Un team di scienziati KAUST ha ideato un metodo per estrarre sostanze chimiche utili dalle microalghe. Il sistema si basa su una serie di membrane, una delle quali è costituita da microfibre cave, che separano il fluido contenente microalghe dal prodotto desiderato. Credito:riprodotto da Overmans et al (2022) con il permesso della Royal Society of Chemistry. Opera originale di Ana Bigio
Un metodo di separazione chimica sostenibile che utilizza membrane, microalghe e intelligenza artificiale è stato sviluppato da un team composto da diversi gruppi KAUST i cui membri hanno diverse specialità in bioingegneria, membrane e riutilizzo e riciclaggio dell'acqua.
Tali processi di concentrazione e separazione continui basati su membrane aiuteranno a realizzare il pieno potenziale della produzione di sostanze chimiche microbiche per l'uso in medicina e nell'industria.
"Il vantaggio del nostro metodo è che i prodotti possono essere estratti continuamente da colture microbiche liquide, come le microalghe, in un processo noto come 'mungitura', piuttosto che essere estratti faticosamente dalla biomassa al termine di una coltura batch", afferma il postdoc e il primo autore Sebastian Overmans.
Le microalghe sono microbi fotosintetici unicellulari che producono naturalmente molte sostanze chimiche utili. Possono anche essere geneticamente modificati per espellere altre molecole speciali. Le alghe vengono sempre più sfruttate come biofabbriche sostenibili e rispettose dell'ambiente, ma separare le preziose molecole è difficile.
Questo progetto ha dimostrato un modo efficiente ed a basso consumo energetico per raccogliere e concentrare questi prodotti. Questo processo è più sostenibile di altri processi di separazione perché è a basso consumo energetico, i microbi possono essere coltivati sui materiali di scarto e il processo di concentrazione molecolare non produce rifiuti.
Il sistema si basa su una membrana costituita da microfibre cave che separa il fluido di coltura che contiene microalghe da un solvente dove si accumula il prodotto desiderato. Il prodotto viene quindi ulteriormente separato e concentrato utilizzando altre membrane specializzate selezionate e progettate dall'intelligenza artificiale che consentono il riciclo del solvente senza perdite per il sistema.
Illustrazione della configurazione a fibra cava utilizzata per l'estrazione dell'estratto desiderato (patchoulol) dalla coltura di microalghe. Il patchoulol è un composto prezioso ampiamente utilizzato nell'industria dei profumi. Credito:riprodotto da Overmans et al (2022) con il permesso della Royal Society of Chemistry (CC BY 3.0)
Il team ha dimostrato il potenziale della loro tecnica estraendo continuamente il patchoulol, un composto ampiamente utilizzato in profumeria. Queste combinazioni di membrane potrebbero essere applicate anche a molte altre specialità chimiche.
"Lo sviluppo del processo di estrazione era un territorio completamente nuovo", afferma Overmans.
"Questo è eccitante", suggerisce il biotecnologo Kyle J. Lauersen, "perché potrebbe essere implementato in biofabbriche su larga scala che utilizzano una varietà di microbi, non solo alghe, per convertire i rifiuti in prodotti di valore".
L'ingegnere chimico Gyorgy Szekely aggiunge che i ricercatori hanno utilizzato gli strumenti di intelligenza artificiale e le capacità di apprendimento automatico disponibili presso KAUST per guidare lo sviluppo e il perfezionamento del processo a membrana.
Il prossimo passo è dimostrare il passaggio a livelli industriali. Il team prevede inoltre di sviluppare membrane con aree di superficie più ampie e di esplorare l'uso di diversi ceppi di alghe per produrre molti più composti di interesse.
La ricerca è stata pubblicata su Green Chemistry . + Esplora ulteriormente
