agua: además de transporte, es un nutriente que suministra los electrones (H·) necesarios para la reducción del CO2. – Carbono: normalmente suministrado aparte como CO2, aunque puede suministrarse como bicarbonato, considerablemente más caro. – Oxígeno: suministrado tanto por el H2O como por el CO2. Sin embargo es sólo el oxígeno del CO2 el que se incorpora en la biomasa. – Nitrógeno: el cuarto elemento más importante por volumen ya que forma parte de las proteínas y nucleótidos de la biomasa. Suministrado como NO3– o NH4+. – Fósforo: suministrado como fosfato, forma parte de importantes intermedios metabólicos, lípidos, enzimas y multitud de especies bioquímicas. Adicionalmente existe una gran cantidad de otros nutrientes que pueden ser necesarios dependiendo de la especie. Según la cantidad en la que se necesiten se suelen clasificar como macronutrientes o micronutrientes, ya que es importante para la preparación del medio. – Macronutrientes: sales como cloruro de sodio y magnesio, sulfatos y sales de calcio. Pueden aparecer en concentraciones de hasta 30 g/L cuando se trata de especies marinas y hasta de 100 g/L en microalgas halófilas. Estos macronutrientes no se consumen en la generación de biomasa o se incorporan en muy pequeña medida. Su objetivo principal es mantener la presión osmótica y el equilibrio de electrolitos. – Micronutrientes: Son elementos que actúan como cofactores de enzimas y aparecen en muy pequeñas cantidades, a veces de microgramos por litro. Si se ponen en exceso pueden actuar como un veneno, como es el caso del cobre, que es un conocido alguicida.

Condiciones de Cultivo, Fuentes de energía y Fuentes de carbono

El cultivo de microalgas abarca varios aspectos o escalas que van desde la obtención de las especies, al cultivo en laboratorio con el objeto de amplificar y purificar la población, su caracterización para averiguar las condiciones de cultivo óptimas (T, pH, nutrientes, intensidad luminosa … etc) hasta el cultivo masivo en fotobiorreactores de muchos litros o incluso cientos de metros cúbicos de volumen de cultivo. Nuestro objetivo es este último nivel, pero repasemos los demás estadios ya que son importantes a la hora de obtener información.

Los principales nutrientes necesarios son:

– Agua: además de transporte, es un nutriente que suministra los electrones (H·) necesarios para la reducción del CO2.

– Carbono: normalmente suministrado aparte como CO2, aunque puede suministrarse como bicarbonato, considerablemente más caro.

– Oxígeno: suministrado tanto por el H2O como por el CO2. Sin embargo es sólo el oxígeno del CO2 el que se incorpora en la biomasa.

– Nitrógeno: el cuarto elemento más importante por volumen ya que forma parte de las proteínas y nucleótidos de la biomasa. Suministrado como NO3– o NH4+.

– Fósforo: suministrado como fosfato, forma parte de importantes intermedios metabólicos, lípidos, enzimas y multitud de especies bioquímicas.

Adicionalmente existe una gran cantidad de otros nutrientes que pueden ser necesarios dependiendo de la especie. Según la cantidad en la que se necesiten se suelen clasificar como macronutrientes o micronutrientes, ya que es importante para la preparación del medio.

– Macronutrientes: sales como cloruro de sodio y magnesio, sulfatos y sales de calcio. Pueden aparecer en concentraciones de hasta 30 g/L cuando se trata de especies marinas y hasta de 100 g/L en microalgas halófilas. Estos macronutrientes no se consumen en la generación de biomasa o se incorporan en muy pequeña medida. Su objetivo principal es mantener la presión osmótica y el equilibrio de electrolitos.

– Micronutrientes: Son elementos que actúan como cofactores de enzimas y aparecen en muy pequeñas cantidades, a veces de microgramos por litro. Si se ponen en exceso pueden actuar como un veneno, como es el caso del cobre, que es un conocido alguicida.


