123
Klever José Delgado Moreira
https://orcid.org/0009-0009-6958-3463
klever.jose@gmail.com
Christian Simon Rivadeneira Barcia
https://orcid.org/0000-0002-1131-6460
christian.rivadeneira@uleam.edu.ec
Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí -
(ULEAM) Ecuador
Delgado Moreira, K., & Rivadeneira Barcia, C.
(2024). Aplicaciones de la biomasa algal
como materia prima en la producción de
biopolímeros. ULEAM Bahía Magazine,
5(8), 123-130. Obtenido de https://
revistas.uleam.edu.ec/index.php/uleam_
bahia_magazine
Cita sugerida (APA, séptima edición)
enero - julio 2024
Vol. 5 - Núm. 8
e-ISSN 2600-6006
Revista Cientíca Multidisciplinaria
ULEAM Bahía Magazine (UBM)
APLICACIONES DE LA BIOMASA
ALGAL COMO MATERIA PRIMA
EN LA PRODUCCIÓN DE BIOPOLÍMEROS
Applications of seaweed biomass as raw material
in the production of biopolymers
Resumen
El presente trabajo analiza la importancia del uso de la biomasa extraída de las
algas en los diferentes campos de la industria. Esta materia orgánica derivada
de varias especies de algas desempeña un papel crucial e importante en los
sistemas acuáticos y en el equilibrio global del carbono. Estos extractos son
comúnmente usados en la industria alimentaria, cosmética, farmacéutica y
ahora con futuras aplicaciones en el campo industrial. La versatilidad de este
compuesto denominado biomasa algal radica en sus múltiples capacidades para
sacar el máximo aprovechamiento y de esta manera producir una amplia gama
de compuestos valiosos, tales como; lípidos, proteínas, carbohidratos, pigmentos
y mucha variedad de polisacáridos; donde al ser extraídos y aprovechados
generaran cambios en distintas áreas. Al adentrarnos en esta investigación, este
compuesto ha despertado un interés signicativo en la comunidad cientíca, y de
esta manera abordar problemas proporcionar soluciones innovadoras en diversos
campos. La nalidad de esta biomasa algal es ser usada como fuente alterna para
la obtención de biopolímeros naturales, con el n de utilizarse en la creación
y producción de nuevos bioplásticos; los cuales estos por sus propiedades
tanto física como químicas, están destinados a ser el potencial reemplazo a la
producción de los plásticos convencionales de los que dependemos actualmente.
Todo esto conlleva a que; se desarrolle futuras innovaciones y de esta manera
dar soluciones a los desafíos actuales y de esta manera poder tener un impacto
duradero en la sostenibilidad y el desarrollo humano.
Palabras clave: Biomasa Algal, Biopolímeros, Clúster, Producción.
Abstract
This paper analyzes the importance of using biomass extracted from algae
en various industries. This organic material derived from various species of
algae plays a crucial and signicant role in aquatic systems and the global
carbon balance. These extracts are commonly used en the food, cosmetic, and
pharmaceutical industries, and now have potential future applications en the
industrial eld. The versatility of this compound, known as algal biomass, lies
en its multiple capabilities to make the most of it and thus produce a wide range
of valuable compounds, such as lipids, proteins, carbohydrates, pigments, and a
variety of polysaccharides. When these are extracted and utilized, they will bring
about changes en dierent areas. As we delve into this research, this compound
has sparked signicant interest en the scientic community, thus addressing
problems and providing innovative solutions en various elds. The purpose of
this algal biomass is to be used as an alternative source for obtaining natural
biopolymers, with the aim of using them in the creation and production of new
bioplastics. Due to their physical and chemical properties, these bioplastics are
intended to potentially replace the production of conventional plastics that we
currently depend on. All of this leads to the development of future innovations
and thus providing solutions to current challenges, ultimately making a lasting
impact on sustainability and human development.
Keywords: Algal Biomass, Biopolymers, Clúster, Production.
