Biorimedizione delle acque reflue alcaline del mais con Haematococcus pluvialis in condizioni di laboratorio e in vasca ad anello da 100 L

Trasformare le acque di scarto della tortilla in una risorsa

Ogni giorno in Messico milioni di tortilla vengono preparate con un antico metodo di cottura chiamato nixtamalizzazione. Questo processo genera un’acqua di scarto fortemente alcalina nota come nejayote. Spesso considerata un rifiuto problematico in grado di inquinare fiumi e laghi, il nejayote è al tempo stesso ricco di nutrienti. Questo studio esplora come un organismo d’acqua dolce microscopico, la microalga verde Haematococcus pluvialis, possa trasformare questo problema in un’opportunità: depurare l’acqua producendo al contempo una biomassa nutrient-rich che potrebbe essere impiegata come fertilizzante o mangime animale.

Perché le acque di scarto del mais sono un problema nascosto

La nixtamalizzazione migliora sapore e valore nutrizionale del mais, ma lascia dietro di sé grandi volumi di acque reflue—oltre 14 milioni di metri cubi all’anno solo in Messico. Questo liquido è fortemente alcalino, torbido e carico di materia organica, azoto, fosforo e solidi sospesi. Quando scaricato non trattato in canali o corsi d’acqua, alimenta fioriture algali, abbassa i livelli di ossigeno e danneggia la vita acquatica. I grandi produttori industriali hanno iniziato a usare filtri e sistemi di trattamento avanzati, ma le piccole e medie tortillerie spesso non possono permettersi tali tecnologie. Di conseguenza, la maggior parte del nejayote esce ancora dagli stabilimenti senza trattamento, creando un onere ambientale diffuso ma in gran parte invisibile.

Usare piccole alghe come squadre naturali di pulizia

Il gruppo di ricerca si è rivolto alle microalghe, che possono prosperare in acque ricche di nutrienti assorbendo l’eccesso di azoto, fosforo e carbonio organico. Tra cinque specie candidate, Haematococcus pluvialis si è distinta per la capacità di sopravvivere e crescere bene nel nejayote non diluito. Per aiutare questa alga ad affrontare un liquido così estremo, gli scienziati hanno prima “indurito” la coltura esponendola brevemente a luce UV-C, eliminando la maggior parte delle cellule e selezionando i sopravvissuti più resistenti. Hanno quindi aumentato gradualmente la quota di nejayote nel mezzo di crescita—from 15% fino al 100%—fino all’acclimatazione completa delle alghe. Questa preparazione accurata ha permesso alle microalghe di utilizzare il nejayote non come veleno, ma come nutrimento.

Dal fiasco di laboratorio a una vasca in serra

Passare da una piccola fiasca di laboratorio a una vasca ad anello da 100 litri non è semplice come scalare tutto proporzionalmente. Le alghe necessitano di uno scambio gassoso adeguato—soprattutto per il rilascio di ossigeno e l’apporto di anidride carbonica—per crescere in modo stabile e continuare a trattare le acque reflue. I ricercatori hanno usato una misura ingegneristica pratica chiamata “kLa apparente”, che riflette l’efficienza con cui i gas si trasferiscono tra aria e liquido. Misurando questo valore in una piccola fiasca e poi regolando velocità di agitazione e del paddlewheel in un bioreattore da 5 litri e in una vasca aperta da 100 litri, hanno cercato di mantenere condizioni di trasferimento gassoso comparabili a ogni scala. Le misurazioni nella vasca hanno mostrato che il mescolamento era più forte vicino al paddlewheel e più debole nelle zone più lontane, rivelando che le vasche reali si comportano più come canali in movimento che come serbatoi perfettamente mescolati.

Quanto si depura l’acqua?

In condizioni di laboratorio controllate, le alghe adattate hanno ottenuto prestazioni impressionanti. Hanno rimosso circa il 96% dell’azoto totale, praticamente il 100% del fosforo e oltre il 92% della domanda chimica di ossigeno (COD), una misura dell’inquinamento organico. Quando il processo è stato trasferito alla vasca ad anello esterna da 100 litri, l’efficienza è rimasta elevata ma è diminuita leggermente: circa l’87% per l’azoto, il 99% per il fosforo e il 90% per la COD. Il calo è stato principalmente collegato all’evaporazione che concentra gli inquinanti residui e alle variazioni di luce e temperatura all’aperto. Mentre azoto e fosforo sono scesi al di sotto dei limiti di scarico messicani, la COD è rimasta sopra le soglie normative. Gli autori suggeriscono l’aggiunta di semplici passaggi di finitura, come la coagulazione con flocculanti naturali o la filtrazione su carbone attivo, per rifinire l’acqua e farla rientrare negli standard.

Dalle acque reflue a una biomassa utile

Oltre a depurare l’acqua, il processo ha prodotto una quantità significativa di biomassa microalgale. L’analisi ha mostrato che questo materiale essiccato è ricco di proteine e minerali, in particolare calcio, rendendolo un potenziale ingrediente per biofertilizzanti o mangimi animali. In laboratorio, le alghe contenevano quasi il 39% di proteine, valore sceso a circa il 27% nella vasca esterna più grande, mentre il contenuto minerale (misurato come ceneri) è aumentato da circa il 31% al 47%. L’aumento dei minerali riflette l’elevato contenuto naturale di calcio del nejayote e l’effetto di concentrazione dell’evaporazione. Sebbene siano stati rilevati metalli in tracce, i loro livelli erano bassi, e gli autori osservano che un semplice lavaggio o altri post-trattamenti potrebbero migliorare ulteriormente sicurezza e qualità.

Una via pratica verso una produzione di tortilla più pulita

Per un lettore non specialista, il messaggio principale è che una pianta microscopica può trasformare un’acqua di scarto problematica dell’industria alimentare in acqua più pulita e in un sottoprodotto utile. Addestrando con cura e scalando Haematococcus pluvialis, i ricercatori hanno dimostrato che i piccoli e medi produttori di tortilla potrebbero, in linea di principio, adottare un sistema basato su vasche relativamente semplice che si inserisce in un modello di bioeconomia circolare. Sebbene sia ancora necessario un passaggio di rifinitura per soddisfare pienamente gli standard di scarico, lo studio dimostra una base robusta e scalabile per una produzione di tortilla più verde che protegge i corsi d’acqua generando valore da ciò che una volta era solo scarto.

Citazione: Najar-Almanzor, C.E., García-Cayuela, T., Gutierrez-Uribe, J. et al. Bioremediation of alkaline corn wastewater with Haematococcus pluvialis under laboratory and 100 L raceway pond conditions. Sci Rep 16, 5340 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35251-9

Parole chiave: acque reflue nejayote, biorimedizione con microalghe, Haematococcus pluvialis, bioeconomia circolare, lavorazione del mais