Cultivo de algas

El cultivo de algas, no es más que el cultivo de dichas especies, esta actividad también se conoce como alguicultura. Las algas que se utilizan para el cultivo son llamadas microalgas. La alguicultura se realiza con diversos fines, desde la obtención de las especies y hasta el cultivo, como tal.

Uno de los aspectos fascinantes de las algas, es que son especies que elaboran su propio alimento. Esto se realiza a partir de sustancias inorgánicas como el sol o el agua, en su mayoría pertenecen al reino protista.

Como bien sabemos, las algas son organismos fotosintetizadores que viven en él agua. Existe una gran diversidad de especies de algas, y es de sumo interés por su crecimiento rápido y su contenido de lípidos.

Pero, ¿Qué son las microalgas y cuál es su origen?

Nos remontamos al siglo XVI, específicamente en los pueblos aztecas, y su necesidad por la obtención de alimentos. La primera microalga aislada fue la Chlorella vulgaris, en 1890, y en 1940 comenzaron los estudios de la bioquímica de estos microorganismos.

En la Alemania de los años 40, se originó la producción de microalgas, en la cual fueron utilizadas las diatomeas.  El cultivo de algas también tuvo sus principios en Japón, en el año 1960 comenzó con el cultivo de algas Chlorella. De igual forma, en el año 1970, en el lago Texcoco en México, había el cultivo de algas espirulina.

Por su parte, en Tailandia en el año 1977, fue creada una planta de cultivo de algas espirulina. Y en Asia en 1980, había fábricas a gran escala que tenían una inmensa producción de microalgas Chlorella.

La producción de algas de Dunaliella salina se convirtió en la tercera industria más importante de microalgas. En el año 1986, se instalaron plantas de producción en Australia, en Israel y Estados Unidos.

origen algas

En la India también tenían una gran producción a gran escala de algas y de cianobacterias conocidas como algas verde-azules. Y en los Estados Unidos existía una gran producción de algas Haematococcus pluvialis.

Hoy por hoy, las algas son utilizadas como productoras de biomasa para la fabricación de biocombustibles. Por ende, debemos resaltar que el cultivo de las algas tiene un gran impacto desde sus tiempos remotos hasta la actualidad.

Establezcamos las ventajas del uso de microalgas

  • El cultivo de algas es de rápida reproducción, no necesitan el uso de pesticidas ni herbicidas.
  • Su producción en recursos vegetales y de aceites es de gran utilidad para la producción de biodiesel.
  •  La productividad de biomasa es de 100 veces más en promedio, con otras materias primas vegetales.
  • Se puede cultivar en cualquier época del año ya que se obtienen altos niveles de producción en condiciones controladas.
  • Son una fuente alternativa de proteínas y sus derivados.
  • Poseen baja demanda de energía y agua, tienen una gran producción de reserva de lípidos.
  • Son especies que elaboran su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas como el sol o el agua.
  • Dado que son organismos unicelulares, son de fácil reproducción.
  • A través de la biomasa se puede obtener una gran variedad de combustibles que satisfagan las necesidades energéticas.
  • Son organismos fotosintéticos que transforman la energía solar en energía química, a través de la fotosíntesis.

Desventajas del uso de microalgas

Una de las desventajas en el cultivo de algas es cuando la cantidad de lípidos es grande, se genera un alto costo. Es decir, cuando la concentración de biomasa en el cultivo y el contenido de lípidos aumentan, también aumentan los costes de extracción y transformación. El cosechado de la biomasa de microorganismos requiere de procedimientos de costos altos tanto en mantenimiento como de energía.

Importancia del cultivo de algas

algas-ecosistema

Las algas son de suma importancia para el ecosistema. Son piezas  fundamentales porque producen oxígeno a través de la fotosíntesis. Hoy día, el cultivo de algas tiene una diversidad en su uso, desde el área medicinal, empleándolas  en tratamientos antitumorales y reguladores del sistema inmune.

De igual forma destacamos  su utilización en la industria alimentaria  alimentos, gracias a su alto contenido proteínico. También es importante para la producción de energía y la calidad del agua, ya que se utiliza para controlar metales pesados en aguas naturales o contaminadas.

Su uso es de gran relevancia en la industria química, es por ello que son usadas en procesos para la obtención de diversas sustancias. Dichas sustancias se utilizan dentro de la industria alimenticia, farmacéutica, cosmética y para los biocombustibles que se realizan a base de ácidos grasos de algas.

