Trophic ecology of
Girardinichthys multiradiatus
103
T e Biologist (Lima). Vol. 22, N
º
1, ene - jun 2024
T e Biologist (Lima)
T e Biologist (Lima), 2024, vol. 22 (1), 103-113
REVIEW ARTICLE / ARTÍCULO DE REVISIÓN
BIOMASS ENHANCEMENT OF MICROALGAE BY DAIRY EFFLUENTS:
A SYSTEMATIC REVIEW
INCREMENTO DE BIOMASA EN MICROALGAS MEDIANTE
EFLUENTES LÁCTEOS: REVISIÓN SISTEMÁTICA
Candy Alvarado-Vergara
1*
; Milene Marín-Fernandez
1
& Jhaqui Salas-Pastor
1
ISSN Versión Impresa 1816-0719 ISSN Versión en línea 1994-9073 ISSN Versión CD ROM 1994-9081
Este artículo es publicado por la revista T e Biologist (Lima) de la Facultad de Ciencias Naturales y Matemática, Universidad Nacional Federico Villarreal,
Lima, Perú. Este es un artículo de acceso abierto, distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional (CC BY
4.0) [https:// creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.es] que permite el uso, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que la obra
original sea debidamente citada de su fuente original.
DOI: https://doi.org/10.62430/rtb20242211730
o
VOL. 22. N 1, ENE-JUN 2024
1
Escuela Académico Profesional Biología y Biotecnología, Facultad Ciencias de la Salud. Universidad Nacional de Cajamarca,
Cajamarca 732501, Perú.
* Corresponding author: calvaradov19_2@unc.edu.pe
Candy Alvarado
-
Vergara
:
https://orcid.org/0009-0000-4287-8426
Milene Marín
-
Fernandez:
https://orcid.org/0009-0001-8463-9789
Jhaqui Salas
-
Pastor:
https://orcid.org/0000-0003-2458-1279
ABSTRACT
T is systematic review investigated how wastewater from the dairy industry impacts microalgae production, looking
to see if it could contribute to increasing biomass and reducing environmental pollution from these landf lls. Studies
published between 2018 and 2024 in Scielo and Scopus were analyzed, selecting 12 relevant publications for the
analysis. It was found that microalgae can ef ectively take advantage of the nutrients present in dairy ef uents, such as
nitrogen, phosphorus, and organic matter, being used for their growth. Optimizing culture conditions, including pH,
temperature, and lighting, as well as choosing suitable culture systems, such as ponds and photobioreactors, are essential
factors. In terms of costs and ef ciency, the advantages and disadvantages of the systems to be used must be considered.
In conclusion, the use of dairy waste can favor the increase in microalgae biomass, which helps mitigate pollution,
of ering various biotechnological opportunities.
Keywords:
Biomass – Microalgae – Mi lk ef uents
RESUMEN
Esta revisión sistemática investigó cómo las aguas residuales de la industria láctea impactan en la producción de microalgas,
buscando determinar si podrían contribuir al incremento de la biomasa y reducir la contaminación ambiental de estos
vertederos. Se analizaron estudios publicados entre 2018 y 2024 en Scielo y en Scopus, seleccionando 12 publicaciones
relevantes para el análisis. Se encontró que las microalgas pueden aprovechar ef cazmente los nutrientes presentes en los
ef uentes lácteos, como nitrógeno, fósforo y materia orgánica, siendo utilizados para su crecimiento. La optimización
104
Te Biologist (Lima). Vol. 22, N
º
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Alvarado-Vergara
et al.
de las condiciones de cultivo, incluyendo pH, temperatura e iluminación, así como la elección de sistemas de cultivo
adecuados, como estanques y fotobiorreactores, son factores fundamentales. En términos de costos y efciencia, se deben
considerar las ventajas y desventajas de los sistemas a utilizar. En conclusión, el uso de desechos lácteos puede favorecer
el incremento de biomasa de microalgas, lo que ayuda a mitigar la contaminación, ofreciendo diversas oportunidades
biotecnológicas.
Palabras clave:
Biomasa
–
Efuentes lácteos
–
Microalgas
INTRODUCCIÓN
Las industrias lácteas generan gran cantidad de aguas
residuales ricas en nutrientes (Álvarez
et al
., 2020). En la
última década, la producción de leche ha experimentado
un incremento del 2,4%, este crecimiento se mantuvo
constante en el año 2021, y se elevó al 2,5% en el año 2022,
superando las 2.000 T en producción, especialmente la
leche procesada y productos fermentados como yogures y
quesos. Evidenciándose en países como Nueva Zelanda,
China, Alemania, Francia y Perú (Andina, 2023).
