MX2010008112A - Produccion, cosecha y procesamiento de cultivo de algas. - Google Patents

Produccion, cosecha y procesamiento de cultivo de algas.

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Priscila Belle Demaris
Ramanujam Ravikumar
Philippe Vandevivere
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Aquatic Energy Llc
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Abstract

Se proporcionan materiales y métodos para cultivar algas y a la que se mantiene la selectividad del cultivo. Las algas que pueden cultivar incluyen, por ejemplo, algas verdes tales como las del género Scenedesmus. Los lípidos obtenidos de las algas se pueden usar para producir biocombustibles tales como biodiesel o ácidos grasos poliinsaturados tales como ácidos grasos omega-3. Las alimentaciones tales como alimentos para animales y alimento para acuicultura también se pueden producir como fitonutrientes, tales como asataxantina y beta caroteno.

Description

PRODUCCION , COSECHA Y PROCESAMIENTO DE CU LTIVO DE ALGAS Esta solicitud reclama prioridad con respecto a la Sol icitud dje Patente Provisional estadounidense 61 /023,572 presentada el 25 d|e enero de 2008, e incorpora la misma en su totalidad .
Antecedentes de la invención La demanda mundial y la preocupación por el medio am biente i cada vez mayores han llevado a una búsqueda tanto de fuentes alternativas como de fuentes más verdes de alimentos pana animales, productos farmacéuticos, nutracéuticos, ácidos grasas pol iinsaturados, fitonutrientes, minerales, vitaminas, y otros productos. Una fuente ambiental de estos productos son las algas . Las algas son una fuente particularmente atractiva , ya que las alga's se pueden cultivar usando terrenos que normalmente no podríajn utilizarse para la producción de alimentos u otros propósitos. Sijn embargo, la prod ucción de estos productos de algas presenta varios i obstáculos, incluyendo la selección del alga adecuada, el desarrollo de condiciones de cultivo adecuadas para una producción ópti ma de lípidos, y evitar la contaminación por parte de especies de algas otros organismos no deseados. Estos obstáculos se multi plicajn cuando se persigue un cultivo de algas en gran escala en un entorno I al aire libre en donde el clima y la contaminación son una amenaza I constante. Por consiguiente, existe una fuerte necesidad de nuevas tecnologías de prod ucción de algas. I I Breve descripción de la invención j La presente invención proporciona un método para cultivar selectivamente un alga objetivo. El método comprende cultivar el alga objetivo en un primer estanque; diluir el alga objetivo en el primer estanque; suministrar una composición nutriente al primer estanq ue; y mantener la selectividad de cultivo en el primer estanque. Este método y otros métodos de la invención se puedejn usar para la producción de lípidos para biocombustible, tal com'o biodiesel y para ácidos grasos poliinsaturados tales como ácidojs grasos omega 3. Este método y otros métodos de la invención también se pueden usar para producción de materias primas por ejemplo para alimentación de animales y acuacultura . Este método y otros métodos de la invención se pueden usar para la producción de fitonutrientes tales como betacaroteno y astaxantina. j La presente invención proporciona un método para cultivar selectivamente un alga objetivo del género Scenedesmus . El método comprende cultivar el alga objetivo en un primer estanque; d iluir el alga objetivo en el primer estanque; sumi nistrar una composición nutriente al pri mer estanque; y mantener la selectividad de cultivo ^n el primer estanque. I La presente invención proporciona un método para cultivar I selectivamente el alga objetivo Scenedesm us obliq uus . El método comprende cultivar el alga objetivo en un primer estanque; diluir el i alga objetivo en el primer estanque; suministrar una composiciójn nutriente al pri mer estanque; y mantener la selectividad de cultivo en Se extrae l ipido del alga . j La presente invención proporciona un biocombustible, materia prima , ácido graso poliinsaturado , fitonutriente, y cualquier otro producto útil producido mediante cualquier método de la invención , j i La presente invención proporciona un cultivo de algas selectivo I en estanque abierto al aire que contiene un alga objetivo. El al ja objetivo puede ser un alga verde. El alga verde puede ser del género Scenedesmus. El alga objetivo puede ser una diatomea. El estanquje i puede ser un estanque de tipo pista de carreras. j Descripción detallada de la invención Se proporciona un método para cultivar selectivamente un alga objetivo para producción de lípidos de acuerdo con la invención. Estje método y otros métodos de la invención se pueden usar para ija producción de lípidos para biocombustible, tal como biodiesel y para ácidos grasos poliinsaturados tales como ácidos grasos omega 3. Este método y otros métodos de la invención se pueden usar para Ija producción de materias primas por ejemplo para alimentación de animales y acuacultura. Este método y otros métodos de la invención se pueden usar para la producción de fitonutrientes tales corrijo betacaroteno y astaxantina.
