PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN DE EXCELENCIA PROYECTOS … · 2011-10-20 · En “Handbook of microalgal culture”. Biotechnology and applied phycology. Richmond A. (eds) pp 178-214.VI

CONSEJERÍA DE ECONOMÍA, INNOVACIÓN Y CIENCIA CONSEJERÍA DE ECONOMÍA, INNOVACIÓN Y CIENCIA CONSEJERÍA DE ECONOMÍA, INNOVACIÓN Y CIENCIA CONSEJERÍA DE ECONOMÍA, INNOVACIÓN Y CIENCIA Secretaría General de Universidades, Investigación y Tecnología Secretaría General de Universidades, Investigación y Tecnología Secretaría General de Universidades, Investigación y Tecnología Secretaría General de Universidades, Investigación y Tecnología

PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN DE EXCELENCIA PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN DE EXCELENCIA PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN DE EXCELENCIA PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN DE EXCELENCIA

Convocatoria Convocatoria Convocatoria Convocatoria ((((2009200920092009))))

MEMORIA DEL PROYECTOMEMORIA DEL PROYECTOMEMORIA DEL PROYECTOMEMORIA DEL PROYECTO

Investigador/a principal: Investigador/a principal: Investigador/a principal: Investigador/a principal: Mª del Carmen Cerón GarcíaMª del Carmen Cerón GarcíaMª del Carmen Cerón GarcíaMª del Carmen Cerón García

Código del proyecto: Código del proyecto: Código del proyecto: Código del proyecto: P09P09P09P09----AGR5334AGR5334AGR5334AGR5334

Denominación del proyecto:Denominación del proyecto:Denominación del proyecto:Denominación del proyecto: Desarrollo de un proceso industrial de producción deDesarrollo de un proceso industrial de producción deDesarrollo de un proceso industrial de producción deDesarrollo de un proceso industrial de producción de microalgas como microalgas como microalgas como microalgas como factor determinante para la acuiculturafactor determinante para la acuiculturafactor determinante para la acuiculturafactor determinante para la acuicultura

Organismo/Universidad:Organismo/Universidad:Organismo/Universidad:Organismo/Universidad: Universidad de AlmeríaUniversidad de AlmeríaUniversidad de AlmeríaUniversidad de Almería

Centro: Centro: Centro: Centro: Facultad de Ciencias ExperimentalesFacultad de Ciencias ExperimentalesFacultad de Ciencias ExperimentalesFacultad de Ciencias Experimentales

Departamento: Departamento: Departamento: Departamento: Ingeniería QuímicaIngeniería QuímicaIngeniería QuímicaIngeniería Química

Fecha de inicio del proyecto: Fecha de inicio del proyecto: Fecha de inicio del proyecto: Fecha de inicio del proyecto: 3/02/20103/02/20103/02/20103/02/2010

Fecha de finalización del proyeFecha de finalización del proyeFecha de finalización del proyeFecha de finalización del proyecto:cto:cto:cto: 2/02/20132/02/20132/02/20132/02/2013

Grupo/s que participa/n en el proyecto:Grupo/s que participa/n en el proyecto:Grupo/s que participa/n en el proyecto:Grupo/s que participa/n en el proyecto:

Biotecnología de microalgas marinas (BIO173)Biotecnología de microalgas marinas (BIO173)Biotecnología de microalgas marinas (BIO173)Biotecnología de microalgas marinas (BIO173)

Automática, Electrónica y Robótica (TEP 197) Automática, Electrónica y Robótica (TEP 197) Automática, Electrónica y Robótica (TEP 197) Automática, Electrónica y Robótica (TEP 197)

Nutrición y alimentación animal (AGRNutrición y alimentación animal (AGRNutrición y alimentación animal (AGRNutrición y alimentación animal (AGR----152)152)152)152)

Empresa: Estación experimental Las Palmerillas (Fundación Cajamar)Empresa: Estación experimental Las Palmerillas (Fundación Cajamar)Empresa: Estación experimental Las Palmerillas (Fundación Cajamar)Empresa: Estación experimental Las Palmerillas (Fundación Cajamar)

SR. SECRETARIO GENERAL DE UNIVERSIDADES, INVESTIGACIÓN SR. SECRETARIO GENERAL DE UNIVERSIDADES, INVESTIGACIÓN SR. SECRETARIO GENERAL DE UNIVERSIDADES, INVESTIGACIÓN SR. SECRETARIO GENERAL DE UNIVERSIDADES, INVESTIGACIÓN Y TECNOLOGÍAY TECNOLOGÍAY TECNOLOGÍAY TECNOLOGÍA

Avda. Albert Einstein, s/n Isla de la Cartuja Avda. Albert Einstein, s/n Isla de la Cartuja Avda. Albert Einstein, s/n Isla de la Cartuja Avda. Albert Einstein, s/n Isla de la Cartuja

41092 41092 41092 41092 –––– SEVILLASEVILLASEVILLASEVILLA

A. ACTIVIDADES REALIZADAS Y GRADO DE CONSECUCIÓN DE LOS OBJETIVOS PROPUESTOSA. ACTIVIDADES REALIZADAS Y GRADO DE CONSECUCIÓN DE LOS OBJETIVOS PROPUESTOSA. ACTIVIDADES REALIZADAS Y GRADO DE CONSECUCIÓN DE LOS OBJETIVOS PROPUESTOSA. ACTIVIDADES REALIZADAS Y GRADO DE CONSECUCIÓN DE LOS OBJETIVOS PROPUESTOS

A.1. Describa las actividades realizadas durante el desarrollo del proyecto.

Tarea 1: Selección de microalgas de origen marino de elevado interés para la acuicultura. Determinación de los

requisitos nutricionales y optimización de las condiciones de cultivo.

- Selección de microalgas de origen marino de elevado interés para la acuicultura

El objetivo de esta tarea es optimizar las condiciones de cultivo de dos estirpes de microalgas de origen marino con un perfil bioquímico adecuado para su uso en acuicultura.

Se ha realizado una búsqueda bibliográfica en las bases de datos científicas más habituales como Scopus e ISI-web. Dicha búsqueda ha arrojado un total de 70 publicaciones relevantes, las cuales se han analizado extrayendo de ellas las más interesantes por su contenido científico-técnico, resultando las siguientes:

Benemann J. 1992. Microalgae aquaculture feeds. J. Appl. Phycol. 4: 233-245.

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Tredici, M.R. 2004. Mass production of microalgae: photobioreactors. En “Handbook of microalgal culture”. Biotechnology and applied phycology. Richmond A. (eds) pp 178-214.VI International Symposium on Food Authenticity and Safety.

La información contenida en estas publicaciones pone de manifiesto la potencialidad de las microalgas para la producción de proteínas, lípidos y biomasa en general, actuando a la vez como sumideros de CO2. Sin embargo, también se observa cómo los valores de productividad y contenido en proteínas y lípidos son muy variables de una publicación a otra dependiendo del modo de operación y condiciones de cultivo utilizados en cada caso. Más aun, los valores referenciados usualmente corresponden a ensayos de laboratorio, siendo escasa la información sobre productividades en condiciones reales de cultivo externo (susceptibles a un amplio rango de temperatura de trabajo). De las referencias analizadas se ha extraído el siguiente listado de cepas potencialmente adecuadas para su utilización en el presente proyecto:

- Nannochloropsis gaditana

- Tetraselmis Chui

- Chlorella sp.

- Isochrysis galbana

- Isochrysis T-ISO

- Pavlova lutheri

La tabla 1 presenta el perfil bioquímico de las cepas marinas con mayor contenido en proteínas y lípidos más usadas en acuicultura.

Tabla 1. Perfil bioquímico de las cepas marinas destinadas a acuicultura con mayor contenido proteínico y lipídico.

Especie de microalga Proteinas, % ps. Carbohidratos, % ps. Lipidos,% ps.

Chaetoceros calcitrans 34 6.0 16

Thalassiosira pseudonana 34 8.8 19

Tetraselmis chui 31 12.1 17

Isochrysis aff. Galbana (T-ISO) 23 6.0 20

Nannochloropsis gaditana 35 30 25

Pavlova lutheri 29 9.0 12

A continuación, se muestra un esquema resumen de las microalgas referenciadas anteriormente, mostrando la producción o no en fotobioreactores y su comercialización.

Los criterios utilizados para dicha selección han sido:

Productividad tanto de biomasa como de compuestos específicos contenidos en la misma (proteínas, lípidos, carbohidratos, etc.). Un criterio relacionado con la productividad es la eficiencia fotosintética. Aunque su valor depende de las condiciones de cultivo y diseño de reactor es un parámetro usualmente utilizado para comprar especies.

Tolerancia del cultivo a condiciones adversas. Este criterio permite seleccionar cepas tolerantes a condiciones que reducen el riesgo de contaminación como el pH, temperatura o salinidad.