El aumento en la demanda de estos productos lácteos,
incrementa la producción de residuos, principalmente
agua residual, estimándose entre 2,5 y 3 L por cada L
de leche procesada. A nivel mundial, la industria láctea
genera entre 4 y 11 millones de T de desechos, aunque
estos contienen nutrientes valiosos como lactosuero
y lactoferrina (Lione
et al
., 2021; Rojo, 2022). Estos
nutrientes son vitales para el desarrollo de ciertos
organismos vivos.
Las microalgas son seres unicelulares, clasifcados
como organismos eucariotas y procariotas. Son capaces
de metabolizar compuestos orgánicos e inorgánicos,
utilizando la energía solar para transformarla en energía
química. Esta característica les permite aprovechar los
nutrientes de los efuentes y utilizarlos para la producción
de biomasa (Streit
et al
., 2017; Rojo, 2022).
Los efuentes lácteos, ricos en nutrientes como nitrógeno,
fósforo y materia orgánica, desafían a la gestión
ambiental debido al impacto que generan cuando son
descargados sin tratamiento adecuado. Por ello, su uso
como sustratos para el cultivo de microalgas, constituye
una estrategia prometedora en cuanto a soluciones
sostenibles y efcientes para producir biomasa y mitigar la
contaminación ambiental (Abdelfattah
et al.,
2023).
El cultivo de microalgas utilizando estos efuentes, son
una alternativa ecológica con gran capacidad de reducción
de nutrientes (Monzón, 2022), ya que las microalgas
utilizan los compuestos presentes, para su crecimiento
exponencial en tamaño y número (Microalgas:
biotecnología para el saneamiento universal, 2021). De
acuerdo con Arenas (2023), las microalgas establecen
una relación simbiótica con las bacterias presentes en los
efuentes lácteos, constituyendo una estrategia clave para
su cultivo.
Por tanto, el objetivo de esta revisión sistemática es
determinar si los efuentes lácteos incrementan la biomasa
de las microalgas, aprovechando así este residuo lácteo y
reduciendo la contaminación ambiental en los vertederos
de descarga.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se realizó una revisión sistemática, relacionada con
el incremento de biomasa en microalgas mediante el
uso de efuentes lácteos. La búsqueda de información
comprende el periodo del 2018 hasta el 2024, en las bases
de datos: Scopus y Scielo. En la búsqueda de información
se emplearon términos clave, en Scopus las palabras
“dairy AND efuents AND increase AND biomass AND
microalgae”, y en Scielo “efuents AND microalgae”. Se
incluyeron artículos con enfoque cuantitativo, cualitativo
y mixto.
Aspectos Éticos:
Los autores afrman que no llevaron
a cabo pruebas con seres humanos o animales. Dado
que se trata de una revisión sistemática, no implica una
evaluación física.
105
Biomass enhancement of microalgae by dairy efuents
Te Biologist (Lima). Vol. 22, N
º
1, ene - jun 2024
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Selección de estudio
Se seleccionaron 30 estudios de las bases de datos según
los criterios de inclusión y exclusión, sin ningún artículo
duplicado. Posteriormente 18 artículos fueron excluidos
manualmente por desviarse de nuestro campo de estudio,
incluyendo únicamente 12 artículos para un análisis
más extenso. Finalmente se añadieron dos artículos de
investigaciones previamente ya seleccionadas. En la fg. 1
se muestra el diagrama de fujo del proceso de selección.
Figura. 1.
Diagrama de fujo PRISMA.
.
Estudios incluidos en
la revision
(n = 14)
Informes de estudios
incluidos.
(n = 14)
In
cl
ui
d
os
Registros
identificados
desde*:
Scopus (n = 10)
Scielo (n =13)
Registros eliminados antes
del cribado:
Registros duplicados
eliminados (n = 0)
Registros marcados como no
aptos por las herramientas de
automatización (n =0)
Registros eliminados por
otros motivos (n = 0)
Registros
cribados
(n =23)
Publicaciones no
recuperadas
(n = 0)
Informes
solicitados para su
recuperación
(n = 23)
Publicaciones no
recuperadas
(n=0)
Publicaciones
recuperadas para
la evaluación
(n=23)
Publicaciones
excluidas*:
El contenido de los
artículos contiene
información ajena al
tema que estamos
revisando.
(n =12)
Identificación de estudios a través de bases de datos y
registros.