El alga objetivo puede ser cualquier especie apropiada de algja o una o más cepas de ella. Es decir, aunque el alga objetiVjO generalmente es una sola especie de alga, en algunas modalidades ésta puede ser una combinación de dos o más especies y/o cepas dje ella. El alga objetivo preferiblemente comprende un alga que es capaz de producir altos niveles de lípido bajo condicionas apropiadas. J El alga objetivo puede incluir al menos una alga verde. Ejn I algunas modalidades, el alga objetivo es una diatomea. El alga objetivo puede ser obtenida, aislada y domesticada de cualquier I fuente, natural o artificial. En algunas modalidades, el alga s'e obtiene de una fuente local para la ubicación de la producción del cultivo de algas. En algunas modalidades, el alga objetivo se obtienje del estado de Louisiana en Estados Unidos. En algunas modalidades , el alga objetivo se obtiene en o cerca de Lake Charles, Louisiana. El alga objetivo puede ser un alga de colonia. El aislamiento ¡y i purificación de un alga objetivo se puede realizar mediante métodos con pipeta , medio, luz y temperatura . En algunas modal idades, la cepa aislada y purificada del alga objetivo puede sobrevivir en temperaturas menores tales como menos de 1 0 °C d urante unos pocos d ías. La domesticación de una cepa de alga objetivo pued¡e I incluir tratar la cepa en temperatura menor, fuente de luz meno¡s intensa y med io con m ínima concentración de nutrientes. La cepja de algas purificada se puede cultivar en 5 mi de medio y luego sje puede aumentar hasta varios miles de litros de medio, agua natural ¡o agua tratada . Se pueden preparar cultivos puros a parti r de aguja limpia por ejemplo por osmosis inversa (RO, por sus siglas en inglés) o agua destilada . La cepa de alga objetivo se puede introd ucir entonces en el agua fuente filtrada o no filtrada o en el agua tratadja para su aclimatación . Se pueden conservar al ícuotas en agua limpija como cultivo madre. I En algunas modalidades, el alga objetivo comprende una o más algas verdes del género Scenedesmus o cualquier combinación d^e ellas. En algunas modalidades, el alga verde comprende I Scenedesmus obliquus. En algunas modalidades , el alga verde sje ¡ selecciona del grupo constituido por Scenedesmus obliquus, Scenedesmus quadricauda , Scenedesmus maximus, Scenedesmus ¡ aramatus, Scenedesmus opoliensis, Scenedesmus di morphus , |y cualquier combinación de ellas. Se pueden usar variantes de la's especies. Por ejemplo, se puede emplear Scenedesmus quadricaudla maximus. La Scenedesmus obliquus, por ejemplo, puede comprender I la cepa 1 450 de Scenedesmus obliquus de la Universidad de Texajs (UTEX). ¡ También se pueden emplear algas que no sean Scenedesmus y otros microbios cultivables por acuacultura de acuerdo con la invención . En algunas modalidades, el alga objetivo comprende una o más algas verdes del género Chlorella tales como Chlorel minutissima o cualquier combinación de ellas. En algunJs modalidades, el alga objetivo comprende una o más algas verdes del género Botryococcus tales como Botryococcus braunii , Botryococcus sueditica , o cualquier combinación de ellas. En algunas modalidades , el alga objetivo comprende una o más algas verdes del género Chlamydomonas o cualquier combinación de ellas. En algunas modalidades, el alga objetivo comprende una o más algas verdes del género Closterium o cualquier combinación de ellas. En algunas ¡ modalidades, el alga objetivo comprende una o más algas verdes del I género Pediastrum o cualquier combinación de ellas. En algunas modalidades, el alga objetivo comprende una o más algas verdes del género Melosira o cualquier combinación de ellas. En algunas modalidades, el alga objetivo comprende una o más algas verdes del género Oedogonium o cualquier combinación de ellas. En algunas ( modalidades, el alga objetivo comprende una o más algas verdes dél género Haematococcus tales como Haematococcus pluvialis jo cualquier combinación de ellas. En algunas modalidades, el algja objetivo comprende una o más algas verdes del género Dunaliell'a tales como Dunaliella salina, Dunealiella parva, Dunealiella viridis Jo cualquier combinación de ellas. En algunas modalidades, el algja objetivo comprende una o más algas verdes Prymnesiophycean del i género Isochrysis tales como Isochrysis galpana o cualquier combinación de ellas. En algunas modalidades, el alga objetivjo comprende una o más algas verdes Prasinophycean del génerjo i Tetraselmis tales como Tetraselmis suecica o cualquier combinaciójn de ellas. En algunas modalidades, el alga objetivo incluye una o má¡s diatomeas. Los ejemplos de diatomeas incluyen, sin limitarse ellas, las del género Skeletonema tales como Skeletonema costaturrji, Chaetoceros tales como Chaetoceros calcitrans, o cualquier combinación de ellas. También se puede usar un método de Ija I invención descrito aquí con respecto a un alga en particular, sustituyendo o añadiendo otra alga descrita aquí o que se conozca.
En algunas modalidades, el alga objetivo se produce a partir de un cultivo sustancialmente puro. En algunas modalidades, el algja objetivo se selecciona de una población de cultivos de algas. El algja objetivo en el primer estanque se puede conservar durante cualquiér tiempo apropiado en el primer estanque. El volumen del cultivo d,e algas en el primer estanque se puede obtener incrementando ujn cultivo iniciador del alga objetivo para lograr el crecimiento del alg'a objetivo en el primer estanque. En algunas modalidades, el paso de ! incremento comprende dos o más pasos de volúmeneis sucesivamente mayores de alga objetivo. ! La selectividad de cultivo de acuerdo con la presente invención no requiere un monocultivo del alga objetivo. La conservación de la selectividad del cultivo comprende mantener el alga objetivo como el alga predominante en el cultivo de algas del primer estanque. Puedje haber una pérdida temporal de selectividad del cultivo, por ejemplo, cuando se aumenta progresivamente el cultivo de algas, o durante Jo después de eventos climáticos y otros. En algunas modalidades, el i alga objetivo se mantiene siendo al menos 50% de las algas totales. En algunas modalidades, el alga objetivo se mantiene siendo al menos 75% de las algas totales. En algunas modalidades, el algja objetivo se mantiene siendo al menos 90% de las algas totales. E algunas modalidades, el alga objetivo se mantiene siendo al menos 95% de las algas totales. En algunas modalidades, el alga objetivo se mantiene siendo al menos 99% de las algas totales. El cultivo en estanque abierto puede incluir una cepa 100% pura del alga objetivjo o puede ser al menos 90% pura. En algunas modalidades, el cultivjo en estanque abierto puede ser al menos 50% pura. En algunajs modalidades, se cultivan otras especies de algas con el alga objetivjo para propósitos de investigación o de producción general.
El método para cultivar selectivamente un alga objetivjo comprende cultivar el alga objetivo en un primer estanque; diluir el alga objetivo en el primer estanque; suministrar una composiciójn I I composición nutriente al estanque. En algunas modalidades, Ija composición nutriente contiene bicarbonato de sodio en unja concentración de al menos aproximadamente 2 mM medida despu s ejemplo, la forma del estanque de tipo pista de carreras se puede aproximar a la forma de una pista de carreras o para correr. El | estanque puede incluir canales rectangulares paralelos con canales I semicirculares o de forma suficientemente curva. El estanque de tipo i pista de carreras puede incluir uno o más carriles de dimensiones ¡guales o diferentes. En algunas modalidades, el estanque se divide el primer estanque comprende una profundidad promed io del cultivo i de algas de aproximadamente 1 3 hasta 20 centímetros. En alguna's modalidades, la profundidad promedio del cultivo de algas e¡s aproximadamente 1 8 centímetros.
