Aplicación de sistemas bifásicos acuosos en la extracción de biomoléculas a partir de biomasa algal

Abstract

La creciente demanda de proteínas y la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero están impulsando la búsqueda de procesos sostenibles de biorrefinería basados en la valorización de los residuos. En este contexto, las microalgas se presentan como una solución prometedora, ya que pueden crecer rápidamente en aguas residuales, convirtiendo los nutrientes en biomasa rica en proteínas y otras biomoléculas. Los métodos tradicionales de extracción de proteínas requieren largos tiempos, utilizan reactivos perjudiciales y pueden dar lugar a la coextracción de otras biomoléculas. Por lo tanto, se necesitan métodos sostenibles y selectivos para la separación de proteínas de la biomasa microalgal. En este trabajo, se ha evaluado el potencial de distintos sistemas bifásicos acuosos (ATPSs) para la extracción selectiva de proteínas, procedentes de una biomasa de la microalga Scenedesmus almeriensis crecida en purín de cerdo. Para ello, se han estudiado seis ATPSs formados por la combinación de dos disolventes con eutéctico profundo (ChCl:2Urea y Bet:2LA), cloruro de colina (ChCl) o betaína (Bet) con dos sales de fosfato. Primero, se construyeron los diagramas de fases de los ATPSs a 25 ºC y presión atmosférica (ChCl:2Urea/K2HPO4, ChCl:2Urea/K3PO4, ChCl/K2HPO4, ChCl/K3PO4, Bet:2LA/K3PO4 y Bet/K3PO4). Después, se llevó a cabo un diseño factorial completo 6x3 por duplicado, para estudiar el efecto de dos factores: el tipo de ATPS (a seis niveles) y el tiempo de reposo (a tres niveles), monitorizando tres variables respuesta: el rendimiento en la recuperación de proteínas (% PRY), de carbohidratos (% CRY) y la ratio de las dos anteriores (PCR). Los resultados obtenidos se analizaron mediante un ANOVA de dos vías, siendo el tipo de ATPS un factor muy significativo y, en menor medida, el tiempo de reposo. Los ATPSs que proporcionaron mejores ratios fueron los de Bet/K3PO4 (PCR = 1,038) y Bet:2LA/K3PO4 (PCR = 1,001). Por tanto, se puede concluir que los ATPSs presentan un gran potencial para la recuperación de proteínas a partir de biomasa microalgal.

The growing demand for proteins and the need to reduce greenhouse gas emissions are driving the search for sustainable biorefinery processes based on waste valorization. In this context, microalgae present a promising solution since they can grow rapidly in wastewater, converting nutrients into biomass rich in proteins and other biomolecules. Traditional protein extraction methods require long times, use harmful reagents, and can lead to co-extraction of other biomolecules. Therefore, sustainable and selective methods are needed for protein separation from microalgal biomass. In this work, the potential of different aqueous two-phase systems (ATPSs) for the selective extraction of proteins from a biomass of the microalga Scenedesmus almeriensis grown in pig slurry. To this end, six ATPSs formed by combining two deep eutectic solvents (ChCl:2Urea and Bet:2LA), choline chloride (ChCl) or betaine (Bet) with two phosphate salts has been studied. First, phase diagrams of the ATPSs were constructed at 25 ºC and atmospheric pressure (ChCl:2Urea/K2HPO4, ChCl:2Urea/K3PO4, ChCl/K2HPO4, ChCl/K3PO4, Bet:2LA/K3PO4 y Bet/K3PO4). Then, a 6x3 full factorial design was carried out in duplicate to study the effect of two factors: the type of ATPS (at six levels) and rest time (at three levels) for three response variables: the proteins recovery yield (% PRY), the carbohydrates recovery yield (% CRY) and the ratio of the two previous ones (PCR). The results obtained were analyzed using a two-way ANOVA, with the type of ATPS being a highly significant factor and, to a lesser extent, the rest time. The ATPSs that provided the best ratios were Bet/K3PO4 (PCR = 1,038) and Bet:2LA/K3PO4 (PCR = 1,001). Therefore, it can be concluded that ATPSs have a great potential for protein recovery from microalgal biomass.