Acompañamos los grandes cambios en la creciente industria de algas
08 Jul 2019
Como producto rico en ácidos grasos poliinsaturados, proteínas, enzimas, vitaminas, minerales y elementos de traza, no nos sorprende que las algas se hayan convertido en una valiosa materia prima de numerosos productos de la industria farmacéutica, química y alimentaria. Durante más de 50 años, GEA ha acompañado a nuevas empresas y productores de algas con soporte de I D y tecnologías de procesado de alta calidad que cumplen los estrictos estándares de la industria.
Es uno de los consumidores de CO2 más importante de nuestro planeta, pues 1 kg de biomasa de algas puede almacenar unos 2 kg de CO2 a la vez que libera 1,6 kg de oxígeno. Además de esta significativa función, existen muchas aplicaciones en que se usan algas, desde la fabricación de pasta dentífrica, betún para calzado, crema facial, pienso animal, alimentos y suplementos alimentarios, colorantes alimentarios naturales, biofertilizantes y acondicionadores de suelos, hasta el tratamiento de aguas residuales como ligante de metales pesados. Y la lista es cada vez más numerosa.
Tanto en su forma marina como de agua dulce, las algas se clasifican de acuerdo a su tamaño –macro y microalgas– y su color: azules, verdes, marrones o rojas. Las macroalgas incluyen plantas acuáticas de tamaño considerable, como las variedades de kelp, que pueden crecer hasta una longitud de 50 metros. Las microalgas, que incluyen, por ejemplo, la Chlorella y la Spirulina:
- Son organismos unicelulares microscópicos (células con un tamaño de 2-10 micrómetros)
- No tienen raíces, tallos ni hojas
- Pueden cultivarse en foto-biorreactores (PBR) o en lagunas abiertas y alimentarse con aguas residuales, incluso con lodos, o cultivarse mediante fermentación heterotrófica, en que las algas se alimentan con azúcares en vez de luz solar
- Su cultivo puede realizarse en terrenos que no son adecuados para la agricultura, por lo que no se interfiere con la producción de alimentos
Es necesario un procesado o cosechado para separar la biomasa de algas del agua en que han crecido –campo en que participa GEA desde la década de sesenta, con tecnologías para concentrar, extraer, lavar y secar las algas.
Desde un punto de vista nutricional, las algas son extraordinarias. Algunos pescados como el salmón, por ejemplo, contienen aceites omega-3 beneficiosos pero no lo producen naturalmente, sino gracias al consumo de microalgas. Esto significa que el aceite de algas tiene un gran potencial para satisfacer las necesidades nutricionales globales, y que podría eliminar parte de la presión que existe sobre el suministro de pescado si se usase más ampliamente en los piensos para pescado. De manera similar, el incremento de la demanda de fuentes de energía fiables, sostenibles y de bajo coste, y de plásticos biodegradables, también es un factor importante que puede influir en el crecimiento de este sector.
Con cuidado: Frenando el cizallamiento para aumentar la tasa de supervivencia de las algas
El procesado moderno de algas requiere una tecnología de centrifugación para concentrar, extraer y lavar las suspensiones de algas cosechadas. Debido a la composición biológica de las algas, las centrífugas suelen ser el único medio asequible que permite procesar con eficiencia las microalgas, no solo porque se usa menos energía que con la filtración por membranas cerámicas, sino también porque el tamaño de las células causa obstrucciones y aglutinamiento en los filtros rotativos de vacío tradicionales.
Dicho esto, una centrífuga significa aplicar fuerza centrífuga, y mantener vivas las células de algas mientras se las expone a una fuerza de 15.000 G resulta complicado. Durante este proceso, hay dos pasos críticos: introducir las células en el campo centrífugo y después retirarlas. GEA ha resuelto este reto de alimentar las células sensibles en un sistema rotativo hace varios años con su sistema de alimentación hidrohermética patentado. Este sistema consiste de un disco al final del tubo de alimentación que introduce las células por debajo del nivel del líquido en una cubeta llenada previamente –similar al efecto que se consigue cuando se llena un cubo con agua con la manguera colocada por debajo de la superficie, evitando así las salpicaduras.
