El principio de la mixotrofía en el cultivo de microalgas

La mixotrofía es un método que permite a las microalgas obtener su energía de la fotosíntesis, pero también del carbono orgánico. Descubra todas las ventajas de este método de cultivo

¿Cómo cultivar microalgas en mixotrofía?

Las microalgas tienen una capacidad de crecimiento rápido y se utilizan en campos tan diversos como la salud, la cosmética, la alimentación e incluso en el sector energético. Algunas de ellas, las autótrofas, utilizan la fotosíntesis para crecer. Otras, las heterótrofas, asimilan el carbono orgánico para crecer. Existe un tercer modo de nutrición que algunas algas, como la Chlorella, pueden utilizar: la mixotrofía. Los organismos que la poseen tienen la impresionante capacidad de elegir entre estos dos modos en función de las condiciones del ambiente donde viven. ¿Cómo se puede utilizar el principio de la mixotrofía para cultivar microalgas? ¿Cuáles son sus ventajas y desventajas?

Mixotrofía: cooperación entre la fotosíntesis y la asimilación de carbono orgánico

Las microalgas autótrofas dependen de la fotosíntesis para crecer, al igual que las plantas verdes. Este fenómeno, que es la base de la vida en la Tierra, permite a las algas sintetizar glucosa, que les sirve como fuente de energía, mediante la combinación de agua y dióxido de carbono (CO2), en el que el carbono se encuentra en estado mineral. El oxígeno producido durante este proceso se libera al ambiente externo. El cultivo de Chlorella en fotobiorreactores aplica este principio. Nuestros fotobiorreactores SALT están diseñados para el cultivo autótrofo y, por lo tanto, están equipados con LED. Algunos de nuestros usuarios ya los han utilizado con éxito para la heterotrofía.

Los organismos heterótrofos se nutren de carbono orgánico, como la glucosa, que encuentran en el ambiente donde viven al consumir materia orgánica rica en carbohidratos, lípidos y proteínas. La heterotrofía es un modo de nutrición presente en muchos seres vivos como animales, hongos, protozoos y bacterias. Se utiliza en los fermentadores.

Los organismos mixótrofos pueden elegir cualquiera de estos sistemas en función de su ambiente. Estos organismos tienen la capacidad de producir glucosa utilizando dióxido de carbono y agua en la presencia de luz, así como de asimilar directamente el carbono orgánico en la ausencia de luz. En la naturaleza, los organismos mixótrofos suelen utilizar ambos modos simultáneamente.

Cultivo mixótrofo de microalgas

Las microalgas se cultivan a gran escala en fermentadores que contienen un sustrato de carbono que las alimenta para que produzcan grandes cantidades de biomasa. La luz de baja intensidad y corta duración se introduce regularmente en el cultivo para activar los orgánulos sensores de luz de las algas, como los cloroplastos.

Una vez activados, estos fotorreceptores aumentan el rendimiento de las microalgas y la producción de moléculas de interés. Además, modificando la longitud de onda de la luz o utilizando un modo de luz en forma de flash, se puede dirigir la producción de las algas en cultivo hacia un determinado tipo de molécula.

Es un sistema que permite aprovechar las ventajas tanto de la autotrofía como de la heterotrofía.

Las ventajas y desventajas de este tipo de cultivo

El cultivo mixótrofo de microalgas permite una productividad mucho mayor que otros métodos de producción y puede alcanzar hasta 250 g de materia seca por litro. Esta tasa de producción puede ser hasta 10 veces superior a los cultivos de algas en fotobiorreactores. Teniendo en cuenta que la Chlorella es rica en almidón y tiene muchas propiedades tónicas y desintoxicantes, su cultivo en mixotrofía es una opción interesante.

Las moléculas de interés que se pueden producir en la mixotrofía incluyen azúcares y polisacáridos, aminoácidos, antioxidantes, pigmentos y ácidos grasos valiosos como el DHA o el EPA.

El principal mercado de las microalgas es el sector alimentario. Se utilizan tanto en forma no procesada como procesada, puesto que son una importante fuente de proteínas, ácidos grasos poliinsaturados, vitaminas y minerales.

El proceso de cultivo de microalgas en mixotrofía es altamente escalable y no tiene limitaciones geográficas relacionadas con la duración de la luz solar. Sin embargo, si la molécula de interés es un pigmento, la presencia de luz solar o artificial es esencial.

El impacto ecológico de un cultivo mixótrofo de microalgas es relativamente bajo porque:

  • El consumo de energía es bajo: la luz suministrada para la fase autótrofa es de baja intensidad y esporádica.
  • El consumo de agua es limitado porque el sistema funciona en un circuito cerrado.
  • El saldo de carbono es positivo, ya que el CO2 producido durante la fase heterótrofa se consume durante la fase luminosa.

Sin embargo, la implantación de un cultivo de algas mixótrofo representa un coste de inversión bastante elevado. Además, existe un alto riesgo de contaminación del cultivo por microorganismos como bacterias u hongos.

Los costes de mantenimiento y operación también son elevados, ya que hay que suministrar regularmente al cultivo fuentes de carbono externas y estériles.

Conclusión

Las microalgas son un recurso increíblemente valioso. El número de especies se estima en varios cientos de miles, pero sólo unas pocas se cultivan actualmente de forma industrial para obtener biomasa y derivados de alto valor añadido.

La producción mixótrofa es una alternativa muy interesante, tanto desde el punto de vista de la capacidad de producción como de la posibilidad de regular el cultivo para seleccionar las moléculas de interés.

Sin embargo, este proceso de cultivo debe evolucionar para reducir los costes de producción y operación, que son los principales obstáculos para su uso.