ES2551259B2 - Procedimiento de acumulación y extracción de grasas de microalgas unicelulares mediante digestión larvaria de insectos dípteros - Google Patents
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Abstract
Procedimiento que posibilita la acumulación y extracción de grasas de microalgas unicelulares empleando insectos dípteros. Concretamente las larvas son de especies de dípteros saprófagos, las cuales son alimentadas con microalgas húmedas con el fin de acumular su materia grasa en nódulos de gran tamaño para posteriormente la separación de la biomasa larval, su trituración y su separación de la materia grasa.#La invención se refiere a un conjunto de etapas entre las que se encuentran: crecimiento, separación y alimentación de una corriente de microalgas, conversión en biomasa larval de las microalgas al introducir como intermediario a los insectos dípteros, trituración, separación y refinado de la fase menos densa que corresponde a la materia grasa que se podrá emplear para la producción de biodiesel u otras aplicaciones.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento de acumulacion y extraction de grasas de microalgas unicelulares mediante digestion larvaria de insectos dlpteros.
Objeto de la invencion
La presente invencion se refiere a un procedimiento que posibilita la acumulacion y extraction de grasas de microalgas unicelulares empleando insectos dlpteros. Concretamente, el procedimiento consiste en alimentar a las larvas de dlpteros saprofagos mediante microalgas humedas con el fin de acumular su materia grasa en nodulos de gran tamano. Posteriormente se realiza la separation de la biomasa larval, su trituracion y su separacion de la materia grasa.
La invencion se refiere a un conjunto de etapas que definen un procedimiento muy ventajoso y novedoso respecto a los ya conocidos, permitiendo la separation de las grasas contenidas en las microalgas unicelulares al introducir como intermediario a los insectos dlpteros.
Antecedentes de la invencion
Las microalgas unicelulares y una gran variedad de microorganismos fotosinteticos son capaces de producir y acumular grandes cantidades de materia grasa, debido a sus elevadas tasas metabolicas. Estas grasas actuan como almacenes de energla y pueden ser extraldas con diversos fines.
Algunas de las aplicaciones mas importantes desarrolladas en los ultimos anos se centran en el sector alimenticio, como la obtencion de acidos grasos especlficos (ej. omega 3, omega 6, omega 9) y en el sector qulmico-industrial, desde la production de biocombustibles hasta la obtencion de jabones, cosmeticos, pinturas, etc. Las microalgas pueden producir de 10 a 250 veces mas grasas por hectarea que las plantas terrestres.
El proceso de cosechado y extraction de los componentes grasos es mucho mas complicado al tratarse de organismos unicelulares que se desarrollan en medio llquido.
De hecho, la dificultad de la extraction radica en que las paredes celulares de las microalgas son muy resistentes y es casi imposible romperlas para que liberen los nodulos de grasa. Por otro lado, los nodulos de materia grasa son tan pequenos, que una vez liberados, forman facilmente una emulsion con el llquido, siendo muy diflcil la separacion agua-aceite.
Por ello se han desarrollado algunos sistemas de recoleccion y extraccion en microalgas como los descritos a continuation:
Extracciones lipldicas que se llevan a cabo por complejas tecnicas de separation, incluyendo en algunos casos la extraction con disolventes, ruptura mecanica, utilization de ultrasonidos, extraction supercrltica y extraction asistida por microondas, entre otras. Todos estos metodos presentan una gran complejidad tecnica y altos costes de operation, lo que hace inviable, desde un punto de vista economico, su production masiva a partir de microalgas y otros microorganismos fotosinteticos.
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Los procesos mecanicos requieren de una desecacion de la microalga que supone un inconveniente por su alto coste energetico. La biomasa de microalgas se recolecta con una humedad de entre el 80% y el 90%, implicando su secado el consumo de toda la energla que puede ser extralda de las mismas.
