MX2012014896A - Proceso autoinductivo in vivo para la produccion de microesferas conformadas de un consorcio de microalgas y las microesferas obtenidas. - Google Patents

Abstract

La invención consiste en un método in vivo para la producción de microesferas de microalgas, no cohesivos y de separación instantánea del medio de crecimiento. Esto se logra mediante la manipulación de las condiciones de cultivo tales como el contenido de nutrientes y sus respectivas proporciones, iluminación, velocidades de agitación y aireación. De esta forma, es posible inducir el crecimiento de las microalgas, de una forma libre a una forma colonial. Esto da pié eventualmente a la formación de pellets cuya estructura es resistente en ambiente húmedo y con poca humedad y facilita la pronta recuperación de esta biomasa así como su manipulación para aplicaciones comerciales.

Description

PROCESO AUTOINDUCTIVO IN VIVO PARA LA PRODUCCIÓN DE MICROESFERAS CONFORMADAS DE UN CONSORCIO DE MICRO ALGAS Y LAS MICROESFERAS OBTENIDAS DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente solicitud de patente se refiere a proceso autoinductivo in vivo para la producción de microesferas conformadas por un consorcio de microalgas de agua dulce y los microesferas obtenidas mediante el mencionado proceso para aplicarse en la industria de alimentos, y piscícola.

ANTECEDENTES La algacultura es un área de la biotecnología que actualmente ha mostrado un rápido desarrollo debido al gran potencial de sus aplicaciones comerciales y a la alta eficiencia energética y bajo costo de su producción. Estas características hacen que esta tecnología sea sustentable, lo cual contribuye a los objetivos trazados por la humanidad para asegurar su permanencia en este planeta. Las microalgas son cultivadas y cosechadas comercialmente para la producción de suplementos para la salud y una gran variedad de productos especializados de alto valor agregado en la industria alimenticia y farmacéutica. La demanda para estos productos se ha globalizado significativamente y se espera que debido a la diversificación de los usos y aplicaciones para estos productos ó subproductos, se mantenga en una tendencia ascendente. Entre la gran variedad de estos productos se pueden incluir alimentos para cultivo de animales, biocombustibles, lubricantes, antibióticos, antioxidantes e inhibidores enzimáticos.

En los países desarrollados, los sistemas de producción de microalgas son generalmente establecidos en grandes lagunas (hasta de varias hectáreas) divididas en celdas las cuales se utilizan como unidades básicas de producción. En contraste, en países con economías emergentes, este concepto, está poco desarrollado y el cultivo de microalgas, si se realiza, ocurre en áreas pequeñas con un deficiente mantenimiento. Es importante señalar que, independientemente del sistema de producción utilizado, existen limitantes asociadas al cultivo de microalgas a gran escala, entre estas se pueden incluir: la dificultad para obtener buenos rendimientos, la producción de biomasa de alta pureza y la difícil manipulación de la biomasa al estar en cultivos libres en suspensión. : i i Debido a lo anterior, se puede inferir que los mayores retos para la producción masiva de microalgas son: (1) tener control sobre las especies cultivadas, pero sobretodo (2) la cosecha. El control de especies, en casos prácticos, únicamente se ha logrado manteniendo condiciones fisicoquímicas en las lagunas de producción que "favorezcan" el desarrollo de la(s) cepa(s) de interés. La cosecha de microalgas, al ser evidentemente la parte más I complicada del proceso de producción debido a la baja proporción de microalgas con respecto al volumen de su medio de crecimiento, es la parte donde se! centra la presente invención. Las complicaciones para la cosecha de microalgas tienen su origen en el pequeño tamaño de las microalgas unicelulares, lo cual dificulta su manipulación y separación del medio líquido de cultivo. Para lograr esta separación, los productores comerciales han optado por el uso de microcoladores, filtros de membranas o centrífugas.

El tamaño de poro de los microcoladores al ser lo suficientemente pequeño para atrapar las algas microscópicas, son comúnmente sujetos a constantes taponamientos, lo cual podría limitar el flujo de agua y la separación de la biomasa de microalgas, esto por consiguiente puede hacer menos eficiente y al igual que los demás métodos tradicionales, elevar el costo i el sistema de producción.

Debido a la dificultad y costo económico para lograr una eficiente separación de biomasa i de microalgas de medios acuosos, es posible teorizar que logrando partículas de mayor tamaño, se favorecería esta cosecha en sistemas de producción de microalgas. En las industrias químicas, madereras, farmacéuticas y de alimentos existe un proceso llamado pelletización, el cual consiste en el agrupamiento de material muy fino para lograr formas j con una estructura y tamaño manejable llamadas pellets. La mayoría de estos procesos para i la fabricación de pellets consisten en una compresión mecánica en prensas de alta presión i y/o en la aplicación de agentes aglomerantes/aglutinantes al producto en cuestión. Ambos procesos por lo regular involucran además un secado y horneado a elevadas temperaturas.