Identificación de estudios mediante otros métodos.
Cr
ib
ad
o
Registros
identificados de:
Scopus (n=3)
Informes
evaluados para
determinar la
elegibilidad
(n =3)
Informes
excluidos:
(n=0)
Informes buscados
para su
recuperación
(n = 3)
Informes no
recuperados
(n = 0)
Id
en
tif
ic
ac
ió
n
106
Te Biologist (Lima). Vol. 22, N
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Alvarado-Vergara
et al.
Características del estudio
En la tabla 1 se muestran las características de los estudios
incluidos, detallando autor y año, título, objetivo y
principales resultados.
Tabla 1.
Características de los estudios.
AUTOR Y AÑOTÍTULOOBJETIVOPRINCIPALES RESULTADOS
Bhatia
et al.
(2021)
Biorrefnería de
microalgas basada
en aguas residuales
para la producción
de bioenergía:
Progresos y retos.
Recuperación de los
compuestos de aguas
residuales para el incremento
de biomasa en microalgas.
Las aguas residuales contienen carbono,
nitrógeno, potasio y fósforo. Las microalgas
asimilan de mejor manera estos nutrientes y
evitan la eutrofzación en el medio mediante
el uso de sistemas abiertos y cerrados.
Ghobrini
et al
.
(2018)
Cultivo de
Chlorella
vulgaris
utilizando
un medio salino
procedente de un
efuente lácteo.
Elaborar técnicas para
mejorar la efciencia
productiva y reducir costos
en cuanto la producción de
biomasa microalgal.
El uso de agua residual salina del efuente
lácteo, afecta la tasa de crecimiento según el
tiempo y las técnicas de cultivo, alcanzando
un estado estacionario tras 80 h. Asimismo,
niveles elevados de sales favorecen el
aumento de biomasa. Se observó que el
fósforo y el magnesio no inciden en la
producción de cultivos, por lo que se sugiere
que esta podría ser una manera rentable de
incrementar la producción de biomasa.
Kumar
et al.
(2020)
Análisis técni-
co-económico de
la producción de
microalgas con trat-
amiento de efuentes
lácteos utilizando un
sistema de tanque
escala piloto.
Evaluar los sistemas de
escalamiento en cuanto al
aspecto técnico y económico
para la producción de
microalgas a favor de mitigar
problemas ambientales
asociadas al vertimiento
directo de efuentes lácteos.
Los métodos de tratamiento para aumentar
la biomasa de microalgas es benefcioso ya
que no suponen una carga adicional sobre
los recursos hídricos. Donde el sistema de
fondo plano que contenía efuente lácteo
rico en la relación de C:N:P a diferentes
capacidades, demostró ser rentable y
efciente para el incremento de producción
de microalgas
Mercado
et al.
(
2
020)
Mejorar la biomasa
y la productividad
de lípidos de
Scenedesmus
sp.
Cultivado en las
aguas residuales de
la industria láctea.
Evaluar el efecto del
cultivo en aguas residuales
procedentes de la elaboración
de queso sobre los parámetros
de crecimiento y la
composición de la biomasa
de
Scenedesmus
sp. y la
capacidad de eliminación de
los nutrientes presentes.
Mostró resultados prometedores alcanzando
valores de 198,36 ± 12,73 mg g
-1
para la
concentración de proteínas, 268,51 ± 24,52
mg g
-1
para los carbohidratos y 507,81 ±
19,09 mg g
-1
para la producción de lípidos
en el tratamiento, indicando que el 20%,
27% y 51% de proteínas, carbohidratos y
lípidos. Asimismo, 88,41% y un 97,07%
para nitrógeno y fósforo.
Nachiappan &
Chandrasekaran
(2023)
Microalgas: El
sistema ecológico de
la naturaleza para
convertir residuos en
recursos.
Evaluar el impacto de
efuentes lácteos tratados y
no tratados en el incremento
de las microalgas quienes
podrían estar implicadas en
la germinación de Vig
na
mungo
.
Se determinó que el uso de efuentes
diluidos al 50% en un biorreactor con
condiciones reguladas, infuyó en el mayor
crecimiento y multiplicación de cepas de
algas. Donde se demostró que la abundancia
de nitrógeno producía mayor rendimiento
vegetativo, sin embargo, se excede por
encima de los límites puede generar retraso
en el crecimiento y madurez.
(Continúa Tabla 1
)
107
Biomass enhancement of microalgae by dairy efuents
Te Biologist (Lima). Vol. 22, N
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1, ene - jun 2024
Olano
et al.