Más recientemente, GEA ha desarrollado una solución muy necesaria para descargar las células que son muy sensibles al cizallamiento, como Diatomeas y Haptophyta, del sistema rotativo sin dañarlas ni destruirlas, dado que las tasas de mortalidad pueden alcanzar el 90 por ciento, incluso a bajas velocidades. La mayoría de productos procesados permite un tratamiento pesado sin ningún efecto negativo y, durante la expulsión normal, la cubeta se abre mientras funciona a velocidad total o reducida, mientras que los sólidos recolectados simplemente se expulsan al captador.
En el caso de las algas, la centrífuga concentra las células y las recoge durante su funcionamiento en el espacio de retención de sólidos que existe en la periferia de la cubeta –el punto exacto donde las fuerzas de centrifugación son más altas. La clave de la solución de GEA fue encontrar una manera de ralentizar los sólidos durante la descarga, reduciendo la velocidad con que las células colisionan contra la pared del captador. Esto fue lo que llevó al desarrollo del sistema de expulsión asistido por hidrofreno de GEA. La función asistida por freno actúa como una cortina de fluido a través de la cual se expulsan los sólidos. El sistema de control está creado montando una serie de boquillas de pulverización en el captador, que en cuanto se activa el pistón, se disparan y pulverizan una cortina de fluido dentro del captador, ralentizando o frenando significativamente la velocidad de expulsión de los sólidos. El fluido utilizado suele ser agua, aunque también puede emplearse la fase aclarada separada. Debido a que las boquillas pulverizan solo durante un momento cuando se activa el segundo pistón, puede mitigarse la redilución del concentrado de algas.
Vista transversal de una separadora GEA que muestra el patrón de flujo del liquido incluyendo el sistema de descarga.
Reducción de pérdidas de producto del 95 al 2 por ciento con la nueva función
En 2018, la OP Bio Factory de Japón, que investiga y desarrolla productos naturales provenientes de recursos marinos para su uso en fármacos y sustancias funcionales, empezó a utilizar el nuevo hidrofreno de GEA. Cuando se utilizaba un sistema de expulsión convencional, el 95 por ciento de las células de algas del cliente quedaba destruido durante la descarga. Con la nueva función asistida, las pérdidas de células de algas se han reducido a solo un 2 por ciento, lo que representa una extraordinaria mejora en cuanto a costes y eficiencia. Ahora, la OP Bio Factory puede procesar con centrífugas incluso las células de algas más sensibles.
Colaboramos para satisfacer la creciente demanda de productos de algas
Para las nuevas empresas de la industria de algas, la financiación es un elemento clave para pasar de la fase de laboratorio a la fase piloto. Los inversores, normalmente, quieren evidencias que demuestren que una determinada tecnología funciona a pequeña escala y puede escalarse para producir varias toneladas de biomasa de algas, o galones de aceite de algas, antes de aportar sus fondos. Los factores clave para escalar con éxito la producción y procesado de algas son reducir el consumo de energía y los costes operativos.
Desde 2015, GEA ha prestado su apoyo a una nueva empresa biotecnológica francesa, empezando por ensayos de separación in situ. Trabajando juntos, GEA ha ayudado al cliente a desarrollar un proceso individualizado de cultivo de algas que produce una biomasa de alta calidad a escala industrial para su uso en nutrición animal, alimentación y cosmética. La separadora de boquillas GEA viscon®, por ejemplo, se está utilizando para la separación de algas heterotróficas, produciendo un concentrado homogéneo con una máxima materia seca mediante el uso de una máquina con capacidad CIP que ofrece una alta eficiencia de separación.
