Author: GERARDO SALAS HERRERA

Evaluación de microalgas para la producción de biomasa economicamente útil usando aguas producidas

GERARDO SALAS HERRERA (2015)

"Las aguas producidas extraidas por la industría petrolera podrían aprovecharse como medio de cultivo para la producción de microalgas. Además de la biomasa producida, las microalgas podrían disminuir la carga tóxica de algunos compuestos presentes en estas aguas. La obtención de biocombustibles a partir de microalgas es un tema ampliamente estudiado por la alta tasa de crecimiento que presentan con un alto porcentaje de lípidos. Se pueden usar aguas residuales para su cultivo, lo que reduce los requerimientos de agua dulce. Sin embargo aún hay poca información para el aprovechamiento de aguas producidas como medio de cultivo para las microalgas En este estudio se evaluó la tolerancia, el crecimiento y la posibilidad de obtener biomasa aprovechable de 3 cepas de microalgas marinas (Isochrysis galbana, Dunaliella tertiolecta y Nannochloropsis sp) usando aguas producidas de la cuenca de Sabinas en el noreste de México. El trabajo experimental se dividió en tres etapas. En la primera se seleccionó una fuente de agua producida, en la segunda se evaluó la salinidad del agua producida de la estación Monclova 1 como medio de cultivo y en la tercera se evaluó cuál de las tres cepas presentaba mejor desarrollo en presencia de aguas producidas. En los tratamientos con agua producida de la estación Buena Suerte las cepas flocularon sin obtener crecimientos con la resiembra, mientras que en los tratamientos con agua producida de la estación Monclova 1 se obtuvieron crecimientos poblacionales con I. galbana y Nannochloropsis sp. seleccionando esta fuente de agua producida para las siguientes etapas. En la segunda etapa se verificó la salinidad del agua producida de la estación Monclova 1 disolviéndola hasta obtener una CE de 57, 52.2 y 38.4 mS cm-1. En esta etapa no se obtuvieron crecimientos poblacionales aun después de la resiembra, sin embargo Nannochloropsis sp. al 20 y 25% de agua producida (57 y 52.2 mS cm-1) permaneció en suspensión y con coloración verde en el matraz hasta los 17 días de experimentación. En la tercera etapa se evaluó el crecimiento de las microalgas en agua salada con presencia de agua producida de la estación Monclova 1 al 3, 5 y 7%. Con D. tertiolecta. e I. galbana se obtuvieron concentraciones celulares significativamente mayores al disminuir la concentración de agua producida (T > 3% > 5% > 7%). Nannochloropsis sp tuvo una concentración celular final mayor en el testigo seguido de las concentraciones al 7 y 5% de agua producida. Por los resultados obtenidos se concluye que el agua producida de la estación Monclova 1 tiene mayor potencial que el agua de Buena Suerte. De las microalgas evaluadas Nannochloropsis sp. fue la más robusta para tolerar la presencia de agua producida de la estación Monclova 1, por lo que es una buena candidata para futuras investigaciones."

"Produced water from the oil industry could be used as culture medium for microalgae production. In addition to the produced biomass, microalgae may decrease the toxic load of some compounds in these waters. Biofuels from microalgae is a widely studied subject, this because the high rate of growth containing a high percentage of lipids. Wastewater can be used as culture medium, which reduces the fresh water requirements. However, there is still few information for the use of produced water as a culture medium This study evaluates tolerance, growth and the possibility of obtain usable biomass of 3 strains of marine microalgae (Isochrysis galbana, Dunaliella tertiolecta y Nannochloropsis sp), using produced water of the Sabinas basin in the northeast of Mexico. The experimental work was divided in three stages. In the first stage one source of produced water was selected, in the second stage the salinity of produced water from Monclova 1 station was evaluated as culture medium. In the third stage was assessed which of the three strains showed better development in the presence of produced water. In the treatments with produced water from the Buena Suerte station the strains flocculated without obtaining growths after the second inoculum, while with the treatments of produced water from the Monclova station, cellular growth was detected after the second inoculum with I. galbana and Nannochloropsis sp. so this source of produced water was selected for the following stages. In the second stage the salinity of the produced water from the Monclova 1 station was evaluated by dissolving it to obtain an EC of 57, 52.2 and 38.4 mS cm-1. At this stage, no cellular growth were obtained even after the second inoculum, however, Nannochloropsis sp. at 20 and 25 % of produced water (57 and 52.2 mS cm-1) remained in suspension with green color in the flasks up to 17 days of experimentation. In the third stage, growth of microalgae in salt water with the presence of produced water at 3, 5 and 7% was evaluated. With D. tertiolecta and I. galbana the cellular concentrations at the end were significantly higher with decreasing the concentration of produced water (T > 3% > 5% > 7%). At the end, Nannochloropsis sp. had a higher cellular concentration in the control followed by the concentrations of 7 and 5 % of produced water. By the results it is concluded that the produced water of the Monclova 1 station has greater potential than that of Buena Suerte station. Between the microalgae assessed Nannochloropsis sp. was the most robust to tolerate the presence of produced water from Monclova 1 station, making it a good candidate for future research."