(2019)
El vertido de
aguas residuales
con ftoplancton
puede favorecer
el desarrollo de
cianobacterias en
el principal río de
abastecimiento de
agua potable de
Uruguay.
Evaluar la infuencia de un
efuente industrial lácteo que
agrega una gran biomasa
de ftoplancton en un río
utilizado para consumo
humano.
El vertido de efuentes industriales
lácteos contribuye signifcativamente
a la biomasa del ftoplancton en el río,
llegando a representar hasta un 37% de la
carga de clorofla. Estos efuentes lácteos
proporcionan un ambiente propicio para el
crecimiento de cianobacterias.
Pandey
et al.
(2019)
Optimización
secuencial de
la adición de
nutrientes esenciales
en efuentes
lácteos simulados
para mejorar
el crecimiento,
la producción
de lípidos y la
eliminación de
nutrientes de
Scenedesmus
sp.
ASK22
Demostrar el rendimiento
de biomasa y lípidos de
Scenedesmus
sp. ASK22 y la
remediación simultánea de
nutrientes de efuentes lácteos
simulados (SDE).
Demostró que el valor óptimo del pH
inicial, NaNO
3
(g L
-1
), EDTA (mg L
-1
) y
micronutrientes (ml L
-1
) era 7,18, 1,21,
0,848 y 0,969, respectivamente, para
la acumulación máxima de lípidos. El
rendimiento máximo de biomasa y lípidos
de
Scenedesmus
sp. ASK 22 en el medio
optimizado fue de 2,68 gL
-1
y 1,05 gL
-1
respectivamente, lo que resultó en un
aumento general de 2,19 y 2,8 veces en
comparación con el SDE sin nutrientes
añadidos. Los C16:0, C18:0, C18:1 y
C18:3 Fueron los ácidos grasos dominantes
en los lípidos, lo que indica un gran
potencial de
Scenedesmus
sp.
Ummalyma
et al.
(2021)
Recuperación de
recursos mediante
biorremediación de
aguas residuales y
residuos de carbono
por microalgas:
un enfoque de
bioeconomía
circular.
Analizar la producción
sostenible de biomasa de
microalgas usadas como
fábricas celulares en aguas
residuales, enriquecidas
con productos bioquímicos
adecuados para aplicaciones
en biotecnológicas.
Las aguas residuales no son tóxicas
y proporcionan medio adecuado en
nutrientes inorgánicos (como nitrógeno
y fósforo) y orgánicos (como carbono).
Además esto se facilita con métodos de
cultivo, donde se usan sistemas abiertos
(como estanques y canales) o cerrados
(como foto biorreactores).
Ummalyma
et al.
(2023)
Producción
sostenible de
biomasa microalgal
en aguas residuales
de la industria
alimentaria para
productos de
biorrefnería de bajo
coste.
Revisar los diferentes
procesos de recolección de
biomasa de microalgas y
las brechas que tienden a
obstaculizar la producción de
biomasa.
Las microalgas cultivadas en aguas
residuales mostraron un crecimiento
efciente y una alta producción de biomasa,
debido a la concentración de nutrientes
como nitrógeno y fósforo. La biomasa
producida además es adecuada para la
obtención de productos de alto valor,
como biocombustibles, pigmentos y otros
compuestos útiles.
Zieliński
et al
.
(2018)
Tratamiento
de efuentes de
digestión anaerobia
(EDA) acoplado a
la producción de
microalgas
Chlorella
sp.
Evaluar la efcacia de la
remoción de nutrientes de
los efuentes de digestión
anaeróbica (
EDA
s) mediante
el cultivo de Chlorella sp. y la
productividad de biomasa de
microalgas.
La cultura de
Chlorella
sp. demostró ser
efcaz en la
remediación de
los
EDA
. Los
parámetros evaluados incluyeron nitrógeno
total, nitrógeno amoniacal total, fósforo
total, P-PO
4
y la demanda bioquímica
de oxígeno. Además, se obtuvo la mayor
productividad de biomasa utilizando
diferentes fuentes estando entre ellas las
aguas residuales lácteas.
(Continúa Tabla 1
)
(Continúa Tabla 1
)
108
Te Biologist (Lima). Vol. 22, N
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Alvarado-Vergara
et al.
Beltran-Rocha
et
al.
(2017)
Biotratamiento
de efuentes
secundarios
municipales
mediante
microalgas: Efecto
del pH, nutrientes
(C, N y P) y
enriquecimiento con
CO
2
Monitorizar condiciones
críticas en la asimilación de
C, N y P por microalgas y
la infuencia de los factores
dependientes del pH, así
como la adición de CO
2
y su
interacción en el tratamiento
terciario de aguas municipales
durante la producción de
biomasa de microalgas.
