Biotecnologie 


Lo stato dell'arte nella coltura di cianobatteri, microalghe ed alghe

Attualmente la coltura massiva di microalghe è dominata da tre specie: Arthrospira platensis (commercialmente Spirulina), Chlorella vulgaris e Dunaliella salina, cresciute prevalentemente in bacini aperti tra 10 e 25 cm di profondità, con  corsie di lunghezza e larghezza variabili, mescolate mediante pale rotanti.

La maggiore profondità è di solito adottata in estate per prevenire eccessi di temperatura che potrebbero comportare la morte della coltura. La soglia di resistenza all’elevata temperatura dipende molto dal ceppo, ad esempio, l'Arthrospira cresce bene fra 30 e 35°C. Al di sopra di 35°C la crescita si rallenta e poi si arresta, e nell’arco di 1-2 giorni la coltura muore. La maggior parte delle colture di microalghe prediligono temperature comprese tra 20 e 30°C.  In generale le specie marine hanno ottimi di temperatura tendenzialmente più bassi (20-25°C), pertanto queste specie devono essere coltivate in bioreattori in cui è possibile controllare la temperatura. 

Le stesse considerazioni valgono per la specie Haematococcus pluvialis, recentemente prodotta a livello di mercato per l’estrazione di astaxantina, un carotenoide secondario molto utile per uso come antiossidante. Lo stesso si può dire per la produzione di Phaeodactlilum tricornutum (diatomea) per la produzione di fucoxantina. 

Queste due ultime specie la coltivazione avviene in sistemi chiusi generalmente tubolari che consentono di mantenere i limiti di temperatura entro i 25°C utilizzando un sistema di raffreddamento. Pertanto, l’uso di bacini aperti è possibile per specie estremofile, che crescono in mezzi colturali molto selettivi, per esempio Arthrospira (elevata salinità ~ 20 g/l sali, pH 9.5-11) e Dunaliella salina (elevata salinità). 

Chlorella vulgaris è un caso a parte in quanto è forse la specie più selvaggia fra queste tre specie, caratterizzata da un elevato tasso di crescita che le permette di competere con altre microalghe inquinanti. Inoltre, circa la metà della produzione avviene in fermentatori per via eterotrofica utilizzando glucosio come fonte di energia e di carbonio. 

Normalmente la produzione delle tre specie principali è di circa 10 gm^-2 giorno^-1 con una efficienza di conversione della luce in energia conservata nella biomassa di circa 1/10 di quella teorica (10 % su base solare). 

Questo tipo di coltivazione può essere remunerativo solo nei casi in cui le aree destinate alla produzione di microalghe siano situate in zone desertiche ad elevata insolazione, in paesi dove il costo del suolo e della manodopera siano molto contenuti. Infatti, Spirulina è prodotta da Earthrise nel deserto della California, alcune aree della Cina, in particolare in Mongolia, utilizzando serre per prevenire un eccessiva riduzione della temperatura colturale. Attualmente 2/3 della produzione mondiale di Spirulina (circa 20.000 tons) avviene in Cina. La Dunaliella  è prodotta nel deserto del Negev (Israele) non distante dal Mar Rosso, e in zone desertiche dell’Australia in bacini aperti senza nessuna agitazione salvo quella operata dal vento. In Australia, la resa giornaliera scende a 2-3 g/m2 di peso secco. Dunaliella è coltivata per la produzione di beta-carotene che è presente nella biomassa (circa 10%). La sintesi di carotene in Dunaliella richiede l’esposizione delle cellule ad un fattore di stress, di solito elevata salinità e basso contenuto di azoto nel mezzo di coltura. Condizioni di stress (privazione di azoto) sono necessarie per favorire l’accumulo di astaxantina 3-5 % del peso secco) in Haematococcus pluvialis. Quindi, la produzione di microalghe ha normalmente carattere estensivo ed è economicamente fattibile solo in aree con basso o bassissimo costo del suolo, aree illuminate quasi tutto l’anno, e dove è possibile reperire manodopera a costo basso. 

In generale il costo di produzione in vasche varia tra 10-20 US$ per kg di sostanza secca. 

La produzione di microalghe in Europa è pressoché inesistente se si escludono piccole iniziative di coltivatori con superfici inferiori a 1000 m2 di vasche. Per essere competitivi la produzione annuale deve superare le 40 tonnellate. Per usufruire dell’economia di scala occorre raggiungere circa 10 Ha. 

Pertanto nonostante i benefici riconosciuti alla biomassa di alghe per la salute umana, l’Europa, compresa la fascia mediterranea, è esclusa in quanto il costo dei terreni è elevato e spesso in competizione con l’agricoltura tradizionale a cui si richiede di far fronte alle crescenti necessità alimentari della popolazione in aumento e alla crescente economia del turismo.