Composición de la biomasa. Determina su posterior aprovechamiento. Se debe establecer en base a parámetros como el contenido en lípidos, carbohidratos, proteínas y cenizas.

Teniendo en cuenta todo esto se ha concluido que Nannochloropsis gaditana e Isochrysis galbana o Isochrysis T-ISO son las que mejor cumplen nuestras exigencias, mostrando un perfil bioquímico de interés con alto contenido proteínico y lipídico, conteniendo ácidos grasos poliinsaturados como EPA y DHA.

- Requerimientos nutricionales

Los primeros experimentos llevados a cabo consisten en optimizar los requisitos nutricionales de ambas microalgas. Se trata de dos microalgas de origen marino, y por consiguiente, el principal macronutriente que requieren es nitrógeno, que se suministrará en forma de nitrato (NO3

-). El medio nutricional empleado es un medio comercial, denominado ALGAL, que aporta macronutrientes (nitrato y fosfato) y micronutrientes (oligoelementos y vitaminas).

Se ha hecho un seguimiento del crecimiento del cultivo mediante mediciones diarias de absorbancia por espectrofotometría. Se determinó igualmente la fluorescencia de las células mediante un fluorímetro que mostraba la relación Fv/Fm. El estado celular se siguió regularmente (1-2 veces por semana) observando una muestra al microscopio. Se comenzó a operar en discontinuo hasta alcanzar el estado estacionario, momento en el cual se pasó a operar en continuo trabajando a una velocidad de dilución del 30 % diario (determinada como el valor óptimo en experimentos anteriores). Una vez estabilizada la concentración del medio se determinó la productividad de cada experimento.

Se utilizaron fotobiorreactores tipo columna de burbujeo de 2 litros de capacidad, termostatizados a 25 ºC, aireados con sparger e iluminados artificialmente con tubos fluorescentes, simulando un ciclo solar mediante un software informático. La irradiancia máxima fue de 1000 µE s-1 m-2.

En primer se presentan los resultados obtenidos para Nannochloropsis gaditana. El diseño de estos experimentos consiste en suministrar diferentes concentraciones de medio nutricional, de modo que el nitrato disponible sea 2, 4, 8, 11.3 y 16 mM. La distribución de productividades puede observarse en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.

Figura 1.- Productividad de biomasa de

Una vez terminados los experimentos, se liofilizó la biomasa, previa centrifugación y lavado, para caracterizar su perfil bioquímico. Se determinaron lípidos totales, proteínas, cenizas y carbohidratos (éste último calculado por diferencia). En la

Figura 2 se puede ver la composición bioquímica de la microalga en función del medio en que se encontraba.

Figura 2.- Composición bioquímica de

La microalga Nannochloropsis gaditana

análisis de ácidos grasos por cromatografía de gases se determinó que la máxima acumulación de este ácido graso se produce a una concentración de nitrato de

Una vez estudiados los resultados, y dado que los factores más importantes a tener en cuenta en una microalga para uso acuícola son los niveles de lípidos y proteínas, podemos concluir que la de nitrato en el medio de cultivo para la microalga

Se realizaron los mismos experimentos concentración de nitrato 16 mM, ya queel crecimiento de esta microalga. Los resultados obtenidos de

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

2 mM 4 mM

Productividad de biomasa de Nannochloropsis gaditana a distintas concentraciones de nitratos.

Una vez terminados los experimentos, se liofilizó la biomasa, previa centrifugación y lavado, para caracterizar su perfil bioquímico. Se determinaron lípidos totales, proteínas, cenizas y carbohidratos (éste último

ver la composición bioquímica de la microalga en función del medio en que se

Composición bioquímica de Nannochloropsis gaditana a distintas concentraciones de nitratos.

Nannochloropsis gaditana es rica en el ácido graso poliinsaturado 20:5n3 (EPA).análisis de ácidos grasos por cromatografía de gases se determinó que la máxima acumulación de este ácido graso

una concentración de nitrato de 11.3 mM.

Una vez estudiados los resultados, y dado que los factores más importantes a tener en cuenta en una microalga para uso acuícola son los niveles de lípidos y proteínas, podemos concluir que la

la microalga Nannochloropsis gaditana, destinada a acuicultura

Se realizaron los mismos experimentos con la microalga Isochrysis galbana

ya que en bibliografía viene referenciado que a concentraciones tan altas se inhibe el crecimiento de esta microalga. Los resultados obtenidos de productividad de biomasa se muestran en la

4 mM 8 mM 11,3 mM 16 mM

% cenizas

% lípidos

% proteínas

% carbohidratos

a distintas concentraciones de nitratos.

Una vez terminados los experimentos, se liofilizó la biomasa, previa centrifugación y lavado, para caracterizar su perfil bioquímico. Se determinaron lípidos totales, proteínas, cenizas y carbohidratos (éste último

ver la composición bioquímica de la microalga en función del medio en que se

a distintas concentraciones de nitratos.

es rica en el ácido graso poliinsaturado 20:5n3 (EPA). Tras un análisis de ácidos grasos por cromatografía de gases se determinó que la máxima acumulación de este ácido graso

Una vez estudiados los resultados, y dado que los factores más importantes a tener en cuenta en una microalga para uso acuícola son los niveles de lípidos y proteínas, podemos concluir que la concentración óptima

, destinada a acuicultura es 11,3 mM.

Isochrysis galbana, a excepción de la concentraciones tan altas se inhibe

productividad de biomasa se muestran en la Figura 3.

% cenizas

% lípidos

% proteínas

% carbohidratos

Figura 3.- Productividad de biomasa de Isochrysis galbana a distintas concentraciones de nitratos.

Así pues, se hicieron los análisis pertinentes para determinar el perfil bioquímico, obteniéndose los resultados que se pueden observar en la Figura 4.

Figura 4.- Composición bioquímica de Isochrysis galbana a distintas concentraciones de nitratos.

Del mismo modo que en el caso anterior, se determinaron ácidos grasos por cromatografía de gases. El PUFA más destacado en Isochrysis galbana por su interés es el 22:6n3 (DHA), y la máxima productividad en ácidos grasos (y de éste concretamente) se dio a una concentración de nitrato de 4 mM, a la que además se alcanza la máxima productividad de biomasa. Por lo tanto, se decide trabajar en estas condiciones.

También se han probado diferentes medios nutricionales, con diferentes fuentes de aporte de nitrógeno. Este trabajo se ha realizado por el momento sólo para la microalga Nannochloropsis gaditana, con una concentración de nitrógeno igual a la óptima obtenida de los experimentos anteriores (11,3 mM). Estos ensayor se repetirán para la microalga Isochrysis galbana, pero únicamente con los 2 medios en los que mejor haya crecido Nannochloropsis gaditana, y a la concentración óptima observada de la batería de experimentos anteriores (4 mM).

Estos experimentos se realizaron en modo discontinuo, en matraces esféricos de 1 litro de capacidad, con iluminación continua a una irradiancia de 100 µE s-1m-2 y a 25 ºC. Los datos mostrados son valores medios de dos réplicas, ya que cada matraz se puso por duplicado. Los medios probados fueron:

- N1 � Algal (utilizado como control) - N2 � NaKNO3 + Ca(NO3)2 + KH2PO4 + MgSO4 + micronutrientes (welgro) - N2 (NaKNO3) � NaKNO3 + KH2PO4 + MgSO4 + micronutrientes (welgro) - N3 � Codafol + MgSO4 + micronutrientes (welgro) - N4 � (NH4)2HPO4 + MgSO4 + micronutrientes (welgro) - N5 � KNO3 + KH2PO4 + MgSO4 + micronutrientes (welgro)

El medio algal se puso como elemento control, para poder comparar los diferentes abonos con él. Se realizaron los mismos ensayos que en los experimentos anteriores para hacer un seguimiento del cultivo.

La primera conclusión que se dedujo de estos experimentos es que el amonio como fuente de nitrógeno no

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

2 mM 4 mM 8 mM 11,3 mM

% cenizas

% lípidos

% proteínas

% carbohidratos

es válido para el cultivo de Nannochloropsis gaditana

pusieron, fracasaron. En la Figura 5 se puede observar la distribución de productividad de biomasa de cada experimento.


Del abono N2 se probaron diferentes concentraciones de micronutrientes (0,1 mL/L; 0,2 mL/L; 0,5 mL/L y 1 mL/L), para ver el efecto que pudiera ocasionar en la composición bioquímica de la biomasa, obteniéndose los siguientes resultados:


No se observan diferencias importantes en la productividad de biomasa, excepto a la máxima concentración de micronutrientes, que inhibe el crecimiento

A la biomasa liofilizada se le realizaron los mismos ensayos que en losperfiles bioquímicos que se pueden ver en la

Nannochloropsis gaditana, ya que el experimento N4 y todas las réplicas que se

observar la distribución de productividad de biomasa de cada experimento.