El alga objetivo en el primer estanq ue se puede mezclar cualquier velocidad adecuada. En algunas modalidades, el alga objetivo se mezcla a una velocidad de aproximadamente 1 2 cm/seg , aproximadamente 1 5 cm/seg , o aproximadamente 1 8 cm/seg . El mezclado se puede proporcionar mediante cualquier medio apropiado. En algunas modalidades, el mezclado se proporciona usando una o más ruedas de paletas . Se puede agregar medio cultivo fresco justo antes de la rueda de paletas. En algunas modalidades, la rueda de paletas tiene al menos seis paletas soportes entre los extremos de cada paleta. La rueda de paletas puede colocarse de tal forma que quede a ambos lados del medio entre la pared divisoria y exterior del estanque. En algunas modalidades, la rueda de paletas se coloca de tal forma que sea capaz de empujar el cultivo la distancia más grande antes de las curvas del carril . La cantidad de ruedas de paletas que se emplee depende del ancho del estanque. En algunas modalidades , se I emplea entre 1 y 3 ruedas de paletas. Si se emplea más de una rueda de paletas, éstas pueden colocarse en paralelo. La cantidadj y colocación de las ruedas de paletas pueden variar con el material utilizado para elaborar las ruedas de paletas y su resistencia.
El alga objetivo en el primer estanque se pueden diluir en cualquier grado apropiado y en cualquier frecuencia apropiada. La dilución puede ser conti nua , sustancialmente continua o escalonada . En algunas modalidades, se saca un volumen relativamente grandje del cultivo de algas de manera relativamente infrecuente. En algunajs modalidades, se saca un volumen relativamente pequeño del cultivo de algas de manera relativamente frecuente. El alga objetivo puede ser diluida por cualquier medio apropiado. Se puede añadir medio de tal forma de diluir el cultivo de algas, las células de algas se puedejn sacar, o puede ocurrir dilución mediante una combinación de ellos. La extracción de cu ltivo de algas y la adición de medio no tienen q uje ser simultáneas. El alga objetivo se puede diluir en cualq uier cantidad adecuada para mantener un crecimiento sustancialmentje estable de algas en el primer estanque, así como también se puede utilizar algas del primer estanque para otros usos. En algunas modalidades, el desarrol lo de algas es logarítmico durante al menos una parte del tiempo transcurrido en el primer estanq ue. En algunas modalidades, el paso de diluir comprende diluir el alga objetivo en el primer estanq ue mediante una dilución desde aproximadamente 35% hasta aproximadamente 60%. En algunas modalidades , la dilución es aproximadamente 50% . En algunas modalidades, la d ilución se i realiza aproximadamente cada 20 horas. La concentración de algas se puede med ir usando cualquier método adecuado. En algunas ! modalidades, la dil ución se realiza cuando se obtiene una lectura de 5 a 6 cm en un disco Secchi (blanco y negro) (cuando el d isco ya r|o es visible). En algunas modalidades, la concentración de algas se mantiene en un rango desde aproximadamente 2 millones hastja aproximadamente 3 millones de algas por mi en el primer estanque.
El volumen de cultivo de algas que se extrae del primer estanq ue puede depender del porcentaje de dilución y del volumen del cultivo. Este volumen puede ser mayor que aproximadamente 20% y menor que aproximadamente 60% del volumen de cultivo total del primer estanque. La concentración de algas del volumen extraído pued¡e depender de si la d ilución es continua o escalonada. Los conteos de cél ulas pueden variar desde aproximadamente 2.5 millones d,e I células/ml hasta aproximadamente 5 o aproximadamente 6 millones de células/ml . La cantidad y la frecuencia de la dilución se puede ajustar para compensar las diferencias en la luz solar. Por ejemplo, se puede realizar el ajuste con base en el momento del año, la estación , el hemisferio y/o la latitud . También se pueden variar la especie en particular y la cepa del alga objetivo por estos parámetros. Por ejemplo, se puede usar una cepa durante una i estación de invierno o fría, y otra durante una estación de verano cal iente. están separadas por un periodo de tiempo apropiado.
La profundidad de algas del segundo estanque puede sér í cualquier profundidad adecuada. En algunas modalidades, l|a profundidad de algas del segundo estanque es aproximadamente 1¡8 centímetros hasta aproximadamente 30 centímetros. El tiempo de I retención del alga objetivo una vez descargada en el segundo estanque puede ser cualquier periodo de tiempo adecuado. Jn algunas modalidades, el tiempo de retención es aproximadamente J3 días. El segundo estanque proporciona capacidad suficiente parja contener el volumen de cultivo de algas descargado en el segundeo estanque durante el periodo de retención. Por ejemplo, cuando el tiempo de retención es aproximadamente tres días, y se añade el cultivo de algas al segundo estanque cada día, el estanque defcje contener 3 días de cultivo "afluente" (añadido), siendo el volumen de tres veces el de cada cultivo afluente. En algunas modalidades, la concentración en el segundo estanque varía desde 5 hasta ijo ! millones de células por mi. i i El segundo estanque puede incluir cualquier estructura o combinación de estructuras adecuada. Se puede mantener cualquier conjunto de condiciones adecuado en el segundo estanque. El segundo estanque puede ser un estanque de estrés. El segundo estanque puede ser un estanque de asentamiento. En algunas modalidades, el segundo estanque es tanto un estanque de estros como un estanque de asentamiento. Un estanque de estrés proporciona un medio ambiente que hace que el alga objetivo aumente la producción de l ípidos q ue se pueden cosechar para Ija producción de biocombustible. Se puede lograr el medio ambientje del estanque de estrés en una cantidad de formas diferentes. Por ejemplo, el alga objetivo puede ser privada de nutrientes en general o puede ser privada de uno o más nutrientes. En algunas modalidades, el estanque de estrés es deficiente en nitrógeno. Lja deficiencia de nitrógeno puede ser completa o parcial . Se puedje añadir otros nutrientes, además del nitrógeno, incluyendo al dióxidjo de carbono puede al cultivo de algas en el segundo estanq ue. s|e pueden proporcionar condiciones en el segundo estanque de tal forma que se aumente al máximo la producción de l ípido u otro prod ucto deseado por parte del alga objetivo. En algunas modalidades, la selectividad del cultivo se mantiene en el segundo estanque. En algunas modalidades, el segundo estanq ue es un estanq ue de estrés y es similar al diseño del primer estanq ue, pór i ejemplo, un estanque de tipo pista de carreras, excepto que es más profundo. Un estanque de asentamiento permite que se asiente el alga objetivo. En algunas modalidades, el estanque de asentamiento tiene forma de embudo. En modalidades en las que el estanque de estrés y estanque de asentamiento no son el mismo estanque, el segundo estanque puede ser el estanque de estrés, y se emplea un tercer estanque como el estanq ue de asentamiento. j ? El alga objetivo se puede cosechar del segundo estanque para uso en procesos corriente abajo, tales como extracción de l ípido finalmente producción de biocombustible. El alga objetivo se puede combi naciones de ellos. En algunas modal idades, se emplea ujn I pol ímero en solución . Se requiere más pol ímero en solución que si se empleara un pol ímero en emulsión . Adicionalmente o comjo alternativa , los facil itadores de coagulación pueden incluir uno o mas de una arcilla, ajuste de pH (un aumento en el pH , por ejemplo), deficiencia de nutrientes y electrodos cargados.