El uso de microalgas en el tratamiento de
aguas municipales es una solución efectiva
para eliminar nutrientes como nitrógeno
y fósforo. Estas tecnologías biológicas
garantizan el cumplimiento de normativas
ambientales y promueven el reciclaje de
recursos mediante la generación de biomasa
con diversos usos potenciales
Campos-Pena
et
al
. (2019)
Consorcio de
Microalgas para
el Tratamiento
de Efuentes de
Curtiembres
Evaluar el crecimiento
de microalgas en aguas
residuales mediante diluidos,
para determinar cuáles son
los elementos más removidos
y aprovechados por los
microorganismos.
La dilución de los efuentes
al 50% result
an
ser más efciente para la productividad de
microalgas.
Debido a la
concentración de
nutrientes disueltos y disponibles.
Entre los
más
removidos
están
nitrógeno, amoníaco
nitrogenado, DQO, COT y fósforo.
Además, durante el proceso de tratamiento,
el pH
aumentó
, lo cual se atribuye al
consumo de dióxido de carbono por parte
de las microalgas.
Tulio-Cassini
et
al.
(2018)
Cosecha de biomasa
de microalgas
cultivadas en
efuentes de
tratamiento
anaeróbico de
aguas residuales
mediante el método
de coagulación-
foculación: efecto
del pH
Evaluar coagulantes
alternativos en comparación
con el sulfato de aluminio,
el coagulante estándar,
para la recuperación de
biomasa a partir de efuentes
anaeróbicos del tratamiento
de aguas residuales
domésticas y la calidad
del efuente después de la
recuperación de la biomasa.
Se evidenció que las especies de microalgas
estudiadas pueden prosperar en efuentes
de aguas residuales urbanas, En particular,
el cultivo de
S. obliquus
mostró una fase
exponencial a las 25 horas,
C. sorokiniana
a
las 40 horas, mientras que
N. oleoabundans
experimentó un periodo de latencia de 65
horas.
Vieira
et al.
(2021)
Información sobre la
tecnología utilizada
para cultivar
microalgas en
efuentes lácteos
Presentar los avances
recientes en biotecnología
de microalgas para el
tratamiento de efuentes
lácteos y su importancia
de las posibles aplicaciones
de biomasa microalgal
producida.
Las microalgas pueden eliminar nutrientes
como el N y el P del efuente, lo que da
como resultado la producción de biomasa,
que puede utilizarse en la biorrefnería de
microalgas o en la producción. de biodiesel,
biofertilizantes, pigmentos y alimentos
para animales.
(Continúa Tabla 1
)
Composición química de efuentes lácteos y su
infuencia en la biomasa algal
Los efuentes lácteos liberados de procesos previos
presentan una combinación de materia orgánica soluble,
sólidos suspendidos, sales, metales traza, así como
aceites y grasas (Ghobrini
et al
., 2018; Nachiappan
& Chandrasekaran, 2023). Así mismo presentan un
alto contenido de compuestos orgánicos los que se
muestran en la tabla 2, estos constituyen una excelente
fuente de nutrientes para el cultivo de microalgas ya que
corresponden a los elementos más importantes en la vía
metabólica fotosintética (Vieira
et al.,
2021) como se
muestra en la fg. 2.
109
Biomass enhancement of microalgae by dairy efuents
Te Biologist (Lima). Vol. 22, N
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1, ene - jun 2024
Tabla 2.
Valores medios de los componentes de los efuentes lácteos según Vieira
et al.
(2021).
COMPONENTESIN TRATAMIENTO
Nitrito0,68±0,04
Fóforo28,4±2,54
Nitrato32,6±1,90
Nitrógeno55,25±1,89
Figura. 2
. Representación sencilla de la vía metabólica de las microalgas para la producción de
cuerpos lipídicos, modifcado a partir de Ummalyma
et al
. (2022).