Productividad de biomasa de Nannochloropsis gaditana variando la concentración de micronutrientes

Del abono N2 se probaron diferentes concentraciones de micronutrientes (0,1 mL/L; 0,2 mL/L; 0,5 mL/L y 1 mL/L), para ver el efecto que pudiera ocasionar en la composición bioquímica de la biomasa, obteniéndose los

Productividad de biomasa de Isochrysis galbana variando la concentración de micronutrientes

No se observan diferencias importantes en la productividad de biomasa, excepto a la máxima concentración de micronutrientes, que inhibe el crecimiento de la microalga.

A la biomasa liofilizada se le realizaron los mismos ensayos que en los casos anteriores, obteniéndose los perfiles bioquímicos que se pueden ver en la Figura 7:

y todas las réplicas que se

observar la distribución de productividad de biomasa de cada experimento.

variando la concentración de micronutrientes.

Del abono N2 se probaron diferentes concentraciones de micronutrientes (0,1 mL/L; 0,2 mL/L; 0,5 mL/L y 1 mL/L), para ver el efecto que pudiera ocasionar en la composición bioquímica de la biomasa, obteniéndose los

variando la concentración de micronutrientes.

No se observan diferencias importantes en la productividad de biomasa, excepto a la máxima concentración

casos anteriores, obteniéndose los

Figura 7.- Composición bioquímica de Nannochlropsis gaditana variando la concentración de micronutrientes.

El abono control (algal) es el que mayor productividad de biomasa presenta, pero del perfil bioquímico se observa que la mayor composición proteica y lipídica se obtiene en el abono N2 (0,1) y N5, por lo que serán éstos los que se prueben en el cultivo de Isochrysis galbana, y los que se propongan como abonos alternativos para cultivo de Nannochloropsis gaditana.

Vistos los resultados consideramos ampliar la experimentación en cuanto a optimización de micronutrientes y otros macronutrientes como el fosfato y ver su influencia en la composición bioquímica.

- Optimización de medio de cultivo

En estos momentos se están optimizando las condiciones de cultivo (temperatura, irradiancia y velocidad de dilución) de ambas microalgas: Nannochloropsis gaditana e Isochrysis galbana. Se están cultivando en los mismos fotobiorreactores utilizados en la experimentación de requerimientos nutricionales. Se está trabajando en condiciones óptimas de concentración de nitrato (11,3 mM para Nannochloropsis gaditana y 4 mM para Isochrysis

galbana). De esta manera, se probarán diferentes temperaturas: 15, 20, 25 y 35 ºC. Cada experimento se someterá a iluminación simulando ciclo solar de 250, 500, 1000 y 1600 µE s-1 m-2. La velocidad de dilución será constante.

Una vez realizados los experimentos a todas las temperaturas e irradiancias, y analizadas las biomasas, se verán las condiciones óptimas de cultivo de cada microalga. Será el momento de optimizar la velocidad de dilución: se llevará a canbo un experimento en condiciones óptimas de temperatura e irradiancia para cada microalga y se irán probando diferentes velocidades de dilución (10 %, 20 %, 30 % y 40 %).

Así, tendremos ya establecidas las condiciones óptimas de operación para cada una de las microalgas.

Tarea 2.- Desarrollo de sistemas de preparación y acondicionamiento del medio de cultivo.

Caracterización de los efluentes de cultivo y desarrollo de métodos de recirculación.

- Desarrollo de sistemas de preparación y acondicionamiento del medio de cultivo. Caracterización de los efluentes de cultivo.

Reciclar el medio es una opción interesante para la producción comercial de microalgas, ya que ayuda a reducir el costo de los alimentos y para evitar problemas ambientales derivados de la descarga de grandes volúmenes de efluentes ricos en nutrientes. Sin embargo, medio reciclados deben estar debidamente acondicionados para evitar la acumulación de metabolitos no deseados y, sobre todo, se esteriliza para garantizar que no están presentes los microorganismos dañinos. En este estudio, hemos probado varios métodos de esterilización (filtración, ozonización, cloración, peróxido de hidrógeno y pasteurización) (figura 8) a diferentes intensidades de la eficiencia para reducir el número de bacterias.

0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%

% cenizas

% lípidos

% proteínas

% carbohidratos

Figura 8. Influencia del método de esterilización en diferentes dosis y las condiciones en el agua recirculada usando la filtración como control (1: filtración (de control), 2: lejía, 3: dichlorosysocyanurato de sodio, 4: ozonización, 5: el peróxido de hidrógeno, 6: la pasteurización).

Los experimentos se realizaron con la preparación de un medio en la escala de planta piloto, que resultó tener una carga bacteriana de 3,7 104 UFC / ml que se redujo a 2.5 104 UFC / ml por filtración que aumentó después de la cosecha a 1,78 106 UFC / ml en el sobrenadante. Hay varios tratamientos que se utilizan para disminuir la carga bacteriana: adición de 0,86 mg / L de hipoclorito de sodio, 5% v / v de peróxido de hidrógeno, 190 mg / L de ozono, 200 mg / L de dicloroisocianurato de sodio o de calentamiento a 90 ° C para 5 min. Los resultados muestran que el mayor éxito fue la ozonización, disminuyendo a 1.9 103 UFC / ml con 190 mg / L de ozono, que es 1000 veces y 10 veces menor que el sobrenadante y el medio inicial filtrada, respectivamente (figura 9).

Bleach

Time, days

0 1 2 3 4 5 6

Abs

orba

nce,

680

nm

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5control 2 mg/L 1.5 mg/L 1 mg/L 0.86 mg/L 0.72 mg/L 0.44 mg/L

Sodium Dichloroisocyanurate

Time, days

0 2 4 6 8 10 12

Abs

orba

nce,

680

nm

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5control 200 mg/L 400 mg/L

Ozone

Time, days

0 1 2 3 4 5 6

Abs

orba

nce,

680

nm

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5control 459 mg/L 396 mg/L 348 mg/L 300 mg/L 237 mg/L 174 mg/L 127 mg/L 95 mg/L 16 mg/L

Hydrogen peroxide

Time, days

0 1 2 3 4 5 6

Abs

orba

nce,

680

nm

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5control10 %v/v 5 %v/v 3.8 %v/v 2.6 %v/v

Pasteurization

Time, days

0 2 4 6 8 10

Abs

orba

nce,

680

nm

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5control90 ºC 70 ºC 60 ºC 40 ºC

6

5 4

2 3

Figura 9. Variación de la carga bacteriana con el método de esterilización utilizado como un medio fresco y

centrifugado (a, b) y la influencia de diferentes temperaturas utilizadas en la pasteurización (c) y dosis de la ozonización

(d). En la figura 10 se observa cómo influye cada uno de los métodos de esterilización en la concentración de biomasa, observando como los mejores resultados siguen siendo para la técnica de ozonización a 96 mg/L.

Figura 10. Influencia del método de esterilización en la concentración de la biomasa de Nannochloropsis gaditana.

Barras de error corresponden a valores medios de la concentración de biomasa en estado estacionario para cada método

(1: filtración (control), 2: lejía, 3: dichlorosysocyanurato de sodio, 4: ozonización, 5: peróxido de hidrógeno, 6:

pasteurización).

Fresh medium

Sterilization method

Initia

l

Filtrati

on (1

)

Bleach

(2)

Dichlor

oisoc

yanu

rate

(3)

Ozone

(4)

Hydro

gen

pero

xide (

5)

Pasteu

rizati

on (6

)

Bac

teria

load

, CF

Us/

ml

0

10000

20000

30000

40000

Harvested medium

Sterilization method

Initia

l

Filtrati

on (1

)

Bleach

(2)

Dichlor

oisoc

yanu

rate

(3)

Ozone

(4)

Hydro

gen

pero

xide (

5)

Pasteu

rizati

on (6

)

Bac

teria

load

, CF

Us/

ml

0,0

2,0e+5

4,0e+5

6,0e+5

8,0e+5

1,0e+6

1,2e+6

1,4e+6

1,6e+6

1,8e+6

Harvested medium

Pasteurization temperature, ºC

Initia

l40 60 70 90

Bac

teria

load

, CF

Us/

ml

0,0

2,0e+5

4,0e+5

6,0e+5

8,0e+5

1,0e+6

1,2e+6

1,4e+6

1,6e+6

1,8e+6

Harvested medium

Ozone time, min

Initia

l2,

5 5 10

Bac

teria

load

, CF

Us/

ml

0

5e+5

1e+6

2e+6

Method used

1, co

ntro

l

2, 2

mg/

L

2,1,

5 m

g/L

2, 1

mg/

L

2, 0

,86

mg/

L

3, 2

00 m

g/L

4, 9

6 m

g/L

4, 1

60 m

g/L

4, 3

20 m

g/L

4, 4

80 m

g/L

5,10

%v/v

5, 5

%v/v

6, 9

0 ºC

Bio

mas

s co

ncen

trat

ion,

g/L

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

a) a) a) b)

c) d)

Tarea 3.- Optimización de sistemas y modos de producción de microalgas a gran escala.

