Concentración de cultivos de microalgas por un proceso de eliminación osmótica del medio utilizando disoluciones de glicerol.

Concentración de cultivos de microalgas por un proceso de eliminación osmótica del medio utilizando disoluciones de glicerol.

La presente invención consiste en concentrar cultivos de microalgas mediante un proceso económico y de bajo consumo energético pudiendo reaprovechar el glicerol residual de la síntesis de biodiesel.

La disolución de glicerol constituye la solución osmótica, que se pone en contacto con el cultivo de microalgas a través de una membrana semipermeable. La diferencia de presión osmótica entre el cultivo y la disolución de glicerol hace que el agua se transfiera al glicerol, lográndose así, sin adición de químicos ni gasto energético adicional la concentración del cultivo.

Este procedimiento, permite que en los procesos posteriores al cultivo de microalgas se manejen menores volúmenes, con el subsecuente recorte en el gasto de equipos, suministros y energético.

Alternativas: centrifugación, floculación, ósmosis con agua de mar.

CONCENTRACIÓN DE CULTIVOS DE MICROALGAS POR UN PROCESO DE ELIMINACIÓN OSMÓTICA DEL MEDIO UTILIZANDO DISOLUCIONES DE GLICEROL.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se encuadra en procesos de separación o concentración de microrganismos cultivados en medio líquido, principalmente cultivos de microalgas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los cultivos de microalgas no suelen ser extremadamente densos, y estos caldos diluidos resultan caros de manipular debido al gran volumen que se necesita procesar (Molina Grima E, Belarbi E, Ación Fernández FG, Robles Medina A, Chisti Y. Recovery of microalgal biomass and metabolites: Process options and economics. Biotechnol Adv 20:491-515 (2003)) para la obtención de los bioproductos de interés, por esto se hace indispensable concentrar previamente los cultivos eliminando, al menos parcialmente el medio que los contiene. Entre las técnicas actualmente empleadas para la concentración de los cultivos de microalgas figuran la centrifugación, la floculación y sus variantes (electrofloculación, biofloculación, autofloculación, etc...), siendo la aplicación de todas ellas dependientes del tipo de microalga (tamaño, sustancias que excreta al medio, etc...) y la aplicación para la cual se requiere la biomasa. La centrifugación es eficiente, rápida y sumamente útil cuando se desea recuperar metabolitos de alto valor agregado exentos de contaminantes químicos, pero es costosa energéticamente. Por ejemplo, en el campo de la producción de biocombustibles, se ha reportado que la centrifugación debe evitarse para que la producción neta de energía sea favorable y no se esté consumiendo más energía para la fabricación del biocombustible de la que el propio biocombustible es capaz de ofrecer. La floculación por su parte es eficaz energéticamente hablando, pero no siempre pueden recuperarse los agentes floculantes añadidos, o resultan tóxicos,

excluyendo en ocasiones su uso en el campo de la industria cosmética o alimentaria (Granados MR, Acién FG, Gómez C, Fernández-Sevilla JM, Molina Grima E. Evaluation of flocculants for the recovery of freshwater microalgae. Bioresour Technol 118:102-10 (2012)), (Anthony RJ, Ellis JT, Sathish A, Rahman A, Miller CD, Sims RC. Effect of coagulant/flocculants on bioproducts from microalgae. Bioresour Technol 149:65-70 (2013)), (Sim T-, Goh A, Becker EW. Comparison of centrifugation, dissolved airflotation and drum filtration techniques for harvesting sewage-grown algae. Biomass 16:51-62 (1988)). Además, se requieren grandes dosis de algunos floculantes, empeorando tanto el balance económico como la cantidad de residuos generados con respecto a la cantidad de bioproducto obtenido, más aún en aquellos casos en los que la presencia de estos aditivos en el sobrenadante después de la floculación impide la reutilización del medio por resultar tóxico al propio microrganismo. La autofloculación por su parte evita el problema de la adición de sustancias químicas que posteriormente haya que separar, pero suele ser más lenta que la floculación con adición de agentes floculantes (González-Fernández C, Ballesteros M. Microalgae autoflocculation: An alternative to high-energy consuming harvesting methods. J Appl Phycol 25:991-9(2013)).

Recientemente se ha propuesto la deshidratación osmótica de microalgas como método de eliminación de agua en cultivos de microalgas de agua dulce utilizando como fluido osmótico agua de mar (Buckwalter P, Embaye T, Gormly S, Trent JD. Dewatering microalgae by forward osmosis. Desalination 312:19-22 (2013)). Si bien la técnica ha sido eficientemente aplicada para el caso específico de microalgas de agua dulce, presenta dos inconvenientes que restringen su aplicación como proceso de concentración de la biomasa, ambos relacionados con el fluido osmótico que se utiliza. El primero de ellos se debe a que el agua de mar sólo puede utilizarse eficazmente para deshidratar cultivos de microalgas de agua dulce, siendo poco o nada eficaces en cultivos de microalgas marinas o de medios hipersalinos. El segundo es que el agua de mar no podría emplearse de forma segura para deshidratar cultivos que vayan a ser destinados al consumo

