Cultivo de Algas

CULTIVO DE ALGAS

REALIZADO POR: DEYSI JESSICA VALDIVIA CHÁVEZ

ORO VERDE. Y es que, el mar puede representar una fuente inagotable de energía en forma de combustible líquido sustitutivo del petróleo, denominado "el oro verde marino", o simplemente "el oro verde". Solo su denominación ya es sinónimo de ecología y sostenibilidad, si lo comparamos con la denominación de "oro negro", ya que según las más recientes investigaciones en biología marina, se estima que la reserva energética de la humanidad puede encontrarse en los océanos. Ya hace casi dos siglos, Leo Lesquerox (considerado el padre de la paleobotánica), afirmó que el petróleo de Pennsylvania se había originado a partir de la fosilización de las algas marinas. Actualmente, la obtención de biodiesel a partir de las algas marinas es ya una realidad. De hecho cada vez existen más países que disponen de extensos cultivos de algas dedicados a la obtención del preciado “oro verde” a escala industrial.

Para producir algas marinas, se necesitan los siguientes componentes esenciales: Radiación solar (la cual disponemos en abundancia), agua de mar (que de momento sobra, y anhídrido carbónico (que por desgracia abunda y es necesario consumir, para reducir el efecto invernadero), algún nutriente, y unos aparatos denominados fotobiorreactores. Con los fotobiorreactores se producen algas, con las cuales se obtiene un biodiesel, que además de consumir CO2 (en lugar de producirlo), puede hacer que los agricultores vuelvan a dedicar sus cultivos a la alimentación, en lugar de volcarse indiscriminadamente en la producción de biodiesel agrícola, como está sucediendo en la actualidad con el maíz, la caña de azúcar, las naranjas, etc.

Como ejemplo comparativo, podemos decir que existen algas unicelulares capaces de producir 130.000 litros de biodiesel por hectárea, mientras que si se cultivase la misma superficie con girasol, solo se obtendrían 500 litros. Con ello podemos decir que las algas marinas son la única fuente de biodiesel capaz de sustituir al petróleo.

MACROALGAS

Las macroalgas marinas son consideradas alimentos naturales y medicinales. Japón y China son los países que más las consumen, principalmente como alimento. La distribución de las especies de macroalgas varía dependiendo de la región del planeta, profundidad del mar y de las mareas. Ellas están adaptadas a cada hábitat y crecen abundantes en el lecho. El factor que limita su desarrollo es la fotosíntesis, la cual depende de la cantidad de energía lumínica que penetre en el ambiente marino generalmente las especies crecen en una profundidad de 20 a 50 metros. Las de color verde se desarrollan en aguas menos profundas, las rojas en aguas más profundas y las pardas en profundidades intermedias (ARRELLANO E. 1994).

MICROALGAS

Son llamadas microalgas a gran cantidad de especies que constituyen el fitoplancton, las mismas que contemplan organismos autótrofos e incluso heterótrofos. Son individuos unicelulares o pluricelulares, cuyas células funcionan independientemente, realizando todas las funciones vitales. La alimentación, en general, es fotosintética.

PRINCIPALES MACROALGAS CON USOS DE IMPORTANCIA

Algas de Sudamérica para extracción de alginatos: Ascophyllum, Macrocystis, Lessonia, Laminaria; para extracción de carragenanos: Iridaea, Gigartina, Kappaphycus, Eucheuma; y para extracción de agar: Gelidium, Gracilaria (BUSCHMANN A. 2001). Algas como alimento humano directo, algas pardas: Laminaria, Undaria, Durvillaea; algas rojas: Porphyra, Palmaria, Chondrus; algas verdes: Enteromorpha, Ulva, Cladosiphon (BUSCHMANN A. 2001).

Lista de especies de macroalgas con potencial de explotación

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DIVISIÓN CHLOROPHYTA (Algas Verdes)

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Codium cuneatum Codio cuneado Potencial como alimento humano y forraje para animales.

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Codium fragile Codio frágil Puede ser utilizada en la alimentación humana y en farmacología por sus cualidades antibacterianas, antibióticas y antihelmínticas.

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Codium simulans Codio falso Como alimento humano, forraje para animales y en la agricultura.

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Chaetomorpha linum Pelo verde o crín flotante Como alimento humano y en farmacología por su alto contenido en vitamina B12.

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Enteromorpha clathrata Pelo de piedra verde claro Se utiliza como alimento humano; contiene azúcares, almidón y elementos traza.

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Enteromorpha compressa Ova chata Como alimento humano y en farmacología por su contenido en vitaminas A, B1, B2 y sustancias antimicrobianas.

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y ganado.

