Algas: La clave para el éxito

Las algas están dentro de los organismos más importantes y extraordinarios de la naturaleza. Contribuyen con el aire que respiramos, produciendo casi 50 % del oxígeno de la atmosfera apoyando directamente gran parte de la vida en los océanos. Como consecuencia, tiene un papel significativo en la productividad global.

En 2008, la producción global de plantas acuáticas correspondía a 15,8 millones de toneladas, representando 24,8 % de la acuicultura global para un total de 7,4 billones de dólares (FAO 2010).

Las macroalgas (algas marinas) dominan esa producción generando una fuente de materias primas a partir de la cual los componentes de la alga (como yodo, algina y carragenina) son extraídos, además de proporcionar productos para consumo humano y suplementos nutricionales.

El cultivo industrial de micro algas se ha centrado principalmente en la cultura de las especies de agua dulce Chorella y Arthorspira (anteriormente conocida como Spirulina), usada como suplemento en la dieta humana y en ingredientes para la ración animal. Otras especies de microalgas- tanto de agua dulce como salada- son utilizadas para la extracción de componentes de alto valor, como vitaminas (C y D2), ácidos grasos omega, pigmentos naturales y antioxidantes (B-caroteno, astaxantina), luteína).

A pesar de su importancia, las micro algas (con más de 40.000 especies de agua dulce y salada descritas en la literatura) están entre los organismos menos comprendidos y estudiados. No obstante, nuestro actual interés, en la comprensión y exploración de las características singulares de las algas viene creciendo rápidamente. El cultivo de especies de algas ricas en lípidos para aplicación en la producción de biocombustibles e inclusión en la nutrición animal ha sido el foco de la realización de muchos trabajos.

Las algas también son producidas a partir del tratamiento de residuos de muchos procesos industriales. Sin embargo, la presencia de contaminantes (como metales pesados presentes en los gases de las chimeneas en las fábricas) se requiere un pre-tratamiento adicional e impone muchos desafíos.

La producción comercial de microalgas, sea en forma de células integras o extraído, requiere la producción de biomasa de algas con buena relación costo-beneficio. Además de eso, debe presentar una calidad de lote consistente y ser producida con bioseguridad, libre de contaminantes

La mayoría de las producciones comerciales de microalgas ocurre autotróficamente, en tanques de recirculación abiertos o en lagunas. En condiciones de crecimiento autotrófico, las microalgas utilizan la energía de la luz para fijar el dióxido de carbono, su fuente de carbono en hidrocarbonatos, obteniendo así la liberación del oxígeno como residuo. Sistemas abiertos presentan una serie de desventajas, como la disfunción debido a la poca luz y la contaminación de otros microrganismos, zooplancton y otras especies de algas autóctonas. El suceso de esos sistemas de cultura para un pequeño número de especies se debe a la exploración de nichos ambientales, aliada a una buena comprensión de la fisiología de las especies cultivadas.

La intensificación bien sucedida de la producción autotrófica ha sido realizada con el desenvolvimiento de fotobiorreactores (FBR) cerrados o semicerrados, altamente especializados y controlados, capaces de aumentar la productividad en hasta 30 g por litro de biomasa de células secas (Javanmardian y Palsson, 1991) por medio del control con un criterio ambiental y de limitación del crecimiento. A pesar del avance y el aumento gradual de fotobirreactores de gran volumen no es económica la producción industrial de estos productos que finalmente son exigidos por la industria de nutrición animal a bajo costo y a un alto volumen.

Al eliminar la luz del proceso productivo, cualquier fermentador (como los utilizados en la producción industrial de medicinas, bebidas y aditivos alimenticios) pueden ser aprovechados en el cultivo de algas heterotróficas. Esos fermentadores pueden tener hasta 100.000 litros de capacidad y generar grandes volúmenes de culturas altamente productivas, haciéndolas menos caras que las obtenidas por la vía autotrófica.

En el crecimiento heterotrófico las microalgas asimilan sustancias orgánicas, generalmente glucosa, glicerina y ácido acético, para atender sus exigencias de carbono y energía. La respiración de las sustancias orgánicas ocurre en las mitocondrias y el oxígeno actúa como receptor de electrones, de forma semejante a como ocurre en la respiración de las células animales.

Tales sistemas son relativamente simples de manejar y el uso de fuentes de carbono de bajo costo permite producir biomasa de microalgas con rendimientos consistentes y reproducibles a densidades celulares de 50-100g de biomasa seca por litro (Radmer y Parker 1994), haciéndolas más parecidas a los 130 g/1 producidos en fermentadores comerciales de biomasa seca de levadura (Chen 1996).

La manipulación de las propiedades físico-químicas del medio cultural puede llevar varias especies de microalgas a producir más allá de lo normal y a acumular ácidos grasos específicos. Los niveles más elevados son obtenidos en sistemas de culturas heterotróficas. Xu et al. (2006) demostraron un contenido lípido de hasta 55 % en C. Protothecoides, o aproximadamente cuatro veces mayor que los niveles obtenidos en la cultura autotrófica. La limitación del nitrógeno biodisponible resulto en una síntesis mayor de lípidos y, por lo tanto, en un aumento en la acumulación de aceite en las células con su carencia y mayor acumulación de aceite de astaxantina en células de Haimatococcus pluvialis ( Boussiba,2000).

