Cálculo rápido y en tiempo real de la productividad de cultivos de A. platensis desarrollados en fotobioreactores tubulares horizontales

IBAÑEZ, MANUEL VICENTE; LEONARDI, RODRIGO JORGE; HEINRICH, JOSUÉ MIGUEL

Posadas

Simposio; 6to Simposio Argentino de Procesos Biotecnológicos (Saprobio); 2021

Universidad Nacional de Misiones (UNaM)

Los fotobiorreactores (PBR) son las unidades preferidas para el cultivo de microorganismos fotosintéticos. Incluso si el cultivo es mixotrófico o autótrofo, la luz debe llegar a la suspensión atravesando las paredes de la unidad. En consecuencia, la optimización y el control de la transferencia de luz en los PBR están ligados a la estrecha relación entre las características de la Fuente de Luz, la Geometría del Sistema y las Propiedades Radiativas de los microorganismos dependientes del estado fisiológico de la célula en un momento dado. La combinación de estas tres características en la ecuación de Transferencia Radiativa permite el acceso al Campo de Energía Radiante en un PBR y, posteriormente, el conocimiento de la disponibilidad de luz dentro de la unidad y las tasas volumétricas locales de absorción de luz en el rango espectral de trabajo. Las tasas de absorción se pueden traducir luego en valores de tasa de crecimiento vinculados a una expresión cinética de crecimiento y, además, la productividad de una configuración particular. No obstante, durante la progresión de un cultivo, el campo de energía radiante y la composición del medio líquido cambian dinámica y significativamente. Así, los procesos biológicos foto-adaptativos y físico-químicos del sistema podrían alterar las propiedades de radiación de la suspensión, a través de variaciones en la composición de la biomasa y morfología de las células, alterando directamente el crecimiento.Aquí presentamos un enfoque para cuantificar las propiedades ópticas de las suspensiones de microalgas y luego utilizar a las mismas para calcular la productividad de un fotobioreactor tubular horizontal perteneciente a la compañía MINT Engineering GmbH (Dresden, Alemania). Se empleó con éxito una metodología sencilla, consistente en iluminar una suspensión de microalgas con una fuente de radiación policromática caracterizada y evaluar cómo se modifican las direcciones y la cantidad de energía transportada por los haces de luz tras atravesar la suspensión. Posteriormente, mediante un programa de optimización, los datos experimentales del cultivo fueron usados para determinar los coeficientes espectrales de absorción y de dispersión de los fotones, y la función de fase de dispersión de la suspensión. Por último, la combinación de la información geométrica de la unidad, junto con el conocimiento de la composición espectral y direccional de la Luz suministrada a la suspensión, y una expresión cinética derivada de la fase dependiente de la luz de la fotosíntesis, permitieron resolver el conjunto de ecuaciones diferenciales que caracterizan al bioproceso y así calcular la performance de las unidades productivas involucradas.Para seis cultivos batch de A. platensis (Spirulina), se analizaron muestras diarias correspondientes a un tiempo de proceso de una semana, utilizando con éxito un balance energético que es independiente de la concentración de biomasa o pigmento. En conjunto, los resultados aquí presentados sugieren que esta metodología podría adaptarse a otras suspensiones, geometrías de reactores y fuente de luz involucradas, permitiendo formas accesibles de evaluar las características radiativas de los microorganismos fototróficos y su productividad en el contexto complejo de la evolución en el tiempo del campo de energía radiante dentro de un fotobiorreactor.