Otra complicación asociada al uso de pellets fabricados de la forma tradicional es la limitada resistencia física de estos en medios acuosos. Por ejemplo, ¡en la industria de I alimentos para animales es común la aplicación de agentes aglomerantes Sin embargo, esta estructura es fácil y rápidamente deshecha al contacto con el agua. La falta de dureza y durabilidad en los pellets puede causar problemas como la pérdida de microingredientes, la falta de homogeneidad, el exceso de polvo y por consiguiente ocasionar mermas económicas. Aunque la compresión mecánica y el uso de aglomerantes/aglutinantes ofrecen una solución viable a la necesidad de tener pellets, es evidente que result n inútiles en casos donde se requiera mantener a los microorganismos (microalgas) pelletizados in vivo y en solución acuosa.

Dados estos antecedentes, el método que los autores de la presente invención proponen consiste en manipular las condiciones de cultivo para que virtualmente la totalidad de las microalgas inoculadas que crecen normalmente en forma libre, formen y crezcan como agregados resistentes de tamaño uniforme sin el uso de aditivos, compresión mecánica o calor. Mediante este método se puede lograr una rápida y eficiente separación de estos pellets vivos de su medio de cultivo por medio de sedimentación, dejando el medio de crecimiento prácticamente clarificado y reusable. Este proceso es eficiente, de bajo costo, además de sustentable. Además, no altera ni mata al producto final y le permite ser aprovechado en una presentación manejable para el fin de interés. En general, este método no solamente sirve para la producción de pellets para la obtención de productos industriales de alto costo, sino también para aplicaciones ambientales como la captura de carbono, la reducción de exceso de nutrientes en agua como nitratos y fosfatos, y para el tratamiento de contaminantes disueltos diversos ya que la superficie de las microalgas tiene propiedades de adsorción muy eficientes. ; BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS FIGURA 1. Representación esquemática del proceso autoinductivo para la producción de microesferas conformadas por un consorcio de microalgas de agua dulce, motivo de esta solicitud de patente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente solicitud de patente tiene como objetivo proveer un proceso autoinductivo in vivo para la producción de microesferas conformadas de un consorcio de microalgas de agua dulce obtenidas del Arroyo Topochico, este proceso esta representado en la figura 1 , y comprende las etapas de: j A. REACTIVAR EL INOCULO INICIAL (1) En esta etapa el inoculo inicial consiste en un consorcio de al menos 3 y hasta 5 diferentes microalgas en su etapa temprana de crecimiento, de las cuales al menos una y hasta tres i i diferentes microalgas son del tipo esféricas, tales como: Chlorella sp; Nannochloris sp, Botryococcus sp, por mencionar unos ejemplos, y al menos dos y hasta cuatro diferentes especies de microalgas pueden ser microalgas filamentosas, tales como: Lyngbya sp, Leptolyngbya sp, Oscilatoria sp, Leptolyngbya sp, Spirulina sp, que están en suspensión en un medio basal.

La reactivación se da en un medio de cultivo de sales inorgánicas, en condiciones de cultivo estático, a una temperatura en el rango de 15 a 25°C, se le confiere iluminación desde abajo (6000±500 luxes) durante un tiempo al menos 12 horas, y no mayor a 24 horas.

B. CULTIVAR EL CONSORCIO DE MICRO ALGAS PARA PROPICIAR LA PRODUCCION DE MICROESFERAS (2) ! En esta etapa el inoculo inicial reactivado en la etapa a) se cultiva a una temperatura en el rango de 15° a 30°C, confiriéndole agitación suave en el rango1 de 75-120 rpm, confiriéndole iluminación por debajo del bioreactor con 6000±500 luxes; y se mantiene así hasta alcanzar estabilidad en la etapa de crecimiento de las microalgas. ! En esta etapa las algas crecen de manera individual y se asocian formando las microesferas.

C. SEDIMENTAR LAS MICROESFERAS PRODUCIDAS EN LA ETAPA B) (3) ! Las microesferas obtenidas en la etapa B, se dejan sedimentar hasta su total precipitación.