Barclay et al (1994) registraron un aumento de 2 a 3 veces mayor productividad de ácidos grasos omega 3 en condiciones heterotróficas en comparación a las condiciones autotróficas.

El aceite de pez derivado de la pesca es la fuente principal y más común de los ácidos grasos omega 3 eicosapentaenoico (EPA) y docosahexaenoico (DHA). Mientras tantopor cuestiones de sustentabilidad y aumento en la demanda, fuentes alternativas son necesarias para garantizar la producción y la calidad nutricional de los peces cultivados.

Microalgas con gran contenido de EPA y DHA vienen siendo comercializadas como fuentes alternativas remplazando el aceite de pez. No hay duda de que los aceites de alga han demostrado ser nutricionalmente equivalentes a los aceites de pez y utilizados con suceso en el enriquecimiento de las raciones utilizadas en larvicultura (Barclay et al, 2008) y de juvenis del salmón del Atlántico ( Miller et al, 2007).

La fermentación es una de las principales competencias de Alltech, y la Alltech Algae es una de las más modernas unidades productoras de algas, representando un aumento adicional de más de 1 millón de litros de la capacidad de fermentación. La unidad es equipada con un planta – piloto totalmente funcional, que incluye los sistemas de proceso completo desde la formación de lotes, semillas iniciadoras, tipo de fermentador, centrifugación y secado. Esas plantas piloto flexibles son, en realidad una réplica en escala menor de los grandes sistemas de producción. Permite que los equipos de investigación y calidad de Alltech evalúen nuevas cepas y métodos productivos para optimizar la eficiencia y, encima de todo, facilitar el desenvolvimiento de nuevas líneas de productos.

Calidad, consistencia y rastreabilidad de los productos son pre-requisitos en el establecimiento de patrones de seguridad en nutrición animal. A Alltech Algae sigue el sistema de calidad Alltech (AQS), que determina normas de garantía de calidad y control de materias-primas. Además de eso, todos los lotes de fuentes de oligoelementos inorgánicos son proyectados de acuerdo con el patrón de calidad Alltech’s Q+ (Programa Quality Plus), que prueba contaminantes de alto riesgo, como dioxina, PCBs y metales pesados.

Tales patrones incorporan, atienden y superan los requisitos reguladores de una serie de organizaciones internacionales. Ese código uniforme ofrece a Alltech las ventajas de la flexibilidad y de la confianza, permitiéndole convocar a órganos certificadores o de recibir inspecciones oficiales marcadas con poca antecedencia sin interrumpir la producción.

Alltech Algae, líder mundial en nutrición animal natural cortó la cinta inaugural de su nueva planta valuada en 200 millones dólares el pasado 23 de febrero de 2011 en Winchester, Kentucky, es una de las plantas de producción de algas más grandes del mundo. Alberga fermentadores de tamaños y tipos diversos para el cultivo de algas heterotróficas. La producción de algas comienza con la inoculación de un matraz en el laboratorio. En el matraz se cultivan células de algas que luego se transfieren a un fermentador semilla. Se cultiva una siembra densa de células nuevamente y luego se transfieren a un fermentador de mayor tamaño.
Las algas capturan CO2 y lo liberan como oxígeno puro. También crean el 70% del oxígeno de nuestra atmósfera, más que todos los bosques y campos juntos. Las algas son las plantas de más rápido crecimiento de la naturaleza y tienen la capacidad de convertir grandes cantidades de dióxido de carbono en oxígeno, una característica que las hace especialmente interesantes en el mundo con conciencia ambiental en el que vivimos hoy.

Alltech Algae es una importante planta de producción, pero su valor como centro de investigación lo es más aún. Está equipada con una planta piloto totalmente funcional que es una réplica a escala de su enorme sistema de producción. Este sistema permite a los equipos de investigación y calidad realizar experimentos con nuevas cepas y métodos de producción, antes de desplegarlos para producción comercial.

“Para Alltech, la fermentación de algas constituye la más novedosa frontera tecnológica de la cual ya están surgiendo oportunidades increíbles para las áreas de alimentación humana, alimentación animal y combustibles” declaró el Presidente y Fundador de Alltech Dr. Pearse Lyons. “Llevamos varios años trabajando en este área y nuestra visión es que en un futuro cercano desempeñará un papel crucial en la nutrición y la salud tanto humana como animal.” agregó Lyons.

Las algas se utilizarán para alimento de valor agregado para animales, biocombustible derivado de las algas y la producción de etanol. El objetivo principal de la instalación será el desarrollo de productos derivados de algas.

 Adaptado por Rebecca Timmons, Directora de investigación de aplicación y Garantía de calidad, Alltech Inc., Lexington, Kentucky, USA.

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