Evaluación de algunos factores abióticos que favorecen la producción de biomasa y de ácidos grasos totales en la microalga nativa Chlorella sp en cultivo heterotrófico

Abstract

RESUMEN : Las microalgas son el primer eslabón de la cadena trófica en las fuentes de agua y por ende el alimento de los peces. Por tal razón, estos microorganismos están siendo estudiados como fuente de ácidos grasos que son esenciales para la producción de alimentos con alto valor agregado. Existen algunas especies de microalgas que han sido reconocidas por su contenido de ácidos grasos poliinsaturados (AGPIs), los cuales pueden ser inducidos bajo condiciones de estrés nutricional y ambiental. En el presente trabajo, se estudió el efecto que tienen algunos factores abióticos como la concentración de nutrientes (en especial la fuente de nitrógeno y fósforo), además de la temperatura y el pH inicial del cultivo, en la producción de biomasa y en la síntesis de lípidos intracelulares de la microalga nativa Chlorella sp. en un cultivo heterotrófico bajo completa oscuridad, esta investigación se realizó con el fin de avanzar en el desarrollo de subproductos con alto valor agregado como son los ácidos grasos poliinsaturados que pueden ser utilizados en la industria alimenticia como suplemento dietario. La microalga nativa Chlorella sp. fue cultivada en erlenmeyer de forma heterotrófica con glucosa como fuente de carbono a diferentes relaciones carbono/nitrógeno (C/N) y carbono/fósforo (C/P), debido a que la producción de biomasa y la composición de ácidos grasos se ven afectadas por estos nutrientes. La máxima concentración de biomasa que se obtuvo fue de 9.7g/L y 9.17g/L con las relaciones C/N 10/1 y C/P 200/1 en 9 días de cultivo. los ácidos grasos totales se ven favorecidos con las relaciones C/N 50/1 y C/P 400/1 alcanzando un 24.27% y 20.48% respectivamente de ácidos grasos totales sobre la biomasa seca. Estos resultados indican que tener relaciones C/N y C/P bajas favorecen la producción de biomasa y disminuyen la producción de ácidos grasos totales, por el contrario relaciones C/N y C/P altas, favorecen la producción de ácidos grasos totales y la productividad de lípidos en la biomasa. En la evaluación del efecto de la temperatura y el pH inicial en el cultivo de la microalga Chlorella sp, se tuvieron en cuenta las mejores condiciones para el crecimiento de la microalga obtenidas anteriormente para asegurar que el cultivo no presentará deficiencia de nutrientes que pudieran inducir a la producción de lípidos, por lo tanto se trabajó con glucosa a 20g/L y una relación C/N 25/1 y C/P 200/1. Se realizó un diseño factorial 23 con dos factores (Temperatura y pH) y 3 niveles para cada factor (20, 25, 30°C y pH 5, 7 y 9), el análisis estadístico no mostró interacción entre los factores por lo tanto se analizaron por separado. La mejor concentración de biomasa se encontró con la temperatura de 30°C y un pH inicial de 8, obteniéndose 11,27g/L de biomasa y el mejor contenido de lípidos se obtuvo con la temperatura de 20°C a un pH inicial de 7 arrojando un 23.45% de lípidos contenidos en la biomasa seca de la microalga. La validación de las condiciones de cultivo para inducir la producción de lípidos en la microalga nativa Chlorella sp que fueron establecidas en las experimentaciones previas, se realizó en un biorreactor de tanque agitado de 1 litromarca Biostat® A plus, con volumen efectivo de 800 mL, Sartorius stedim, operado en batch a una temperatura de 25°C, pH inicial de 7, relación C/N 50/1 y C/P 400/1. Los resultados obtenidos mostraron que, la concentración de biomasa máxima se alcanzó a los 10 días de cultivo, en este punto, la concentración de biomasa fue de 4.5g/L y el contenido de lípidos de 24.38%. Este cultivo realizado bajo condiciones óptimas para la producción de lípidos totales en esta microalga se pudo observar que a medida que aumenta el tiempo de deficiencia de nutrientes N y P, los cuales se agotan a partir del día 4 del cultivo, se comienza a dar la acumulación de lípidos intracelulares hasta alcanzar un valor máximo de 28.07% y una productividad de lípidos de 23.39mg/gd, en el día 12 de cultivo. La desventaja de este cultivo fue la baja concentración de biomasa alcanzada en el batch, por lo tanto, se recomienda realizar un cultivo en dos etapas, en la primera etapa cultivar la microalga bajo condiciones óptimas para alcanzar la máxima producción de biomasa, de tal forma que en la etapa de agotamiento nutricional debido a la deficiencia de N y P y a baja temperatura, se puedan inducir la elongación de las cadenas de ácidos grasos poliinsaturados como respuesta a las condiciones de estrés y así obtener mayores productividades de lípidos.