Recibido: 06/09/2023 - Revisado: 10/12/2023 - Publicado: 18/01/2024
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Introducción
En los últimos diez años, la biomasa algal ha tenido un auge
de crecimiento signicativo, destinando así en la generación
de energía limpia y más que todo en la producción de
nuevos materiales biodegradables (Moix, 2014). Últimas
investigaciones datan que en América Latina y el Caribe y la
África Subsahariana se encuentran como pioneros potenciales
en la producción de biomasa algal y de por sí, desempeña
un papel importante en el desarrollo de la economía (García,
2021). Reriéndose al uso de la biomasa algal, existe un gran
amplio campo de interés; donde está compuesto fotosintético
es protagonista de muchos usos potenciales, impulsando así
una exploración de aplicaciones multifacéticas en numerosos
campos de la industria. Si nos adentramos al campo de
la nutrición, en la farmacéutica, ecológica y la industrial;
encontramos varias nuevas alternativas de conjugaciones
de esta biomasa con otros compuestos ya sea de la índole
que sea, estos ofrecen el mejoramiento de productos con el
objetivo de aumentar su valor, calidad y utilidad en el campo
de todas las industrias, probando así que; este compuesto tiene
un increíble e interesante crecimiento de acuerdo al potencial
que este posee, abordando así soluciones sostenibles. Los
bioplásticos acogen el mercado principal de bioproductos
que se comercializan dentro de la economía basada en la
obtención de la biomasa algal. Estos bioplásticos tienen
antecedentes históricos que datan desde hace más de 150 años
y actualmente estamos en una nueva era donde la reaparición
de estos materiales impulsa el perfeccionamiento y progreso
de nuevas biotecnologías, la preservación y sostenibilidad del
medio ambiente (Sánchez, 2023). Como última instancia, el
mejoramiento de alagas en el campo de las industrias es un
proceso multidisciplinario que la involucra el uso de todas
las ciencias conocidas, y a medida que la investigación
avanza, es probable que veamos más avances en modicación
genéticas de estas; para así, adaptarlas a diversos campos de
las industrias, lo que podría tener un impacto signicativo
en la sostenibilidad y la innovación en diferentes sectores
importantes.
Biomasa
La Biomasa es un compuesto orgánico de organismos
fotosintéticos extraídos de la biomasa algal, con un gran
potencial de fuente bioenergética y de bioproductos
(Calderon, 2021). Una de las principales características es que
son fuentes primarias de carbono neutral y es relativamente
económicas en comparación con otra fuente de materia prima
no renovables al ser una materia prima renovable (Valdéz,
2021).
Este compuesto al ser una biomasa clasicada como un
compuesto netamente energético (acuoso=algas) y de un gran
uso agroindustrial, en el proceso que se reere al de extracción
de las mismas, obtenemos compuestos valiosos ricos en yodo
y a partir de ellas otros como lo es el agar, el carragenano y las
alginas; donde actualmente estos son ampliamente utilizados
en cualquier campo industrial (Vilma Quitral, Carla Morales,
Marcela Sepulveda, Marco Schwartz, 2012).
Como punto referencial la biomasa según su aplicación se
puede clasicar en tres tipos llamados de por sí generaciones.
La biomasa que es de primera generación se reere a cultivos
con el n de consumo humano, de segunda generación
se reere a aquella biomasa que permite mayor alcance al
problema de sostenibilidad y de por sí en el desarrollo de
obtención de bioproductos y la biomasa de tercera generación
corresponde a aquellas que tiene como n potencial
energético e investigaciones que corresponden al mayor
avance cientíco (Rincón, 2017).
Figura 1.
Aplicaciones Potenciales (Manuel Jimenez Escobedo, 2021).
Elaboración propia
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e-ISSN 2600-6006, enero - julio 2024, Vol. 5 - Núm 8
Biopolímeros
Los biopolímeros son compuestos sintetizados por organismos
vivos que desempeñan varias funcionales biológicas. En
la actualidad estos biopolímeros pueden combinarse con
moléculas sintéticas para así mejorar cualidades y propiedades
de resistencia y exibilidad. Esos mismos al ser sintetizados
por organismos vivos estos suelen descomponerse de forma
natural en el medio ambiente (Rodríguez, 2019).
Figura 2.
Clases Principales de Biopolímeros (Flores Juanita, Aidé
Galindo, Elisa Muzzquiz, Maria Soria, 2021).
En términos generales las algas son organismos capaces de
producir sus propios biopolímeros. Estos son polisacáridos
naturales con propiedades útiles como lo son en el campo de
industria (Azevedo, 2020).
ALGAS
AGAR Mezcla heterogénea de polisacári-
dos. Los principales componentes de
la cadena son la galactopiranosa.
ALGINATO Mezcla heterogénea. Principal com-
ponente es el ácido manurónico y
unidos por enlaces glucosídicos.