humano ya que la membrana semipermeable podría ser atravesada por contaminantes químicos que resulten tóxicos según el código alimentario. La presente invención tiene tres claras ventajas con respecto a las técnicas actualmente utilizadas: en primer lugar, que las disoluciones osmóticas que se proponen (disoluciones de glicerol) tienen una fuerza osmótica que permite su utilización en la separación de microrganismos cultivados en medios de agua dulce, marinos o salinos, segundo, que en aplicaciones energéticas permite reutilizar algunas disoluciones de glicerol que se obtienen como residuo de procesos de obtención de biodiesel, mejorando la sosten i bilí dad del proceso, y tercero que el glicerol es una sustancia actualmente utilizada en la industria farmacéutica y alimentaria, de modo que podría ser de aplicación también en dichos ámbitos. Cabe destacar que actualmente los procesos de refinado del glicerol que se obtiene como residuo en el proceso de obtención de biodiesel son costosos (Ayoub M, Abdullah AZ. Critical review on the current scenario and significance of crude glycerol resulting from biodiesel ¡ndustry towards more sustainable renewable energy ¡ndustry. Renewable and Sustainable Energy Reviews 16:2671-86 (2012), (Quispe CAG, Coronado CJR, Carvalho Jr. JA. Glycerol: Production, consumption, pnces, characterization and new trends in combustión. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 27:475-93 (2013)).

La deshidratación osmótica utilizando glicerol es un proceso que viene siendo aplicado en la deshidratación de alimentos, los cuales suelen trocearse y ponerse en contacto directo con la disolución de glicerol (Morería R, Chenlo F, Torres MD, Vázquez G. Effect of stirring in the osmotic dehydration of chestnut using glycerol Solutions. LWT - Food Science and Technology 40:1507-14 (2007)), (ispir A, Togrul ¡T. Osmotic dehydration of apricot: Kinetics and the effect of process parameters. Chem Eng Res Design 87:166-80 (2009)). La osmosis directa a través de membranas aplicada a cultivos de microalgas ha sido empleada recientemente utilizando como fluido osmótico el agua de mar (Buckwalter P, Embaye T, Gormly S, Trent JD. Dewatering microalgae by forward osmosis. Desalination 312:19-22 (2013)), siendo aplicable sólo a la deshidratación de cultivos de microalgas de

agua dulce, debido a que cultivos inmersos en medios marinos tendrían una presión osmótica similar o incluso superior al agua de mar, y sería inaplicable en microalgas de medios hipersalinos, donde se podría producir el efecto inverso, es decir, que los cultivos se diluyan aún más.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

A continuación se presentan las definiciones de los términos técnicos y científicos empleados en la presente memoria, según el significado entendido comúnmente por una persona experta en la técnica.

El término "cultivo" y variantes del mismo, tales como "cultivar", se refieren a la presencia de una o más tipos de células en el mismo biorreactor. Como se usa en la presente memoria, los términos "caldo" o "cultivo" indistintamente se refieren también al contenido extraído del biorreactor en un momento determinado, que contiene las células y el medio de cultivo. Los tipos de células pueden ser microorganismos, tales como microalgas o pueden ser células de microalgas cultivadas con un tipo de célula diferente. Los medios de cultivo pueden ser aquellos que refuerzan el crecimiento y/o propagación de al menos una de las células, o un subconjunto de estas. Los medios de cultivo de microalgas contienen comúnmente componentes tales como una fuente de nitrógeno fija, elementos en trazas, opcionalmente una solución reguladora para el mantenimiento del pH y fosfato. Otros componentes pueden incluir una fuente de carbono fija tal como acetato o glucosa y sales tales como cloruro de sodio, particularmente para microalgas de agua de mar. Los ejemplos de elementos en trazas incluyen zinc, boro, cobalto, cobre, manganeso y molibdeno en forma de sal, ácido u otra apropiada para el cultivo. El medio puede contener disueltos además metabolitos excretados por las células que contiene.

La fuente de carbono fija comprende sacarosa y glucosa, fructosa, acetato o glicerol, entre otros. Algunas especies de microalgas pueden ser cultivadas al

utilizar una fuente de carbono fija tal como glucosa o acetato en ausencia de luz. Tal cultivo es conocido como cultivo heterotrófico o heterótrofo.

El término "deshidratación" y variantes del mismo tales como "deshidratar" tal 5 como se usa en la presente memoria se refiere a la eliminación de... [Seguir leyendo]

1.

Proceso de concentración de cultivos de microalgas por eliminación osmótica del medio utilizando disoluciones de glicerol que consiste en permitir el paso del agua contenida en el caldo de cultivo a través de una membrana

semipermeable hacia la disolución de glicerol.

2.

Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado por, que las células a concentrar comprenden células cultivadas en medios acuosos.

3.

Procedimiento de concentración de cultivos de microalgas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por, que utiliza como disolución osmótica glicerol o disoluciones acuosas de glicerol o glicerol crudo proveniente de un proceso de síntesis de biodiesel.