Las microalgas con ayuda de la energía solar, tienen la
habilidad de eliminar por completo el nitrógeno, fósforo,
DQO y COT presentes en aguas residuales, y además,
generan biomasa (Campos-Pena
et al
., 2019; Pandey
et al
., 2019) en un efuente lácteo simulado para el
cultivo de
Scenedesmus
sp.
en medio SDE identifcaron
variables signifcativas óptimas para cada una como
1,21 mg·L
-1
de NaNO
3
, 0,848·mg L
-1
de EDTA, 0,969
de micronutrientes y pH inicial de 7,18, maximizando
la acumulación de lípidos. La adición de nutrientes en
niveles óptimos mejora tanto el rendimiento de biomasa
como la efciencia de secuestro de nutrientes, observando
un gran aumento en el rendimiento de biomasa y lípidos
de
Scenedesmus
sp., siendo 2,68 g·L
−1
y 1,05 g L
−1
,
respectivamente, con lo que demostraron el potencial de
efuentes lácteos en el aumento de biomasa de microalgas.
Optimización de condiciones de cultivo para maximi-
zar el rendimiento de biomasa con efuentes lácteos
La optimización de las condiciones de cultivo para
maximizar el rendimiento de biomasa se debe
principalmente a la presencia de N y P en efuentes
lácteos, para N las concentraciones varían entre 215–305
mg·L
−1
y para P 47–55 mg·L
−1
, logrando la eliminación
de estos dos elementos con una efcacia de hasta el
100% (Olano
et al
., 2019; Vieira
et al
., 2021). Se puede
realizar mediante los métodos estadísticos de detección y
optimización (PBD, factorial completa, CCD, algoritmo
neuronal y algoritmo genético). Para el enfoque PBD
se consideran NaNO
3
, K
2
HPO
4
, MgSO
4
7H
2
O, CaCl
2
2H
2
O, solución de citrato férrico, EDTA (disodio sal),
Na
2
CO
3
, solución de micronutrientes y pH inicial basado
en BG-11 para una mayor optimización del compuesto
central (Pandey
et al.,
2019).
110
Te Biologist (Lima). Vol. 22, N
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1, ene - jun 2024
Alvarado-Vergara
et al.
La optimización de la suplementación de nutrientes
mejora el rendimiento de lípidos en
Scenedesmus
sp.
ASK22. Esto evidenciándose con los efectos positivos
de la adición de EDTA, CaCl
2
- 2H
2
O y una solución
de citrato férrico con un valor de 0,05. Sin embargo,
también se manifesta un efecto negativo del NaNO
3
y otras fuentes de nitrógeno sobre la acumulación de
lípidos por las microalgas, siendo notable en aumento de
la biomasa no solo en esta microalga, sino también en las
que se muestran en la
tabla 3 (Pandey
et al.
, 2019).
Tabla 3.
Producción de lípidos empleando como sustrato efuentes lácteos según Pandey
et al
. (2019).
CEPA DE MICROALGALÍPIDOS (gL
-1
)
Chlorella
sp
.
11,04
Acutodesmus dimorphus
25,05
Scenedesmus acutus
20,00
Scenedesmus obliquus
36,26
Diseño de sistemas de producción escalables
Se utilizan diversos sistemas para la producción de
biomasa de microalgas (Costa
et al
., 2021; Ummalyma
et al.,
2023). Los sistemas de tratamiento incluyen los
siguientes métodos:
Sistemas abiertos
Estos tipos de sistema se preferen por un bajo coste. Los
cultivos abiertos aprovechan condiciones ambientales a
fn de aclimatar a las microalgas sin fuertes requerimientos
de ingeniería (Bhatia
et al
., 2021). Kumar
et al
. (2020)
evaluaron un modelo de fondo plano como sistema de
cultivo abierto de 100 L para el aumento de microalgas
propias de un efuente lácteo, concluyendo una
producción fnal de 2,4 g·L
-1
de biomasa demostrando la
factibilidad económica de este sistema para la producción
de biomasa con especies autóctonas en el tratamiento
de un desaguadero lácteo. Por su parte, una desventaja
clara es el constante agregado de agua a fn de controlar la
evaporación (Ummalyma
et al.
, 2021).
Sistemas cerrados
A diferencia de los sistemas abiertos, los cultivos cerrados
tienen alto coste, pero una producción mayor de
biomasa al tener parámetros totalmente controlados en
bioreactores (Ummalyma
et al
., 2021). Diversos estudios
han utilizado este modelo ya que facilita el estudio con
condiciones óptimas, utilizando fotobiorreactores de
columna, de burbuja, de cama móvil entre muchos otros
(Ummalyma
et al.
, 2023; Zieliński
et al.
, 2018). Otra
desventaja adicional a su alto coste de construcción son
su limpieza, mantenimiento constante y dependiendo
del tipo de fermentación si es batch, batch alimentado o
continuo, requerirá el adicionar más insumos al proceso,
por lo que es una técnica recomendada a procesos
industriales.