CARRAGENINA Mezcla heterogénea de polisacári-
dos. Sus componentes principales
son la galactosa.
FUCOIDAN Mezcla heterogénea. Su componente
es la fucosa unida por enlaces glu-
cosídicos.
Tabla 1.
Tipos de Biopolímero Naturales Extraídos de la Biomasa (Ramirez, 2018).
Los polímeros naturales que se pueden extraer del compuesto
de biomasa algal encontramos los siguientes:
Alginato: Es un biopolímero no toxico, biodegradable,
biocompatible, soluble y renovable; extraído normalmente
de las algas pardas (Phaeophyceae). La aplicación de estas
destacamos en los siguientes campos de la:
• Industria Farmacéutica: Usado como espesante
para cremas y medicamentos tópicos.
• Industria Química: Usado para la formulación de
detergentes de ropa.
• Industria Textil: Usado para el mejoramiento de la
ropa y el papel en el dimensionamiento de su supercie.
• Industria Gastronómica: Usado para la conservación
de helados, viscosidad necesaria y para el mantenimiento de
los microorganismos probióticos microencapsulados.
• Industria Biotecnológica: Usado para un correcto
nivel de actividad enzimática en la producción de vacunas.
• Industria Biomédica: Usado para la producción de
fármacos oftalmológicos.
• Industria Informática: Usado para la creación de
materiales 3D. (Hurtado, 2020)
Agar: Es un polisacárido, de una subdivisión de la Carragenina
que es un biopolímero extraído normalmente de las algas
rojas (Rhodophyta). La aplicación de estas destacamos los
siguientes:
• Industria Alimentaria: Usado como espesante y
estabilizador.
• Industria de Bebidas: Usado como coagulante,
mediante un proceso químico en el que las sustancias
coloidales se coagulan en el agua, lo que permite la
decantación y ltración de lo que es en la elaboración de
jugos, vinos y cerveza.
• Industria Farmacéutica: Usado como ingrediente
para la formulación de tabletas, capsulas médicas, lubricantes,
tratamientos gastrointestinales y como agente antibiótico.
• Industria Cosmética: Usado como espesante natural,
lo que proporciona preservación y mejora el rendimiento del
producto (Mabeau, 1991)
Carragenina: Es un biopolímero sulfatado, normalmente
extraído de las algas rojas (Rhodophyceaes). Dentro de la
aplicación de estas se destaca lo siguiente:
• Industria Alimentaria: Su mayor auge ha tenido en
este campo, por sus propiedades especiales como gelicante,
estabilizante y espesante; por la capacidad de generar estas
funciones en medios acuosos a muy bajas concentraciones.
Fucoidanos: Es un polisacárido sulfatado, que normalmente
es extraído de las algas pardas (Phaeophyceae). Dentro de la
aplicación de esta se destaca lo siguiente:
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• Industria Biomédica: Usado como anticoagulante y
antitrombótica.
• Industria Biotecnológica: Usado como compuesto
antiviral en la medicina clínica.
• Industria Farmacéutica: Usado como antibiótico
para personas que sufren malestares gástricos y como uso
terapéutico después de cirugías. (Trujillo, 2019)
Tabla 2.
Clasicación de Biopolímeros por su Funcionalidad
(Domínguez, 2020).
Algas productoras de biopolímeros
FUNCION BIOPOLÍMERO
Gelicante Agar, agarosa, alginato, schizolano, gelatina, quitosa-
no, pectinas, curdlano.
Espesante Gomas: guar, arábiga, xantana, tragacanto, guar. (alga-
rrobos)
Emulsicador Alginato, goma xantana, pectinas.
Estabilizador Gomas: guar, arábiga, xantana, carragenina, guar. (alga-
rrobos)
Medicina Celulosa, alginato, ácido hialurónico, colágeno, goma
guar, fucoidan, quitosano.
Las algas son el organismo viviente más antiguo de nuestro
planeta, tradicionalmente se clasica como vegetal; este es
un organismo my capaz por su peculiaridad de obtener su
propia energía gracias a la capacidad de realizar el proceso
de fotosíntesis (Piedrahita, 2017). Normalmente existe una
variedad descomunal de especies que datan aproximadamente
de 30.000 mil especies conocidas. De acuerdo a su
clasicación encontramos que estas se las puede dividir por
macroalgas y microalgas (Acosta, 2023).
