Effect of the light emitting diodes intensity and photoperiod in the optimization of the Spirulina (Arthrospira) biomass production

• Autores: Vásquez-Villalobos, V., Vergaray, D., Méndez, J., Barrios, I., Baquedano, R., Caldas, C., Cruz, J., Gamboa, J., Rivera, I.
• Formato: artículo
• Fecha de Publicación: 2017
• Institución: Universidad Nacional de Trujillo
• Repositorio: Revista UNITRU - Scientia Agropecuaria
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:ojs.revistas.unitru.edu.pe:article/1341
• Enlace del recurso: http://revistas.unitru.edu.pe/index.php/scientiaagrop/article/view/1341
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Spirulina; fotobiorreactor; air-lift; hold-up; LED; optimización; fotoperiodo; photobioreactor; optimization; photoperiod

Biomass (ф) production from Spirulina sp. batch cultures was optimized in laboratory scale photobioreactors (LPB) of 0.2 L, by the effect of X1: intensity of light emitting diodes (LEDs) and X2: photoperiod, between 1.25-41.7 klux and 12/12-24/0 hours of light/dark (L/D) respectively using a central composite rotational design (CCRD) and response surface methodology (RSM). The hydraulic characteristics and ф value from Spirulina batch cultures were also evaluated in a closed-loop channel photobioreactor open to the atmosphere (PB-CLOA) by the effect of the lighting LED of 8.3±1.9 klux and photoperiod of 12/12 and 24/0 h L/D. Two optimal zones of ф in LPB were identified, both with a 21.5 klux LED intensity and photoperiod relationship of 12/2 and 24/0 h L/D, with values of 1.65 and 1.62 ф respectively. The mathematical model which indicated the optimal zones was of 2nd order, which had a high significance (p = 0.000396 < 0.05) achieving a predictive value of R2 = 0.92. In the PB-CLOA, the cultivation of Spirulina sp. with photoperiod of 12/12 h L/D, showed a ф value of 0.72, a more rapid adaptation of λ = 4.62 h, a higher specific growth rate of μmax=0.033 h-1 and reduced time energy consumption of 74.05 h; compared to culture developed with photoperiod 24/0 h L/D. The PB-CLOA hydraulic parameters were: operation volume 2.5 L, flow velocity 0.26 m/s, numbers of Reynolds (Re) 15488, Froude (Fr) 0.60 and Vedernikov (Ved) 0.90.
Se optimizó la producción de biomasa (ф) de cultivos batch de Spirulina sp. en fotobiorreactores a escala de laboratorio (FBL) de 0,2 L, por efecto de X1: intensidad de diodos electroluminosos (LED’s) entre 1,25 a 41,7 klux y X2: fotoperiodo de12/12 a 24/0, h de luz/h de oscuridad (L/O) utilizando un diseño compuesto central rotacional (DCCR) y metodología de superficie de respuesta (MSR). Asimismo, se evaluaron las características hidráulicas y el valor ф de un cultivo batch de Spirulina en un fotobiorreactor de canal bucle cerrado abierto a la atmósfera (FB-BCAA) por efecto de la iluminación LED de 8,3±1,9 klux y fotoperiodos de 12/12 y 24/0 h L/O. En los FBL se encontró dos zonas óptimas de ф, ambas con una intensidad LED de 21,5 klux y fotoperiodos 12/12 y 24/0 h L/O, siendo los valores ф de 1,65 y 1,62 respectivamente. El modelo matemático que indicó estas zonas fue de segundo orden (p = 0,000396 < 0,05) con una consistencia de predicción de R² = 0,92. En el FB-BCAA, el cultivo de Spirulina sp. con fotoperiodo de 12/12 h L/O, mostró un valor ф de 0,72, una adaptación más rápida de λ = 4,62 h, una mayor velocidad específica de crecimiento de μmax= 0,033 h-1 y menor tiempo de consumo de energía de 74,05 h; comparado con el cultivo desarrollado con fotoperiodo 24/0 h L/O. Los parámetros hidráulicos del FB-BCAA fueron: volumen de operación 2,5 L, velocidad de flujo 0,26 m/s, números de Reynolds (Re) 15488, Froude (Fr) 0,60 y Vedernikov (Ved) 0,90.