En algunas modalidades, las algas en un estanque abierto se cosechan después de alcanzar una densidad de 3 mil lones de células por mililitro y más, y se hacen pasar a través de filtros con tamaño de malla de 30 mieras o más depend iendo de la tasa de filtraciói .
Este producto filtrado es pasta de algas que se puede tratar con solventes como metanol , cloroformo, acetona, etanol , hexano, etc. , para extraer el l ípido, y se puede purificar para obtener biodiesel . lia extracción de ácidos grasos omega 3, alimentos para ani males tales como alimentos para acuacultura , beta caroteína, vitami nas etjs. también se puede lograr de varias especies de algas, incluyendo micro algas. El agua del estanque que queda después de filtrar la i masa de algas se puede tratar mediante exposición fluorescente j a UV d urante 60 minutos o más. En algunas modalidades, la duración se extiende hasta 3 horas o más. El agua tratada con UV puede ser bombeada de nuevo en un estanque y se le pueden suministrar diversos nutrientes, tales como nitrógeno, fosfato y dióxido de carbono. Se puede bombear inoculo fresco en el estanque para él crecimiento de las algas. En algunas modalidades, se añadan nutrientes de carbono, nitrógeno, fosforosos, minerales, vitaminas.
En algunas modalidades, se le añaden nutrientes principales solos al estanque de cultivo.
Se puede extraer l ípido del alga objetivo. Se puede emplear cualquier medio adecuado de extracción de l ípido . En algunas modalidades, el paso de extraer comprende al menos uno de extracción de cloroformo: metanol y extracción de hexano . La masa de algas se puede tratar con solventes tales como un procedimiento de Bligh y Dyer, Fajardo y un proceso super crítico con C02 paja extraer los l ípidos. Los l ípidos se pueden procesar para obtener biodiesel usando, por ejemplo, un proceso de transesterificación con álcali descrito por Holup y Skeaff. Además se puede generar bioetanol , biohidrógeno, biometanol , y otros productos adicionalmente o como alternativa.
Los subprod uctos de los procesos de producción de biodiesel tales como ácidos grasos omega 3 y otros grupos de ácidos grasos poli insaturados (PU FA, por sus siglas en inglés) se extraen de la pasta de algas. Aún cuando no se produzca biodiesel , se pueden obtener estos lípidos deseados y de esta forma no es necesario considerarlos como subproductos. Los principales ácidos grasos omega 3 incluyen ácido alfa linolénico (ALA), ácid¡o docosahexaenoico (DHA) y ácido eicosapentaenoico (EPA). Lojs ácidos grasos omega 3 y PU FA se pueden usar en aplicaciones farmacéuticas y nutracéuticas. Los ácidos grasos omega 3 se puedejn obtener como un subproducto durante el proceso de extracción de l ípido tratando los l ípidos bajo diferentes procesos de temperatura . En algunas modalidades, todas estas reacciones se llevan a cabo ejn un medio ambiente anaeróbico. En algunas modalidades una cepa d'e alga objetivo produce alrededor de más de 22% de omega 3, más de 29% de PU FA, más de 20% de grasa monoinsaturada y más de 27% de grasa saturada . En algunas modalidades, los productos l ípidos de algas pueden incluir aproximadamente 26.1 % de grasa 1 8-3 omega C 18-3 , 20% de grasa monoinsaturada , 26.4% de grasa poliinsaturada , 25% de grasa saturada, y 2.5% de grasa trans. Las cadenas de carbono pueden incluir, pero sin limitarse a ellas, cadenas C1 2 C24 en diferentes porcentajes. Los perfiles de l ípido reales pueden variar con el aumento o disminución de uno o más componentes dependiendo de las condiciones de cultivo de las algas . También sje pueden emplear otros métodos. Se pueden usar los ácidos grasos omega 3 puede para d iversas aplicaciones en salud , tales como prevención o tratamiento de trastornos médicos generales en el corazón y en el sistema circulatorio, trastornos inflamatorios, ¡ y I cáncer. También las algas tienen recursos de vitaminas, incluyendo: A, C , E que se pueden obtener usando un proceso de extracción de vitaminas de micro algas. | La producción de una materia prima para alimentos a partir dje algas puede incluir los siguientes pasos. La pasta de algas obtenid después de la extracción se trata con lavado con anti-solvente, se lava con agua des-ionizada, se seca al aire y se pasteuriz'a aproximadamente a 60 °C durante alrededor de 12 horas. Luego ia biomasa puede ser molida y empaquetada en envases apropiadojs i según lo requiera el proveedor. En algunas modalidades, los productos para alimento de algas contienen 3% de fibra cruda, 0.1% de calcio, 39% de proteína, 0.2% de grasas monoinsaturadas, 0.2% de grasas omega 3, 0.2% de grasas poliinsaturadas, 0.2% de grasas saturadas, 0.1% de grasas trans, y 1% de otras grasas. Esta biomasa también se puede usar para la producción de etanol. S;e puede producir biogás a partir de la digestión anaeróbica de la biomasa. Las materias primas de la invención pueden contener cantidades variables de proteínas, lípidos, carbohidratos, fibra, minerales, vitaminas, y otros nutrientes. Los métodos de la invención se pueden ajustar para producir estas cantidades variables. | El contenido de lípido puede ser mayor o igual que 10%, 20°†, 25%, 30%, 35%, 40%, o 50% de la pasta de algas. En algunas modalidades, el contenido de lípido es 26.3% de la pasta de algas. La materia prima (alimento) puede ser mayor o igual que 10%, 20°|o, 25%, 40%, 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, o 95% de la pasta de algas. El contenido de proteína puede ser mayor o igual que 10°}0, I 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, o 50% de la materia prima (alimento). En algunas modalidades, el contenido de proteína es 39Í% I urea , fosfato trisód ico, y cloruro ferroso, con una concentración de bicarbonato de sodio de al menos 2 mM y una proporción nitrógeno:fosfato de al menos aproximadamente 1 5: 1 . U n volumen del alga objetivo obtenida durante el paso de dilui r se descarga ejn I un estanque de estrés que contiene un déficit de nitrógeno. El algja objetivo del estanque de estrés se cosecha y se elimina el agua . Sje extrae el lípido del alga objetivo.
