Recuperación de biomoléculas de biomasa algal con disolventes biodegradables

Abstract

En las próximas décadas, se espera un notable aumento en la demanda de proteínas como consecuencia del aumento de la población mundial. Las microalgas han surgido como una prometedora fuente de proteínas de alta calidad y otras biomoléculas de interés. Además, pueden cultivarse en fotobiorreactores, donde convierten los nutrientes presentes en las aguas residuales en biomasa, contribuyendo así a la depuración del agua. En este trabajo, se ha investigado el uso de disolventes con eutéctico profundo (DES), puros y combinados con agua, como alternativa a los disolventes orgánicos utilizados en la extracción de proteínas. Primero, se prepararon y caracterizaron los DESs y las mezclas DES+agua. Luego, se llevó a cabo un diseño factorial completo para estudiar cómo influye la cantidad de agua añadida (siete niveles) y el tipo de disolvente (tres niveles) en la extracción de proteínas, carbohidratos y su ratio, de la microalga Scenedesmus almeriensis. El análisis de los resultados mediante ANOVA mostró que la combinación de 20 g de agua añadida a la mezcla de biomasa:disolvente (1:9) con el DES ChCl:2Urea, incrementa el rendimiento de recuperación de proteínas en comparación con los otros disolventes utilizados. Con la información obtenida, se implementó un diseño experimental L9 de Taguchi para estudiar el efecto de cuatro factores en la extracción de proteínas de dos tipos de biomasa algal (Scenedesmus almeriensis y Chlorella vulgaris): la temperatura, el pretratamiento de la biomasa, el tiempo de contacto y la ratio biomasa:disolvente. Además, se construyeron varios modelos matemáticos para predecir el valor óptimo de las variables respuesta. Los resultados obtenidos muestran una mayor recuperación de proteínas y mejor selectividad para el caso de la microalga Scenedesmus almeriensis que para la Chlorella vulgaris, obteniéndose valores cercanos al 17 % de recuperación y de 0,7 para la selectividad. Por tanto, se puede concluir que los DES presentan un gran potencial en la extracción de proteínas a partir de biomasa microalgal.

In the coming decades, a notable increase in protein demand is expected due to global population growth. Microalgae have emerged as a promising source of high-quality proteins and other biomolecules of interest. In addition, they can be cultivated in photobioreactors, where they can convert the nutrients present in wastewater into biomass, thus contributing to water purification. In this study, the use of deep eutectic solvents (DESs), pure and combined with water, has been investigated as an alternative to organic solvents used in protein extraction. Firstly, the DESs and DES+water mixtures were prepared and characterized. Then, a full factorial design was conducted to study the influence of the amount of water added (seven levels) and the type of solvent (three levels) on the extraction of proteins, carbohydrates, and their ratio, from the microalga Scenedesmus almeriensis. Analysis of the results by ANOVA showed that the combination of 20 g of added water to the (1:9) biomass:solvent mixture with the DES ChCl:2Urea, increased the protein recovery yield compared to the other solvents used. Based on the information obtained, a Taguchi L9 experimental design was implemented to study the effect of four factors on protein extraction from two types of algal biomass (Scenedesmus almeriensis and Chlorella vulgaris): temperature, biomass pretreatment, contact time, and biomass:solvent ratio. Furthermore, several mathematical models were built to predict the optimal value of the response variables. The results showed higher protein recovery and better selectivity for microalgae Scenedesmus almeriensis compared to Chlorella vulgaris, with recovery values close to 17% and a selectivity of 0,7. Therefore, with the result obtained, it can be concluded that DESs have great potential in the extraction of proteins from microalgal biomass.