Resultados y Discusiones: PRODUCCIÓN DE Spirulina platensis (Cyanophyta) EN FOTOBIOREACTOR TUBULAR CÓNICO BAJO CONDICIONES AMBIENTALES Y DE LABORATORIO Production of Spirulina platensis (Cyanophyta) in conical Tubular Photobioreactor under outdoor and laboratory conditions 1Ronald Huarachi Olivera, 1Ursulo Yapo Pari, 1Alex Dueñas Gonza, 1Joe Soto Flores, 1Rosaura Gonzalez Juárez, 2Jose Condori Huamanga, 2David Pacheco Salazar 1Laboratorio de Biología Acuática, Departamento Académico de Biología, 2Departamento Académico de Física Universidad Nacional de San Agustín (UNSA), Arequipa-Perú E-mail: ronaldhuarachiolivera@gmail.com Resumen: Los recursos hidrobiológicos son todos los organismos que pasan toda su vida o parte de ella en un ambiente acuático y son utilizados por el hombre directa o indirectamente para su alimentación. Entre los organismos que se cultivan se encuentran las microalgas de la cuales destaca la Spirulina platensis caracterizado por tener alto contenido en proteínas, pigmentos, vitaminas, antioxidantes u otros complementos alimenticios. La microalga S. platensis se cultivó en fotobioreactor tubular cónico bajo condiciones de laboratorio y en condiciones ambientales de la región Arequipa. El fotobioreactor bajo condiciones ambientales construido con 0,28 m2 en la superficie superior del cono construido con manguera PVC, reforzado con una estructura metálica y forrado con papel aluminio; cuya superficie interna del cono (0,71 m2) fue iluminado con la luz solar con iluminancia de 11700 lux y una radiación solar media igual a 774 W/m2, cuyo fotobioreactor funcionó con una bomba de aire con un caudal medio de 0,002 L/s. El cultivo en fotobioreactor bajo condiciones de laboratorio mostró una tasa de producción en biomasa seca de 3,362 g/m2, una concentración de clorofila “a” de 0,05658 mg/L y el crecimiento de S. platensis se ajustó al modelo a un modelo de crecimiento “S” en 22 días de cultivo (R2=0,865; F=57,592). El fotobioreactor cultivado bajo condiciones ambientales de la región Arequipa dió como resultado una tasa de producción de biomasa seca de 0,298 g/m2/día, clorofila - “a” 0,0023 g/m2/día y el crecimiento de S. platensis se ajustó a un modelo de crecimiento “Potencial” en 18 días (R2 = 0,937; F = 119,216). El recuento del crecimiento de S. platensis mostró diferencias significativas (P < 0,05), para el cultivo bajo condiciones ambientales y de laboratorio presentándose mayor recuento promedio (145196 organismos/mL) bajo condiciones de laboratorio, así mismo se presentó diferencias altamente significativas (P < 0,01) en la temperatura de ambas condiciones del cultivo, presentándose mayor temperatura en fotobioreactores bajo condiciones de laboratorio con (25,27°C). Material y Metodos: Resultados y Discusiones: Fotobioreactor Tubular Cónico Iluminación=11700 lux Fotobioreactor bajo condiciones ambientales Días soleados (mayor parte del año) Región Arequipa Radiación solar= 774 W/m2 Laboratorio (Lámpara) Invernadero (Luz natural) Fotobioreactor bajo condiciones de laboratorio Iluminación = 5617,23 lux Termómetro Desgasificador Lámpara j j Termómetro Bajo condiciones ambientales la temperatura promedio máxima alcanzada fue de 23,44°C a los 3 días y la temperatura media fue de 21,15°C a los 18 días de evaluación; los límites de control para la temperatura se establecieron en 18,86°C como límite inferior y 23,44°C como límite superior al 95% de confianza (Figura 7). 0,60 m Desgasificador 0,96 m 0,56 m 0,70 m 0,65 m Bajo condiciones de laboratorio la temperatura máxima alcanzada fue de 31°C a las 12 del mediodia y la temperatura media fue de 25,26°C hasta los 22 días de evaluación, la temperatura es responsable del aumento de la productividad. La Spirulina es termófila y alcalófila bajo condiciones óptimas de crecimiento, con una temperatura máxima de 37°C (Figura 8). 