Los metodos qulmicos son mas eficientes aunque suponen un alto riesgo para la salud y el medio ambiente, requiriendo incluso de la manipulation de productos con peligro de explosion. Ademas, el agua tambien puede ser un gran limitante en las tecnicas de extraction.
El uso de fluidos supercrlticos supone un gasto elevado en presion y equipamiento para poder trabajar a altas presiones y por ahora es una tecnica, economicamente inviable.
Por todo lo expuesto anteriormente, no se conoce procedimiento economicamente viable que posibilite la separation y extraccion de grasas procedentes de microalgas y que permita la acumulacion y liberation de los nodulos de grasa contenidos en las microalgas de una forma viable y altamente eficiente.
Description de la invention
La presente invencion se refiere a un procedimiento optimo de acumulacion y extraccion de grasas procedentes de microalgas empleando para ello necesariamente la digestion previa por parte de larvas de especies de insectos dlpteros.
Asl, esencialmente, la presente invencion optimiza los procedimientos de extraccion conocidos hasta el momento mediante la conversion de microalgas en biomasa larval.
Los insectos a los que el metodo hace referencia son larvas de especies de dlpteros saprofagos de diferentes familias, concretamente estratiomidos (Stratiomyidae, ej. Hermetia Illucens), slrfidos (Syrphidae, ej. Eristalis tenax, Eristalinus aeneus), muscidos (Muscidae ej. Musca domestics) y califoridos (Calliphoridae, ej. Calliphora vicina, Chrysomya megacephala, Lucilia sericata).
La solution aportada por esta invencion permite extraer la materia grasa de microalgas unicelulares mediante la inclusion de un intermediario: las larvas de dlpteros saprofagos. Estas larvas (estado inmaduro de la fase adulta o imago) son alimentadas con microalgas acumulando su materia grasa en nodulos macroscopicos de gran tamano, siendo faciles de romper y aislar.
Ventajosamente, se optimiza la extraccion de dichas grasas al emplear metodos mecanicos que reducen considerablemente la fase de secado.
La novedad de este procedimiento de extraccion radica en el uso de larvas de dlpteros saprofagos en medios acuosos como intermediarias del proceso de extraccion de grasas, ya que estas adquieren y acumulan durante su desarrollo todas las grasas y demas nutrientes que se encuentran en las algas, optimizando el procedimiento de extraccion y los costos anadidos a ella.
Ademas, el proceso digestivo de larvas de dlpteros posibilita la elimination de algunos de los contaminantes, como pigmentos vegetales, que pueden quedar durante la extraccion
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de ilpidos, y que suponen un problema para el refinado de estos ilpidos en otras sustancias de mayor valor.
Entre las etapas del procedimiento se comprenden las siguientes:
- Crecimiento de las microalgas en un reactor biologico en el que se introducen nutrientes, agua y microalgas que deben crecer hasta su cosechamiento, momento en el que salen del reactor biologico.
- Separation flsico-qulmica de las microalgas cosechadas para obtener una corriente concentrada de microalgas con contenidos de humedad del 10% al 95%, empleandose medios mecanicos, flsicos y/o qulmicos convencionales para la separacion de las microalgas tales como centrifugation, floculacion o filtration.
- Alimentation de la corriente concentrada de microalgas extralda en la etapa anterior en un reactor que contiene las larvas neonatas de insectos dlpteros.
- Conversion de las microalgas con una humedad entre el 10% y 95% en una biomasa larval al alimentarse los dlpteros de la materia grasa contenida en las microalgas.
- Separacion de la biomasa larval de la parte no digerida de las algas por filtracion.
- Trituration de la biomasa larval en pulpa con el fin de destruir los nodulos de grasa que los insectos dlpteros poseen.
- Separacion flsica de las fases basandose en las diferentes densidades de las fracciones para aislar las grasas en la fase mas ligera del resto de biomasa que forma el organismo del insecto.