Evaluación de la calidad de la biomasa producida
utilizando efuentes lácteos en comparación con otras
fuentes de nutrientes
Las aguas residuales de la agroindustria impulsan el
cultivo de microalgas como
Scenedesmus
sp. aumentando
signifcativamente la densidad celular. La efcacia de
este incremento varía según la capacidad metabólica
de las cepas y las características del agua residual.
Scenedesmus
sp.
,
empleando efuentes lácteos genera una
alta concentración de lípidos siendo 507,81 ± 19,09
mg·g
-1
, 198,36 ± 12,73 mg·g
-1
para la concentración de
proteínas, 268,51 ± 24,52 mg·g
-1
para los carbohidratos,
en contraste con el medio de cultivo convencional así
mismo, se registraron elevados porcentajes de asimilación
de nutrientes de las aguas residuales empleadas,
alcanzando un 88,41% y un 97,07% para nitrógeno y
fósforo (Mercado
et al.,
2020).
El uso de efuentes lácteos en cultivos de microalgas
incrementa la biomasa, pero se necesitan estanques poco
profundos para maximizar la proliferación y producción
de biomasa. Esto se puede evidenciar en el cultivo de
Chlorella
la cual genera la eliminación del 20 % de fósforo
con una productividad de biomasa de 31,3 T totales de
sólidos suspendidos ha/estanque/ año. Siendo los lípidos
y proteínas los productos obtenidos en mayor cantidad a
comparación de lo que se obtiene en un cultivo tradicional
(Ghobrini
et al
., 2018; Ummalyma
et al.,
2023).
111
Biomass enhancement of microalgae by dairy efuents
Te Biologist (Lima). Vol. 22, N
º
1, ene - jun 2024
Estudios de casos demuestran aplicaciones exitosas de
efuentes lácteos en el aumento de biomasa algal
Mercado
et al.
(2020) en su estudio evaluó determinar
la mejora de la biomasa y la productividad de lípidos
de
Scenedesmus
sp
.
cultivado en aguas residuales de la
industria láctea, evaluando los parámetros de crecimiento
y composición de la biomasa de este género, así mismo
la capacidad de eliminación de nutrientes, obteniéndose
una concentración alta de lípidos en cultivos con efuentes
lácteos en comparación con el medio estándar utilizado,
y lograron altos porcentajes de asimilación de nutrientes
de las aguas residuales utilizadas (88,41% y 97,07% para
nitrógeno y fósforo, respectivamente), con estos resultados
buscan verifcar la viabilidad del cultivo de microalgas en
aguas residuales agroindustriales como medio de cultivo
alternativo que induzca la acumulación de compuestos
con potenciales aplicaciones bioenergéticas.
Tabla 4.
Productos obtenidos a partir de microalgas en aguas residuales de efuentes lácteos,
según Ummalyma
et al
. (2022).
MICROALGAPRODUCTOS
Clorococo
sp.Biomasa y Lípidos
Chlorella sorokiniana
Biomasa, proteínas, almidón y lípidos
Tetraselmis
sp.Lipidos
C. reinhardtii
Lípidos y proteínas recombinantes
Estos microorganismos tienen entre un 20 y 50% de
lípidos en condiciones de estrés en relación del peso seco
de la biomasa, teniendo en cuenta que la producción
de biomasa está entre 15 y 25 T por ha por año, lo
que correspondería a 4,5 y 7,5 T por ha por año de
producción de lípidos (porcentaje de lípidos celulares del
30%) (Mercado
et al.
, 2020).
Hay cepas de microalgas que ya se han estudiado y
producen biomasa y concentración de lípidos, como:
Chorella sacharophita
que produce 0,20 gL
-1
dia
-1
con una
concentración de lípidos de 21,82%,
Scenedesmus
sp.,
0,21 gL
-1
dia-1 y 13,64% de concentración de lípidos,
así mismo
Chlorella
sp. con 1.68% de productividad y
29,3 de concentración de lípidos,
Chlorella sorokiniana
que su productividad aún no está defnida pero tiene una
alta concentración de lípidos en un 46,9% y
Scenedesmus
que produce 1,75 gL
-1
dia
-1
y 50, 78% de concentración
de lípidos (Ghobrini
et al
., 2018). En otro estudio en el
cual se estudió
Scenedesmus
donde la productividad fue
de 0,085 g·L
-1
día, dio como resultado la composición
de la biomasa seca fue de 28,5% de proteínas, 27,5% de
carbohidratos y 26,5% de lípidos (Mercado
et al.,
2020).