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Enteromorpha intestinalis Pelo de piedra verde Se utiliza para la alimentación humana por su contenido en azúcar, almidón, sodio, potasio, magnesio, calcio, azufre, fósforo, cloro, hierro, silicio, yodo y elementos traza. Enteromorpha linza Ova lechuga En farmacología, como agente auxiliar en reacciones antimicrobianas. Enteromorpha prolifera Ova proliferante Como alimento humano y en farmacología. Ulva lactuca Lechuga de mar De uso farmacológico por su alta concentración de vitaminas C, A y B1. Comestible con elevado contenido de hierro, proteínas, yodo, aluminio y manganeso. Ulva rigida Mantilla De uso farmacológico por su alta concentración de vitaminas C y B1 y cualidades antimicrobianas. Comestible para seres humanos

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DIVISIÓN PHAEOPHYTA (Algas Pardas) Dictyopteris undulata Abanico olivo Con potencial agrícola y en la industria para la extracción de ficocoloides. Otras especies de este género son antibióticas y medicinales. Dictyota dichotoma Abanico amarillo Con potencial para la alimentación humana, fuente de ficocoloides y antibiótica. Dictyota flabellata Abanico moreno Tiene potencial para la alimentación humana y como fuente de ficocoloides. Eisenia arbórea Listoncillo De uso industrial para la extracción de ficocoloides. Sus estipes y láminas se emplean como alimento humano. Lessonia nigrecens Aracanto Tiene potencial en la industria de extracción de ficocoloides (alginatos), como fertilizante agrícola y como forraje para animales. Macrocystis pyrifera Cachiyuyo o Kelp gigante Industriade extracción de ficocoloides (alginatos). Alimento humano y acuícola, agrícola, farmacología contiene vitaminas A, B, E y D.

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Padina durvillaei Cola de Pavo del Pacífico Con potencial para la alimentación humana y probablemente en farmacología como otras especies del mismo género. Petalonia fascia Pétalo oliva De uso en la alimentación humana. Sus componentes son principalmente azúcares, almidón y metales traza. Sargassum johnstonii Sargazo de Johnston Tiene potencial en la industria para la extracción de ficocoloides (alginatos) y como forraje para animales. Sargassum liebmanni Sargazo de Liebmann Tiene potencial en la industria de extracción de ficocoloides (alginatos), como fertilizante agrícola y como forraje para animales. Sargassum muticum Sargazo gigante Tiene potencial para la extracción de ficocoloides (alginatos), como fertilizante en la agricultura y para producir metano. Sargassum sinicola Sargazo californiano Tiene potencial en la industria de extracción de ficocoloides (alginatos), como fertilizante agrícola y como forraje para el ganado.

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DIVISIÓN RHODOPHYTA (Algas Rojas) Centroceras clavulatum Penacho colorado De uso farmacológico por su contenido en ácido kaínico. Ceramium pacificum Trillo del Pacífico Importante por su contenido en agar; por los pigmentos tiene potencial en las industrias textil y cosmetológica. Eucheuma uncinatum Vidrillo ganchudo Como alimento humano y en la industria de extracción de geles, por su contenido en carragenano. Gelidiella acerosa Pajilla marina De uso en la industria por su contenido de agar. Gelidium johnstonii Pajilla roja De uso industrial por su contenido de agar. Gelidium pusillum Pajilla enana De uso en la industria porque contiene agar. Gigartina johnstonii Vidrillo verde de Johnston De uso industrial por su contenido en carragenano. Gigartina pectinata Vidrillo peinado De uso en la industria porque contiene carragenano.

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Gigartina ida Vidrillo verde enano De uso industrial por su contenido en carragenano. Gracilaria crispata Pelillo crespo De uso industrial por su contenido de agar. Gracilaria lemaneiformis Pelillo gomoso De uso industrial por su contenido de agar. Gracilaria pachydermatica Pelillo coriáceo De uso en la industria porque contiene agar. Gracilaria pinnata Pelillo plumado De uso industrial por su contenido de agar. Gracilaria rubrimembra Pelillo rojo opaco De uso en la industria porque contiene agar. Gracilaria spinigera Pelillo espinoso De uso industrial por su contenido de agar. Gracilaria subsecundata Pelillo tupido De uso en la industria porque contiene agar. Gracilaria textorii Gracilaria laminada De uso industrial por su contenido de agar. Gracilaria veleroae Gracilaria velada De uso en la industria porque contiene agar. Gracilaria verrucosa Gracilaria común De uso industrial por su contenido de agar. Gymnogongrus johnstonii Gongro marino De uso industrial por su contenido en carragenano. Hypnea cervicornis Cayado cuerno de ciervo De uso en la industria porque contiene carragenano.