- Refinado de las grasas aisladas con el fin de obtener una materia grasa de gran valla para la obtencion de biodiesel u otras aplicaciones.
Las microalgas pueden provenir de lodos de microalgas que previamente han sido separados del medio donde han sido criadas.
Por otro lado, el porcentaje de humedad de la corriente acuosa y la familia de la larva del dlptero a utilizar varla en funcion del tipo de microalga y componentes que se desean aislar.
Por ejemplo, en caso de emplear especies de dlpteros slrfidos es posible utilizar corrientes acuosas ricas en microalgas con una humedad de hasta el 95%. Este hecho es muy ventajoso porque permite reducir considerablemente el coste energetico del proceso, al emplearse una materia prima como alimento que puede ser obtenida facilmente mediante metodos convencionales y con un bajo coste.
Opcionalmente, a la corriente acuosa de microalgas se le adiciona cloruro de sodio u otro aditivo salino con objeto de aumentar el crecimiento de las larvas al estabilizar la poblacion microbiana y facilitar el sistema de recogida de las larvas.
La concentration de la corriente de las microalgas se ajustara entre un 10% y un 90% utilizando otras fuentes de materia organica como por ejemplo harina de malz o
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subproductos agroalimentarios con el fin de optimizar la textura del medio y facilitar la digestion larvaria.
Por otro lado, el reactor donde se ponen en contacto la corriente concentrada de microalgas y las larvas de dlpteros es de un material opaco que impide la entrada de iluminacion artificial o natural dentro del mismo, ya que estas especies de dlpteros suelen ser fotofobicas, siendo la temperatura del reactor entre 28°C y 30°C.
Ademas, este reactor presenta en una altura intermedia una hendidura que tiene como fin impedir a las larvas que trepen por sus paredes, obligandolas a mantenerse en el medio.
Una vez finalizado el crecimiento de las larvas, es decir, cuando han terminando de alimentarse de las microalgas unicelulares, las larvas son separadas del medio por filtracion para ser trituradas y asl, poder separar los diferentes componentes incorporados en su organismo.
Ademas, en la trituracion, opcionalmente, se puede adicionar agua frla o caliente con el fin de favorecer esta etapa.
En resumen, el procedimiento incluye un sistema de transformation de biomasa proveniente de microalgas unicelulares en biomasa larval mediante la digestion larvaria controlada de insectos dlpteros. Ventajosamente, el metodo de transformacion aprovecha las caracterlsticas de las larvas de estos insectos y su capacidad para alimentarse de diferentes tipos de materia organica, obteniendo un procedimiento que presenta las siguientes ventajas:
- Facil extraction de la grasa contenida en las microalgas.
- Ahorro energetico al reducir e incluso evitar la desecacion del alga, siendo un procedimiento economicamente mas rentable.
- Elimination de los riesgos para la salud y el medioambiente al eliminar el uso de productos qulmicos durante la extraccion.
- Obtencion de subproductos valorizables economicamente para otros procedimientos.
Ventajosamente, el producto obtenido a partir de este procedimiento es una materia grasa extralda de microalgas unicelulares de gran valla para la obtencion de biodiesel u otras aplicaciones, con un coste mucho menor que los procedimientos conocidos en la actualidad.
Descripcion de los dibujos
Para complementar la descripcion que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas del invento, se acompana la presente memoria descriptiva, formando parte integrante de la misma, una figura en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.-Muestra un diagrama de flujo general del procedimiento, en el que se representan las etapas asl como los productos de entrada y salida en cada una de ellas.
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Realizacion practica de la invencion
- Crecimiento de las microalgas
A la vista de la figura resenada puede observarse como el elemento 101 representa un reactor biologico en el que las microalgas crecen y se desarrollan hasta el momento en el que deben ser cosechadas. La corriente 1, representa el agua, microalgas y nutrientes necesarios para alimentar el procedimiento. La corriente 2 representa una corriente de microalgas que han crecido en el reactor biologico 101 y que contiene un gran porcentaje de llquido.