La compañía holandesa Duplaco también utiliza la experiencia de separación de GEA para procesar sus microalgas Chlorella, cultivadas mediante fermentación heterotrófica, que se pueden utilizar en la producción de alimentos saludables como batidos, hamburguesas y pasta de algas, o suplementos alimentarios y nutrición animal. Las soluciones de GEA ayudan a garantizar la alta calidad y máxima consistencia de los suplementos y el polvo alimentario de algas de Duplaco, a la vez que minimizan los costes energéticos y el espacio de producción.
Poder asociarse con los clientes desde las primeras etapas es muy importante a la hora de desarrollar procesos de cultivo de algas, dadas las exigencias de reducir los costes por unidad y de producción”.- Alexander Piek, Director de Aplicaciones - Separación, Algas, GEA Renovables
- Alexander Piek, Director de Aplicaciones - Separación, Algas, GEA Renovables
El creciente enfoque en el refinado de algas para lograr una producción sostenible de alimentos llevó a GEA y a varios socios de la comunidad científica y empresarial de la UE a crear el proyecto de Biorrefinería Sostenible de Algas para la Agricultura y la Acuicultura (SABANA) en 2016. Es una iniciativa Horizonte 2020 financiada por la UE cuyo equipo ha desarrollado una biorrefinería de algas integrada a gran escala para la producción de piensos y aditivos para piensos, incluyendo bioestimulantes, biofertilizantes y biopesticidas, demostrando la viabilidad técnica, ambiental y social de producir derivados de algas con agua marina y aguas residuales como única fuente nutricional.*
En el proceso de trabajo relacionado con los biopesticidas, el equipo está cultivando, probando y procesando cepas de algas que contienen agentes antimicrobianos que sirven para controlar distintos patógenos vegetales. Con el fin de procesar la biomasa sensible, GEA ha suministrado su experiencia y equipos, incluyendo centrífugas para el cosechado y concentración de microalgas, homogeneizadores para disrupción celular, y una torre de atomización para el secado de la biomasa, para probar los distintos agentes activos, esperándose los resultados para finales de 2021.
Fotobiorreactores tubulares que producen microalgas en la planta de demostración I D de SABANA, Centro de Investigación IFAPA, Almería, España. Cortesía: SABANA
GEA tiene la herramienta adecuada para la tarea
GEA ofrece distintas separadoras y decantadores entre los que elegir, cada uno con ventajas individuales según sea el tipo de alga y las condiciones de su cultivo. La elección de una separadora también depende de las capacidades que se van a manejar, la viscosidad del producto, el contenido de sólidos, el valor del pH en el caldo de fermentación y la estructura celular. El siguiente paso del procesado para incrementar la concentración y desecar la biomasa o clasificar las microalgas es un decantador de GEA.
Cuando se trata de procesar las microalgas rojas y verdes, los homogeneizadores GEA resultan idóneos, pues suministran la materia prima de muy alta calidad que se requiere para los suplementos de vitaminas y alimentarios, y para biomateriales y bioplásticos. Esta tecnología consta de unos componentes fiables y duraderos que satisfacen los requisitos asépticos y permiten obtener unos productos que cumplen todas las normativas. La homogeneización es un proceso mecánico que rompe la pared celular externa con un presión de hasta 1.500 bar para liberar el fluido intracelular. Ofrece ventajas en cuanto a fiabilidad y recuperación de los costes totales de propiedad, dado que:
- Es un proceso rápido y continuo
- Los resultados obtenidos en laboratorio son un 100% reproducibles a escala industrial
- La presión se puede modificar para encontrar el grado de ruptura celular correcto
- No hay posibilidad de que otras sustancias contaminen el producto
Aunque las centrífugas pueden eliminar la mayor parte del agua libre de las suspensiones de algas, algunas aplicaciones necesitan polvo de algas, para lo que se requiere el secado por atomización. El polvo seco de algas es una proteína de alta calidad que puede utilizarse, por ejemplo, como aditivo en piensos animales.
* Este proyecto ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea de acuerdo con el convenio de subvención N.º 727874.