D. RECUPERAR MICROESFERAS HUMEDAS (4) : Esta etapa se realiza removiendo el medio de cultivo mediante un método físico que no altere su estabilidad morfológica y viabilidad; opcionalmente el método para remover el medio de cultivo es decantación, filtración, extracción, purga por mencionar algunos ejemplos; y el medio de cultivo puede ser recuperado para determinar y ajustar sus concentraciones para su reuso. Las microesferas húmedas obtenidas, se recuperan y almacenan en refrigeración en el rango de 4°C ± 2 y en frasco oscuro para detener el crecimiento.

Las microesferas húmedas ver figura 2, comprenden algas vivas en forma esférica, tienen un tamaño entre 2 a 5 mm, con el 90% de humedad.

Tienen aplicación en la industria piscícola particularmente para alimentar peces.

Opcionalmente, después de la etapa D), las microesferas húmedas se someten a la etapa de: E. SECAR PARA OBTENER MICROESFERAS SECAS (5) Las microesferas húmedas, pueden ser sometidas en un túnel de secado en condiciones de temperatura en el rango de mínimo de 40°C y hasta 70°C hasta sequedad para obtener microesferas secas. Esto para mantener las propiedades nutricionales para la aplicación industrial que están destinadas.

Cabe señalar que las microesferas secas, están conformadas por un consorcio de algas muertas, tienen un tamaño de 0.5 a 1 mm.

EJEMPLO DE REALIZACION PREFERIDO A continuación los inventores describen un ejemplo de realización preferido, a manera de ejemplo sin ánimo de limitar la invención. a) Reactivar el inoculo incial (1). En este ejemplo el inoculo está' conformado por el consorcio de 4 algas filamentosas que son Lyngbya sp; Oscilatoria sp; Leptolyngbya sp; Spirulina sp; y un alga esférica que es Chlorella sp. b) Cultivar el consorcio de microalgas para propiciar la producción de microesferas (2), que se cultivaron a una temperatura de 24 ±2°C, confiriéndoles agitación suave a 100 rpm, y una iluminación por debajo del bioreactor con 6000 luxes, se mantuvo así durante 6 semanas, tiempo en el que alcanzó una estabilidad en el etapa de crecimiento de microalgas. c) Sedimentar las microesferas (3) producidas en la etapa hasta su total precipitación, una vez que la agitación haya sido detenida. La sedimentación se llevo a cabo dentro del mismo reactor de cultivo en un periodo de tiempo de 2 minutos. d) Recuperar las microesferas húmedas (4) removiendo el medio de cultivo mediante decantación, y almacenándolas durante un año en refrigeración a 4°C ± 2 y en frasco oscuro para detener el crecimiento. ¡ A las microesferas obtenidas se les realizó un análisis nutrimental p¡or triplicado de, el cual fue un poco variable, quedando aproximadamente un 3% remanente compuesto, muy probablemente, por ácidos nucléicos, vitaminas, minerales. Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 1.

Tabla 1. Resultados del análisis nutrimental de las microesferas secas, en un peso de 1.5 a.5 g/L ; I I i I

Claims (3)

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficiente nuestra invención, consideramos como una novedad y por lo tanto reclamamos como de nuestra exclusiva propiedad lo contenido en las siguientes cláusulas:

1. Un proceso autoinductivo in vivo para la producción de microesferas de microalgas caracterizado porque comprende las etapas de: ¡ A. Reactivar el inoculo inicial, que consiste en un consorcio menos 3 y hasta 5 especies diferentes de microalgas en su etapa temprana de crecimiento; B. Cultivar el consorcio de microalgas para propiciar Ja producción de microesferas, ' C. Sedimentar las microesferas producidas en la etapa b), D. Recuperar microesferas húmedas.

2. El proceso autoinductivo in vivo de la reivindicación 1 , caracterizado porque en la etapa a) en el consorcio de algas al menos una y hasta tres diferentes especies de I microalgas son del tipo esféricas.

3. El proceso autoinductivo in vivo de la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa a) en el consorcio al menos dos y hasta cuatro diferentes especies de microalgas son microalgas filamentosas. i El proceso autoinductivo in vivo de la reivindicación 1, caracterizado porque opcionalmente después de la etapa d, las microesferas húmedas son secadas para obtener microesferas secas. El proceso autoinductivo in vivo de la reivindicación 2, caracterizado porque el secado se realiza en un túnel de secado en condiciones de temperatura en el rango de mínimo de 40°C y hasta 70°C hasta sequedad para obtener microesferas secas. Microesferas conformas de un consorcio de algas obtenidas de conformidad con las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque presenta un porcentaje de proteína de 45 a 65%, carbohidratos 15 a 45% y lípidos 15 a 30 %.