- Separation flsico-qulmica
El elemento 102 representa un sistema de separacion flsico y/o qulmico utilizado para la separacion y concentration de las microalgas del fluido en el que estan inmersas. La separacion se puede realizar mediante floculadores, decantadores por gravedad, filtros, ciclones o decanters. La corriente 5, representa la corriente de salida del elemento 102 y contiene una gran concentracion de microalgas que puede variar en humedad del 10% al 95%.
El elemento 103 representa un sistema de regeneration del llquido que contiene las microalgas 3 despues de haber sido separado de estas, y que permite la recirculation mediante la corriente 4 al elemento 101 o su vertido 16. La corriente 4 representa el llquido regenerado que vuelve al reactor de cultivo biologico 101 de microalgas y la corriente de vertido 16 representa la corriente llquida de purga que abandona el sistema.
- Alimentation del reactor con la corriente de microalgas y su conversion en biomasa larval
El elemento 104 representa un reactor en el que estan presentes las larvas de insectos dlpteros que se alimentan de microalgas concentradas mediante la corriente de entrada 5, obteniendo una biomasa larval que contiene las grasas de las microalgas 7. El reactor 104 debe ser de un material opaco, con una temperatura de trabajo entre 28°C y 30°C. La corriente 5 contendra una fuente de materia organica, como harina de malz, para ajustar la concentracion de acuerdo al tipo de larva y microalga y asl, favorecer la digestion larvaria y obtener una biomasa larval que contenga las grasas de las microalgas.
- Separacion de la biomasa larval de las microalgas no digeridas
La corriente 6 representa la materia que las larvas de insectos dlpteros no han podido procesar y que se desecha del sistema. Esta corriente 6, se puede utilizar para aplicaciones posteriores de agricultura por su valor como fertilizante. La corriente 7 representa las larvas que han madurado alimentandose de la corriente 5 compuesta por microalgas y que tienen en su interior, ademas de la materia grasa de las microalgas, protelnas, quitina y minerales que deben ser separados para su posterior aprovechamiento.
- Trituration de la biomasa larval
El elemento 105 representa un sistema de triturado de larvas que permite transformar a estas en una pulpa 9 que contiene todos sus elementos mezclados. Esta operacion
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puede realizarse a temperatura ambiente o necesitar de un aporte de calor si fuera necesario elevar la temperatura. La corriente 8 representa una corriente llquida, preferiblemente de agua, ya sea caliente o frla, que facilita el triturado y la formation de la pulpa. Esta corriente 8 sera necesaria dependiendo de la composition de la corriente 7. La corriente 9 representa la pulpa que sale del sistema de triturado hacia la etapa de separacion.
- Separation flsica de las distintas fases
El elemento 106 representa un sistema de separacion de fases que tiene por objeto separar los nodulos de grasa que contiene la corriente 9 del resto de biomasa larval como son las protelnas, quitina y minerales, basandose en diferentes densidades. La corriente 10, representa a la fraction menos densa de biomasa larval y que esta mayoritariamente formada por grasas. Mientras que la corriente 12 representa al resto de biomasa larval (protelnas, quitina y minerales), siendo la parte mas densa de la corriente 9.
- Refinado de las grasas
El elemento 107 representa un sistema de refinado para concentrar la materia prima compuesta por las grasas provenientes de las larvas de insectos dlpteros de la corriente 10 y que permite la elimination de agua o de otros compuestos indeseados. Estos sistemas de refinado pueden ser sistemas de secado, filtration, etc. La corriente 11 representa la materia grasa refinada que ventajosamente se emplea como materia prima para la production de biodiesel u otras aplicaciones.
