¿Qué es la Acuicultura?
La vida marina requiere de esta activad para la creación de alimentos ricos en nutrientes y que se realizan de manera ecológica
Por María Sol Muñoz
A+S dialoga con Mauro Do Nascimento, Doctor en Ciencias Biológicas, egresado de la Universidad Nacional de Mar del Plata. Se desempeña como investigador del CONICET, con lugar de trabajo en el Instituto de Investigación en Biodiversidad y Biotecnología (INBIOTEC-CONICET).
¿Cuáles son los principales nutrientes presentes en el agua residual del cultivo de tilapia del Nilo y cómo contribuyen al crecimiento de las algas?
El agua residual del cultivo de peces contiene principalmente nitrógeno y fósforo, liberados en forma de amonio, nitratos y fosfatos, como resultado del metabolismo de los peces y la descomposición de materia orgánica, que incluye restos de alimento y heces. Estos nutrientes son esenciales para el crecimiento de las algas, ya que estas pueden absorberlos para sintetizar biomoléculas clave, como proteínas, ácidos nucleicos y ATP, entre otras. Esto favorece su crecimiento y aumenta la producción de biomasa.
Secado y molido de la biomasa algal
En nuestros estudios, comprobamos que el agua residual del cultivo de tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) contiene altas concentraciones de estos nutrientes, los cuales pueden ser utilizados para el crecimiento de varias cepas de microalgas. Este proceso promueve la biorremediación de las aguas y, al mismo tiempo, permite la producción de biomasa útil en la acuicultura, ya sea como suplemento nutricional o para otros fines aplicados.
¿Qué especies de algas son más adecuadas para reciclar los nutrientes del agua residual en sistemas de acuicultura?
Existen varias especies de microalgas que se utilizan con frecuencia en procesos de remediación o reciclaje de nutrientes en aguas residuales. Se buscan cepas con un “crecimiento robusto”. Estas cepas tienen la capacidad de mantener un crecimiento estable bajo distintas condiciones ambientales y de cultivo. Es decir, pueden adaptarse y crecer en condiciones que no son necesariamente óptimas, como altas concentraciones de nutrientes, fluctuaciones en temperatura, intensidad lumínica, pH y salinidad. Esto es fundamental en aplicaciones biotecnológicas para garantizar tanto la productividad como la viabilidad del proceso a mayor escala.
Selección de cepas
Nuestro equipo trabaja principalmente con cepas de agua dulce pertenecientes al grupo de las clorofitas, que, además de tolerar altas concentraciones de nutrientes y no verse afectadas por la presencia de otros compuestos en el agua residual, tienen la capacidad de acumular grandes cantidades de proteínas, lípidos y compuestos antioxidantes, como la astaxantina. También utilizamos cepas marinas, que destacan por su capacidad para acumular ácidos grasos esenciales, como los omega-3 y omega-6, lo que las convierte en una fuente sostenible de suplementos alimenticios para peces y otros organismos acuáticos.
¿Cuáles son los beneficios ambientales y económicos de integrar la producción de biomasa algal en el ciclo de reciclaje de agua residual en cultivos de tilapia del Nilo?
Integrar la producción de biomasa algal con el reciclaje de nutrientes ofrece importantes beneficios tanto ambientales como económicos. Desde una perspectiva ambiental, las microalgas son organismos muy eficaces en procesos de biorremediación, ya que absorben los nutrientes en exceso, principalmente nitrógeno y fósforo, lo que ayuda a mejorar la calidad del agua. Además, gracias a su capacidad para realizar fotosíntesis, pueden capturar dióxido de carbono (CO₂) y liberar oxígeno (O₂), contribuyendo así a la mitigación del cambio climático.
Biomasa procesada en alimento para peces
En términos económicos, este sistema permite reducir los costos asociados con la producción de biomasa algal al reciclar nutrientes y generar biomasa de alto valor agregado, que se convierte en un recurso valioso para la alimentación de los peces, mejorando la calidad y el valor nutricional de los productos acuícolas. Además, contribuye a disminuir los costos del tratamiento de aguas residuales, ya que facilita el reciclaje eficiente de nutrientes.
De esta manera, se promueve un enfoque más sostenible y rentable en la acuicultura, integrando conceptos de economía circular.
¿Cómo influye la calidad del agua residual en la eficiencia del crecimiento algal?
