Características radiativas de la microalga Coelastrella striolata, productora de carotenoides durante diferentes etapas de cultivo - Martínez Niño, Eduardo (Universidad Autónoma Metropolitana, 2023)
La producción de carotenoides a partir de microalgas depende de varios factores nutrimentales, ambientales y de la configuración del fotobiorreactor. Generalmente, la síntesis y acumulación de estos pigmentos en las células suele inducirse mediante la modificación de las condiciones de cultivo como altas intensidades luminosas, limitación de nutrientes especialmente nitrógeno y fósforo, altas temperaturas y adición de sales al medio de cultivo. Sin embargo, estas condiciones de estrés pueden afectar negativamente el crecimiento de microalgas y puede reducir el rendimiento de estos metabolitos. Para contrarrestar este efecto negativo, se ha planteado la estrategia de cultivo en dos etapas, en la primera bajo condiciones adecuadas de cultivo se logra maximizar la cantidad de biomasa y la segunda etapa está reservada para inducir la producción de carotenoides mediante la alteración de alguna condición de cultivo. Lo anteriormente descrito ha conducido al desarrollo de sistemas de cultivo como los fotobiorreactores (FBRs) que son sistemas cerrados y se pueden controlar distintas condiciones de cultivo. Sin embargo, uno de los factores fundamentales dentro de estos cultivos es la luz y la consecuente síntesis de metabolitos de interés, por ello es necesario realizar un análisis de los fenómenos de transferencia de luz y su distribución dentro de los sistemas de cultivo, siendo la ecuación de transferencia radiativa (Radiative Transfer Equation, RTE) el modelo que describe estos fenómenos. La RTE contiene 3 parámetros esenciales (características radiativas): el coeficiente de extinción (βλ), albedo (ωλ) y función de fase (Φλ), cuya estimación es necesaria para resolver la RTE. En el presente proyecto se presentan las características radiativas de la microalga Coelastrella striolata que está emergiendo como una cepa prometedora en la producción de carotenoides. La determinación de estos parámetros se realizó a un cultivo en conservación (etapa estacionaria), a través del crecimiento y en condiciones para promover la carotenogénesis (síntesis y acumulación de pigmentos carotenoides). Se encontró que, en etapa estacionaria  * es independiente de la concentración de biomasa, *  es independiente de la longitud de onda; mientras que  es dependiente de la longitud de onda debido a la presencia de pigmentos como clorofilas y carotenoides. Por otro lado, durante el crecimiento  * y  fue incrementando a medida que la microalga alcanzaba el estado estacionario, esto se atribuyó a que las concentraciones de pigmentos disminuyeron, por lo tanto, el sistema fotosintético o las células se vuelven menos eficientes para la absorción de energía y por ende el fenómeno de dispersión domina sobre la absorción. En condiciones para promover la carotenogénesis, la presencia de MgCl2 redujo el tiempo de formación de carotenoides totales en comparación con el cultivo control y con NaCl, esto debido a que los cationes divalentes como el Mg2+ estimula la actividad de enzimas involucradas en la biosíntesis de carotenoides. Es por ello, que los cambios en las características radiativas son más notables en los cultivos con MgCl2; por ejemplo, *  va aumentando con el transcurso del tiempo debido a una mayor interacción de la luz con los pigmentos formados en las células. Además, una vez formados los carotenoides en las células  tiende a ser mayor a 0.5, ya que estos actúan como fotoprotectores y disipan el exceso de energía para evitar un daño al aparato fotosintético. Entonces la composición bioquímica de la biomasa como la presencia de pigmentos si afecta las características radiativas debido a su función dual como fotoprotectores y absorbedores de luz. Finalmente se demostró que el parámetro de asimetría (g) de la función fase (Φλ) es independiente de las etapas de cultivo y tomó un valor de 0.9 lo que indica una dispersión de energía hacia enfrente que concuerda con lo reportado con la literatura. Los resultados obtenidos sobre características radiativas en diferentes etapas de cultivo, tienen el potencial para ser utilizados en procesos de monitoreo y análisis en tiempo real de los fenómenos radiativos en FBRs.