Evaluación de la biomasa de Isochrysis galbana (clon T-ISO) estimulada con radiación monocromática

Abstract

El desarrollo tecnológico del emisor de luz de diodo (LED) también conocido como diodos electroluminosos ha llevado a su uso como una fuente de iluminación para plantas fotosintéticas para la mejoría de sus características morfológicas, así como la disminución de costos comparados a otras fuentes de iluminación artificiales. En contraste con los cultivos agrícolas, hay pocos estudios con cultivos de microalgas que hayan utilizado LEDs como fuente lumínica y ninguno con Isochrysis aff. galbana (T-ISO), que es una de las microalgas más utilizadas en la acuicultura. Los LEDs proveen iluminación de longitud de onda específica o monocromática y en este estudio se aplicaron LEDs rojos y blancos en un fototobioreactor de tipo Erlenmeyer de 1-L para determinar el crecimiento y la calidad de la biomasa, comparándose con los resultados obtenidos con la luz de lámparas fluorescentes normales. En años recientes el interés en el uso comercial de las microalgas se ha incrementado, por ser ricas en proteínas, vitaminas y ácidos grasos poliinsaturados, sin embargo, los costos de producción de la biomasa es costosa, por lo que para que su uso biotecnológico sea económicamente viable, es necesario no sólo optimizar la cantidad de biomasa producida, sino también la cosecha, así como la calidad de luz que se aplica al sistema. La fotosíntesis es un fenómeno físico indispensable para el crecimiento de las microalgas y la producción de biomasa, por lo que la cantidad y calidad de la luz (longitud de onda), es un parámetro importante a considerar. Basado en lo anterior, este trabajo se enfocó a desarrollar dos sistemas que emplearon la luz: (1) para medir la cantidad de la biomasa a través de procesamiento de imágenes digitales; y, (2) para modificar la calidad de la biomasa evaluado en función de la composición de carbohidratos, lípidos y proteínas totales. La microalga Isochrysis aff. galbana (T-ISO) fue elegida como el organismo modelo por contener gran cantidad de lípidos totales y ácidos grasos del grupo de los omega-3. Los resultados obtenidos fueron: (1) Primer linea de investigación: medición de biomasa total: se desarrolló un sistema para medir la biomasa de las microalgas a través de procesamiento de imágenes digitales. El sistema consiste de una caja oscura conteniendo una lámpara incandescente con voltaje regulado para mantener constante la iluminación. La luz se aplicó en la parte inferior de un matraz Erlenmeyer de un litro de capacidad conteniendo un cultivo de la microalga. La imagen es capturada por una cámara CCD (dispositivo acoplado de carga eléctrica) colocada a 90° del recipiente. La intensidad de la luz reflejada por el cultivo celular es proporcional a la biomasa de la muestra, por lo tanto, permite cuantificar la biomasa de una muestra cualquiera. Las imágenes captadas de una cámara CCD fueron convertidas a imágenes digitales expresadas en píxeles. Posteriormente se procesaron en el software MATLAB para convertir las imágenes de formato RGB a escala de gris (luminosidad). Se generaron las curvas de calibración para tres algoritmos: dos algoritmos estándares de tonos de grises y un modelo (M1) propuesto, y trazadas en función de un conteo celular (cel mL–1) estándar con un contador Coulter. Para evaluar la eficacia de los algoritmos, las tres curvas resultantes fueron contrastadas con respecto a una estimación de muestras desconocidas con distinta densidad celular. El rango de medición vi del aparato fue de 1.52 x 106 a 8.10 x 106 eel mL-I, en el que la diferencia porcentual fue menor al 10% respecto al contador Coulter. EI algoritmo propuesto M 1 dio un mejor ajuste en terminos de rango dinamico y provee un esquema aplicable para la medici6n de biomasa de otras microalgas de distinto color. La ventaja de este sistema para el laboratorio y usos industriales es que ademas de proporcionar una medida no destructiva de bajo costa tambien permite estudiar continuamente el crecimiento de las microalgas para una diagnosis temprana. (2) Segundo linea de investigaci6n: Modificaci6n de fa calidad de fa biomasa. Se construyeron dos sistemas de producci6n de microalgas con luz monocromatica utlizando diodos electroluminosos (LEOs). En ambos sistemas se emplearon LEOS (rojos y blancos). En el sistema "A", los LEOs se colocaron en la parte superior del cultivo, mientras que en el sistema "B", i1uminaba el cultivo desde la base del matraz. En ambos sistemas "A" y "B" la concentraci6n celular fue siempre mas elevada con los cultivos iluminados con luz fluorescente (grupo control). En el grupo control se alcanz6 una media de 8.27 x 106 a 10.9 x 106cel mL-I. Los resultados obtenidos con respecto a la concentraci6n celular, mostraron que la calidad de la luz en Isochrysis aff. gafbana (T-ISO), a diferencia de las microalgas verdes descritas en la literatura, su replicaci6n fue muy baja con luz de LEOs rojo y blanco independientemente de la intensidad luminica utilizada posiblemente porque requiere otra longitud 0 longitudes de onda. En ambos sistemas "A" y "8" los resultados de concentraci6n promedio de proteinas, carbohidratos, Iipidos de Isochrysis aff. gafbana (T-ISO) al final de 5 dias de cultivo con LED rojo y blanco y con luz fluorescente eran muy similares. Por ejemplo en sistema "8" el porcentaje para LED rojo, LED blanco y luz fluorescente fueron: 32.2 ± 5.7, 30.1 ± 2.8 Y 27.6 ± 4.7% (proteinas); 8.7 ± 3.7, 7.5 ± 1.9 y 8.0 ± 1.0 % (carbohidratos); y 35.6 ± 7.7, 38.8 ± 6.8 y 37.8 ± 1.8 (lipidos), respectivamente. En el sistema "A" los resultados fueron muy similares, excepto en el porcentaje de proteinas que fue dos veces menor comparado con el sistema "B".