Effetto dei processi di raccolta sulla stabilità delle emulsioni a base di microalghe

Microalgae harvesting is a significant step in the food, bio-fuel and biotechnology industries. However, conventional centrifugation method has some disadvantages in sense of high energy consumption and processing cost. Therefore, alternative harvesting method has been sought. In this study, the performance of biopolymer based flocculation method is evaluated as an alternative for centrifugation. The research is conducted on 2 different microalgae species (Nannochloropsis sp. and Tetraselmis sp.) with the combinations of 2 protein variants (PR1, PR2) and various polysaccharides (PO1, PO2, and PO3). The flocculation experiments demonstrated that all polymer combinations have high harvesting efficiency reaching more than 99%. Lowry and DNS analysis were performed to evaluate the concentration of polymers present in the precipitated flocs. It was found that PR1+PO3-T, PR2+PO3-T, PR1+PO1-N, and PR2+PO1-N blends had the lowest amount of polymer concentration. The study also included the chemical and physical stabilities of microalgae biomass integrated products. Emulsions were prepared with floc blends selected based on the lowest polymer concentrations, and, then, droplet size and lipid oxidation were analyzed to evaluate product stability. Lipid oxidation analysis showed that, in general, there was no difference between the floc-based emulsions and controls, suggesting that replacement of flocculation by centrifugation did not affect significantly the quality of the finished products. In conclusion, the biopolymer-based flocculation method can be considered as a sustainable alternative or support method to centrifugation in microalgae harvesting due to its high harvest yield and low process cost. In the future, the industrial applicability of the method can be more comprehensively revealed by examining different biopolymer combinations and additional stability parameters.

La raccolta della biomassa microalgale rappresenta una fase cruciale nei processi di valorizzazione delle microalghe destinati ai settori alimentare, dei biocarburanti e delle biotecnologie. Tra le tecniche convenzionalmente impiegate, la centrifugazione consente di ottenere elevate efficienze di recupero, ma è caratterizzata da un elevato consumo energetico e da costi operativi rilevanti, soprattutto nel caso di processi condotti su larga scala. Per tale motivo, il presente studio ha valutato la flocculazione mediante biopolimeri come possibile alternativa, o soluzione complementare, alla centrifugazione per il recupero della biomassa microalgale. La sperimentazione è stata condotta su due specie di microalghe, Nannochloropsis sp. e Tetraselmis sp., utilizzando differenti combinazioni di due varianti proteiche (PR1 e PR2) e tre polisaccaridi (PO1, PO2 e PO3). I test di flocculazione hanno evidenziato elevate efficienze di recupero per tutte le combinazioni investigate, con valori superiori al 99%, dimostrando l’elevata efficacia dei biopolimeri nel favorire l’aggregazione e la separazione della biomassa microalgale. Al fine di caratterizzare la quantità di polimeri associata ai fiocchi ottenuti, sono state effettuate analisi mediante i metodi di Lowry e DNS. I risultati hanno permesso di individuare le combinazioni PR1+PO3-T, PR2+PO3-T, PR1+PO1-N e PR2+PO1-N come quelle caratterizzate dalle più basse concentrazioni residue di polimero nella biomassa recuperata. Queste formulazioni sono state pertanto selezionate per le successive prove di valutazione della qualità e della stabilità dei prodotti ottenuti. In particolare, lo studio ha esaminato anche l’influenza della presenza dei biopolimeri e della biomassa microalgale sulla stabilità chimica e fisica dei prodotti formulati. A tale scopo, sono state preparate emulsioni contenenti i fiocchi selezionati sulla base del basso contenuto residuo di polimero e sono stati valutati parametri quali la dimensione delle goccioline e il grado di ossidazione lipidica, confrontando i risultati con quelli ottenuti per le corrispondenti emulsioni di controllo. L’analisi dell’ossidazione lipidica non ha evidenziato, nel complesso, differenze significative tra le emulsioni contenenti la biomassa recuperata mediante flocculazione e i relativi controlli. Questo risultato suggerisce che l’impiego della flocculazione mediante biopolimeri, in sostituzione della centrifugazione, non determina alterazioni rilevanti della stabilità ossidativa e, più in generale, della qualità dei prodotti formulati. Nel complesso, i risultati ottenuti indicano che la flocculazione basata su biopolimeri rappresenta una strategia promettente per il recupero della biomassa microalgale, grazie all’elevata efficienza di raccolta raggiunta e al potenziale vantaggio in termini di riduzione dei consumi energetici e dei costi operativi rispetto alla centrifugazione convenzionale. La tecnica potrebbe pertanto essere impiegata sia come alternativa sia come fase preliminare o di supporto alla centrifugazione, contribuendo allo sviluppo di processi di raccolta più sostenibili e facilmente integrabili in un’ottica di applicazione industriale. Ulteriori studi saranno tuttavia necessari per valutare la scalabilità del processo, identificare le combinazioni di biopolimeri più efficienti in funzione della specie microalgale e approfondire l’influenza dei diversi parametri operativi sulla qualità e sulla stabilità della biomassa recuperata e dei prodotti da essa ottenuti.