Microalgas encapsuladas ayudan a tratar la vinaza, efluente de la industria del etanol
Microalgas encapsuladas ayudan a tratar la vinaza, efluente de la industria del etanol
Traducción de Paloma dos Santos Schlemper publicada en julio de 2023 | Texto original en portugués

Con un récord histórico de producción en 2020 — 35,6 mil millones de litros, de los cuales 34 mil millones son de caña de azúcar, según la Compañía Nacional de Abastecimiento (Conab) —, Brasil es el segundo mayor productor de alcohol en el mundo, lo que repercute en el impacto económico y también en el ambiental. La producción de etanol genera una serie de residuos, entre ellos un efluente conocido como vinaza, un líquido que sobra después de la destilación y que, en el caso de la caña de azúcar, corresponde a una proporción elevada: de 12 a 18 litros por litro de alcohol producido. En Brasil, la vinaza se reutiliza más habitualmente como fertilizante, sin que con eso se descarte su riesgo altamente contaminante.

Utilizando microalgas encapsuladas, una investigación de doctorado del Programa de Posgrado en Ingeniería de Bioprocesos y Biotecnología (PPGEBB) de la Universidad Federal de Paraná (UFPR) desarrolló una alternativa para el tratamiento de este tipo de efluentes.

La técnica permite tratar la vinaza y transformarla en un medio de cultura en el cual es posible producir microalgas con potencial biotecnológico.

El proceso fue descrito en el artículo Rice vinasse treatment by immobilized Synechococcus pevalekii and its effect on Dunaliella salina cultiva, publicado en marzo en la revista Bioprocess and Biosystems Engineering.

Las microalgas son muy versátiles al ser capaces de sintetizar moléculas de alto valor añadido con las más diversas propiedades biológicas. En el caso del tratamiento de efluentes agroindustriales, se utilizan para promover la absorción y el almacenamiento de elementos químicos. El principal desafío de este proceso es la recuperación de la biomasa -separación de las células del medio de cultura-, generalmente realizada por centrifugación, lo que hace que el consumo energético se eleve a escala industrial.

La técnica desarrollada por el estudiante de doctorado Guilherme Colusse se aplica a través de una matriz de polisacáridos de forma esférica, en donde se quedan atrapadas las células. En este caso, la filtración simple resultó eficaz para la separación de las esferas del medio líquido, eliminando la necesidad de centrifugación.

En el estudio se utilizó vinaza de alcohol de arroz, similar a la vinaza de caña de azúcar, obtenida con el apoyo de la empresa Bio4-Soluções Biotecnológicas, que participa de la investigación a través de un convenio.

Tras encapsular las células, el investigador montó un biorreactor para evaluar el tratamiento con vinaza durante un periodo de diez días. Los análisis fisicoquímicos demostraron que había una reducción en varios parámetros químicos de la vinaza.

“Aunque en escala de laboratorio, con más estudios este bioproceso podría ser escalado para atender mayores demandas”, dice Guilherme.

Miguel Daniel Noseda – director de la investigación y profesor titular del PPGEBB – destaca entre las ventajas de utilizar microalgas encapsuladas, la posibilidad de reutilizar los microorganismos en el bioproceso y recuperar las microalgas para que esta biomasa microalgal pueda utilizarse para otros fines, como la extracción de biomoléculas.

«Los procesos utilizados para la recuperación de la biomasa pueden ser costosos dependiendo de las características de las células. En este caso, con la técnica de encapsulación, se supera este reto ante la facilidad de separación, puesto que se pueden filtrar esferas de aproximadamente medio centímetro de forma sencilla y a bajo coste», explica el profesor vinculado al Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la UFPR.

La vinaza tratada permite cultivar microalgas que producen betacaroteno

Después del tratamiento biológico con microalgas encapsuladas, la investigación utilizó la vinaza recién tratada para la cultura de Dunaliella salina, una especie de microalga de agua salada considerada la mayor productora de betacaroteno del mundo, cultivada industrialmente en varios países.

El objetivo de los investigadores era estudiar si el efluente recién tratado podría utilizarse como medio de cultura de esta especie, que tiene un gran interés comercial, una vez que la producción de betacaroteno se vincula a la densidad celular de la cultura de D. salina, y cuantas más células, mayor el potencial de producción.

Los resultados mostraron un aumento del un 175% en el número de células de D. salina al utilizarse como medio de cultura el residuo agroindustrial tratado.

«Además del tratamiento de un efluente agroindustrial y su utilización, encontramos una forma de reducir el coste de producción de D. salina y, a la vez, aumentar su producción», destaca el investigador Guilherme Colusse.

Según Noseda, la cultura de microalgas se puede aplicar en una mezcla de economía circular y biorrefinería, en la cual a partir del tratamiento de un residuo o subproducto agroindustrial, mediante el uso de microalgas encapsuladas se produce un aumento de la productividad de otra especie de microalgas de alto valor añadido.

«El sistema recibe un efluente agroindustrial y devuelve el efluente tratado, además de un aumento de la productividad celular siendo posible disminuir los costes de producción de betacaroteno».

Además del tratamiento de residuos, el uso biotecnológico de las microalgas incluye fuentes de proteínas y biocombustibles

Las microalgas son microorganismos que realizan la fotosíntesis. Combinadas con luz solar o artificial y nutrientes, son células que pueden producir compuestos de alto valor añadido y potencial biotecnológico.

La versatilidad de aplicaciones incluye su uso como fuente de proteína en dietas alimenticias, producción de ácidos grasos poliinsaturados, polisacáridos, exopolisacáridos, pigmentos y lípidos como materia prima en la producción de biocombustibles.

Las microalgas también se pueden utilizar en el tratamiento de aguas residuales favoreciendo la absorción de elementos perjudiciales al medio ambiente.

«Además del potencial industrial existente, cabe destacar que las células de microalgas fijan el carbono obtenido a través del dióxido de carbono de la atmósfera, combatiendo las emisiones de gases de efecto invernadero, y producen gran parte del oxígeno presente en nuestro planeta», señala Noseda.

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