CULTIVO 

Factores importantes para el crecimiento de las algas macroscópicas son la temperatura del agua, la salinidad, el oleaje, los nutrientes del agua y el sustrato de fijación. Hay especies que se adaptan a las variaciones de salinidad y temperatura; el crecimiento y multiplicación de las plantas marinas es muy dependiente de la estabilidad del sustrato al cual las esporas se fijan. Un ambiente que sufre mucha alteración de sus corrientes probablemente afectará la población de algas. La sedimentación y las variaciones de los otros factores externos del agua que pueden darse durante las estaciones del año afectarán el cultivo (ARRELLANO E. 1994).

Gracilaria spp. Es el segundo género de importancia en la producción industrial del agar-agar. Este es un ficocoloide que se extrae de las algas rojas. Es insoluble en agua fría, pero se disuelve en agua caliente. Tiene la peculiaridad de que al enfriarse produce una gelatina firme, transparente, con buenas cualidades como estabilizador y agente espesante. Tiene un gran valor como aditivo en comidas enlatadas y congeladas y como medio de cultivo para bacterias y otros microorganismos en laboratorios microbiológicos (ORTIZ & ALMODOVAR, 1982).

La importancia comercial de este recurso se debe a que junto con especies de macroalgas del género Gelidium son las principales fuentes para la extracción del agar, representando cerca del 95 % de la producción mundial (MENDEZ C. 2010).  Las experiencias de cultivo en ambiente natural para esta especie han sido de tres tipos:  1.- Plantación directa sobre el sustrato: el cual es usado en sustratos arenosos fangosos, y consiste en la introducción de manojos de algas sobre el sustrato, generalmente fondo marino, contando para ello con el apoyo de personal de buceo (MENDEZ C. 2010).  2.- Plantación Indirecta: usando para ello mangas de polietileno rellenas con arena, las cuales se usan como sistema de anclaje para el alga pelillo (MENDEZ C. 2010).  3.- Plantación usando cuerdas suspendidas: el cual es un sistema recomendado para sectores fangosos o en lugares en que se encuentren partículas grandes como grava, bolones y otros que hagan difícil usar las técnicas anteriores (MENDEZ C. 2010). 

Macrocystis spp. y Lessonia spp. El cultivo comienza con la recolección de material reproductivo (algas) que se obtiene de praderas naturales, las que son inducidas para liberar esporas que se asientan y se desarrollan en un sustrato. Gutiérrez nos comenta que “el sustrato utilizado es cabo de perlón, de 2-3 mm. de diámetro” además, nos explica acerca de las condiciones en que son cultivadas las algas en laboratorio: “en el laboratorio les damos las condiciones apropiadas para que el alga se desarrolle, las mantenemos en estanques de fibra de vidrio, con flujo abierto, a una Tº entre 10-13 ºC, donde agregamos los nutrientes necesarios.

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Utilizan un producto comercial que le provee fosfato, vitaminas y nitrato, entre otros. Se mantiene con fotoperiodo, pero éste depende del estado de desarrollo en que se encuentren”. El tiempo de cultivo en laboratorio es variable, y esto depende de dónde se realice la etapa de chequeo. Las algas se pueden mantener por 1-2 meses en laboratorio, realizando la etapa de chequeo en mar, o bien, si se realiza el chequeo en laboratorio el alga se mantiene hasta los 4 meses antes de enviarla al mar”. Cabe destacar que con esta última opción se logran obtener plantas de tamaño más uniformes y mejor cuidadas, pero esto involucra un costo de mantención mayor. En el laboratorio las esporas son cultivadas en unidades cilíndricas de PVC que están enrolladas con el cabo de asentamiento. Al momento de trasladarlas al mar, este cabo se desenrolla y se ubica en el mar, de forma vertical, en un sistema de long-line, hasta que las algas logren un tamaño de 10 cm. Una vez que las algas están en el mar y logra un tamaño de 10 cm., a los 2-3 meses, se realiza el desdoble. A partir de este momento las algas se ubican en un sistema de long-line ubicado a 2 metros de profundidad. Las algas son puestas en la línea madre cada 25-30 cm., dispuestas en forma horizontal en un cabo de mayor diámetro que es destorcido para pasar el disco de fijación entre las hebras. Dicho cabo se une a la línea madre (http://www.mundoacuicola.cl/revista/revistaleer.php?noticia=112).

Porphyra spp.  Aparece en las costas rocosas del mundo, incluyendo algunas especies en los trópicos y en los polos. La mayor diversidad se puede encontrar en las regiones boreales o en zonas con clima frío a templado. La mayor parte de las especies se dan anualmente en verano o invierno. Porphyra soporta la desecación, por lo que puede vivir en las regiones más altas y secas de la zona intermareal. Los talos o tallos de Porphyra aparecen en su estado natural como organismos libres y sus filamentos microscópicos cavan en sustratos de carbonato de calcio.