Macroalgas: Se destacan los siguientes tipos:
• Algas Verdes o Clorophyta: Son las algas
pertenecientes al grupo que tienen clorola A y B. Habitan
en agua dulce y hábitats marinos. gracias a su capacidad de
adaptación (Moreno, 2021).
• Algas Rojas o Rodophyta: Se las conoce como
rodótas, porque realizan funciones fotosintéticas y tienen
clorola A y D; cuya principal característica es que pueden
encontrarse a más de 130 metros de nivel de profundidad
(Cubas, 2008).
• Algas Pardas o Phaeophyta: Son propias de
ecosistemas marinos, teniendo como referencia que se
encuentran en costas rocosas. Normalmente aparecen como
algas otantes y libres, presentan clorola A y C (Annie May
García, 2022).
Imagen 1.
Clasicación de Algas (Irigoyen, 2020).
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Tabla 3.
Cuadro Comparativo de Macroalgas (Ann, 2021)
CARACTERÍSTICA ALGAS ROJAS ALGAS PARDAS ALGAS VERDES
Clase Taxonómica Rhodophyta Phaeophyceae Chlorophyta
Pigmentos Clorola a, Ficobiliproteínas Clorola a y c, Fucoxantina Clorola a y b
Color Rojo Pardo-Oliva Verde
Almacenamiento de Energía Almidón y Floridean Laminaran y Manitol Almidón
Células Flageladas Ausentes Puede haber, como no En algunas especies
Pared Celular Celulosa y Sulfato de Agar Celulosa y Alginato Celulosa y Pectina
Distribución Principalmente Marino Principalmente Marino y Dul-
ceacuícola Generalmente Dulcea-
cuícola
Estructuras Notables Cistocarpos, Carposporotos Laminarinas, Fucoides y Sar-
gazos Volvox, Spirogyra, Ulva
Metodología
Produccíón y extracción de biopolímeros
La extracción de biopolímeros de macroalgas es un
proceso importante en diversas aplicaciones industriales
y biotecnológicas, ya que estos biopolímeros tienen
propiedades únicas y valiosas, como gelicación, estabilidad,
y propiedades bioactivas. Aquí se presentan algunas
metodologías comunes para la extracción de biopolímeros de
macroalgas:
• EXTRACCIÓN CON AGUA CALIENTE
(HOT WATER EXTRACTION): En esta metodología,
las macroalgas se tratan con agua caliente para romper las
paredes celulares y liberar los biopolímeros. La temperatura
y el tiempo de tratamiento varían según el tipo de macroalga
y el biopolímero deseado. Luego, la mezcla se enfría y se
separa para obtener el extracto (Hugh, 2002).
• EXTRACCIÓN CON SOLVENTES
ORGÁNICOS: En este enfoque, los biopolímeros se extraen
utilizando solventes orgánicos como etanol, metanol o
acetona. Estos solventes disuelven los biopolímeros y luego
se elimina el solvente para obtener el extracto deseado
(Reyma, 2018).
• EXTRACCIÓN CON ÁLCALIS (ALKALI
TREATMENT): En esta metodología, las macroalgas se
tratan con soluciones alcalinas, como hidróxido de sodio,
para romper las paredes celulares y liberar los biopolímeros.
Luego, se neutraliza la solución alcalina para obtener el
extracto (Plaza, 2012).
• EXTRACCIÓN CON ENZIMAS: Las enzimas
especícas pueden ser utilizadas para degradar las paredes
celulares de las macroalgas y liberar los biopolímeros. Las
enzimas como las celulasas y alginasas son comúnmente
utilizadas para este propósito (Fleurence, 2019).
• EXTRACCIÓN ASISTIDA POR MICROONDAS:
Las microondas se utilizan para calentar la muestra de
macroalga, lo que acelera el proceso de extracción. Esto
puede ser útil para aumentar la eciencia de extracción y
reducir el tiempo de procesamiento (Shahidi, 2018).
• EXTRACCION ASISTIDA POR ULTRASONIDO:
La aplicación de ultrasonido de alta frecuencia a la muestra
de macroalga puede ayudar a romper las paredes celulares
y facilitar la liberación de los biopolímeros (Corona, Edith,
2016).
• EXTRACCION POR AUTOCLAVE: En este
método, las macroalgas se someten en altas temperaturas
y presiones en una autoclave, lo que ayuda a descomponer
las estructuras celulares y liberar los biopolímeros (Duran,
2022).