- Adaptación de instalaciones en EEFC para uso de agua de mar

Se han adaptado las instalaciones de cultivo de microalgas existentes en la Estación Experimental Las Palmerillas para el uso de agua de mar. En este sentido, se han instalado cambiadores de acero inoxidable en las columnas de burbujeo utilizadas para la producción de inóculo así como se han instalado dos depósitos de polietileno para la preparación y gestión del medio de cultivo, de 5000 L cada uno. Así mismo, se ha instalado una nueva unidad de bombeo y filtración del agua que se empleará para el proyecto, que permite depurar el agua mediante filtración hasta 1 micra. Tanto las columnas de inoculo como el reactor tubular horizontal y un reactor tubular vertical fueron independizados del resto de la instalación para ser empleados durante el proyecto. Posteriormente se independizó adicionalmente un reactor tubular vertical y finalmente hasta cinco reactores están siendo utilizados en el proyecto.

Figura 11.- Imágenes de los equipos instalados para la preparación del medio de cultivo y gestión del agua de mar.

Para el cosechado de la biomasa de microalgas producida en el proyecto se ha dimensionado e instalado también una unidad nueva de centrifugado dotada de dos depósitos de acero inoxidable de 250 L con agitación, unidad de impulsión de medio y unidad de centrifugado mediante centrifuga discontinua Westfalia OTC3. Adicionalmente se ha instalado además una unidad de ozonización.

Figura 12.- Imágenes de los equipos de cosechado y centrifugación instalados

- Diseño del proceso

Se ha diseñado el proceso necesario para poder operar con agua de mar en circuito cerrado, con recirculación de medio de cultivo, quedando por concretar las operaciones más adecuadas tanto de esterilización como de tratamiento del agua para su recirculación, que serán ensayadas durante el proyecto.

Figura 13.- Esquema del proceso diseñado inicialmente para la operación con agua de mar en circuito cerrado.

- Comparativa entre diferentes sistemas de producción de microalgas para acuicultura

Se utilizaron 3 reactores bolsa cerrados, dos de ellos fueron una bolsa circular, típicos usados para producción de microalgas por acuicultores, inserta en una estructura metálica también circular y abierta por su parte superior, con las siguientes dimensiones 2,2 m de alto y 2 m de diámetro, con un volumen de 400 L cada uno.

El tercer reactor fue un reactor bolsa sujeto por una estructura plana, cuyas dimensiones fueron 1,6 m de alto, 2,7 m de ancho y 0,14 m de espesor, aunque la anchura de la bolsa era 0,06 m, el volumen fue de 200 L.

Figura 14.- Reactores circulares con y sin control de pH y reactor plano.

Todos ellos disponían de un intercambiador de calor en su interior para controlar la temperatura máxima en cada uno de los reactores. Este intercambiador se introdujo dentro la bolsa, conectando en la parte superior la entrada y salida del agua de refrigeración. Además sujeto al intercambiador se colocó una barra metálica perforada para poder burbujear aire en el interior de cada reactor y poder introducir también el CO2 en aquellos reactores que se controlaba el pH en el proceso de crecimiento y producción de la microalga.

Cada reactor disponía de una sonda de pH con un sensor de medición de temperatura del fluido. Todos los datos de pH y temperatura de cada reactor se almacenaban en un ordenador, utilizando un múltimetro (Multimeter 44). La inyección de CO2 y la refrigeración estaban determinadas para mantener un pH 7,8 y una temperatura de 28ºC, respectivamente, mediante electroválvulas.

Figura 15.- Diferentes aparatos de control, alimentación,

inyección de CO2, control de temperatura, pH, etc.

Los reactores se ubicaron dentro de un invernadero multitunel de cubierta plástica.La especie de microalga utilizada fue Nannoclhoropsis gaditana.

Los tratamientos fueron 3:

Tratamiento 1; Método tradicional de producir microalgas, sin control del pH en ninguna de las fases de crecimiento y producción, por lo que no hubo inyección de CO2. Se utilizó una bolsa circular. (Tradicional)

Tratamiento 2; Control, del pH en todas las fases de crecimiento y producción de la microalga, por lo tanto hubo inyección de CO2, para mantener el pH 7,8. (Bolsa controlado)

Tratamiento 3; Reactor bolsa plano con control de pH, mediante la inyección de CO2. Consiga de pH 7,8. (Bolsa plano).

En todos los reactores se controló la temperatura máxima con un valor de 28 ºC. Además se registraron los valores de temperatura ambiental y radiación dentro del invernadero. Inoculados en el mismo porcentaje (20 %).

Además de los registros de pH y temperatura en cada uno de los reactores, diariamente se determinaron valores de concentración, productividad, absorbancia, fluorescencia y observación celular de cada uno de los cultivos de cada reactor.

La temperatura en los dos bolsa circulares (bolsa control y tradicional) fue muy parecida a lo largo de todo el cultivo. Los valores mínimo en estos reactores fueron superiores a los registrados en el reactor bolsa plano, ya que en este último la inercia térmica con respecto a la temperatura ambiental fue mayor debido al menor espesor de este reactor. La temperatura máxima en todos los reactores fue la misma (28ºC), ya que estaba controlada mediante refrigeración por agua (Figura 16A). El pH en los reactores bolsa plano y bolsa controlado se mantuvo siempre en 7,8, en cambio en el reactor tradicional los valores de pH fueron siempre superiores a 8,5 (Figura 16B).

Figura 16.- Evolución de la temperatura (A) y pH (B) de cada unos de los reactores para una semana concreta.

10

15

20

25

30

35

11/05/2011 13/05/2011 15/05/2011

FECHA

Tª

(ºC

)

Control pH Tradicional Bolsa plano Tª ambiente

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

10.0

11/05/2011 13/05/2011 15/05/2011

FECHA

pH

Control pH Tradicional Bolsa plano

La concentración en el reactor tradicional fue siempre muy inferior a la de los otros dos reactores alcanzando la estabilidad 7 días tras la inoculación, en cambio en el reactor bolsa controlado el estado estacionario se alcanzó a los 14 días tras la inoculación del reactor. El bolsa plano fue el que más tardó en entrar en estado estacionario, hasta los 22 días tras la inoculación, donde se consideró que estaba más o menos estacionario. Las concentraciones máximas que se alcanzaron en cada unos de los reactores en estado estacionarios fueron; 0,29; 0,64 y 2,22 g L-1 para los reactores bolsa tradicional, bolsa controlado y bolsa plano respectivamente. Se observa como la concentración de biomasa del reactor controlado duplica al tradicional y el bolsa plano supera casi en un 900%

Figura 17.- Evolución de la concentración (g L-1) en cada

uno de los reactores en la fase de crecimiento de

Nannoclhropsis gaditana.

Se desarrollaron 5 diferentes diluciones en cada uno de los reactores, 10%, 20%, 30%, 40% y 50%. En cada una de ellas las mayores concentraciones y productividades se alcanzaron en el reactor plano, con valores medios de productividad que oscilaron entre 0,33 g L-1 d-1 (50% dilución) y 0,19 g L-1 d-1 (10% dilución). En cambio las menores concentraciones y productividades se encontraron en el reactor tradicional (sin control de pH), con valores de productividad medios que oscilaron entre 0,026 g L-1 d-1 (10% dilución) y 0,048 g L-1 d-1 (50% de dilución) (Cuadro 1).

En términos generales y para cada uno de los tratamientos o reactores las concentraciones disminuyen con la dilución del reactor, aumentando la productividad con la dilución, excepto al 20%, donde las productividades son muy similares a los valores del 50% de dilución en todos los tratamientos o reactores (Cuadro 1).

Reactor

10 % dilución 20 % dilución 30 % dilución 40 % dilución 50 % dilución

Conc.

g L-1

Pba

g L-1

d-1

Conc.

g L-1

Pba

g L-1

d-1

Conc.

g L-1

Pba

g L-1

d-1

Conc.

g L-1

Pba

g L-1

d-1

Conc.

g L-1

Pba

g L-1

d-1

Tradicional 0,26 0,026 0,21 0,042 0,13 0,037 0,11 0,045 0,10 0,048

Controlado 0,59 0,059 0,43 0,086 0,15 0,045 0,17 0,067 0,16 0,078

Bolsa Plano 1,89 0,189 1,53 0,305 0,92 0,275 0,72 0,288 0,67 0,333

Cuadro 1.- Valores medios de concentración (Conc. g L-1) y productividad (Pba g L-1 d-1) en cada unos de los reactores para las diferentes diluciones analizadas.

Se puede ver claramente como las concentraciones del reactor tradicional siempre son inferiores al reactor controlado y muy inferiores a las del reactor plano.

