Riassunto analitico
Negli ultimi anni, la ricerca sulle microalghe marine ha visto un notevole incremento di pubblicazioni e brevetti, portando alla produzione e caratterizzazione di diverse biomolecole, tra cui pigmenti, proteine, enzimi, biocarburanti, acidi grassi polinsaturi e idrocolloidi. Nel panorama del mercato delle microalghe, le microalghe marine rosse si trovano in una posizione privilegiata, soprattutto per quanto riguarda la produzione di pigmenti e idrocolloidi di alto valore economico. Tuttavia, la transizione dalla produzione in scala di laboratorio a quella su larga scala rappresenta una sfida complessa e potenzialmente costosa. Questo studio si concentra sulla microalga rossa Porphyridium cruentum, che possiede un grande potenziale per la conversione di CO2 in composti bioattivi di alto valore, come la B-ficoeritrina (B-PE) e i polisaccaridi extracellulari (EPS). In particolare, sono state confrontate le metodologie analitiche dirette ed indirette applicate in azienda e in laboratorio per Porphyridium cruentum, al fine di valutare se le metodologie risultino idonee e realistiche negli impianti su larga scala. Lo studio ha permesso di identificare una discrepanza e conseguente sovrastima della biomassa microalgale tramite i metodi indiretti, comportando una riduzione delle rese di produzione ed allungamento dei tempi di coltivazione, rendendo il processo indutriale scarsamente applicabile. Inoltre, l’uso di specifici solventi di estrazione, PBS e NaCl, permette un elevato recupero di ficoeritrina (B-PE) dove, però, l’uso di misurazioni indirette della biomassa sottostima di un fattore 106 la resa reale di produzione rispetto all’applicazione di metodi diretti di monitoraggio della biomassa. Il recupero e la quantificazione degli EPS prodotti ha identificato l’uso di etanolo (E2E) come la miglior metodologia di recupero (0.927 g∙L-1) con maggiore efficienza di purificazione (30.3 %). I risultati ottenuti hanno identificato, quindi, la necessità di integrare metodologie dirette di monitoraggio della biomassa microalgale al fine di effettuare scale up di processo corretti e con quantificazioni idonee per la valutazione della sostenibilità del sistema produttivo.
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Abstract
In recent years, marine microalgae research has seen a significant increase in publications and patents, leading to the production and characterization of several biomolecules, including pigments, proteins, enzymes, biofuels, polyunsaturated fatty acids and hydrocolloids. In the microalgae market landscape, red marine microalgae are in a privileged position, especially for the production of pigments and hydrocolloids of high economic value. However, the transition from laboratory-scale to large-scale production is a complex and potentially costly challenge. This study focuses on the red microalga Porphyridium cruentum, which has great potential for the conversion of CO2 into high-value bioactive compounds, such as B-phycoerythrin (B-PE) and extracellular polysaccharides (EPS). In particular, direct and indirect analytical methodologies applied in large-scale and in the laboratory-scale for Porphyridium cruentum were compared, in order to evaluate whether the methodologies are suitable and realistic in large-scale plants. The study allowed to identify a discrepancy and consequent overestimation of the microalgal biomass through indirect methods, leading to a reduction in production yields and lengthening of cultivation times, making the industrial process scarcely applicable. Furthermore, the use of specific extraction solvents, PBS and NaCl, allows a high recovery of B-PE where, however, the use of indirect biomass measurements underestimates the real production yield by a factor of 106 compared to the application of direct biomass monitoring methods. The recovery and quantification of the EPS produced identified the use of ethanol (E2E) as the best recovery methodology (0.927 g∙L-1) with higher purification efficiency (30.3%). The results obtained identified, therefore, the need to integrate direct monitoring methodologies of microalgal biomass in order to perform correct process scale-ups and with suitable quantifications for the evaluation of the sustainability of the production system.
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