Cualquier método de la invención puede incluir además el pasjo de generar un biocombustible a partir del l ípido prod ucido del alg'a objetivo. Se puede emplear cualquier método apropiado. Por i ejemplo, se puede emplear transesterificación . En algunas modalidades, el biocombustible es biodiesel . En algunas modalidades, el biocombustible es bio-jet. El biocombustible producido mediante cualquier método de la invención también es un aspecto de la invención . La presente invención proporciona u(n I biocombustible producido mediante cualquier método de la ¡nvencióiji .
Cualquier método de la invención puede incluir además el paso de generar un ácido graso poliinsaturado a partir del alga objetivo . En algunas modalidades, el ácido graso poliinsaturado incluye un ácido graso omega 3. En algunas modalidades, el ácido graso omega i 3 incluye alfa linolénico (ALA), ácido docosahexaenoico (D HAj), eicosapentaenoico (EPA), o cualquier combinación de ellos, lia ! presente invención proporciona un ácido poliinsaturado producido mediante cualquier método de la invención .
Cualquier método de la invención puede incluir además el paso el cultivo de algas selectivo no tiene que ser un monocultivo . E¡n algunas modalidades, el alga objetivo es al menos 50% de las algas totales. En algunas modalidades, el alga objetivo es al menos 75% de las algas totales. En algunas modalidades, el alga objetivo es al menos 90% de las algas totales. En algunas modalidades, el alga objetivo es al menos 95% de las algas totales. En algunas modalidades, el alga objetivo es al menos 99% de las algas totales . i El cultivo de algas selectivo en estanque al aire libre puede inclujir Scenedesmus obliquus. El alga objetivo se puede seleccionar del i Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente la invención, pero por supuesto, no deben ser interpretados como limitantes en forma alguna de su alcance.
Ejemplo 1 Este ejemplo demuestra el desarrollo de un cultivo de algas verdes al mismo tiempo que se mantiene la selectividad de cultivo de acuerdo con la presente invención. Se emplea el cultivo dje Scenedesmus obliquus (Universidad de Texas). Para aumentar él volumen, se subcultiva un agar inclinado (20 mL a razón de 0.¡5 millones de células/mL) en 6 tubos de ensayo (50 mL de cultivjo hasta alcanzar una concentración de 1 millón de células/mL), usandjo un medio nutriente de la UTEX, aunque se puede usar cualquier otro medio adecuado. El medio nutriente de la UTEX es un medio de proteosa de medio de Bristol que contiene 1 g/L de proteosa peptona. El medio de Bristol es 2.94 mM de NaN03, 0.17 mM de CaCI2-2H20, 0.3 m de MgS04-TH20, 0.43 mM de K2HP04, 1.29 mM de KH2P04, y 0.43 mM de NaCI. Una vez que se ha establecido el crecimiento, los cultivos se transfieren a matraces Erlenmeyer de I 250 mi, punto en el cual comienzan las concentraciones de nutrientes, estas concentraciones se describen a continuación. Cuando aumenta la densidad celular (a una concentración de 1 millones de células/ml en 200 mi de cultivo), los cultivos se I transfieren a columnas de burbujeo de 1.5 litros (1.25 L de cultiyo i con crecimiento hasta 2 millones células/ml), continuando con los I mismos tratamientos con nutriente. A continuación se transfieren los cultivos en estanq ues de ti po pista de carreras a la intem perie (cada estanque tiene una capacidad de aproximadamente 22 litros para contener aproximadamente 1 8 litros de cultivo de algas). Las j concentraciones de células en los estanques se mantienen en 2 millones a 3 millones de células/ml . Se emplean estanq ues acrílicojs para garantizar iluminación adecuada con una velocidad máxima dje aproximadamente 1 5 cm/seg .
Las concentraciones de nutriente, empleadas como referencia en lo anterior y para mantener los estanq ues de cultivo, incluyen bicarbonato de sodio, urea, fosfato trisódico, y cloruro ferroso. Las concentraciones expresadas son las obtenidas después de la adición de nutrientes a los estanques. Se usa bicarbonato de sodio en unja concentración de 2 mM . Se usa una proporción de nitrógeno con respecto a fosfato (N :F) de aproximadamente 30: 1 en .75 mM de N y 20 µ? de F. Sé usa cloruro ferroso en cantidad de aproximadamente 2 µ ?. La S . obliquus crece bien dentro de un rango de pH de 6 - 8. Para lograrlo, se hace burbujear el dióxido de carbon o periódicamente durante el día hasta que el pH alcanza un valor de 8.5.