Si tomamos los valores medios para cada dilución y reactor en para cada estado estacionario, obtenemos la siguiente figura 18, donde las concentraciones en estado estacionario y en cada reactor disminuye logarítmicamente con la dilución utilizada, con coeficiente de correlación en los tres reactores superiores 0,85.

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

02/04/2011 08/04/2011 14/04/2011 20/04/2011 26/04/2011 02/05/2011

FECHA

Con

cent

raci

ón (

g L

-1)


FASE CRECIMIENTO

Figura 18.- Evolución de la concentración media en estado estacionarios para cada reactor

y en cada dilución estudiada, así como su curva de ajuste en cada caso.

Estos experimentos se tienen previsto repetirlos en distintas épocas del año para ver cómo se comporta en bajo diferentes condiciones medioambientales.

Tarea 4. Estabilización de la biomasa microalgal para su uso en acuicultura. Evaluación y

aseguramiento de la calidad de la biomasa.

- Formulación de piensos experimentales con microalgas.

La formulación de piensos específicos para acuicultura que incluyan microalgas y su valoración nutritiva es una tarea programada para el tercer año del proyecto. Sin embargo, para poder abordar este objetivo es preciso disponer de información previa para conocer que características físico-químicas presentan los piensos que incluyen las microalgas. Igualmente es preciso realizar algún ensayo in vivo que permita evaluar si estos piensos son aceptados por los animales, así como los parámetros de crecimiento y aprovechamiento nutritivo que se obtienen con ellos. Debido a que los ensayos con animales son tediosos y no pueden realizarse en cualquier momento, se ha optado por adelantar en este primer año de proyecto un ensayo preliminar para evaluar que actitud presenta la biomasa algal para ser utilizada como ingrediente en piensos para acuicultura. Se ha elegido como especie modelo a la dorada (Sparusaurata) y como microalga modelo a la biomasa de Scenedesmus almeriensis, dado que el cultivo de esta última ya está optimizado en el laboratorio, y se puede disponer de abundante biomasa con la que elaborar piensos experimentales. La biomasa algal se liofilizó y se determinó su composición química. A continuación se elaboraron cuatro piensos experimentales que incluían distintos porcentajes de este liofilizado, en concreto se sustituyó el 25 (SC25), 37 (SC37), 50 (SC50) y 75% (SC75) de la proteína aportada por la harina de pescado por proteína de origen algal. Se incluyó un quinto pienso experimental elaborado únicamente con harina de pescado que se utilizó como control. En el ensayo de nutrición se utilizaron 180 ejemplares juveniles de dorada con un peso medio de 11 gramos que se distribuyeron al azar a razón de 12 peces por tanque en 15 tanques de 60 litros de capacidad, conectados estos últimos a un sistema de recirculación de agua. Cada tratamiento se ensayó por triplicado. Los piensos fueron suministrados a los peces a razón del 3% de la biomasa total del tanque, repartiendo el alimento en dos tomas diarias (9:00 y 15:00). Cada 15 días se determinó el peso de los ejemplares, previa anestesia con 50 ppm de aceite de clavo. A los 45 días se finalizó el ensayo, determinándose el peso y la longitud de los animales. La evolución del peso medio de los peces se muestra en la Figura 4. Se ha podido comprobar que los peces aceptan e ingieren piensos experimentales que incluyen un alto contenido de harina algal. Todos los peces duplicaron su peso inicial a los 45 días de ensayo, evidenciándose que no existen diferencias significativas entre tratamientos. En general los peces del tratamiento SC37 presentaron un peso medio corporal mayor que el de los peces de los demás tratamientos, aunque sin diferencias estadísticamente significativas. El experimento ya se ha concluido y los animales han sido sacrificados para obtener

y = -0,2736Ln(x) + 1,1492

R2 = 0,8785

y = -0,8726Ln(x) + 3,9019

R2 = 0,9834

y = -0,0847Ln(x) + 0,4095

R2 = 0,8684

0.0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

2.1

0 10 20 30 40 50 60

% dilución

Co

nce

ntr

aci

ón

g L

-1


distintas muestras con el propósito de analizar la composición proximal de las carcasas de los mismos, el perfil de ácidos grasos del músculo e hígado, igualmente se han extraído muestras de sangre para determinar el hematocrito y varios parámetros relacionados con el estado inmunológico de los peces. Finalmente, también se han obtenido muestras de intestino e hígado para realizar un estudio histológico de la estructura y ultraestructura de estos tejidos. Actualmente se están realizando los diferentes análisis a las muestras. La información obtenida de este ensayo será de gran utilidad para el diseño de los ensayos futuros que se van a realizar en el proyecto.

Figura 19. Evolución del peso corporal de los ejemplares juveniles de dorada durante el ensayo con los piensos

experimentales que incluyen harina de microalgas.

Actualmente se está desarrollando un segundo ensayo con el lenguado senegalés que es otra especie marina de interés para acuicultura. En este caso se han elaborado tres piensos experimentales que incluyen un 15% de harina de Scenedesmus almeriensis, Isochrysis galbana y Nannochloropsis gaditana.

Se han incluido además dos piensos control, uno de ellos elaborado en el laboratorio y otro comercial. Los tratamientos se están ensayando por triplicado en juveniles de lenguado senegalés con un peso corporal medio de 10 gramos, y la duración prevista del ensayo es hasta que cuadrupliquen su peso inicial.

Por otra parte, se está diseñando un tercer experimento para utilizar la biomasa algal en un ensayo de destete con larvas de peces marinos. En el laboratorio se están realizando pruebas preliminares para el diseño y la elaboración de piensos con una granulometría de 0,4 mm.

Por otro lado, a los piensos elaborados se le está diseñando un estudio de estabilidad a los piensos

elaborados de Scenedesmus almeriensis. Los ensayos de estabilidad se llevaran a tiempo cero, 15 días y

un mes. Se repetirán en un futuro, transcurridos 3 y 6 meses para ver la influencia de las condiciones en

que se están conservando:

o Congelador: - 20 ºC

o Cámara fría: 5 ºC

o Tª ambiente: en presencia de luz

o Tª ambiente: en oscuridad

Duración del ensayo (días)

P(g)

Tarea 5. Divulgación y diseminación de resultados.

La divulgación del proyecto se apoya en distintas líneas de trabajo. En el primer año se crea una página web con el fin de divulgar el proyecto y los resultados que se generen de él. Se incluye un Banco de Documentación Virtual, Foros virtuales y todos aquellos resultados obtenidos a través de la investigación.

En ella se incluye creación de una página web cuyo enlace es (http://nevada.ual.es:81/ACUICULTURA_UAL_2010/)

Esta página consta de una sección pública, donde se explica los distintos objetivos del proyecto, tareas, grupos participantes y resultados que se vayan generando.

Y otra sección privada, para facilitar a los participantes una plataforma donde puedan cargar sus archivos y compartirlos:

También para facilitar el entendimiento de esta plataforma se ha generado un videotutorial:

A continuación se detallan diferentes noticias divulgativas en donde se resume los objetivos del proyecto, desde la fundación OESA, pasando por Novaciencia o Andalucia investiga:

http://www.panoramaacuicola.com/noticias/2011/04/05/el_desarrollo_de_las_microalgas_revolucionara_la_acuicultura.html

http://www.campusdelmar.es/eng/news/7/desarrollo-de-un-proceso-industrial-de-produccion-de-microalgas-como-factor-determinante-para-la-acuicultura-130

http://www.fundacionoesa.es/noticias/el-desarrollo-de-las-microalgas-revolucionara-la-acuicultura

http://www.mundopesca.org/noticias/hemeroteca/2011/Abril/06/novapolis.htm

http://www.aqua.cl/noticias/?doc=42879

http://www.andaluciainvestiga.com/revista/ainnova_27.html

A.2. Si ha encontrado problemas en el desarrollo del proyecto, coméntelos, especificando su naturaleza (de carácter científico, de gestión, etc).

1.-Gestión:

Debido al retraso en el primer ingreso de la anualidad del 2009 (septiembre de 2010) el plan experimental ha sufrido un retraso considerable (alrededor de 7 meses). Aunque se inició con financiación propia del grupo de investigación en junio de 2010, no fue posible comenzar con plena efectividad hasta que en septiembre de 2010 contamos con el becario predoctoral y en febrero de 2011 hubo fondos suficientes para hacer efectivo el gasto para la consecución del proyecto.

2.- Científico:

En marzo de 2011 surgieron problemas con la estabilidad de los inóculos de la cepa Isochrysis galbana llegando a casi la pérdida de la totalidad de los mismos en la UAL. Debido a un corte de luz prolongado en la Universidad de Almería.

Gracias a la colaboración con la estación experimental Las Palmerillas hemos recibido nuevos inóculos de la mencionada cepa que están siendo expandidos con éxito. Con ello nos hemos visto obligados a detener de forma temporal las tareas previstas para esta cepa pero se continuará en breve.