De igual forma, poseen una gran importancia dentro de la agricultura, ya que hoy en día se usan para aplicar al suelo. Es decir, se usan como especie de fertilizantes, un suelo que se encuentre en óptimas condiciones permitirá un incremento en las cosechas  y sumara calidad a las mismas.

Cabe destacar que, las algas tienen mejores propiedades que los fertilizantes porque liberan nitrógeno de manera más lenta, las algas son ricas en microelementos que no permiten la proliferación de malezas.

algas-caracteristicas

Características de las algas

En  el cultivo de las algas la característica principal, es que son de crecimiento rápido y tienen un enorme potencial para generar grandes cantidades de biomasa en corto tiempo.

La biomasa generada es homogénea, las algas son de nutrientes simples, y poseen una gran variedad de biomoléculas y su eficiencia fotosintética es alta.

Estas poseen características importantes que bien vale la pena mencionar:

Pared celular: La cobertura externa de las algas, forma una estructura llamada pared celular, la cual tiene diversos nombres de acuerdo a la microalga. Esta pared celular se encuentra compuesta de una estructura esquelética y una matriz amorfa. El componente esquelético es la celulosa; aunque también pueden estar presentes otras macromoléculas como la pectina, peptidoglicano y proteínas.


El protoplasto: Es el contenido que se encuentra en la parte interna de una célula llamada protoplasto. En las células de las algas eucariotas, el protoplasto se encuentra rodeado por una membrana celular. Consiste en uno o más núcleos y un citoplasma que son esférico o elipsoidal.

Cabe destacar que la membrana celular está compuesta por lípidos y proteínas. Es delgada y elástica y selectivamente permeable. El núcleo es un cuerpo esférico o elíptico con uno o más nucléolos, según la especie y presenta una doble membrana nuclear.

En el citoplasma se encuentran orgánulos celulares como mitocondrias, cloroplastos, aparatos de Golgi, retículo endoplásmico y vacuolas. Para el caso de las células de algas procariotas Cyanophytas, el núcleo no se encuentra limitado por ninguna membrana. Y el protoplasto si se diferencia en un cromo plasma periférico externo. El mismo contiene pigmentos fotosintéticos y un centro plasma incoloro interno que representa al núcleo.


Nutrición: En su mayoría, las algas son fotoautótrofos, esto quiere decir que su metabolismo depende del dióxido de carbono CO2 y de la luz solar como fuente de energía. Algunas especies de algas son heterotróficas y pueden desarrollarse en ausencia de luz, obteniendo el carbono orgánico del ambiente. Las algas autotróficas, por el contrario; no pueden sintetizar los componentes como las vitaminas y tienen que importarlos del medio de cultivo.


Pigmentos: Los pigmentos de las algas se encuentran dentro de las células en asociación con las membranas fotosintéticas. La pigmentación de las algas se deriva de tres grupos de moléculas: ficobilinas, clorofilas y carotenoides. El color verde de las microalgas, se da por las clorofilas, el cual puede modificarse a través de otros pigmentos.

Podemos resaltar que existen 4 tipos de clorofila que son: a, b, c y d. La clorofila a, se encuentra en todas las algas y es el principal pigmento fotosintético. Las otras clorofilas funcionan como pigmentos accesorios.

Los carotenoides se dividen en dos grupos, carotenos que son hidrocarbonos libres de oxígeno y las xantofilas. Los carotenos poseen 4 grupos en las algas, y el βeta-caroteno es el que está presente en todos los grupos de algas. Las ficobilinas son pigmentos azules o rojos solubles en agua que se encuentran localizados dentro de las membranas fotosintéticas.

Lo que debes saber sobre la cultivación de algas

Primeramente, se deben tener instalaciones adecuadas para el cultivo. Se debe contar con fuentes de agua, poseer sistemas de bombeo de agua y tanques de almacenamientos de agua. Estas instalaciones son recomendables que se encuentren en zonas de clima templado para que los cultivos masivos se puedan desarrollar a la intemperie y tengan luz solar.

Luego se realiza la selección de la especie de alga a cultivar, esto dependerá de la finalidad que se le desea brindar a la biomasa, es decir, si es para la obtención alimenticia, farmacéutica, cosmética o biocombustible.