La Scenedesmus obliquus tiene una tasa de duplicación d'e aproximadamente 20 horas. Manteniendo el tiempo de retención de la célula hasta aproximadamente 20 horas, el alga es capaz de mantener un creci miento consistente mientras que otros organismos con tiempos de retención mayores son lavados. Con el fin de lograr este tiempo de retención , el cultivo se diluye en 60% cada d ía . sol ución se mezcla usando una mezcladora de vórtice durante 5 I minutos, y luego se leen los resultados en intervalos de 5 minutos durante una hora. Los resultados se comparan contra una solución patrón de 1 ppm de trioleina con 1 ppm de Rojo Nilo.
I La extracción de l ípido total se realiza usando un método modificado de Bligh y Dyer. Se usa cloroformo y metanol en una proporción de 1 : 1 para extraer l ípidos útiles para la producción dje biodiesel . El alga objetivo primero se deshidrata y la suspensión se seca durante la noche usando una unidad de deshidratación de banco. Luego se pesan las hojuelas de algas y se les añade unja cantidad igual de la solución de cloroformo y metanol . Esta soluciójn se mezcla luego usando el vórtice. Después de 30 minutos se destapa el tubo de ensayo y se dejan evaporar los solventes. Una vez que ha ocurrido la evaporación , los contenidos se filtran y se miden .
Los métodos para cosechar Scenedesmus obliquus puedejn variar. Con el fin de crear biodiesel , la suspensión de algas és deshidratada, y no se seca completamente. Una forma económica Jy bastante eficiente de eliminar el agua es un estanque dje asentamiento que también sirve como el estanque de estrés. Este estanque de doble propósito permite que las algas acumulen l ípidos al tiempo que proporcionan un lugar de almacenamiento para cosechar. Durante la fase de crecimiento, la S . obliquus mantiene ¡ una carga negativa alrededor de la pared celular. Esta carga haqe que las células se repelan unas a otras. U na vez que la célula se vuelve más vieja y no se está fotosintetizando tan rápidamente, ésta pierde la carga y es capaz de agregarse con otras células. Estos í grupos se hacen grandes y eventualmente se hunden en el fondo del estanque, permitiendo que la suspensión más espesa sea bombeada hacia afuera. Las células alcanzan esta fase estacionaria mientras están en el estanque de estrés. A medida que las células acumulan lípidos, ellas también se comienzan a aglutinar y a asentar.
Ejemplo 2 Este ejemplo demuestra el desarrollo de un cultivo de algia objetivo para la producción de betacaroteno de acuerdo con ija presente invención. El beta caroteno es un producto soluble en lípidos y en aceite, el cual tiene propiedades antioxidantes, y atrapa los radicales libres y tiene actividad preventiva del cáncer. Por ejemplo, se pueden emplear algas marinas y algunas veces de aguja dulce del género Dunaliella tales como D. salina, D. parva, D. viridis y cualquier combinación de las mismas en el medio de base. Las Dunaliella son algas verdes unicelulares, biflageladas, desnudas. D. parva y D. salina pueden acumular grandes cantidades de betacaroteno. Estas algas se pueden cultivar en el rango desde 2¡0 hasta 40 °C, pero también pueden tolerar temperaturas mucho I menores. J Se puede usar lo siguiente para preparar medio para l(a producción de betacaroteno de algas: 2.14 M de NaCI, 4.81 µ? d(e I FeCI3, 1.82 µ? de MnCI2, 0.13 mM de NaH2P04, y 1.18 mM de NaN03, también se puede emplear agua de mar y otros minerales.
Se pueden lograr productividades de 30 - 40 g de peso seco/m2/d ía . La cosecha se realiza mediante un dispositivo de filtración de alta presión usando tierra diatomácea como fuente filtrante. La biomasa cosechada también se puede secar y puede ser comercializada para su consumo. En algunos casos, la masa de algas se centrifuga o s'e filtra y se aplica con NaCI seguido por varios ciclos d e centrifugación . Las células pueden romperse osmóticamente, pero el betacaroteno permanece asociado con las membranas . Los glóbulojs de betacaroteno son liberados en este paso de las membranas al ¡ sobrenadante y están presentes como una suspensión . Lja suspensión se mezcla con solución que contiene 50% de sacarosa Tris HCI , y la preparación se centrifuga. Los glóbulos de beta caroteno purificado se recolectan de la capa superior, mientras q uje las membranas que contienen clorofila son granuladas en la parte inferior.
Ejem p lo 3 Este ejemplo demuestra el desarrollo de un cultivo de algajs verdes o de diatomeas de acuerdo con la presente invención . Las diatomeas, Skeletonema costatum , Chaetoceros calcitrans, ja Prymnesiophycean Isochrysis galpana y Prasinophycean Tetraselmis suecica se pueden cultivar en estanques abiertos para prod ucjir alimentos para acuacultura . Los cultivos madre se mantienen en I iluminación constante de 2000 lux, a una temperatura que varía desde 22 hasta 24 °C . Las diatomeas se cultivan en un medio con agua marina que contiene NaN03, NaH2P04, Na2S I03, FeCI3, asentar mediante fuerza gravitacional y se tratan con C02 supercrítico para romper sus células. Las células rotas liberan l a astaxantina acumulada que se seca moderadamente a temperatura i ambiente y se empaqueta . ¡ Todas las referencias, incluyendo publicaciones, solicitudes de patente, y patentes citadas aqu í, están incorporadas a la present e mediante referencia en el mismo grado en que si cada referencia estuviera indicada i ndividual y específicamente para ser i ncorporada mediante referencia y estuviera expuesta aquí en su totalidad.
I El uso de los términos "un", "una", "uno" y "el", "la", "lo", |y referentes similares en el contexto de la descripción de la invenciójn (especialmente en el contexto de las siguientes reivindicaciones) s'e debe interpretar como que cubre tanto el si ngular como el pl ural , ja menos que se i ndiq ue otra cosa aqu í o que lo contrad iga claramente el contexto. Los términos "que comprende", "que tiene", "quje incluye", y "que contiene" se deben interpretar como términos co'n extremos abiertos (es decir, que significan "incluyendo, pero s'^n limitarse a ellos"), a menos que se indique otra cosa . La enumeración de rangos de valores aq uí meramente está dirigida ¡a servir como un método de escritura breve para referirse individual mente a cada valor separado que caiga dentro del rango, menos q ue se indique aqu í otra cosa , y cada valor separado está ! incorporado en la especificación como si éste estuviera mencionado aquí individualmente. Todos los métodos descritos aquí pueden ser realizados en cualquier orden apropiado a menos que se indique aquí otra cosa o al menos que lo contradiga claramente el contexto.