A.3. Indique los resultados obtenidos a partir del proyecto de excelencia llevado a cabo, según lo

establecido a continuación:

RESULTADOS obtenidos a partir del proyecto de excelencia

Nº Total

de resultados*

Publicaciones 0

Comunicaciones a congresos 2

Colaboraciones en empresas

Creación de empresas (EBT, Spin-off y Start-up)

Propiedad industrial (patentes, PCT, modelos utilidad,...)

Propiedad intelectual

Tesis

Páginas web creadas 1

Nuevas líneas de investigación surgidas

Participación en otros Programas / Planes: (a+b+c)

a) Plan Nacional

b) Programas Marco

c) Otros Programas

Colaboraciones internacionales

Contrataciones de personal NO con cargo al proyecto

Otros impactos de interés 1

B. PERSONAL EN EL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN DE EXCELENCIAB. PERSONAL EN EL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN DE EXCELENCIAB. PERSONAL EN EL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN DE EXCELENCIAB. PERSONAL EN EL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN DE EXCELENCIA

B.1. En el caso de que el incentivo concedido incluyera una partida para la incorporación de personal con cargo al proyecto, informe sobre la/s incorporación/es realizada/s, especificando titulación, situación laboral y tareas asignadas en el proyecto así como una breve valoración cualitativa del mismo.

B.2. Indique si se han producido altas y/o bajas en el equipo investigador desde el inicio del proyecto y, en su caso, si han sido ya comunicadas previamente y autorizadas por esta Secretaría General.

C. PROYECTOS CON PARTICIPACIÓN DE VAC. PROYECTOS CON PARTICIPACIÓN DE VAC. PROYECTOS CON PARTICIPACIÓN DE VAC. PROYECTOS CON PARTICIPACIÓN DE VARIOS GRUPOS DE INVESTIGACIÓNRIOS GRUPOS DE INVESTIGACIÓNRIOS GRUPOS DE INVESTIGACIÓNRIOS GRUPOS DE INVESTIGACIÓN (caso de que proceda)

C.1. Describa brevemente dicha participación y si la coordinación de los distintos grupos se ha producido de la forma prevista (en caso contrario, comente las dificultades producidas).

En este proyecto participan dos grupos:

Automática, Electrónica y Robótica (TEP 197)

Nutrición y alimentación animal (AGR-152)

Estación Experimental Las Palmerillas (Fundación Cajamar)

El grupo de automática (TEP 197) se encarga de establecer técnicas de control de los reactores usados en este proyecto que aseguren el mejor desarrollo de estos y de la elaboración y actualización de la pagina web. El grupo de nutrición acuícola nos aporta el conocimiento de biología animal para ensayar la digestibilidad de los piensos elaborados a partir de microalgas. En la estación experimental Las Palmerillas tiene lugar toda aquella investigación en externo con reactores a escala masiva. La coordinación es buena y la comunicación frecuente y fluida, bien mediante correo electrónico o por teléfono.

D. RELACIONES O COLABORACIONES CON DIVERSOS SECTORES D. RELACIONES O COLABORACIONES CON DIVERSOS SECTORES D. RELACIONES O COLABORACIONES CON DIVERSOS SECTORES D. RELACIONES O COLABORACIONES CON DIVERSOS SECTORES

D.1. En caso de que estuviera prevista la participación o respaldo activo por parte de alguna Empresa o Agente socio-económico con interés en el proyecto, indique cómo se ha realizado dicha participación.

D.2. Si el proyecto ha dado lugar a otras colaboraciones o transferencias con otras entidades, descríbalas y valórelas brevemente.

D.3. Si el proyecto ha dado lugar a colaboraciones con otros organismos de investigación no previstas inicialmente, coméntelas y valórelas brevemente.

D.4. Si ha iniciado la participación en proyectos del Plan Nacional, Programa Marco de I+D de la UE y/o en otros programas internacionales en temáticas relacionadas con la de este proyecto, indique programa, tipo de participación y beneficios para el proyecto.

D.5. Si el proyecto ha dado lugar a contrataciones laborales, distintas a las contrataciones con cargo al proyecto, coméntelas y valórelas brevemente.

EEEE. GASTOS REALIZADOSGASTOS REALIZADOSGASTOS REALIZADOSGASTOS REALIZADOS

Nota:Nota:Nota:Nota: Debe cumplimentarse este apartado independientemente de la justificación económica enviada por el

organismo.

E.1. Indique el total de gasto realizado en el proyecto hasta este momento:

ConceptoConceptoConceptoConcepto Total gasto (Total gasto (Total gasto (Total gasto (€))))

Personal postdoctoral

Personal técnico de apoyo

Personal predoctoral 14.406,96

Gastos contratación I.R.V.

TOTAL GASTOS PERSONAL (1)TOTAL GASTOS PERSONAL (1)TOTAL GASTOS PERSONAL (1)TOTAL GASTOS PERSONAL (1) 14141414.406,96.406,96.406,96.406,96

Material inventariable 8.302,15

Material fungible 10.941,39

Gastos complementarios 2.615,31

TOTAL GASTOS EJECUCIÓN (2)TOTAL GASTOS EJECUCIÓN (2)TOTAL GASTOS EJECUCIÓN (2)TOTAL GASTOS EJECUCIÓN (2) 21.858,85

TOTAL GASTOS DEL PROYECTO (=1+2)TOTAL GASTOS DEL PROYECTO (=1+2)TOTAL GASTOS DEL PROYECTO (=1+2)TOTAL GASTOS DEL PROYECTO (=1+2) 36.268,81

Describir brevemente el material inventariable adquirido, si procede:

Se ha adquirido un ozonizador para la esterilización de medios de cultivos y sobrenadantes del medio. Se ha adquirido un detector iónico para HPLC para la cuantificación de nutrientes en el medio puesto que la optimización del medio de cultivo supone una gran carga analítica, con el consecuente consumo de mano de obra. Con este detector se pueden analizar una gran cantidad de nutrientes de una sola muestra en muy poco tiempo y prácticamente sin pretratamiento.

Se ha adquirido un ordenador PC para el registro y tratamiento de datos de las variables de operación de los reactores.

E.2 Comente brevemente si ha habido algún tipo de modificación en este apartado, indicando si ha sido comunicada previamente y autorizada por esta Secretaría General.

Con fecha de 10 de septiembre de 2010 tiene entrada solicitud de modificación de las condiciones iniciales de la resolución de concesión del incentivo, presentada por la Universidad de Almería, con el fin de reasignar los gastos dentro de la partida de ejecución de forma diferente a la inicialmente solicitada, reasignando 30.000€ de inventariable a fungible, todo ello dentro de gastos de ejecución. Esta nueva distribución es necesaria para la ejecución del proyecto Esta nueva distribución es necesaria para la ejecución del proyecto. En virtud de cuanto antecede y considerados los objetivos científicos que se pretenden alcanzar, esta Secretaría General de Universidades Investigación y Tecnología en uso de las atribuciones que tiene conferidas. RESUELVE: Único.- Autorizar la reasignación de gastos dentro de la partida de gastos de ejecución del proyecto P09-AGR-5334.

E.3 Observaciones

F. FORMACIÓN DE PERSONAL INVESTIGADOR EN FORMACIÓNF. FORMACIÓN DE PERSONAL INVESTIGADOR EN FORMACIÓNF. FORMACIÓN DE PERSONAL INVESTIGADOR EN FORMACIÓNF. FORMACIÓN DE PERSONAL INVESTIGADOR EN FORMACIÓN

Informe anual correspondiente al último período de disfrute

Informe final (Se considerará final, en caso de renuncia o cualquier otra causa de finalización de la beca)

F.1. INFORME DEL PERSONAL PREDOCTORALF.1. INFORME DEL PERSONAL PREDOCTORALF.1. INFORME DEL PERSONAL PREDOCTORALF.1. INFORME DEL PERSONAL PREDOCTORAL

NOMBRE: Javier Camacho Rodríguez

ORGANISMO O CENTRO DE APLICACIÓN: Dpto Ingeniería Química

DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO REALIZADO: (A cumplimentar por el personal predoctoral)

Durante el periodo correspondiente al primer año de beca predoctoral, comprendido desde el 1 de

septiembre de 2010 al 30 de junio de 2011, he centrado mi trabajo en los siguientes puntos de las

tareas 1, 3, 4 y 5:

Tarea1:Tarea1:Tarea1:Tarea1:Selección de microalgas de origen marino de elevado interés para la acuicultura.

Determinación de los requisitos nutricionales y optimización de las condiciones de cultivo.

Selección de microalgas de origen marino: Se ha hecho un estudio bibliográfico de 5 estirpes de

microalgas, en función de su adecuación para uso en acuicultura. Nos hemos centrado en la posibilidad

de cultivo en fotobiorreactores y su valor e interés de comercialización. Finalmente se eligieron las

microalgas Nannochloropsis gaditana e Isochrysis galbana. Me he basado en las siguientes

publicaciones:

- Jorge M.S. Rocha, Juan E.C. Garcia, Marta H.F. Henriques. “Growth aspects of the marine

microalga Nannochloropsis gaditana”.

- Martiña Ferreira, Paula Coutinho, Pedro Seixas, Jaime Fábregas, Ana Otero.

“EnrichingRotiferswith “Premium” Microalgae. Nannochloropsis gaditana”.

- Paula Coutinho, Paulo Rema, AnaOtero, Oscar Pereira, Jaime Fábregas. “Use of biomass of

the marine microalga Isochrysis galbana in the nutrition of goldfish (Carassiusauratus) larvae

as source of protein and vitamins”.

- Yen-Hui Lin, Fuh-Long Chang, Ching-Yu Tsao, Jyh-YihLeu. “Influence of growth phase and

nutrient source on fatty acid composition of Isochrysis galbana CCMP 1324 in a batch

photoreactor”.

- P. Pérez, E. Fernández, R.Beiras. “Fuel toxicity on Isochrysis galbana and a coastal

phytoplankton assemblage: Growth rate vs. variable fluorescence”.

- Michael A. Borowitzka. “Commercial production of microalgae: ponds, tanks, tubes and

fermenters”.

Determinación de requerimientos nutricionales: Esta tarea se ha centrado en el cultivo “indoor” de las

microalgas seleccionadas en fotobiorreactores tipo columna de burbujeo, con iluminación artificial

simulando ciclo solar, utilizando “ALGAL” como medio nutricional, haciendo diferentes ensayo con

distintas concentraciones de [NO3-]. A partir de la productividad de biomasa en cada ensayo, se

determinará la concentración óptima a la que se debe trabajar con cada microalga. El seguimiento de

cada experimento se ha realizado mediante espectrofotometríaespectrofotometríaespectrofotometríaespectrofotometría (mediante espectrofotómetro UNICAM

UV/VIS), a la longitud de onda determinada para cada microalga; también se ha determinado la

fluorescenciafluorescenciafluorescenciafluorescencia del cultivo con el fluorímetroAquapen AP 100 y la turbiturbiturbiturbidezdezdezdez con el microprocesador

turbidímetro HI 93703.

Para cada microalga se ha determinado la recta de calibración que relaciona la concentración de biomasa

con la absorbancia a la que se ha hecho el seguimiento del cultivo mediante la preparación de varias

diluciones a partir del cultivo, midiendo la absorbancia de cada una de ellas. Posteriormente se

centrifuga, se lava la biomasa (para la retirada de sales) y se liofiliza, determinando el peso seco,

teniendo así la relación entre la concentración que tenía ese cultivo y la absorbancia.

Con el fin de reducir costes de producción optimizando los nutrientes aportados, se han probado

diferentes abonos como medio de cultivo alternativos al ALGAL, variando la fuente de aporte de

nitrógeno. Se ha cultivado la microalgaNannochloropsis gaditana en modo discontinuo, en matraces

esféricos de fondo plano. Se ha trabajado para optimizar el macronutriente principal: el nitrógeno. Se ha

concluido que el nitrógeno aportado en forma de amoniacal no es absorbido por el cultivo. De las

diferentes formas de aporte en forma de nitrato, se han visto diferencias, aunque el mejor medio de

cultivo ha sido el medio ALGAL. También se han observado diferencias importantes en la productividad

de biomasa y la composición microalgal en función de los micronutrientes presentes en el medio,

existiendo inhibición a partir de 0,5 mL/L. En el próximo año se tiene previsto optimizar otros

macronutrientes que pueden ser limitantes en el crecimiento como fosfatos.

Análisis de la composición bioquímica de la biomasa: Con el fin de seleccionar la mejor

condición de cultivo, se procedió a analizar la composición microalgal. Una vez terminado cada

experimento, la biomasa se ha estabilizado mediante centrifugación en discontinuo, posterior lavado

con disolución de bicarbonato amónico para la retirada de sales y liofilización para la realización de

análisis y caracterización de la biomasa. Se han realizado análisis de determinación de lípidos totales

(método de Kochert et al., 1978), composición de ácidos grasos mediante cromatografía de gases

(método de Rodríguez-Ruíz et al., 1998), carotenoides (método de Cerón et al., 2007), clorofilas

(método de Hannsman et al., 1973), proteínas (método de Lowry et al., 1951), cenizas (método de Brown

et al., 1989) y carbohidratos (por diferencia de peso) para determinar las condiciones óptimas de trabajo

y ver el efecto de la presencia de NO3- en la composición microalgal. El proceso completo desde el

cosechado del cultivo hasta la finalización de todos los análisis realizados lleva un tiempo de trabajo de,

aproximadamente, 6 días, detallados como sigue:

- Día 1: cosechado, centrifugación, lavado con bicarbonato amónico e inicio de liofilización.

- Día 2: liofilización.

- Día 3: liofilización y molturado de la biomasa con alúmina.

- Día 4: análisis de lípidos totales y ácidos grasos.

- Día 5: recogida de datos de ácidos grasos, análisis de carotenoides y clorofilas.

- Día 6: recogida de datos de carotenoides, determinación de proteínas y cenizas.

Optimización de las condiciones de cultivo: Se ha realizado un plan de trabajo que se iniciará el próximo

mes de julio, una vez estén preparados los reactores para la inoculación. Consistirá en optimizar las

condiciones de cultivo: temperatura, irradiancia (en primer lugar) y velocidad de dilución (sobre las

condiciones óptimas de temperatura e irradiancia). Se van a cultivar sendas microalgas en

fotobiorreactores a diferentes temperaturas: 15, 20, 25 y 35 ºC. Para cada una de las temperaturas se

simularán ciclos solares con iluminación artificial de 250, 500, 1000 y 1600 �E/(s�m2), caracterizando la

biomasa de cada experimento realizando los análisis descritos anteriormente.

Una vez concluidas las condiciones óptimas de temperatura e irradiancia de cada microalga, se pondrá

un nuevo experimento en dichas condiciones y se trabajará variando la velocidad de dilución: 10%, 20%,

30% y 40% para ver cómo afecta esta variable a la composición microalgal.

Tarea 3:Tarea 3:Tarea 3:Tarea 3: Optimización de sistemas y modos de producción de microalgas a gran escala.

Mi aportación en esta tarea ha consistido en la centrifugación y liofilización de la biomasa producida en

fotobiorreactores “outdoor” a gran escala, dada la dificultad de trabajar con los volúmenes que se

trataban en la centrífuga continua que había en las instalaciones donde se ha llevado a cabo el cultivo.

Tarea 4:Tarea 4:Tarea 4:Tarea 4: Estabilización de la biomasa microalgal para su uso en acuicultura. Evaluación y aseguramiento

de la calidad de la biomasa.

Se han realizado ensayos de estabilidad de piensos elaborados en los que se han sustituido diferentes

proporciones de harina por biomasa liofilizada de Scenedesmus almeriensis. Los ensayos de estabilidad

se han llevado a tiempo cero, 15 días y un mes. Se repetirán en un futuro, transcurridos 3 y 6 meses

para ver la influencia de las condiciones en que se están conservando:

o Congelador: - 20 ºC

o Cámara fría: 5 ºC

o Tª ambiente: en presencia de luz

o Tª ambiente: en oscuridad

Tarea 5:Tarea 5:Tarea 5:Tarea 5: Divulgación y diseminación de resultados.

El presente proyecto dispone de una página web, en continua renovación y actualización del material

disponible correspondiente a tareas y eventos en los que participa el personal responsable.

Es un portal divulgativo en el que se resume el fundamento del proyecto, se muestran los objetivos

perseguidos, se detallan los miembros integrantes, las tareas que de que consta, así como un apartado

donde se muestran los resultados que se van obteniendo y una zona de intranet (de acceso privado para

los miembros).

Página web http://nevada.ual.es:81/ACUICULTURA_UAL_2010/index.html

Proceso de formación:Proceso de formación:Proceso de formación:Proceso de formación:

Durante el presente curso académico he enriquecido mi formación académica de post-grado con la

realización del “Máster en Biotecnología Industrial y Agroalimentaria” en la Universidad de Almería.

La adecuación del perfil docente del Máster aplicado a mi trabajo ha sido muy importante, dada la

orientación investigadora de éste y la amplia oferta de módulos adecuados a las tareas que estoy

realizando en el proyecto:

o Fundamentos de biorreactores.

o Biorreacción

o Bioseparaciones

o Diseño e implementación de bioprocesos

o Biotecnología de microalgas

o Lípidos de interés industrial

Me ha sido muy útil para tener una mayor facilidad a la hora de comprender las tareas y análisis que he

realizado en mi trabajo, así como conocer más en profundidad los fundamentos de las operaciones que

ocurren en el cultivo de microalgas, así como la fisiología de éstas.

