Caracterización de actividad lipasa endógena de especies de microalgas y desarrollo de transesterificación in situ para la producción de ésteres metílicos de ácidos grasos, como materia prima para biocombustibles = Characterization of endogenous lipase activity of microalgae species and development of in situ transesterification for the production of fatty acid methyl esters as biofuel feedstock

Abstract

Las microalgas son una de las fuentes de biocombustibles renovables con alto potencial para los próximos años, debido a sus características favorables respecto a otros cultivos bioenergéticos. Sin embargo, aún se debe generar los conocimientos, las técnicas y la industrialización relacionadas, para reducir el impacto ambiental y el alto costo de la producción convencional de los biocombustibles a partir del aceite microalgal. El objetivo de este estudio fue desarrollar un proceso de transesterificación in situ por actividad lipasa endógena de microalgas silvestres de Costa Rica, para la producción de un precursor de biocombustibles alternativos. Las lipasas son enzimas naturales en las microalgas que permiten realizar la transesterificación de los lípidos en la biomasa húmeda, reduciendo costos de secado y extracción del lípido, además prescinde de catalizadores para la producción de la materia prima para biocombustible (esteres metílicos de ácidos grasos (FAMEs) o esteres etílicos de ácidos grasos FAEEs) pues las mismas enzimas de la biomasa pueden conducir esta reacción. El proyecto consistió en seleccionar una cepa de microalga con mayor contenido lipídico, para esta investigación Isochrysis galbana mostró el mayor rendimiento lipídico (6.61 mg.gDW-1), los lípidos producidos por la microalga fueron transformados en precursores de biocombustibles por medio de la reacción de transesterificación directa enzimática en la biomasa húmeda de Isochrysis galbana en las siguientes condiciones temperatura de 30°C, pH 6.5 y concentración de metanol 2 M para generar los FAMEs; lográndose identificar esteres metílicos de ácidos grasos como el palmitato de metilo (C16:0), palmitoleato de metilo (C16:1), estearato de metilo (C18:0) y el linoleato de metilo (C18:2), principales componentes del biodiesel. Finalmente, el análisis termogravimétrico (TGA) mostró que el precursor de biodiesel a partir de biomasa de Isochrysis galbana presentó pérdida de masa en regiones similares a la del estándar de biodiesel. Esta investigación ha permitido dar un paso más en el campo de las bioenergías para generar biocombustibles a pequeña escala. A futuro, los procesos desarrollados podrán ser escalados permitiendo maximizar los rendimientos para aplicarse a proyectos de gran interés (nacional e internacional) posicionando al TEC como una institución innovadora en el ámbito de la bioenergía alternativa.

Microalgae are one of the sources of renewable biofuels with high potential for the coming years, due to their favorable characteristics compared to other bioenergy crops. However, it is still necessary to generate the knowledge, techniques, and related industrialization to reduce the environmental impact and high cost of conventional biofuel production from microalgal oil. The objective of this study was to develop an in-situ transesterification process using endogenous lipase activity from wild microalgae in Costa Rica, to produce an alternative biofuel precursor. Lipases are natural enzymes in microalgae that enable the transesterification of lipids in wet biomass, reducing drying and lipid extraction costs, and eliminating the need for catalysts in the production of biofuel raw materials (methyl esters of fatty acids (FAMEs) or ethyl esters of fatty acids FAEEs), as the biomass enzymes can catalyze this reaction. The project involved selecting a microalgal strain with higher lipid content; Isochrysis galbana showed the highest lipid yield in this research (6.61 mg.gDW-1). The lipids produced by the microalgae were converted into biofuel precursors through direct enzymatic transesterification reaction in the wet biomass of Isochrysis galbana under the following conditions: temperature of 30°C, pH 6.5, and methanol concentration of 2 M to generate FAMEs. Methyl esters of fatty acids such as methyl palmitate (C16:0), methyl palmitoleate (C16:1), methyl stearate (C18:0), and methyl linoleate (C18:2), key components of biodiesel, were identified. Finally, thermogravimetric analysis (TGA) showed that the Isochrysis galbana biomass biodiesel precursor presented mass loss in regions similar to that of the biodiesel standard. This research has allowed progress in the field of bioenergy to produce small scale biofuels. In the future, the developed processes could be scaled up to maximize yields for implementation in highly interesting projects (national and international), positioning TEC as an innovative institution in the field of alternative bioenergy.