• EXTRACCION POR HIDRÓLISIS ÁCIDA: En
esta técnica, las macroalgas se tratan con ácido para hidrolizar
las estructuras celulares y liberar los biopolímeros. Luego, se
neutraliza la solución ácida para obtener el extracto (Tiwari,
2020)
128 ULEAM - Extensión Sucre - Bahía de Caráquez
e-ISSN 2600-6006, enero - julio 2024, Vol. 5 - Núm 8
Es importante considerar que la elección de la metodología
de extracción dependerá del tipo de biopolímero que se
busca obtener, así como de las propiedades y características
especícas de las macroalgas utilizadas.
Tabla 4.
Métodos de Extracción de Biopolímeros de Algas (Filipigh,
2021).
METODO MECANISMO VENTAJAS DESVENTAJAS PARAMETROS
DE CONTROL
CITAS BI-
BLIOGRÁFI-
CAS
EXTRACCIÓN
CON AGUA CA-
LIENTE
Proceso de Fuerza
Centrifuga Reducción de
Disolventes Flujo contracorriente Temperatura
(Zhong, Luua,
Walsem, Johan
Van, Shihm
Simons, 2013)
SOLVENTE
ORGANICO
Proceso de Reac-
ción/Acción Electroextracción Compuesto Hidrofó-
bicos Solubilidad
Orgánico (Yañez, 2022)
EXTRACCIÓN
CON ALCALIS
Proceso de Liqui-
do/Liquido Cromatografía Solubilidad Cargada/
Neutra Anidad de PH (Laurence,
2021)
ENZIMAS Hidrólisis Reducción de
disolventes Necesidad de optimizar
Enzimas
Concentración
Uso adecuado
Máxima actividad (Madhy, 2019)
MICROONDAS Irradiación con
Microondas Reducción de
disolventes
Eciencia imprevisible
con disolventes polares
o volátiles
Agitación
Tiempo
Potencia
(Onumaegbu,
2019)
ULTRASONIDO Cavitación Acús-
tica
Reducción de
tiempo y uso de
disolventes
Dicultad de Enfria-
miento
Frecuencia
Tiempo
Potencia (Vérnes, 2019)
AUTOCLAVE Ebullición de
Vapor Debilitación de
Lípidos Dicultad de Enfria-
miento
Temperatura
Tiempo
Rendimiento (Miranda, 2020)
HIDRÓLISIS
ÁCIDA
Mecanismo Cata-
lizador Rendimiento de
Oxidación Impacto Ambiental
Tiempo
Eciencia
Escalabilidad (Nitzos, 2020)
Cada método tiene sus ventajas y desventajas en términos de
eciencia, calidad del extracto y escalabilidad. Además, es
crucial garantizar prácticas sostenibles y respetuosas con el
medio ambiente durante el proceso de extracción (Reyma,
2018).
Tabla 5.
Principales Ventajas y Desventajas de Métodos Modernos de Extracción (Adrian Espinoza, 2020).
MÉTODOS EXTRACTIVOS VENTAJAS DESVENTAJAS
TRADICIONALES
Bajo Costo
Facilidad de Operación
Requiere menos procesos Experi-
mentales
Elevado consumo de solventes orgá-
nicos y son totalmente tóxicos
Periodos prolongados
Menor rendimiento
Operación manual
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Conclusiones
La información obtenida de las investigaciones consultadas
indica que la biomasa algal por medio del uso y producción
de macroalgas es una fuente viable y prometedora en la
solución de múltiples áreas cruciales para nuestro futuro. A
medida que enfrentamos desafíos globales como el cambio
climático, la seguridad alimentaria y la búsqueda de fuentes
de energía renovable, las algas emergen como una fuente
versátil y eciente de recursos. No obstante, es esencial
abordar desafíos relacionados con la producción a gran
escala, la gestión responsable de recursos acuáticos y la
minimización de impactos ambientales.
Mediante la inversión en investigación, desarrollo y
regulaciones adecuadas, podemos aprovechar plenamente los
benecios de la biomasa algal y encaminarnos hacia un futuro
donde la tecnología y la naturaleza colaboren armoniosamente
para el bienestar de nuestro planeta y sus habitantes.
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MODERNOS
Menor tiempo de extracción
Aumenta el rendimiento y calidad de
los reactivos
Considerados ¨Tecnología Verde¨
Automatizado
Procesos optimizados
Reducen y eliminan los solventes
toxicos
Tecnología costosa
Requiere personal especializado y
capacitado
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