Master thesis

Nannochloropsis Isochrysis CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Producción de microalgas en diferentes condiciones de cultivo y su efecto en la y biosíntesis de nanopartículas de cobre

GERARDO SALAS HERRERA (2019)

"El termino microalgas, se refiere a microorganismos fotosintéticos con características morfológicas, fisiológicas y reproductivas muy variadas. Entre estas tenemos las diatomeas, algas verdes (Chlorophytas), algas rojas (Rodophytas), algas cafés (Phaeophytas) y cianobacterias que se desarrollan en una gran variedad de ambientes (Siezen, 2010). Estos microorganismos han despertado gran interés científico y biotecnológico en las últimas décadas para resolver problemas ambientales como bioremediación de aguas contaminadas (Dwivedi, 2012; Hii et al., 2011; Siriam y Seenivasan 2012), así como para la producción de biocombustibles, productos farmacéuticos, bioreguladores agrícolas y la biosíntesis de nanopartículas metálicas. Las condiciones en que se cultivan las microalgas impactan sobre el flujo del metabolismo celular como respuesta al ambiente en que se desarrollan. Estos cambios en el metabolismo pueden darse por respuesta a condiciones de estrés provocadas por disponibilidad de nutrientes, temperatura, iluminación, salinidad y fase de desarrollo del cultivo. Estas variaciones metabólicas en microalgas, ha sido ampliamente estudiada en la búsqueda de mejorar procesos biotecnológicos para la obtención de productos como lípidos, ácidos grasos poli-insaturados y carotenoides (Yu et al., 2011). La producción de nanopartículas (NPs) metálicas mediante la biosíntesis a través de microalgas se ha explorado para el desarrollo de tecnologías ambientalmente amigables (Li et al. 2011), sin embargo, su producción depende fuertemente de las condiciones experimentales de los cultivos (Sudha et al., 2013), área en la que aún falta mucho por investigar. La capacidad de las microalgas para producir nanopartículas metálicas está relacionada con los procesos de detoxificación por la presencia de metales pesados en el medio (Mohseniazar et al., 2011; Jena et al., 2014), respondiendo con el aumento en el contenido proteico así como un aumento significativo en la actividad de la catalasa, la superóxido dismutasa y en el contenido de glutatión reducido (Sabatini et al., 2009), además de la producción de metalotioninas y fitoquelatinas (Perales-Vela et al., 2006). También se ha encontrado evidencia de la relación que existe con proteínas oxido reductoras involucradas en la síntesis y transporte de ATP (Barwal et al., 2011). Estos compuestos además de moléculas antioxidantes no enzimáticas como pigmentos, polisacáridos y polifenoles también están relacionados con el estrés oxidativo que puede resultar de condiciones ambientales como la salinidad y la iluminación, así como por la presencia de metales o sustancias químicas (Cirulis et al., 2013), por lo que es de esperarse que las variaciones ambientales generen cambios metabólicos que hagan variar la capacidad para la producción de nanopartículas. En este estudio se evaluaron los efectos de las condiciones de salinidad e iluminación en el cultivo de tres cepas de microalgas y en los efectos que estas condiciones tienen sobre la capacidad de estas cepas para la biosíntesis de nanopartículas de cobre. Además, tomando en cuenta que para el cultivo de microalgas se requieren grandes cantidades de agua y nutrientes, se hace una revisión de literatura de los factores que intervienen para la producción de microalgas usando como medio de cultivo aguas residuales urbanas en las diferentes etapas de tratamiento. Por otra parte, como complemento del presente trabajo, se añaden dos capítulos del libro “Agricultural Nanobiotechnology, modern agriculture for a sustainable future”, en los cuales se participó como coautor."

"The treatment and reuse of wastewater represents a strategy for the preservation of the quality of natural waters (Sala and Mujeriego 2001) since the contamination of this resource is a real problem for the current global population (Onda et al. 2012). The treatment of wastewater with the cultivation of microalgae allows the use of pollutants such as nitrogen and phosphorus (Sriram and Seenivasan 2012) when using them as nutrients for their cultivation, decreasing its content. It also has the potential to treat other highly toxic pollutants, such as heavy metals (Das et al. 2009; Dwivedi 2012) and radioactive elements (Potera 2011; Fukuda et al. 2014), depending on the source of the contaminated water that is to be treated. There is a wide field of research regarding the bioremediation of water using these microorganisms. On the one hand, there are studies that focus on the treatment of contaminated or wastewater as the main objective (de-Bashan y Bashan 2010; Hii et al. 2011), either using microalgae in conjunction with bacteria or fungi, or using biomass as a heavy metal adsorbent material (Dwivedi 2012). On the other hand, there are studies where the treatment of wastewater is sought through its use for the production of biomass useful for other purposes (Christenson and Sims 2011). The result is a positive impact on the environment, as well as a profitable activity for the products that could potentially be obtained. This would partially reduce the pressure on this appreciable resource."

Doctoral thesis

Nanopartículas Biosíntesis Cobre CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA