Introducción a la espirulina: Historia, aplicaciones y sistemas de cultivo

Fernando Gómez Hermoso (Gestor de proyectos de I+D, CIB-CSIC)

La cianobacteria coloquialmente conocida como ESPIRULINA (Arthrospira), es un microorganismo filamentoso que posee un gran interés en el campo de la biotecnología, debido a que se cultiva en muchos lugares del mundo por su alto valor nutricional. (FAO: A review on culture, production and use of spirulina as food for humans and feeds for domestic animals and fish).

Este valor nutritivo se debe principalmente a su alto contenido en proteína (aproximadamente un 60-70% de su peso seco) y a la presencia de un tipo especial de lípido, el ácido gammalinolénico (GLA) (Ciferri y Tiboni, 1985; Henrikson, 1989).

La espirulina contiene también varios  pigmentos que actúan como antioxidantes, como la ficocianina (20%), clorofila-A y otros como mixoxantofila y zeaxantina. Además presenta un contenido relativamente alto de vitaminas, como las provitaminas-A (principalmente β-caroteno), vitamina C, vitamina E y minerales (hierro, calcio, cromo, cobre, magnesio, manganeso, fósforo, potasio, sodio y zinc).

Todas estas propiedades implican que la espirulina pueda ser utilizada en diversas aplicaciones,  como por ejemplo para la producción de complementos alimenticios animales, o también para la obtención de productos de alto valor añadido dirigidos a los sectores nutracéutico, cosmético y farmacéutico.

Por otra parte, este microorganismo también encuentra aplicación en las tecnologías relacionadas con el medio ambiente y la energía (Pulz y Scheibenbogen, 1998). La espirulina es potencialmente una microalga capaz de producir biomasa y contribuir así como fuente de energía renovable, lo que podría ayudar a disminuir los efectos del calentamiento global del planeta. Pero también puede ser utilizada para la depuración de aguas contaminadas, captación y uso de CO2 o para la producción de biofertilizantes y bioplásticos.

Estos hechos hacen que la espirulina constituya uno de los más atractivos modelos de factoría celular fotobiológica para su estudio y mejora en estos momentos, ya que puede producir una gran cantidad de biocompuestos de una forma barata a través del CO2 atmosférico y la luz solar.

Antecedentes:

La especie que conocemos actualmente como espirulina pertenece realmente al género Arthrospira  y no al de Spirulina como era de esperar. De hecho, las especies más utilizadas en el sector de la nutracéutica son Arthrospira maxima y Arthrospira platensis, mientras que ninguna especie perteneciente al género Spirulina es comestible.

Esto es debido a que hasta 1989 tan sólo existía el género Spirulina, que posteriormente fue dividido dando lugar al género Arthrospira. Aunque paradójicamente sigue empleándose el término «spirulina» o el españolizado «espirulina» como nombre común, lo que crea bastante confusión.

La espirulina (Arthrospira) fue aislada por primera vez por Turpin en 1827 a partir de una corriente de agua dulce, y posteriormente se han encontrado especies de espirulina en una gran variedad de ambientes (tierra, arena, pantanos, agua salobre, agua de mar y agua dulce). Las especies de espirulina han sido aisladas, por ejemplo, de aguas tropicales en el Mar del Norte, aguas termales, salinas, aguas cálidas de las centrales eléctricas o estanques de peces.

Por lo tanto, esta bacteria parece ser capaz de adaptarse a ambientes muy diferentes y a colonizar ciertos entornos en los que la vida de otros microorganismos es, si no imposible, muy difícil.

Uso alimentario de la espirulina:

El uso de espirulina como fuente alimenticia se remonta al siglo IX y se cree que fue utilizada por los aztecas en México durante el siglo 16. Los registros históricos reportan la recolección y venta de pasteles hechos de espirulina cosechada del lago de Texcoco.

Posteriormente, fue reconocida por una misión científica europea  en el mismo lugar donde se ha dicho que tiene sus orígenes. La espirulina estaba siendo cosechada y vendida en forma de pastelillos secos llamados “dihé”en los mercados locales, donde los nativos la utilizaban como un alimento básico de muchas de sus comidas.

Actualmente, a nivel internacional millones de personas en todo el  mundo utilizan esta alga como complemento alimenticio de su dieta siguiendo las recomendaciones de las Naciones Unidas (O.N.U.) y la Organización Mundial de la Salud. En este informe realizado a partir del “Instituto Intergubernamental para el Uso de las Microalgas Spirulina contra la Malnutrición”, perteneciente a las Naciones Unidas (IIMSAM – Intergovermental Institution for Use of Micro-Algae Spirulina Against Malnutrition – United Nations), se recomienda el empleo de Spirulina contra la malnutrición aguda en situaciones de las emergencias humanitarias, de malnutriciones de índole crónico, y para el desarrollo sostenible.

Según datos de la FAO (Fisheries statistics), la producción en China fue de 19.080 toneladas en 2003, ampliándose a 41.570 toneladas en 2004, con un valor de mercado de US$ 7.6 millones  y US$ 16.6 millones respectivamente, desconociéndose datos de producción para el resto del mundo. Esto nos sugiere que a pesar de la amplia distribución y publicidad sobre la espirulina y sus beneficios, se hace necesario un mayor control de la producción mundial de espirulina y de sus productos.