La composición química del agua residual es un factor crucial que determina la eficiencia del crecimiento algal y la calidad de la biomasa producida. Por ejemplo, cuando las concentraciones de nitrógeno y fósforo son adecuadas, el crecimiento algal es óptimo, favoreciendo la producción de biomasa. Sin embargo, un desbalance en la relación entre el carbono, el nitrógeno y el fósforo puede afectar negativamente el crecimiento de las algas, ya que el déficit o el exceso de cualquiera de estos elementos puede limitar el crecimiento.
Además, la calidad del agua residual no solo influye en la cantidad de biomasa producida, sino también en su composición nutricional.
Dependiendo del producto final que se desee obtener, la estrategia de cultivo puede ajustarse variando la concentración de estos nutrientes para favorecer la acumulación de proteínas, lípidos y/o compuestos bioactivos, mejorando así su valor como materia prima para la elaboración de alimentos de alta calidad para peces.
¿Qué desafíos técnicos y logísticos existen en la implementación de sistemas de reciclaje de nutrientes basados en biomasa algal?
Para integrar estos procesos de manera eficiente es necesario abordar varios aspectos clave. En primer lugar, es fundamental seleccionar cepas de microalgas que tengan un crecimiento robusto y produzcan los metabolitos deseados. También es importante controlar la calidad del agua, que debe mantenerse en niveles adecuados para asegurar un crecimiento eficiente de las microalgas.
Otro aspecto crucial es la elección del sistema de cultivo de microalgas y la optimización de dicho sistema según la escala de producción. Es esencial integrar adecuadamente los reactores en las instalaciones sin interferir con el cultivo de la especie con la que se trabaje. En nuestro caso, realizamos estudios con la tilapia del Nilo, pero también estamos evaluando la posibilidad de acoplar esta tecnología al cultivo de trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss). Esto implica controlar variables como la iluminación, el flujo de agua y la temperatura, lo cual requiere tecnología específica y monitoreo constante.
Particularmente, hemos evaluado la capacidad de distintas cepas de microalgas para mantener una alta productividad de biomasa y una elevada eficiencia en la remoción de nutrientes utilizando fotobiorreactores de tipo panel plano (flat-panels) operados en condiciones ambientales naturales, obteniendo resultados muy satisfactorios. En paralelo, estamos estudiando el desarrollo de sistemas de cultivo en biofilms, los cuales podrían integrarse a los sistemas de recirculación de agua (RAS) comúnmente utilizados en el cultivo de peces. Estos sistemas permiten una operación continua, mejoran la eficiencia en la remoción de nutrientes y simplifican la cosecha de las microalgas.
Puntualmente, la cosecha o recolección de las células es uno de los mayores desafíos en la biotecnología algal. El uso de estrategias como la floculación, centrifugación y/o filtración puede resultar costoso a gran escala, por lo tanto, contar con un sistema que facilite la recolección de la biomasa para su posterior procesamiento es crucial.
¿De qué manera la producción de biomasa algal a partir del agua residual puede mejorar la sostenibilidad?
Este enfoque tiene el potencial de mejorar tanto la sostenibilidad como la eficiencia en los sistemas acuícolas. Al aprovechar los nutrientes presentes en el agua residual, como el nitrógeno y el fósforo, se logra mejorar la calidad del agua al reducir la acumulación de compuestos dañinos para los peces. Este proceso previene problemas dentro del sistema de cultivo y evita que la liberación de agua residual al medio ambiente provoque eventos de eutrofización en cuerpos de agua, lo que tendría graves consecuencias ecológicas.
Además, los nutrientes capturados se transforman en biomasa algal, una materia prima valiosa. Esta biomasa, rica en proteínas, ácidos grasos esenciales y otros nutrientes, puede ser incorporada en la dieta de los peces, reduciendo la necesidad de insumos costosos como la harina de pescado. Al hacerlo, se mejora la calidad nutricional del alimento y se promueve una acuicultura más eficiente y sostenible.
Desde el punto de vista del manejo de residuos, la integración de la producción de biomasa algal crea un ciclo cerrado en el que los desechos se reutilizan de manera efectiva, siguiendo un enfoque de economía circular. Este modelo no solo reduce el impacto ambiental, sino que también optimiza el uso de los recursos disponibles, aumentando la eficiencia general del sistema y contribuyendo a un modelo más rentable y sostenible a largo plazo.