		Las microalgas, como organismos fotosintéticos, son imprescindibles en el mantenimiento de la vida en La Tierra ya que proporcionan compuestos orgánicos reducidos y oxígeno para soportar al resto de la vida del planeta. La microalgas son la principal fuente de producción fotosintética del planeta. Como organismos unicelulares que son, tienen una capacidad de crecimiento y de generación de biomasa mucho mayor que las plantas superiores, ya que no necesitan arraigar o generar estructuras reproductoras, lo que les permite duplicarse en cuestión de horas.
Se pueden resumir las características de los cultivos de microalgas en los siguientes puntos: – Elevada capacidad de generación de biomasa – Generación de biomasa homogénea – Gran variedad de productos y biomoléculas – No necesitan tierra cultivable – Nutrientes simples – Aprovechamiento de la luz del – Retirada de CO2 de la atmósfera – Eficiencia fotosintética alta comparada con las plantas

Principales aplicaciones

Las microalgas, como organismos fotosintéticos, son imprescindibles en el mantenimiento de la vida en La Tierra ya que proporcionan compuestos orgánicos reducidos y oxígeno para soportar al resto de la vida del planeta. La microalgas son la principal fuente de producción fotosintética del planeta.

Como organismos unicelulares que son, tienen una capacidad de crecimiento y de generación de biomasa mucho mayor que las plantas superiores, ya que no necesitan arraigar o generar estructuras reproductoras, lo que les permite duplicarse en cuestión de horas.

Se pueden resumir las características de los cultivos de microalgas en los siguientes puntos:

– Elevada capacidad de generación de biomasa

– Generación de biomasa homogénea

– Gran variedad de productos y biomoléculas

– No necesitan tierra cultivable

– Nutrientes simples

– Aprovechamiento de la luz del

– Retirada de CO2 de la atmósfera

– Eficiencia fotosintética alta comparada con las plantas


5.	Diversidad de especies 1/2
		Las microalgas se clasifican por reino, división, clase, orden, familia, género y especie. Básicamente cuando Vd. ve un nombre de dos palabras tal como «Nannochloropsis gaditana» está usted viendo el género y la especie.
	Esta es la información necesaria para poder averiguar las necesidades nutricionales de una microalga de manera que podamos fabricarle un medio adecuado tal y como veremos en el apartado correspondiente.


6.	Diversidad de especies 2/2


7.	Identificación de las microalgas
		Todas las microalgas de la misma especie son esencialmente la misma en casi todos sus aspectos bioquímicos. Sin embargo, incluso entre la misma especie pueden darse diferencias de la misma forma que observamos diferencias entre familiares cercanos, como primos. Cuando es necesario distinguir entre microalgas de la misma especie, se habla de «cepas» (strains).
	Cada año nos atacan diferentes cepas del mismo virus de la gripe, lo que le da una idea de que incluso entre la misma especie puede haber cepas sustancialmente diferentes. Sirva de ejemplo la página de la CCAP


8.	Aplicaciones de las microalgas
		Las microalgas, como organismos fotosintéticos, son imprescindibles en el mantenimiento de la vida en La Tierra ya que proporcionan compuestos orgánicos reducidos y oxígeno para soportar al resto de la vida del planeta. La microalgas son la principal fuente de producción fotosintética del planeta. Como organismos unicelulares que son, tienen una capacidad de crecimiento y de generación de biomasa mucho mayor que las plantas superiores, ya que no necesitan arraigar o generar estructuras reproductoras, lo que les permite duplicarse en cuestión de horas.
	Las microalgas tienen una composición bioquímica compleja debida a la presencia del aparato fotosintético, que le da una gran riqueza en pigmentos y componentes como citocromos y ácidos poliinsaturados de cadena larga (PUFAs). Esto resulta en un elevado contenido en productos de alto valor, como los carotenoides luteína y astaxantina o los PUFAs DHA y EPA. Como captadoras de CO2 y asimiladoras del nitrógeno, son además una fuente sostenible de biocombustibles y biofertilizantes.


9.	Cuestiones y preguntas

Tema 1.1 Microalgas, aplicaciones y requerimientos

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