Un equipo de científicos de KAUST ha ideado un método para extraer sustancias químicas útiles de las microalgas. El sistema se basa en una serie de membranas, una de las cuales está construida con microfibras huecas, que separan el fluido que contiene las microalgas del producto deseado. Crédito:Reproducido de Overmans et al (2022) con autorización de la Royal Society of Chemistry. Ilustraciones originales de Ana Bigio
Un equipo de diferentes grupos de KAUST cuyos miembros tienen diversas especialidades en bioingeniería, membranas y reutilización y reciclaje de agua ha desarrollado un método de separación química sostenible que utiliza membranas, microalgas e inteligencia artificial.
Tales procesos continuos de separación y concentración basados en membranas ayudarán a aprovechar todo el potencial de la producción química microbiana para su uso en la medicina y la industria.
"La ventaja de nuestro método es que los productos pueden extraerse continuamente de cultivos microbianos líquidos, como microalgas, en un proceso conocido como 'ordeño', en lugar de extraerse laboriosamente de la biomasa al final de un cultivo por lotes", dice el postdoctorado. y el primer autor Sebastian Overmans.
Las microalgas son microbios fotosintéticos unicelulares que producen naturalmente muchas sustancias químicas útiles. También pueden modificarse genéticamente para excretar otras moléculas especiales. Las algas se aprovechan cada vez más como biofábricas sostenibles y respetuosas con el medio ambiente, pero separar las preciosas moléculas es un desafío.
Este proyecto demostró una forma eficiente y de bajo consumo de energía para cosechar y concentrar estos productos. Este proceso es más sostenible que otros procesos de separación porque consume poca energía, los microbios pueden crecer en materiales de desecho y el proceso de concentración molecular no produce desechos.
El sistema se basa en una membrana construida a partir de microfibras huecas que separa el fluido de cultivo que contiene las microalgas de un disolvente donde se acumula el producto deseado. Luego, el producto se separa y concentra aún más utilizando otras membranas especializadas seleccionadas y diseñadas por inteligencia artificial que permiten el reciclaje del solvente sin pérdida para el sistema.
Ilustración de la configuración de fibra hueca utilizada para la extracción del extracto deseado (pachulol) del cultivo de microalgas. El pachulol es un compuesto valioso ampliamente utilizado en la industria del perfume. Crédito:Reproducido de Overmans et al (2022) con permiso de la Royal Society of Chemistry (CC BY 3.0)
El equipo demostró el potencial de su técnica mediante la extracción continua de pachulol, un compuesto muy utilizado en perfumería. Estas combinaciones de membranas también podrían aplicarse a muchas otras especialidades químicas.
"El desarrollo del proceso de extracción fue un territorio completamente nuevo", dice Overmans.
"Esto es emocionante", sugiere el biotecnólogo Kyle J. Lauersen, "porque podría implementarse en biofábricas a gran escala utilizando una variedad de microbios, no solo algas, para convertir los desechos en productos valiosos".
El ingeniero químico Gyorgy Szekely agrega que los investigadores utilizaron las herramientas de inteligencia artificial y las capacidades de aprendizaje automático disponibles en KAUST para guiar el desarrollo y el refinamiento del proceso de membrana.
El siguiente paso es demostrar la ampliación a niveles industriales. El equipo también planea desarrollar membranas con áreas de superficie más grandes y explorar el uso de diferentes cepas de algas para producir muchos más compuestos de interés.
La investigación fue publicada en Química Verde . Usando caparazones de camarones para construir mejores membranas compuestas