0,25 m Figura 6. Radiación solar tomada desde las 6:00 hrs. hasta las 18:00 hrs. (Fuente: Estación Meteorológica de la Escuela Profesional de Física) Intercambiador de calor 0,28 m Intercambiador de calor Bomba de aire Bomba de aire 0,60 m Figura 1. Esquema del Fotobioreactor Tubular cónico bajo condiciones de laboratorio Figura 2. Esquema del Fotobioreactor Tubular cónico bajo condiciones ambientales Figura 7. Relación entre la temperatura media de la producción de S. platensis en fotobioreactor tubular cónico bajo condiciones ambientales y el tiempo de evaluación (en días) . LSC= Límite Superior de confianza; LIC= Límite Inferior de confianza; CTR=Valor medio de la temperatura. Figura 8. Relación entre la temperatura media de producción de S. platensis en fotobioreactor tubular cónico bajo condiciones de laboratorio y el tiempo de evaluación (en días). LSC=Límite Superior de confianza; LIC=Límite inferior de confianza; CTR= Valor medio de la temperatura. De acuerdo al conteo de filamentos de S. platensis el máximo crecimiento se obtuvó a los 18 días con 142500 org./mL ajustándose al modelo matemático de potencia en el fotobioreactor bajo condiciones ambientales (Figura 9). Mediante el conteo de filamentos de S. platensis en fotobioreactor bajo condiciones de laboratorio se determinó el crecimiento máximo a los 11 días de cultivo con 233333 org./mL (Figura 10). Introducción: Figura 3. Fotografía del Fotobioreactor Tubular cónico bajo condiciones de laboratorio Figura 4. Fotografía del Fotobioreactor Tubular cónico bajo condiciones ambientales(16°24´50´´LS; 71°32´02´´LO; 2344 m.s.n.m). Recursos Hidrobiológicos Ambiente Acuático (Cyanophyta) Spirulina platensis Figura 9. Crecimiento de S. platensis en fotobioreactor tubular cónico bajo condiciones ambientales hasta 20 días de evaluación. Figura 10. Crecimiento de S. platensis en fotobioreactor tubular cónico bajo condiciones de laboratorio hasta los 22 días de evaluación. Se presentó diferencias altamente significativas (p < 0,01) en la temperatura de ambas condiciones de cultivo, presentándose mayor temperatura en fotobioreactor bajo condiciones de laboratorio (25,27°C) (Figura 11). Complejos alimenticios Pigmentos Vitaminas El recuento de filamentos de S. platensis mostró diferencias significativas (p < 0,05) para el cultivo bajo condiciones ambientales y de laboratorio presentándose mayor recuento promedio 145196 org/mL bajo condiciones de laboratorio (Figura 12). Condiciones de cultivo de Spirulina platensis Figura 5. Morfología de Spirulina platensis. Micrografía Electrónica de los filamentos a diferentes aumentos (319X; 1276X; 266X). Centro de Microscopia Electrónica (CME) de la UNSA, Arequipa, Perú. Nutrientes CO2 Temperatura pH Superfosfato triple=35 Solución “A” (g/L) Control Total de Parámetros KNO3= 110 Solución hidropónica “La Molina” (25%) NH4NO3= 70 Figura 11. Comparación en la variación de temperatura en fotobioreactor bajo condiciones de ambientales (invernadero) y de laboratorio. Figura 12. Comparación en el recuento de filamentos de S. platensis en fotobioreactor bajo condiciones ambientales (invernadero) y de laboratorio. Sistema Cerrado MgSO4= 44 Solución “B” (g/L) Medio de cultivo Fotobioreactor Tubular Fetrilon combi= 2,5 El fotobioreactor bajo condiciones ambientales presentó una productividad de 0,0023 g/m2/día a 11700 lux mientras que el fotobioreactor bajo condiciones de laboratorio se obtuvó 0,05658 mg/L a 5617,23 lux. La concentración de clorofila “a” es una relación inversa a la intensidad. NaHCO3= 8 g/L HBO3= 0,24 Alto Sistema de Iluminación Disco Secchi Transparencia Conclusiones: Temperatura Superficie Volumen Biomasa seca=0,298 g/m2/día pH Fotobioreactor Tubular Cónico bajo condiciones ambientales Clorofila “a”= 0,0023 g/m2/día Maximizar la captura de la radiación incidente Iluminancia (lux) Luxómetro El crecimiento de S. platensis se ajustó a un modelo de crecimiento “Potencial” en 18 días (R2=0,937; F=119,216) con 142500 org/mL. Parámetros tomados Estación meteorológica de Física-UNSA Radiación solar (W/m2) Plano del Fotobioreactor Productividad (g/L) Secado Biomasa seca=3,362 g/m2 Fotobioreactor Tubular Cónico bajo condiciones de laboratorio Cámara de Sedgwick-Rafter Clorofila “a”=0,05658 mg/L Superficie del terreno que ocupa Conteo (N° organismos/mL) El crecimiento de S. platensis se ajustó al modelo de crecimiento “S” en 22 días (R2=0,865; F=57,592 con 233333 org/mL Clorofila “a” Espectrofotometro