Fecha y firma del personal predoctoral:

30 de Junio de 2011 Fdo: Javier Camacho Rodríguez

F.2. INFORME DEL DIRECTOR DEL TRABAJO.F.2. INFORME DEL DIRECTOR DEL TRABAJO.F.2. INFORME DEL DIRECTOR DEL TRABAJO.F.2. INFORME DEL DIRECTOR DEL TRABAJO.

NOMBRE DEL DIRECTOR DEL TRABAJO: Mª del Carmen Cerón García

DEPARTAMENTO O CENTRO: Dpto Ingeniería Química

INFORME DEL TRABAJO REALIZADO POR EL PERSONAL PREDOCTORAL: (A cumplimentar por director/a del

trabajo)

El incentivo incluyó una beca predoctoral de cuatro años de duración. La persona incorporada, Javier Camacho Rodríguez, se incorporó en septiembre de 2010 al Dpto. de Ingeniería Química de la Universidad de Almería en la temática de la Biotecnología de Microalgas Marinas, dentro de dicho grupo.

Su incorporación ha sido crucial y muy importante para el desarrollo del plan experimental puesto que era imprescindible que una persona tuviese dedicación exclusiva al proyecto, además de un gran dominio de todas las tareas relacionadas con el cultivo de microalgas, diseño y manipulación de biorreactores y técnicas analíticas de para la composición bioquímica de la biomasa.

Concretamente esta persona participará en todas las tareas previstas en la memoria a excepción de la segunda (Tareas 1 a 5).

Fecha y firma:

30 de Junio de 2011 Fdo: Mª del Carmen Cerón García

ANEXOS: ANEXOS: ANEXOS: ANEXOS:

Plantillas de datos para los Resultados obtenidos a partir del Proyecto de excelenciPlantillas de datos para los Resultados obtenidos a partir del Proyecto de excelenciPlantillas de datos para los Resultados obtenidos a partir del Proyecto de excelenciPlantillas de datos para los Resultados obtenidos a partir del Proyecto de excelenciaaaa

PUBLICACIONES

Publicación 1

Nombre publicación:

Editorial:

Título artículo/libro:

Autor/es:

ISBN / ISSN / Depósito legal:

Publicación 2


Editorial:


Autor/es:


Publicación 3


Editorial:


Autor/es:


COMUNICACIONES A CONGRESOS

Evento 1

Nombre evento: 4th Congress of the International Society for Applied Phycology

Nombre ponencia/intervención: Effective and low-cost culture media for Nannocloropsis gaditana & Isochrysis

galbana biomass optimized for aquaculture/poster

Ponente: J. Camacho Rodríguez, M.C. Cerón-García, J.M. Fernández-Sevilla, C.V. González López,

E. Molina-Grima

Lugar y fecha de celebración (Lugar, dd/mm/aa): Halifax, Canadá 19-24 /June/ 2011

Evento 2

Nombre evento: 4th Congress of the International Society for Applied Phycology

Nombre ponencia/intervención: Medium recycling for Nannochloropsis gaditana production in large scale conditions/poster

Ponente: M.C. Cerón-García, C.V. González-López, F.G. Acién-Fernández, J.M.Fernández-Sevilla,

E. Molina-Grima

Lugar y fecha de celebración (Lugar, dd/mm/aa): Halifax, Canadá 19-24 /June/ 2011

Evento 3

Nombre evento: I Certámen de pósteres de divulgación científica

Nombre ponencia/intervención: Desarrollo de un proceso industrial de producción de microalgas como factor

determinante para la acuicultura/poster

Ponente: J. Camacho Rodríguez, Natalia Jiménez Ruiz

Lugar y fecha de celebración (Lugar, dd/mm/aa): Facultad de Ciencias Experimentales, Universidad de Almería/ 18/11/2010

Evento ...

Nombre evento:

Nombre ponencia/intervención:

Ponente:

Lugar y fecha de celebración (Lugar, dd/mm/aa):

COLABORACIONES CON EMPRESAS

Contrato / Convenio 1

Tipo (1):

Categoría (2):

Título:

Entidades contratantes:

Investigador responsable:

Duración:

Cuantía contratada (€):

Observaciones / comentarios:

Contrato / Convenio 2

Tipo (1):

Categoría (2):

Título:



Duración:



Contrato / Convenio ...

Tipo (1):

Categoría (2):

Título:



Duración:



(1) Opciones (excluyentes) posibles: Convenio / Contrato de I+D / Contrato de Apoyo Técnico / Prestación de servicios

(2) Opciones (excluyentes) posibles: Regional / Nacional / Europeo / Internacional (no Europeo)

CREACIÓN DE EMPRESAS (EBTs, SPIN-OFF y START-UPs)

NOMBRE SOCIAL

TIPO (1)

PROYECTO DEL QUE SURGIÓ (CAMPUS,...)

GRUPO I+D (del que procede)

RESPONSABLES

ACTIVIDAD

CÓDIGOS CNAE (2)

CÓDIGOS SIC (3)

DATOS DE CONTACTO

Director/a / Gerente

Persona de contacto

Dirección

Población

Provincia

C.P.

Teléfono

Fax

E-mail

Dirección web

(1)Opciones (excluyentes) posibles: EBTs / Spin-off / Start-ups

(2) Ver Anexo códigos CNAE:

(3) Ver Anexo códigos SIC y detallar a nivel 2

PROPIEDAD INDUSTRIAL / INTELECTUAL

Propiedad industrial / intelectual 1

Tipo (1):

Categoría (2):

Nº solicitud:

Fecha solicitud (dd/mm/aa):

Título:

Inventores:

Titular/es invención:

Codificación de la tecnología generada (3):

(Códigos SIC: detallar a nivel 2)

Codificación de la tecnología de destino (4):


Propiedad industrial / intelectual 2

Tipo (1):

Categoría (2):

Nº solicitud:


Título:

Inventores:






Propiedad industrial / intelectual ...

Tipo (1):

Categoría (2):

Nº solicitud:


Título:

Inventores:






(1)Opciones (excluyentes) posibles: Propiedad Intelectual / Patente / Extensión PCT / Modelo de utilidad / Marca / Material

biológico, variedad vegetal y microorganismo

(2) Opciones (excluyentes) posibles en caso haber seleccionado PATENTE: Patente nacional / Patente europea / Patente

estadounidense

(3) Elegir aquellos códigos SIC que describan, de la forma más exacta posible, la tecnología generada en la patente (ver Anexo

Códigos SIC y detallar a nivel 2)

(4) Elegir aquellos códigos SIC que determinen el sector/es a los que se destina la patente (ver Anexo Códigos SIC y detallar a nivel

2)

TESIS

Tesis 1

Título:

Autor:

Dirigida por:


Tesis 2

Título:

Autor:

Dirigida por:


Tesis 3

Título:

Autor:

Dirigida por:


Tesis ...

Título:

Autor:

Dirigida por:


PÁGINAS WEBS CREADAS

Página web 1

Nombre: Desarrollo de un proceso industrial de producción de microalgas como factor determinante

para la acuicultura.

Dirección web http://nevada.ual.es:81/ACUICULTURA_UAL_2010/

Página web ...

Nombre:

Dirección web http://

NUEVAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Líneas de investigación 1

Título nueva línea investigación:




(Códigos SIC: detallar a nivel 2

¿Ha pensado presentarla a alguna convocatoria

para su financiación? (en caso afirmativo especificar)

Convocatoria:

Organismo de la convocatoria:

Líneas de investigación 2








Convocatoria:


Líneas de investigación ...








Convocatoria:


(1) Elegir aquellos códigos SIC que determinen la tecnología generada por la línea de investigación (ver Anexo Códigos SIC y

detallar a nivel 2)

(2) Elegir aquellos códigos SIC que determinen el sector/es a los que se destinaría la línea de investigación (ver Anexo Códigos SIC

y detallar a nivel 2)

PARTICIPACIÓN EN OTROS PROGRAMAS / PLANES

COLABORACIONES INTERNACIONALES

CONTRATACIONES DE PERSONAL NO CON CARGO AL PROYECTO

RR.HH. 1

Tipo:

Categoría:

Entidad financiadora:

Objeto del contrato/beca:

Presupuesto (€):


RR.HH. 2

Tipo:

Categoría:



Presupuesto (€):


RR.HH. 3

Tipo:

Categoría:



Presupuesto (€):


RR.HH. ...

Tipo:

Categoría:



Presupuesto (€):


OTROS IMPACTOS

Impacto 1

Tipo de impacto:

Título:


Impacto 2

Tipo de impacto:

Título:


Impacto 3

Tipo de impacto:

Título:


Impacto ...

Tipo de impacto:

Título:


Documents

PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN DE EXCELENCIA PROYECTOS … · 2011-10-20 · En “Handbook of microalgal culture”. Biotechnology and applied phycology. Richmond A. (eds) pp 178-214.VI