La corriente 13 representa la materia grasa menos refinada, grasas poliinsaturadas como el acido alfalinoelico (ML), acido eicosapentaenoico (AEP) y acido docosahexaenoico (ADH) que se pueden emplear en la obtencion de omega 3, el acido linoleico (AL) y acido araquidonico (M) para la obtencion de omega 6 y las grasas insaturadas como el acido oleico para la obtencion de omega 9. El resto de grasas sera materia prima para la elaboracion de piensos animales.
El elemento 108 representa un proceso de refinado que separa y aprovecha los componentes que forman la corriente 12. Estos procesos pueden ser flsicos, qulmicos o una combination de ambos. La corriente 14 representa la parte de la pulpa a la que ha sido extralda la grasa y que ha sido refinada. Esta corriente 14 puede ser materia prima para otros procesos productivos con el fin de aislar protelnas, quitina, pigmentos, antibioticos, productos farmaceuticos y productos qulmicos. La corriente 15 representa vitaminas y enzimas que pueden ser reintroducidas al elemento 104 para favorecer la crla de larvas.
Claims (6)
- 510152025303540451. Procedimiento de acumulacion y extraction de grasas de microalgas unicelulares mediante la digestion larvaria de insectos dlpteros que comprende las siguientes etapas:- Crecimiento de las microalgas en un reactor biologico (101) al adicionar una corriente (1) que contiene agua, microalgas y nutrientes obteniendo una corriente de microalgas cosechadas (2),- Separation flsico-qulmica de las microalgas cosechadas (2) para obtener una corriente concentrada de microalgas (5),- Alimentation de la corriente concentrada de microalgas (5) en un reactor (104) de material opaco que impide la entrada de luz y que contiene las larvas neonatas de insectos dlpteros,- Conversion de la corriente concentrada de microalgas (5) con valores de humedad entre el 10% y el 95 % en una biomasa larval (7) al alimentarse los dlpteros de la materia grasa contenida en las microalgas, en el reactor (104),- Separation de la biomasa larval (7) de la parte no digerida de las algas (6) por filtracion,- Trituration de la biomasa larval (7) para obtener una pulpa (9),- Separation de las fases basandonos en las diferentes densidades de las fracciones para aislar las grasas (10) en la fase mas ligera, y- Refinado de las grasas aisladas (10) con el fin de obtener una materia grasa de gran valladonde a la corriente concentrada de microalgas (5) se le adicionan otras fuentes de materia organica como harina de malz o subproductos agroalimentarios.
- 2. Procedimiento de acumulacion y extraction de grasas de microalgas unicelulares mediante la digestion larvaria de insectos dlpteros, segun revindication 1, donde las larvas de insectos dlpteros corresponden a las familias de estratiomidos, slrfidos, muscidos o califoridos.
- 3. Procedimiento de acumulacion y extraction de grasas de microalgas unicelulares mediante la digestion larvaria de insectos dlpteros, segun revindication 1, donde en el reactor (104) se adiciona un aditivo salino con objeto de estabilizar la poblacion microbiana y facilitar el sistema de recogida de las larvas.
- 4. Procedimiento de acumulacion y extraction de grasas de microalgas unicelulares mediante la digestion larvaria de insectos dlpteros. segun revindication 1, donde el reactor (104) presenta una hendidura en una altura intermedia para impedir que las larvas trepen por las paredes del reactor.
- 5. Procedimiento de acumulacion y extraction de grasas de microalgas unicelulares mediante la digestion larvaria de insectos dlpteros, segun reivindicacion 1, donde la temperatura en el reactor (104) se mantiene entre 28°C y 30°C.5 6. Procedimiento de acumulacion y extraction de grasas de microalgas unicelularesmediante la digestion larvaria de insectos dlpteros, segun reivindicacion 1, donde en la trituration se adiciona una corriente de agua frla o caliente (8).
- 7. Procedimiento de acumulacion y extraction de grasas de microalgas unicelulares 10 mediante la digestion larvaria de insectos dlpteros, segun reivindicacion 1, donde la separation de las fases se realiza empleando medios mecanicos, flsicos y/o qulmicos.
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