Debido a su complicado ciclo de vida, el sistema de cultivo de Porphyra puede dividirse en cinco fases distintas: cultivo de conchocelis; recolección de conchosporas; crecimiento en mar abierto; cosecha y procesamiento. Técnicas de engorda Existen tres métodos principales de cultivo: en redes (a) flotantes, (b) semi-flotantes; y (c) fijas. Hay una cuarta técnica conocida como "redes de congelación" (http://www.fao.org/fishery/culturedspecies/Porphyra_spp/es).

astaxantinas

Microalgas

El cultivo comercial de microalgas y cianobacterias a escala industrial comenzó con la cultura de Chlorella en Japón alrededor de 1960 y seguida por el cultivo de Spirulina en Mexico, en Estados unidos y China en 1970. En los últimos 30 años, la industria biotecnológica de microorganismos fotosintéticos ha crecido y se ha diversificado. Estas microalgas crecen en un medio altamente selectivo, pueden ser cultivados en medios abiertos y permanecer relativamente libres de contaminación por otros microorganismos (http://bdigital.eafit.edu.co/bdigital/PROYECTO/P660.6CDT6 93/marcoTeorico.pdf).

PRINCIPALES MÉTODOS DE CULTIVO

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Sistemas para producción de microalgas. (A) Sistema tipo „circuito‟: es el tipo de sistema abierto de uso más frecuente; *Paletas giratorias para la circulación del agua. (B) Fotobioreactor tubular: es una clase de sistema cerrado de cultivo microalgal de uso común. Las flechas indican la dirección del flujo de agua (GARIBAY et al., 2009).

CULTIVO Medios para algas de agua dulce Entre las principales consideraciones a seguir están: El ph del medio. Las concentraciones de nutrientes primarios. La fuente de nitrógeno. Los posibles factores orgánicos o de crecimiento para el enriquecimiento. La composición de micronutrientes. Los medios de naturaleza artificial, de composición química conocida, son a menudo empleados como aditivos para medios naturales de composición química desconocida como es el agua de un río o de un lago. Estamos entonces ante medios de crecimiento enriquecidos (agua fertilizada), en donde Los medios enriquecidos tienen la ventaja de soportar el crecimiento de un gran número de especies de algas. Si estos medios son muy orgánicos corren el riesgo de contaminarse con bacterias más fácilmente que los inorgánicos. Vitaminas como cianocobalamina, biotina y tiamina son requeridas por muchas algas cuando crecen en cultivos axénicos. Ellas son usadas en muy bajas concentraciones y almacenadas en solución stock a temperatura de congelamiento. Ellas pueden ser autoclavados o filtradas con membrana y agregadas asépticamente al medio esterilizado. Las vitaminas son importantes en los cultivos axénicos (libre de bacterias), ya que cuando las bacterias están presentes (cultivos clonales) pueden suplir vitaminas directamente al cultivo (STEIN J. 1994).

Medio Zarrouk: Es el primer medio sintético formulado para Spirulina, usado todavía como medio estándar. En los componentes del medio el fosforo tiene un rol esencial ya que mantiene altas las tasas de producción en cultivos de microalgas, la mayor forma en la que el alga adquiere el fosforo es a través de fosfatos inorgánicos como H2PO4- o HPO4-2 y la Spirulina puede utilizar el fosforo en forma de P2O5; también el potasio juega un papel importante, es un cofactor para muchas enzimas, está involucrado en la síntesis de proteínas, regulación osmótica y es esencial para el crecimiento. El sulfuro es un constituyente de algunos aminoácidos escenciales, vitaminas y sulfolipidos, el bicarbonato regula las condiciones alcalinas en el cultivo. Beijerinck (pH 6.8): Se compone de 3 soluciones stock de macronutrientes y una de micronutrientes.

Medios para microalgas marinas El agua de mar es de por sí un medio propicio para el crecimiento de algas. Este es un medio natural complejo provisto de más de 50 elementos conocidos (componentes) y un elevado número de compuestos orgánicos variables. Este medio marino generalmente es fortalecido cuando se le añaden nutrientes como el nitrógeno, el fósforo, el hierro y otros. Un mejor entendimiento de los micronutrientes y de los factores de crecimiento han permitido mejorar este medio, aunque poco se ha hecho al respecto para las microalgas bénticas. El uso de estabilizadores (buffers) del pH no tóxicos y quelantes han facilitado la esterilización por calor de los medios marinos, sin que éstos se precipiten. Los aparatos de filtración son en muchos casos convenientes para esterilizar estos medios debido a la rapidez y facilidad con que se lo hace. Muchos medios enriquecidos y sintéticos han sido desarrollados para el cultivo de algas microscópicas planctónicas y algunas especies bénticas han crecido exitosamente con estos medios.

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