Las microalgas han sido reconocidas en ios últimos años como una de las nuevas fuentes de energías renovables alternativas a los recursos fósiles. Las principales características que avalan a las microalgas para dicha funcionaiidad son su crecimiento rápido y controlado en medio de cultivo líquido, los requerimientos nutricionaies simples para su producción masiva, - C02 atmosférico, agua, luz y sales minerales - y un contenido de acilglicéridos aceptable para obtención de aceites. La producción masiva de aceites para biodiésel requiere, preferiblemente, de microalgas adaptadas a las condiciones ambientales y microbioiógicas propias del lugar de producción y del recurso acuoso utilizado.
Esta Tesis Doctoral estudia la acumulación de lípidos de microalgas aisladas de distintos orígenes en la provincia de Hueiva, lugar adecuado para la producción masiva. Una de las microalgas se aisló de las aguas ácidas de la Faja Pirítica de Hueiva y crece a pH muy ácido (inferior a 3). Se aislaron también microalgas de aguas tratadas de la Refinería La Rábida de CEPSA.
La microalga de ambiente ácido acumula lípidos antioxidantes, algunos de valor comercial como luteína y algunos ácidos grasos. En esta Tesis Doctoral se estudió la forma de estimular la acumulación ¡ntraceíular de dichas moléculas, a partir de condiciones de estrés nutricional y salino. Los resultados permitieron concluir que C. onubensis crece cuando se incuba en carencia de fósforo o azufre, manteniendo la captura activa de luz. Los resultados sugieren la posible disponibilidad de reservas de azufre en la microalga, que permiten su crecimiento. La carencia del medio de cultivo en nitrógeno, fósforo o azufre favorece temporalmente la acumulación de carotenoides y ácidos grasos, siendo el ácido linolénico (C18:3) el más abundante. Por vez primera en una microalga de ambiente ácido, se ha puesto de manifiesto el vínculo entre carencia de nutrientes y estrés oxidativo. Además, Coccomyxo muestra cierta halotolerancia. Una salinidad moderada, inferior a la del mar, favorece su crecimiento y la acumulación de luteína, p-caroteno y ácidos grasos, particularmente linoléico y linolénico, ambos esenciales en alimentación humana. En dichas condiciones, el aumento en actividades enzimáticas que utilizan glutatión y ascorbato permite relacionar la halotolerancia con el incremento de la respuesta antioxidante.
También se aislaron e identificaron microalgas de aguas depuradas de la Refinería La Rábida de CEPSA, de crecimiento robusto y estable y con el máximo contenido posible en lípidos, particularmente acilglicéridos, titiles para la obtención de biodiésel. Se estudiaron condiciones para favorecer la acumulación intracelular de tales lípidos, en cultivos autótrofos y heterótrofos. En particular, se aisló una microalga de rápido crecimiento que se identificó como una nueva cepa del género Chlorella. La microalga acumuló, en forma de lípidos, máximos cercanos al 50 % de su peso seco. Los resultados obtenidos en condiciones limitantes para la fotosíntesis sugieren que la microalga podría utilizar reservas de carbono reducido para incrementar la acumulación de lípidos.
En condiciones fotoautotróficas, la producción de FAMEs de la microalga Chlorella sp., se realiza de forma más eficiente si los cultivos se someten a incubación bajo irradiancias
saturantes, obteniendo mayor productividad de lípidos que en carencia nutricional como consecuencia de la mayor productividad de biomasa. En las condiciones de máxima acumulación determinadas, la microalga Chlorella sp. objeto de estudio alcanza un contenido promedio de lípidos de un 40 %-45 %, de los cuales un máximo de aproximadamente 30 % son FAMEs. Además, se consiguió estimular la biosíntesis de luteína en la microalga mediante carencia nutricional y alta irradiancia ó en condiciones de heterotrofía con glicerol como fuente de carbono. Estas condiciones, especialmente la heterotrofía, abren una vía de estudio para la producción masiva de luteína a mayor escala.