El uso de todos y cada uno de los ejemplos, o de lenguaje ejemplar j (por ejemplo "tal como") proporcionado aqu í, pretende merament iluminar mejor la invención , y no im plica una limitación en el alcancé de la invención a menos que se reclame otra cosa. No se debe interpretar ningún lenguaje en la especificación como i ndicativo de cualquier elemento no reclamado como esencial para la práctica dje la invención . I Las modalidades preferidas de esta invención se describen aqu í, incluyendo la mejor forma conocida por los inventores parja llevar a cabo la invención . Pueden hacerse evidentes variaciones die estas modalidades preferidas para las personas con conocimientos ordinarios en la técnica al leer la descripción precedente. Los inventores esperan que los técnicos experimentados empleen estas variaciones según sea apropiado, y los inventores pretenden que la invención se practique de otra forma distinta a la descrita aqu í específicamente. De acuerdo con esto, esta invención incluye todas las modificaciones y equivalentes de la materia objeto indicada ejn las reivindicaciones anexas según lo permita la ley aplicable. Además, cualquier combi nación de los elementos descritos anteriormente en todas sus variaciones posibles está comprendida por la invención , a menos que se indique aq uí otra cosa o qu¡e claramente lo contradiga el contexto. ?

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un método para cultivar selectivamente un alga objetivo, el método comprende: cultivar el alga objetivo en un primer estanque; diluir el alga objetivo en el primer estanque; suministrar una composición nutriente al primer estanque' y mantener la selectividad de cultivo en el primer estanque. 2. El método tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque el método comprende además el paso de añadir dióxido de carbono al primer estanque si se alcanza un pH de aproximadamente 8.5 o más. 3. El método tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque el método comprende además el paso de añadir un líquido de enfriamiento al primer estanqué I si se alcanza una temperatura de 33 °C o más. j 4. El método tal y como se describe en la reivindicación 3, caracterizado además porque el líquido de enfriamiento es medio fresco. 5. El método tal y como se describe en cualquiera de i las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado además porque el paso de suministrar la composición de nutriente se realiza aproximadamente al mismo tiempo que el paso de dilución. 6. El método tal y como se describe en cualquiera dle las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado además porque la composición nutriente contiene bicarbonato de sodio en una i concentración de al menos aproximadamente 0.6 mM medida después de la adición de la composición nutriente al estanque. 7. El método tal y como se describe en cualquiera dé las reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado además porque ll composición nutriente contiene bicarbonato de sodio en una concentración de al menos aproximadamente 2 mM medida después de la adición de la composición nutriente al estanque. 8. El método tal y como se describe en cualquiera dje las reivindicaciones 1 hasta 7, caracterizado además porque la composición nutriente contiene una fuente de hierro. 9. El método tal y como se describe en la reivindicación 8, caracterizado además porque la fuente de hierro comprende cloruro ferroso. 10. El método tal y como se describe en cualquiera d i las reivindicaciones 1 hasta 9, caracterizado además porque l|a I composición nutriente contiene una fuente de nitrógeno y unja fuente de fosfato. 11. El método tal y como se describe en la reivindicaciójn ! 10, caracterizado además porque la fuente de nitrógenjo comprende urea y la fuente de fosfato comprende fosfat¡o trisódico. 12. El método tal y como se describe en la reivindicaciójn 10 u 11, caracterizado además porque la proporción dje nitrógeno con respecto a fosfato es al menos aproximadamente 15:1. | 13. El método tal y como se describe en la reivindicación 12, caracterizado además porque la proporción es aproxi madamente 29: 1. ! 14. El método tal y como se describe en la reivindicación 12, caracterizado además porque la proporción e|s aproximadamente 30:1. 15. El método tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 14, caracterizado además porque el primer estanque es un estanque de tipo pista de carreras. I 16. El método tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 14, caracterizado además porque el primer estanque comprende un alojamiento transparente. | 17. El método tal y como se describe en la reivi ndicaciójn 15, caracterizado además porque el alojamiento transparente comprende un polímero acrílico. 18. El método tal y como se describe en cualquiera d|e las reivindicaciones 1 hasta 17, caracterizado además porque él volumen del cultivo de algas del primer estanque ejs aproximadamente 18 litros o más. J 19. El método tal y como se describe en cualquiera dje las reivindicaciones 1 hasta 17, caracterizado además porque el i volumen del cultivo de algas del primer estanque e's aproximadamente 600 litros o más. 20. El método tal y como se describe las reivindicaciones 1 hasta 17, caracterizado volumen del cultivo de algas del prim aproximadamente 14,000 litros o más. I 21. El método tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 25, caracterizado además porque lá dilución se realiza cuando se obtiene una lectura de 5 a 6 cm en un disco Secchi. 27. El método tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 25, caracterizado además porque la dilución es continua. 28. El método tal y como se describe en la reivindicación j 27, caracterizado además porque la concentración de algas sé mantiene en un rango desde aproximadamente 2 millones hasta aproximadamente 3 millones de algas por mi en el primejr estanque. 29. El método tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 28, caracterizado además porque el paso de diluir comprende extraer un volumen del alga objetivo del primer estanque. 30. El método tal y como se describe en la reivindicación 29, caracterizado además porque el método comprende además descargar el volumen del alga objetivo del primer estanqujs en un segundo estanque. ¡ I i 31. El método tal y como se describe en la reivindicación 30, caracterizado además porque la profundidad de algas del segundo estanque es aproximadamente 18 hasta aproximadamente 30 centímetros. 32. El método tal y como se describe en la reivindicación 30 o 31, caracterizado además porque el segundo estanque es I i un estanque de estrés. I 33. El método tal y como se describe en la reivindicación 32, caracterizado además porque el estanque de estrés es deficiente en nitrógeno. ; 34. El método tal y como se describe en cualquiera dé las reivindicaciones 30 hasta 33, caracterizado además porque el método comprende además: cosechar el alga objetivo del segundo estanque. 