Por tanto, es normal entender que esta cianobacteria esté jugando un papel importante en una amplia gama de aplicaciones en la industria nutracéutica, incluidos los complementos alimenticios para humanos y animales, de tal manera que están apareciendo cada vez más artículos científicos que sostienen los beneficios terapéuticos de este microorganismo, tales como su contribución para prevenir enfermedades del corazón, cáncer y diabetes (Zheng et al., 2013).

Gracias a que la espirulina se ha vendido ampliamente en tiendas de alimentos para la salud y otros muchos puntos de venta del mercado de masas en todo el mundo, la seguridad de la espirulina como alimento ha sido establecida a través de muchos años de uso y a través de numerosos y rigurosos estudios toxicológicos (Habid et al, 2008).

Algunas de las mayores compañías que producen espirulina son: Earthrise Faros (USA), Cyanotech (USA), Hainan DIC Microalgae Co., Ltd (China), Marugappa Chettir Research Center (India), o Solarium Biotechnology (Chile).

Cultivo industrial de espirulina:

Por lo general, la espirulina a escala industrial se produce en estanques abiertos en cultivo líquido o sistemas Raceways (Pulz y Scheibenbogen, 1998), pero la necesidad de contar con sistemas de cultivo más higiénicos y eficientes ha hecho que cada vez más en todo el mundo se diseñen sistemas cerrados de crecimiento, conocidos como fotobiorreactores, si bien aun no son muchas las empresas capaces de utilizar estos sistemas a escala industrial debido principalmente a su alto coste.

La espirulina puede crecer en tres condiciones de crecimiento diferentes como autótrofa, heterótrofa o mixotrófa y es capaz de crecer en condiciones muy alcalinas y en presencia de altas concentraciones de sal y bicarbonato.

En los últimos años, se ha intentado aumentar la productividad en las fábricas de espirulina desde los estanques abiertos donde la productividad en biomasa es de unos 2.846 mg/L1/día1 y en diversos tipos de fotobiorreactores cerrados donde la biomasa puede alcanzar hasta unos 220 mg/L1/día1 (Klanchui et al., 2012).

Para la mejora se han utilizado varias estrategias incluyendo el cambio de parámetros físicos (temperaturas, pH, radiaciones solares) o el cambio de algunos nutrientes. Sin embargo, estas modificaciones son todavía algo improductivas y poco prácticas para ser utilizadas en el cultivo a escala comercial debido a los altos costes de las materias primas. Una estrategia que se está desarrollando es la utilización de compuestos con nutrientes de liberación controlada. La situación ideal sería aquella en la que los nutrientes se aplicarían cuando el alga los necesitase según su fase de crecimiento.

Aunque hay que seguir buscando maneras de mejorar la producción mediante técnicas convencionales no hay que olvidar que la ingeniería genética, la biología de sistemas y la ingeniería metabólica son unas herramientas poderosas para ayudar a identificar nuevas formas racionales de mejorar el proceso (Potvin y Zhang, 2010; Ruffing, 2011).

Finalmente, hay que tener en cuenta que el aprovechamiento de microalgas eucariotas y cianobacterias se ha debatido en cuanto a su viabilidad, poniendo en cuestión los balances energéticos que presentaban según el ciclo de vida (Chisti, 2007; Lardon, 2009).

Posteriores estudios se han centrado en el análisis de estos sistemas, seleccionando los mejores equipos y estudiando las interacciones entre las diferentes etapas de la cadena de valor para mejorar los consumos energéticos y minimizar los impactos ambientales (Kohl, 2013).

 

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Comentarios

Buenos días

Tengo problemas con mis riñones y padezco de hiperpotasemia. He oído hablar de la Espirulina pero nadie es capaz de informarme acerca de los niveles de potasio que contiene este alga. ¿Podrían Vd. decírmelo?

Gracias por adelantado

Por favor, ¿sería posible que, de una vez por todas, hablemos de “algas” solo para referirnos a las algas de verdad (eucariotas) y de “cianobacterias” para los procariotas correspondientes?

Es una pena que se induzcan estas confusiones en las personas no expertas en un artículo/blog por lo demás muy interesante.

Estimado Ernesto. LLevás toda la razón, por eso se trata de realizar dicha distinción al inicio del post. Ocurre que en el sector tecnológico de las microalgas (eucariotas) hace tiempo que incluyeron a este tipo de cianobacteria dentro de los organismos con potencial industrial, por lo que de forma habitual no se distingue la terminología, hablando en algunas ocasiones de algas verde-azuladas, incluso en artículos científicos (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC283708/pdf/microrev00019-0101.pdf).

La cantidad de potasio que contiene la espirulina puede estar en unos 140 mg por cada 10g de materia seca, lo cual se considera una fuente rica de este mineral según la FAO. Desconozco la cantidad recomendada al día para complementación alimenticia, pero quizá estos enlaces puedan ayudarte:

http://www.spirulinasource.com/spirulina/spirulina-world-food/
http://www.fao.org/3/contents/b2d01d94-4707-54c1-9f65-01f699fc6d07/i0424e00.htm

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