Algas mexicanas: los biocombustibles del siglo XXI

Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 13 de febrero de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Con el objetivo de aprovechar los recursos naturales y condiciones climáticas de México y dar un valor agregado a la materia prima nacional, científicos del Grupo de Biorrefinería del Departamento de Investigación en Alimentos (DIA) en la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec) estudian, caracterizan y desarrollan tecnología y procesos para la producción de compuestos de alto valor agregado y biocombustibles a partir de macroalgas y microalgas mexicanas.

Con esto, buscan propiciar el desarrollo científico e industrial a partir de esta biomasa, para el beneficio social de forma integral y sustentable mediante los recursos acuáticos del país en términos de una biorrefinería.

Biocombustibles de tercera generación 

Dra. Rosa María Rodríguez Jasso y QFB Brian Orlando Sánchez Picazo.Las microalgas son microorganismos unicelulares capaces de llevar a cabo la fotosíntesis y son una materia prima prometedora para la producción de biocombustibles avanzados de tercera generación, debido a su alta eficiencia fotosintética, mayor rendimiento específico de área, posibilidad de una cosecha frecuente debido a su rápida tasa de crecimiento y poder reutilizar el dióxido de carbono, a través de la fotosíntesis.

“Pueden cultivarse en diferentes climas, en aguas salinas —mezcla de agua de mar y agua dulce— y en tierras no cultivables, por lo que no hay competencia con las tierras de cultivo convencionales. Además, su cultivo puede ser acoplado con la biorremediación de aguas residuales”, explicó el doctor Héctor A. Ruiz Leza, profesor investigador del Departamento de Investigación en Alimentos de la Uadec.

El DIA de la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec trabaja en bioprocesos para obtener una biomasa algal con propiedades óptimas para la generación de biocombustibles.

De acuerdo con el científico Ruiz Leza, actualmente hay un desarrollo creciente en varias partes del mundo para la utilización de las microalgas, ya que tienen la ventaja de que, dependiendo de las estrategias operativas, puede obtenerse biomasa de estas algas, ricas en carbohidratos, lípidos y proteínas, pero siempre dependiendo del tipo de cultivo.

“Principalmente estamos desarrollando tecnología, un bioproceso que consiste en obtener la biomasa enriquecida en carbohidratos. Aproximadamente más de 60 por ciento de la biomasa son carbohidratos, se hace un pretratamiento hidrotérmico y subsecuentemente un proceso que se llama hidrólisis enzimática y después la etapa de fermentación para producir bioetanol de tercera generación”, detalló el doctor Ruiz Leza.

Los investigadores del DIA desarrollan este proyecto desde hace cerca de dos años, en colaboración con la doctora Luciane Colla, de la Universidade de Passo Fundo de Brasil, y con el doctor Bruno Fernandes, de la Universidade do Minho en Portugal, utilizando específicamente la microalga Spirulina platensis.

“Esta microalga es cultivada y enviada directamente desde Brasil y nosotros hacemos la bioconversión a biocombustibles de tercera generación. Esta biomasa es rica en carbohidratos, principalmente en almidón. Lo que hacemos es romper las cadenas para obtener azúcares y estos azúcares, a su vez, que sean fermentados para producir alcohol”, puntualizó el científico.

Respecto a las ventajas del empleo de microalgas, el investigador Ruiz Leza destacó que las microalgas pueden ser cultivadas casi en cualquier parte del mundo, con la condicionante de necesitar luz para crecer.

“Una ventaja muy importante es que pueden ser cultivadas prácticamente en cualquier parte del mundo, desde el sur de Chile hasta el norte de Canadá, claro que tiene ciertas limitantes como la luz, sin luz no crecen. En esta región, el semidesierto del norte de México, que tenemos nueve o diez meses con sol, es una gran alternativa para producir biomasa y obtener ciertos productos”, señaló el especialista.

En contraparte, Ruiz Leza comentó que en el presente, una desventaja es la cantidad de biomasa que se puede producir, debido a sus altos costos a nivel laboratorio. Sin embargo, las perspectivas es que en los próximos años crezca la tendencia de la aplicación de microalgas en la industria.

“Tiene una gama muy interesante de aplicación dependiendo de la composición. Se pueden aplicar en el área de alimentos por todas las composiciones que pueden tener, se puede aplicar en el área de biocombustibles, en el área cosmética, como colorante, nutracéutica y todo esto en términos de una biorrefinería”.

Macroalgas y su investigación

Las macroalgas son organismos multicelulares que se encuentran presentes principalmente en zonas acuíferas, ya que hay macroalgas que crecen en lagos, pero sobre todo en regiones marinas en todos los océanos.

Dr. Héctor Arturo Ruíz Leza.“Las macroalgas se clasifican en tres tipos de variedades principales, como algas rojas, verdes y pardas o castañas. Esta clasificación se debe al color que tienen por los pigmentos que contienen, las más comunes en México son las rojas y las pardas”, detalló la doctora Rosa María Rodríguez Jasso, profesora investigadora del Departamento de Investigación en Alimentos (DIA) de la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec.

Las macroalgas crecen de forma natural, son fáciles de cultivar y recolectar y tienen múltiples propiedades alimenticias, además que no requieren una tierra arable ni el uso de fertilizantes para producirlas. Sin embargo, en los países occidentales en general y México en particular son poco utilizadas.

“En Asia son parte casi de la canasta básica de sus habitantes, ellos las consumen de forma común como nosotros la tortilla. Las comen en sopa, ensalada, galletas, tés, dulces, etcétera. En algunos países de Europa y Sudamérica ya están aprovechándolas para consumo alimenticio porque tienen una gran cantidad de minerales, proteínas y azúcares que no encontramos en alimentos terrestres y ofrecen otras fuentes de potencial nutricional”, puntualizó la especialista Rodríguez Jasso.

La investigadora añadió que, en los últimos cinco años, surgió un auge mundial por valorizarlas y aprovecharlas. México cuenta con gran cantidad de macroalgas y potencial para el desarrollo del sector industrial, pero no existe la cultura por recolectarlas y emplearlas en los alimentos.

“En México se han utilizado poco, en el área del Pacífico tenemos tres variedades principales, una que se llama Macrocystis pyrifera, que es un alga parda; otra es Gelidium robustum, que es una alga roja y Chondracanthus spp. Hay empresas e investigadores en el Pacífico norte muy interesados, recolectan las mismas y las exportan o valorizan para la producción en algún alimento o productos de cosmética artesanal”, comentó la doctora Rodríguez Jasso.

Actualmente el DIA de la Uadec trabaja en diversos proyectos relacionados con las macroalgas mexicanas, algunos son: extracción de fucoidan con propiedades antioxidantes, prebióticas y antimicrobianas, utilizando procesos hidrotérmicos, a partir de macroalgas mexicanas; un estudio de producción de manitol con potencial como endulzante natural a partir de algas para sustituir endulzantes artificiales para ser consumido por personas que sufren diabetes o que desean consumir menos azúcar.

Otro proyecto es la extracción de agar de las algas rojas por procesos hidrotérmicos, como propuesta de nuevos procesos y alternativas para la industria de zonas costeras para el aprovechamiento de macroalgas en el encapsulamiento de productos, suplementos alimenticios o producción de polímeros biodegradables. Se desarrollan estudios donde las algas se emplean como sustrato para producir enzimas, un proyecto para la producción de harinas a partir de alga para la creación de totopos enriquecidos con harina de alga, entre otras investigaciones relacionadas.

“En el país es común que cuando hay un exceso de acumulación de macroalgas, solo son recolectadas para ser desechadas o simplemente se pudren en la arena, generando gases nocivos para la salud. Lo mejor es valorizarlas y aprovechar este tipo de recursos naturales”, señaló la científica Rodríguez Jasso.

El boom de las microalgas 

Algunos trabajos científicos de los autores en esta área: • Héctor A. Ruiz Leza, Rosa M. Rodríguez-Jasso, Bruno D. Fernandes, António A. Vicente, José A. Teixeira. "Hydrothermal processing, as an alternative for upgrading agriculture residues and marine biomass according to the biorefinery concept: A review". Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013. • Héctor Arturo Ruiz Leza, Rosa M. Rodríguez-Jasso, Mario Aguedo, Zsófia Kádár. “Hydrothermal pretreatments of macroalgal biomass for biorefineries”. Algal Biorefineries, 2015. • Rosa María Rodriguez-Jasso, Solange I. Mussatto, Lorenzo Pastrana, Cristóbal Noé Aguilar, José A. Teixeira. “Microwave-assisted extraction of sulfated polysaccharides (fucoidan) from brown seaweed”. Carbohydrate Polymers, 2011.

De acuerdo con el doctor Ruiz Leza, las microalgas tienen un futuro promisorio, ya que en Estados Unidos, España, Israel y Holanda existen tecnologías muy desarrolladas en torno a este tema y su aplicación en alimentos y biocombustibles.

“Creo que en los próximos cinco o siete años se viene un boom, un auge, una gama de aplicaciones de las microalgas a nivel industrial, porque el desarrollo lo han ido adquiriendo estos países y nosotros vamos yendo hacia estas tecnologías”, visualizó Ruiz Leza.

El catedrático agregó que el DIA continuará trabajando con microalgas en la producción de biocombustibles de tercera generación, buscarán consolidar los procesos para la aplicación y bioconversión a partir de biomasa algal, incluso durante el proceso podría surgir alguna aplicación en el área de alimentos.

“Creo que la biomasa a partir de microalgas tiene mucha perspectiva a corto, mediano y largo plazo en nuestro país, principalmente en la región noreste tenemos que buscar nuevas alternativas de procesos y buscar diferentes aplicaciones en el área de alimentos, materiales, tratamiento de aguas residuales y biocombustibles. Tenemos un sol vasto en la región y hay que aprovecharlo”, comentó el investigador.

En el tema de macroalgas, los científicos del DIA buscarán formar vínculos y colaboración con gente de las regiones costeras (tanto Pacífico como Caribe) interesadas en este sector como investigadores (oceanólogos, biólogos marinos, etcétera), empresarios y organismos públicos y privados, con la finalidad de presentar los procesos generados en la universidad y moverlos a las costas para aprovecharlos.

En cuestión de investigación, la doctora Rodríguez Jasso añadió que contemplan hacer propuestas de otros tipos de polisacáridos que puedan extraer a partir de sus procesos hidrotérmicos, probar a mayor escala y ver cómo estos procesos en las algas dan altos rendimientos para producir compuestos de interés y tener un proceso global.

“Las macroalgas son recursos que han sido olvidados en el país y creo que podríamos explotarlos, consumirlos y extraer compuestos que podrían apoyar a formar, por lo menos, pequeñas industrias que podrían hacer productos de consumo nacional y de exportación. Los océanos tienen recursos que podemos aprovechar sin sobreexplotar y emplearlos en diferentes áreas”, enfatizó la investigadora.

Ambos científicos coincidieron en que México cuenta con gran potencial de desarrollo, tanto de macroalgas como microalgas, para generar una alternativa de vanguardia industrial y científica para el progreso del país en términos de las biorrefinerías.

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