Evaluación de la viabilidad económica y ambiental de
utilizar efuentes lácteos como fuente de nutrientes
para microalgas
El cultivo de microalgas empleando efuentes lácteos
es un método rentable, muy productivo y amigable
con el medio ambiente, ya que contribuye a reducir la
eutrofzación. Por otra parte, la producción de biomasa de
microalgas en conjunto con el manejo de aguas residuales
de la agroindustria puede ser una estrategia económica
para disminuir la demanda de fertilizantes requeridos
en el crecimiento de las microalgas (Ummalyma
et al.,
2023).
Varios análisis sobre la viabilidad económica del cultivo
de microalgas a gran escala, específcamente para la
producción de biocombustibles, han indicado que el
proceso no resulta rentable debido al elevado costo de los
insumos necesarios en las etapas iniciales del proceso; sin
embargo, el empleo de aguas residuales como fuente de
nutrientes para su cultivo es ampliamente estudiado, ya
que reduce los costos de producción y la contaminación
del agua, debido a la capacidad de las microalgas que
pueden crecer en varios tipos de aguas residuales con poca
adición de nutrientes (Pandey
et al.,
2019).
Biotecnología aplicable: Perspectivas futuras
Las biomasa de las microalgas cultivadas en efuentes
lácteos tienen muchas aplicaciones, no se puede aplicar
directamente para el consumo humano por las restricciones
de seguridad alimentaria y las reglamentaciones del
comercio internacional, sin embargo se puede utilizar
en la generación de biocombustibles como reemplazo a
los combustibles fósiles debido a que no afecta el CO
2
,
tiene alta tasa de crecimiento en aguas residuales, en
la generación de biofertilizantes, pigmentos o para la
creación de alimentos para animales (Vieira
et al.
, 2021).
112
Te Biologist (Lima). Vol. 22, N
º
1, ene - jun 2024
Alvarado-Vergara
et al.
Las microalgas presentan relevancia en la ftorremediación.
Esto se debe a que el aumento de la demanda de alimentos
y la contaminación, han provocado importantes desafíos
para el sector agrícola, que van desde la degradación
del suelo hasta la disminución en el rendimiento de los
cultivos. Es por ello que se llevó a cabo un estudio para
analizar la germinación de
Vigna mungo,
mediante el
tratamiento de efuentes lácteos utilizando consorcios de
microalgas. Donde se observó que las plantas crecieron
de manera efcaz y efciente, demostrando su potencial
aplicación biotecnológica como foco de futuro interés
científco (Nachiappan & Chandrasekaran, 2023).
Los efuentes lácteos promueven el aumento de la
producción de biomasa de las microalgas, siendo las más
estudiadas
Chlorella, Scenedesmus dimorphus, Scenedesmus
acutus
,
Acutodesmus dimorphus
que producen 11,04 g·L
-
1
, 25,05 g· L
-1
y 20
g·L
-1
respectivamente.
Tretraselmis
y
Chlorococcum
sp.
producen biomasa, lípidos y proteínas
recombinantes. Se puede realizar mediante los métodos
estadísticos de detección y optimización, mediante
sistemas cerrados y abiertos, aprovechando así este residuo
lácteo y reduciendo la contaminación ambiental en los
vertederos y utilizando en diferentes aplicaciones como
la generación de biocombustibles fósiles, generación de
biofertilizantes, pigmentos y elaboración de alimento
para animales.
AGRADECIMIENTO
Agradecemos los comentarios y sugerencias de Hans
Ramón Quiroz-Ruiz, quien con sus aportes ayudó a
enriquecer este manuscrito.
Author contributions
:
CRediT (Contributor Roles
Taxonomy)
CYAV
= Candy Yoseli Alvarado Vergara
MKMF
= Milene Katherine Marín Fernández
JESP
= Jhaqui Evelin Salas Pastor
Conceptualization
: CYAV, MKMF, JESP
Data curation
: MKMF
Formal Analysis
: CYAV
Funding acquisition
: CYAV, MKMF, JESP
Investigation
: CYAV, MKMF, JESP
Methodology
: CYAV
Project administration
: CYAV, MKMF, JESP
Resources
: CYAV, MKMF, JESP
Software
: MKMF
Supervision
: CYAV, MKMF, JESP
Validation
: CYAV, MKMF
Visualization
: CYAV
Writing – original draft
: CYAV, MKMF, JESP
Writing – review & editing
: CYAV, MKMF, JESP
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Received March 13, 2024.
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