Sistemas de Cultivo

Espectro de absorción para estimar biomasa y contenido de pigmentos en microalgas

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By Milthon Lujan

(A) Dunaliella sp. (B) Anabaena sp. (C) Botellas con Dunaliella en el quinto día de cultivo a dos distancias diferentes de las fuentes de luz para crear luz L (2000 lux) y luz XL (8000 lux). (D) Frascos con Anabaena el segundo día de cultivo a dos distancias diferentes de las fuentes de luz. Fuente: Hotos (2023)
(A) Dunaliella sp. (B) Anabaena sp. (C) Botellas con Dunaliella en el quinto día de cultivo a dos distancias diferentes de las fuentes de luz para crear luz L (2000 lux) y luz XL (8000 lux). (D) Frascos con Anabaena el segundo día de cultivo a dos distancias diferentes de las fuentes de luz. Fuente: Hotos (2023)

Las microalgas vienen siendo empleadas como alimento vivo en los criaderos de peces, la producción de piensos, la producción de biocombustibles, remediación y fertilización de suelos, descontaminación del agua, producción de químicos y sustancias farmacéuticas.

Por otro lado, el cultivo de algunas especies de microalgas se viene experimentando desde hace unas décadas; sin embargo, se registran una serie de obstáculos cuando los productores quieren monitorear sus cultivos de microalgas.

El espectro de absorción puede usarse para estimar de forma rápida, sencilla y bastante precisa la biomasa y el contenido de pigmento en la clorofila de microalgas y cianobacterias comercialmente importantes.

El investigador George N. Hotos, del Plankton Culture Laboratory en la University of Patras desarrolló una nueva metodología que es fácil y barata de implementar para que los productores de microalgas puedan determinar de forma sencilla y con precisión el estado de su cultivo.

Hotos cultivó pequeños volúmenes de la microalga Dunaliella sp. y de la cianobacteria Anabaena sp. bajo dos intensidades de luz blanca (2000 y 8000 lux) y con luz verde, azul y roja, para determinar el aumento de la biomasa y pigmentos.

El investigador examinó el espectro de absorción bajo varios escenarios de iluminación, y los combinó con sus registros de biomasa y contenido de pigmento para determinar el efecto de la cantidad y calidad de la luz sobre el cultivo de microalgas, empleando valor de absorción (Densidad Óptica-OD) de 750 nm.

Espectro de absorción

El espectro de absorción de una muestra de cultivo de microalgas puede proveer información valiosa sobre la densidad de los cultivos y los pigmentos que contienen.

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En este sentido, Hotos evaluó el uso del espectro de absorción como una herramienta predictiva de la densidad del cultivo y el contenido de pigmentos fotosintéticos en las células de microalgas.

Capacidad predictiva

Es ampliamente conocido que la densidad óptica, también conocida como absorbancia o turbidez, de varias especies de microalgas u otros organismos unicelulares es empleada como una evaluación rápida y no destructiva de la biomasa, debido a que existe una relación entre la cantidad de luz absorbida por las células en suspensión y su masa o número, es dependiente del tamaño, forma e índice refractivo de las partículas.

De esta forma, la masa o el número de células en una suspensión puede afectar directamente la cantidad de luz absorbida por la suspensión, pero la relación entre el número de partículas y la densidad óptica con la finalidad de construir una curva estándar es difícil.

Mediante la utilización de valores de 750 nm de la serie de espectros de absorción durante el curso de cada cultivo, el investigador encontró una capacidad predictiva muy fuerte para el contenido de clorofila y carotenoides utilizando datos combinados para ambos niveles bajos (2000 lux) y alta (8000 lux) iluminación de luz blanca en ambas microalgas.

Hotos destaca que un requisito previo para el éxito del procedimiento anterior es el registro regular del espectro de absorción de cada cultivo en particular, para extraer y utilizar para las correlaciones los valores de absorbancia de 750 nm y los de los picos de los distintos pigmentos.

Intensidad de luz y rendimiento en las microalgas

Según Hotos, en el estudio, se registraron diferencias sustanciales en la biomasa máxima, el contenido de pigmentos y las proporciones de pigmentos entre las intensidades de la luz blanca y entre los tres colores de luz utilizados en ambas especies de microalgas.

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“En ambas microalgas, la biomasa máxima fue inducida por la mayor intensidad (8000 lux) de la luz blanca en comparación con todos los demás regímenes de luz (2000 lux blanca o 8000 lux de luz verde, azul y roja)”, informó.

Además destaca que “Ambas especies crecieron más rápido y alcanzaron densidades más altas con una intensidad de luz de 8.000 lux en comparación con 2.000 lux. Esto fue más prominente en Dunaliella mientras que en Anabaena las diferencias fueron mínimas”.

Según el científico, al contrario del aumento de biomasa, ya sea como tasa de crecimiento o rendimiento de biomasa en ambas especies bajo la mayor intensidad de luz blanca, se encontró que ocurría lo contrario cuando se examinó la ficocianina en Anabaena. “En este caso, la baja intensidad luminosa (2.000 lux) indujo un contenido de ficocianina mucho mayor en comparación con la alta intensidad de 8.000 lux, de acuerdo con diversos hallazgos de la literatura sobre cianobacterias en general”.

Hotos describe que basado en los resultados del estudio y especialmente para el cultivo de Anabaena, la perspectiva de emplear luz verdes en los fotobiorreactores parece ser prometedora para maximizar el potencial, junto con el aumento de ficocianina y carotenoides en el contenido celular.

“En resumen, Dunaliella sp. y Anabaena sp. puede crecer de forma efectiva a condiciones de 35 ppm de salinidad, 20 oC y con intensidades de luz blanca de 2000 – 8000 luz produciendo biomasa y pigmentos que pueden ser recolectados al momento adecuado mediante el uso de espectro de absorción”, finalizó Hotos.

Conclusión

“Como resultado de las dependencias de calibración, he descubierto que es posible estimar de forma rápida, sencilla y bastante precisa la biomasa y el contenido de pigmento en la clorofita comercialmente importante Dunaliella sp. y la cianobacteria Anabaena sp. utilizando sus espectros de absorción en el curso de su cultivo”, concluye Hotos.

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Además reporta que la producción de biomasa en ambas especies se ve reforzada por la luz blanca de 8000 lux en comparación con 2000 lux, y esto también se aplica a la clorofila y los carotenoides en Dunaliella sp. mientras que 2000 lux mejoran la producción de ficocianina sobre 8000 lux en Anabaena sp.

“Utilizando luz de colores, se descubrió que la luz verde mejora la ficocianina en la cianobacteria Anabaena sp. y carotenoides y clorofila en Dunaliella”, finalizó.

El estudio fue financiado por el programa de investigación “ALGAVISION: Isolation and culture of local phytoplankton species aiming to mass production of antibacterial substances, fatty acids, pigments and antioxidants”, financiado por el General Secretariat of Research and Technology del Gobierno Griego.

Referencia (acceso abierto)
Hotos, G.N. Quantity and Quality of Light on Growth and Pigment Content of Dunaliella sp. and Anabaena sp. Cultures and the Use of Their Absorption Spectra as a Proxy Method for Assessment. J. Mar. Sci. Eng. 2023, 11, 1673. https://doi.org/10.3390/jmse11091673

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