Microalgas: fuente de compuestos de interés comercial

• Autores: Elisabeth Bermejo Padilla
• Directores de la Tesis: María Cuaresma Franco (dir. tes.), Inés Garbayo Nores (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Huelva ( España ) en 2018
• Idioma: español
• Número de páginas: 269
• Títulos paralelos:
  • Microalge: source of commercial interest compounds
• Tribunal Calificador de la Tesis: José María Vega Piqueres (presid.), Bárbara María Rincón Llorente (secret.), Bjorn Podola (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología Industrial y Ambiental por la Universidad de Huelva
• Materias:
  • Química
    • Bioquímica
  • Ciencias tecnológicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Arias Montano
• Resumen
  • español

    Las microalgas han despertado en los últimos años un especial interés debido al extraordinario potencial que presenta. Su crecimiento fácil y rápido y la facultad que poseen para convertir la energía solar en biomasa han provocado el desarrollo de diferentes técnicas de cultivo para obtener numerosos y variados productos de interés comercial.

    Durante la fotosíntesis, utilizando sólo luz y nutrientes, las microalgas pueden producir metabolitos de alto valor añadido como son los lípidos, proteínas y carotenoides. carbohidratos e hidrocarburos. Las cantidades generadas de estos productos metabólicos están estrechamente ligadas a las condiciones ambientales, en particular, a la cantidad e intensidad de su luz, la temperatura, el pH, la salinidad y la disponibilidad de nutrientes. Por tanto, el conjunto de estos factores tiene una gran influencia en la composición bioquímica de las microalgas y, en último término, en la producción de biomasa.

    Estos productos de alto valor presentan un amplio abanico de aplicaciones en alimentación, cosmética, industria farmacéutica, así como en la fabricación de biopolímeros. Entre dichos compuestos se encuentran los estudiados esta Tesis Doctoral, que fueron carotenoides, carbohidratos (exopolisacáridos) e hidrocarburos. Desde un puesto de vista comercial, los carotenoides son los pigmentos fotosintéticos más interesantes por su uso como aditivos en la alimentación, especialmente como potenciadores de color. De los carotenoides conocidos, el β-caroteno, la luteína, la zeaxantina y la astaxantina son los más utilizados con propósitos comerciales. Por otro lado, la producción de hidrocarburos y polisacáridos a partir de microalgas, y otras plantas, se está convirtiendo en un campo de interés relacionado con la generación de químicos y polímeros derivados de recursos renovables. Los componentes primarios de los principales polímeros comerciales son derivados de azúcares (poliésteres) e hidrocarburos (poliolefinas), los cuales son producidos por determinadas algas. El interés de estos compuestos radica en el amplio espectro de aplicaciones que pueden tener en la industria, en la gran dependencia energética que existe para obtenerlos a nivel mundial a partir de recursos fósiles que son limitados, así como por la sostenibilidad de los procesos de producción de químicos y polímeros bio-derivados.

    Este trabajo de Tesis Doctoral se basa en el interés que genera la capacidad de algunas microalgas para acumular compuestos de alto valor añadido, como son los ya mencionados carotenoides, carbohidratos e hidrocarburos. Para ello, se estudiaron varias microalgas aisladas del cauce del Río Tinto de Huelva, de las cuales finalmente se seleccionó la identificada como Coccomyxa onubensis, y dos razas de otra microalga de un ambiente totalmente distinto llamada Botrycoccus braunii. Mientras que la primera se caracteriza por vivir en ambientes extremos con altas temperaturas, alta irradiancia, altas concentraciones de metales disueltos, pH ácido y carencia de nutrientes esenciales que le hace aumentar su respuesta metabólica hacia la biosíntesis de moléculas antioxidantes, incluyendo carotenoides (β-caroteno, zeaxantina astaxantina y luteína), B. braunii se caracteriza por un lento crecimiento acompañado por la síntesis y acumulación de compuestos de interés como los carbohidratos (exopolisacáridos) y los hidrocarburos.

    En base a estas premisas, se propuso optimizar el crecimiento y la producción de metabolitos de interés en ambas especies mediante el empleo de dos aproximaciones diferenciadas. En el caso de C. onubensis se realizó un estudio del efecto que distintos factores abióticos, como son la temperatura y la radiación ultravioleta A y B, producen en el crecimiento y producción de carotenoides. En el caso de B. braunii se realizó primero una optimización del medio de cultivo y, posteriormente, con idea de reducir costes y ver si era posible aumentar tanto el crecimiento como la producción de metabolitos, se utilizaron como medios de cultivo fertilizantes comerciales, tanto para la raza productora de exo-polisacáridos (Raza A) como para la productora de hidrocarburos (Raza B).

    Fruto de estas aproximaciones ha sido la mejora en las productividades, tanto de biomasa como de los principales compuestos generados por ambas especies de microalgas.

  • English

    Microalgae have generated a special interest in recent years because of the extraordinary potential they present. Their fast and easy growth and the ability they have to convert solar energy into biomass have led to the development of different cultivation techniques in order to obtain numerous and varied products of commercial interest. During photosynthesis, using only light and nutrients, microalgae can produce high added-value metabolites such as lipids, proteins, carotenoids, carbohydrates and hydrocarbons. The generated amounts of these metabolic products are closely related to environmental conditions, in particular, to the amount and intensity of light, temperature, pH, salinity and nutrient availability. Therefore, al! these factors have a great influence on the biochemical composition of microalgae and, eventually, on biomass production. These high value products present a wide range of applications in food, cosmetics, pharmaceutical industry, as well as in the manufacture of biopolymers. Among these compounds are those studied in this Doctoral Thesis, which were carotenoids, carbohydrates (exopolysaccharides) and hydrocarbons. From a commercial point of view, carotenoids are the most interesting photosynthetic pigments far their use as feed additives, especially as color enhancers. Of all known carotenoids, -carotene, lutein, zeaxanthin and astaxanthin are most commonly used for commercial purposes. On the other hand, the production of hydrocarbons and polysaccharides from microalgae and other plants is becoming a field of interest related to the generation of chemicals and polymers derived from renewable resources. The primary components of the major commercial polymers are derived from sugars (polyesters) and hydrocarbons (polyolefins), which are produced by certain algae. The interest in these compounds lies on their broad spectrum of application in the industry, in the current strong dependence on the availability of fossil resources, as well as on the sustainability of the production of bio-derived chemicals and polymers. This Doctoral Thesis is focused on the ability of certain microalgae to accumulate compounds with high added value, such as the aforementioned carotenoids, carbohydrates and hydrocarbons. Several microalgae isolated from Ria Tinto (Huelva) were studied, from which the one with the best productivity was selected for further experiments and identified as Coccomyxa onubensis. And other two races (A and B) of a microalga from a totally different environment environments with high temperatures, irradiance, dissolved metals, acid pH and lack of essential nutrients, which increases its metabolic response to the biosynthesis of antioxidant molecules, including carotenoids (P-carotene, zeaxanthin, astaxanthin and lutein), B. braunii is characterized by its slow growth and, at the same time, by being able to synthesize and accumulate large amounts of compounds as interesting as exo-polysaccharides and hydrocarbons. Thus, in the case of C. onubensis, the effect of difierent factors, such as temperatura and ultraviolet radiation A and 8, on the growth and production of carotenoids was studied. In the case of B. braunii, the optimization of the culture medium was carried out as a first approach, and commercial fertilizers were subsequently used to reduce costs and to see if it was possible to increase growth and carbohydrates and hydrocarbons productivity. The results obtained in this Thesis have contributed to obtain higher productivities of biomass and metabolites far both microalgal species.