35. El método tal y como se describe en la reivindicación 34, caracterizado además porque la cosecha se realiza en uji tiempo desde aproximadamente 52 horas hasta aproximadamente 54 horas luego de la descarga del volumen del alga objetivo en el segundo estanque. 36. El método tal y como se describe en la reivindicación 34, caracterizado además porque la cosecha se realiza aproximadamente 72 horas luego de la descarga del volumen del alga objetivo en el segundo estanque. I i 37. El método tal y como se describe en la reivindicación 34, caracterizado además porque la cosecha se realiza una vez que se alcanza una concentración de lípido de al menos i aproximadamente 25% de la masa celular. J 38. El método tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 34 hasta 37, caracterizado además porque I el método comprende además: ! i eliminar el agua del alga objetivo cosechada del segundo i estanque. 39. El método tal y como se describe en la reivindicación 38, caracterizado además porque el paso de eliminación dejl agua comprende emplear al menos uno de una prensa de bandá y un deshidrogenador. 40. El método tal y como se describe en cualquiera dé las reivindicaciones 34 hasta 37, caracterizado además porque el paso de cosechar comprende eliminación del agua del alga objetivo que se logra bombeando el alga objetivo asentada del segundo estanque. 41. El método tal y como se describe en cualquiera dé las reivindicaciones 1 hasta 40, caracterizado además porque e¡l método comprende además: extraer lípido del alga objetivo. 42. El método tal y como se describe en la reivindicación 41, caracterizado además porque el paso de extraer comprende al menos uno de extracción de cloroformo :metanol y extracción de hexano. 43. El método tal y como se describe en cualquiera dé las reivindicaciones 1 hasta 42, caracterizado además porque e¡l método comprende además: incrementar un cultivo iniciador del alga objetivo para lograr el crecimiento del alga objetivo en el primer estanque. ¡ 44. El método tal y como se describe en la reivindicación 42, caracterizado además porque el paso de incremento extraer lípido del alga. 57. El método tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 56, caracterizado además porque el alga objetivo se mantiene siendo al menos 50% de las algas totales. I 58. El método tal y como se describe en cualquiera dp las reivindicaciones 1 hasta 56, caracterizado además porque el alga objetivo se mantiene siendo al menos 75% de las algajs totales. 59. El método tal y como se describe en cualquiera dje las reivindicaciones 1 hasta 56, caracterizado además porque el alga objetivo se mantiene siendo al menos 90% de las algas totales. 60. El método tal y como se describe en cualquiera dje las reivindicaciones 1 hasta 56, caracterizado además porque el alga objetivo se mantiene siendo al menos 95% de las algajs totales . 61. El método tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 -56, caracterizado además porque el alga objetivo se mantiene siendo al menos 99% de las algas totales. 62. El método tal y como se describe en cualquiera d¡e las reivindicaciones 1 hasta 61, el método comprende además: generar un biocombustible a partir del lípido producido del I alga objetivo. j ,l 63. El método tal y como se describe en la reivindicación 70, caracterizado además porque la materia prima se selecciona del grupo constituido por alimento animal, alimento para acuacultura, y cualquier combinación de ellos. 72. Una materia prima producida mediante el método tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones fl hasta 59, 70, o 71. 73. El método tal y como se describe en cualquiera d je las reivindicaciones 1 hasta 59, el método comprende además generar un fitonutriente a partir del alga objetivo. 74. El método tal y como se describe en la reivindicación 73, caracterizado además porque el fitonutriente es un carotenoide. 75. El método tal y como se describe en la reivindicación 74, caracterizado además porque el carotenoide se selecciona del grupo constituido por astaxantina, betacaroteno, y cualquier combinación de ellos. 76. Un fitonutriente producido por el método tal y comjo se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 59 jo 73 hasta 75. ¡ 77. Un cultivo de algas en estanque tipo pista dje carreras al aire libre que comprende un alga objetivo del génerjo Scenedesmus. 78. El cultivo tal y como se describe en la reivindicaciójn 77, caracterizado además porque el alga objetivo es al menojs 50% de las algas totales. 79. El cultivo tal y como se describe en la reivindicación 77, caracterizado además porque el alga objetivo es al menos 75% de las algas totales. | 80. El cultivo tal y como se describe en la reivindicación 77, caracterizado además porque el alga objetivo es al menos 90% de las algas totales. 81. El cultivo tal y como se describe en la reivindicación 77, caracterizado además porque el alga objetivo es al menos 95% de las algas totales. 82. El cultivo tal y como se describe en la reivindicación i 77, caracterizado además porque el alga objetivo es al meno|s 99% de las algas totales. 83. El cultivo tal y como se describe en cualquiera de lajs reivindicaciones 77-82, caracterizado además porque el alg objetivo es Scenedesmus obliquus. 84. El cultivo tal y como se describe en la reivindicaciójn 77-82, caracterizado además porque el alga objetivo sje t selecciona del grupo constituido por Scenedesmus obliquus, ¡ Scenedesmus quadricauda, Scenedesmus maximus, Scenedesmus opoliensis, Scenedesmus aramatus, Scenedesmus dimorphus y cualquier combinación de ellos. 85. El cultivo tal y como se describe en la reivindicaciójn 83 o 84, caracterizado además porque la Scenedesmus obliquus es la cepa 1450 de Scenedesmus obliquus de la UTEX. 86. El cultivo tal y como se describe en la reivindicación 77 hasta 82, caracterizado además porque el alga objetivo es de un género seleccionado del grupo constituido por Scenedesmus, Chlorella, Botryococcus, ChlamydomonasJ, Closterium, Pediastrum, Melosira, Oedogoniumj, Haematococcus , Dunaliella, Isochrysis, Tetraselmis, y cualquie'r combinación de ellos. 87. El cultivo tal y como se describe en la reivindicación 75-80, caracterizado además porque el alga objetivo comprende una o más diatomeas. 88. El cultivo tal y como se describe en la reivindicación 87, caracterizado además porque, la diatomea es de un género seleccionado de Skeletonema, Chaetoceros, y cualquier combinación de ellos.
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