Las especies más comunes que se utilizan en el cultivo de algas son:

  • Para el consumo humano: Porphyra (nori), Laminaria (kombu) y Undiaria (wakame).
  • Para la producción de agar se cultivan las especies de Gracilaria.
  • Para la producción de carragenina, se cultivan especies de algas como Kappaphycus alvarezii, Eucheuma denticulatum, Gigartina, Chondrus.

Para el cultivo de algas es importante que, éstas vivan en buenas condiciones, para que su producción tenga un gran crecimiento. Cada especie presenta un intervalo particular de temperatura, salinidad, intensidad de luz, bióxido de carbono y oxígeno.

  • La luz es uno de los principales factores a considerar en un cultivo de algas, para que puedan realizar de manera eficiente su proceso fotosintético.
  • La temperatura debe ser proporcional para cada especie, para que tengan una buena respiración y puedan reproducirse. Esto depende del tipo de instalación. Si es en áreas cerradas, como en un laboratorio, la temperatura se puede controlar y si es áreas abiertas, como estanques, se puede disminuir.
  • Las algas requieren de diferentes PH para que puedan crecer sin ningún problema. Son sensibles a la variación del PH y esto afecta su crecimiento y reproducción. El pH puede ser controlado a través de CO2.

Por otra parte, el medio de cultivo para el desarrollo de las algas debe contar con suficientes nutrientes y debe estar libre de microorganismos contaminantes. Existen elementos fundamentales para un buen crecimiento de las algas que son el Nitrógeno, Fosforo, Carbón y Azufre.

Sistemas de cultivo para microalgas

Solo existen dos tipos de sistemas de cultivo de microalgas, los sistemas abiertos y los sistemas cerrados.

Sistemas abiertos: Son los que se centran en estanques y se caracterizan por no estar protegidos por la lluvia, el polvo, las aves y cualquier tipo de insectos. Esto hace que se encuentre expuesto a cualquier tipo de contaminación ambiental.

Estos sistemas están expuestos a cualquier agente contaminante y también a cualquier depredador. En estos estanques se dificulta el mantenimiento de los cultivos. Los estanques tienen dos sistemas, extensivo e intensivo. El extensivo utiliza grandes superficies y el intensivo son estanques de poca profundidad.

cultivo abierto
cultivo-cerrado

Sistemas cerrados: Estos sistemas si poseen protección para evitar cualquier contaminación del medio ambiente y mejorar sus condiciones. En los sistemas cerrados de cultivo se encuentran los tipos planos, cilindros verticales,  tubulares y fundas o bolsas.

Medio de cultivo de algas

medio-de-cultivo

A través del medio de cultivo se transporta los nutrientes inorgánicos que necesitan las microalgas para su crecimiento. El suministro de medio de cultivo y los nutrientes deben estar acoplados con la producción de biomasa, de manera que sean suficientes para que no se produzca una disminución en la productividad de la misma.

Cabe destacar que el oxígeno es fundamental en el cultivo de las algas, ya que, por ser microorganismos fotosintéticos, son especies capaces de utilizar el CO2, el agua y la energía solar para producir biomasa.

Por otra parte, el nitrógeno también es un elemento de importancia para las algas. Al poseer un alto contenido de N, estas especies logran tener un rápido desarrollo. Si las algas poseen un nivel bajo de nitrógeno, las mismas tendrán un desarrollo lento.

Aunado a esto, el nitrógeno permite elevar el PH. También debemos resaltar que es utilizado para el tratamiento de las aguas, esto permite que las especies se críen en un ambiente libre de contaminantes.

Por consiguiente, concluimos que los nutrientes necesarios para el cultivo de las algas son:

  • El Agua que es un nutriente que suministra los electrones y son necesarios para la reducción del CO2 que se encuentra en ella.
  • El Carbono es suministrado como CO2. El CO2 puede estar presente como alguna sal derivada, como el carbonato. El carbono constituye aproximadamente un 50% de la biomasa.
  • El Oxígeno que respiramos es producido en un porcentaje por algas. Estas especies se caracterizan por su rápido crecimiento y su capacidad de captura de CO2.
  • El Nitrógeno es una parte fundamental en el cultivo de algas, ya que forma parte de las proteínas y nucleótidos de la biomasa.
  • El Fósforo es parte importante por su suministro de fosfato para metabólicos, lípidos, enzimas y multitud de especies bioquímicas.
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