La producción de lípidos en Chlorella sp. resultó similar tanto en condiciones autotróficas como heterotróficas de crecimiento. En condiciones heterotróficas, la mayor producción de lípidos - hasta un 35 % del peso seco de la microalga- y de FAMEs - hasta un 60% del peso total de lípidos- se obtuvo utilizando glicerol como fuente de carbono en oscuridad. La alta productividad de biomasa y los menores costes de producción en heterotrofía sugieren que tales condiciones de cultivo serían de especial valor en la obtención de FAMEs (biodiésel) a partir de la Chlorella sp. estudiada
Microalgae have recently been recognized as one of the renewable energy alternative sources to fossil fuels. The main features that support the microalgae for such functionality are rapid and controlled growth in liquid culture medium, simple nutritional requirements for mass production - atmospheric C02, water, light and minerals - and acceptable content of acylglycerides for oi! production. Massive algal oil production for biodiesel preferably requires of microalgae adapted to environmental and microbiological conditions of the place and of the water source used.
This Doctoral Thesis studies the lipid accumulation of microalgae isolated from different sources in the province of Huelva, which is a suitable place for massive algal production. One of the microalgae was isolated from the acidic waters of the Pyrite Belt of Huelva and grows at very acidic pH (below 3). Microalgae were also isolated from the treated water at CEPSA's La Rabida Refinery.
The acid environment microalga accumulated lipid antioxidants, some of them of commercial value, including lutein and some fatty acids. In this Thesis we studied how to stimulate the intracellular accumulation of these molecules, from nutritional and saline stress conditions. The results led us to conclude that C. onubensls grows if incubated in the absence of phosphorus or sulfur, keeping active light capture. The results suggest the microalga might possibly have sulfur reserves which allow it to grow. Lack of nitrogen, phosphorus or sulfur in the culture medium temporarily promotes accumulation of carotenoids and fatty acids, linolenic acid (C18: 3) being the most abundant. For the first time in acid environment microalgae the connection between nutrient deficiency and oxidative stress has been highlighted. In addition, Coccomyxa showed certain haiotolerance. Moderate salinity, below sea salt level, supports Coccomyxa growth and accumulation of lutein, p-carotene and fatty acids, particularly linoleic and linolenic acids, both essential in human nutrition. Under these conditions, the increase in enzyme activities that depend on reduced glutathione and ascorbate allows for relating haiotolerance to increased antioxidant algal response.
Microalgae from CEPSA's La Rabida Refinery treated waters were also isolated and identified, looking at strong and stable growth species that accumulated as high as possible lipid content, particularly acylglycerides, which are useful for biodiesel production. Conditions were studied to promote the intracellular accumulation of these lipids in autotrophic and heterotrophic cultures. In particular, a fast-growth microalga was identified as a new strain belonging to Chloreila genus. That microalga accumulated maximum lipid contents of about 50% of biomass dry weight. The results obtained under photosynthesis limiting conditions suggest that the microalga might be making use of reduced carbon stocks in order to increase lipid accumulation.
Under photoautotrophic conditions, FAMEs most efficient production of Chloreila sp. performs if cultures are incubated under saturating irradiances. Under such conditions, the increased biomass productivities result in lipid productivities which are higher than in nutrient-deficient cultures. Under conditions of maximum accumulation, the isolated Chloreila sp. reached average lipid content from 40% -45%, of which a maximum of approximately 30% are FAMEs. Further, lutein biosynthesis in the microalga was enhanced through cultivation under nutrient deficiency and high irradiance or under heterotrophy on glycerol as a carbon source. These conditions, especially heterotrophy, open a study line for production of lutein at larger scale.
Lipid production of Chlorella sp. was similar in both heterotrophic and autotrophic conditions. In heterotrophic conditions, increased production of lipids -up to 35% of biomass dry weight- and FAMEs -up to 60% of the total weight of lipids- was obtained by using glycerol as a carbon source in the dark. The high biomass productivities and lower production costs in heterotrophy suggest that such culture conditions would be of particular value for FAMEs (biodiesel) production from the isolated Chlorella sp.
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