Modos de cultivo de las microalgas

Los sistemas de cultivo o métodos de cultivo son los modos de operar del biorreactor:

i) Cultivo por Lotes o Batch

Es el sistema de cultivo más utilizado por su sencillez y bajo coste. Es un sistema cerrado, de volumen limitado, en el que no hay entrada ni salida de materiales, es decir, los recursos son finitos. La densidad celular de la población de algas incrementa constantemente hasta que se agota el factor limitante, mientras que otros componentes nutrientes del medio de cultivo disminuyen con el tiempo. Los productos producidos por las células durante el crecimiento también aumentan su concentración en el medio de cultivo. Cuando las células se quedan sin recursos, los cultivos mueren a menos que se les suministre un nuevo medio^1,2.

Los sistemas de cultivo por lotes son muy dinámicos y la población exhiben patrones de crecimiento típicos siguiendo curvas sigmoideas, ver en la Figura 5, consta de seis fases caracterizadas por cambios en las tasas de crecimiento; las seis fases se resumen en la Tabla 1^1,2.

Figura. 1. Curva de crecimiento de una población de algas en condiciones de cultivo por lotes. Modificado de Barsanti L. et al^2.

Tabla 1. Descripción de las seis fases sucesivas de crecimiento de una población de algas en condiciones de cultivo discontinuo o por Lotes. Modificado de Barsanti L. et al^1,2.

ii) Cultivo por Lotes alimentado o Fed Batch

En cuanto al cultivo Fed Batch o lote alimentado, dado que el caudal de salida es nulo, el volumen aumenta con el tiempo en función del caudal de entrada. Se añade nutrientes para mantener el cultivo en la fase estacionaria. En este tipo de reactor se busca producir metabolitos secundarios en la fase exponencial tardía y estacionaria. Así también se logra la maximización de la producción de metabolitos secundarios y biomasa^1,2.

iii) Cultivo Continuo

En el cultivo continuo el caudal de alimentación es igual al caudal de salida, por lo que volumen no se altera. Los cultivos se mantienen en puntos seleccionados de la curva de crecimiento mediante la adición controlada de medio de cultivo fresco. El medio fresco se añade automáticamente en proporción a la tasa de crecimiento de algas, mientras se retira un volumen igual de cultivo. Este método de cultivo de algas permite que el cultivo alcance una tasa de crecimiento muy cercana a la tasa máxima de crecimiento, ya que el cultivo nunca se queda sin nutrientes^1,2.

Se pueden distinguir dos tipos de cultivos continuos según Barsanti L. et al.²:

Cultivo de turbidostato:

El cultivo de turbidostato es en el que se administra medio fresco cuando la densidad celular del cultivo alcanza un punto predeterminado, medido por la extinción de la luz que pasa a través del cultivo. En este momento, se añade medio fresco al cultivo y se extrae un volumen igual de cultivo. El cultivo diluido aumenta la densidad celular hasta que se repite el proceso^1,2.

Cultivo de quimiostato:

El cultivo de quimiostato es en el que se introduce un flujo de medio nuevo en el cultivo a una velocidad constante y predeterminada. Este último agrega un nutriente vital limitante (por ejemplo, nitrato) a una tasa fija; de esta forma, se mantiene constante la tasa de crecimiento y no la densidad celular. En un quimiostato, la adición del medio determina en última instancia la tasa de crecimiento y la densidad celular^1,2.

Figura. 2. Representación esquemática de A) Lotes o Batch, B) Lotes alimentado o Fed Batch y C) Continuo.

Bibliografía:

Arenas R. Tratamiento de lactosuero por cavitación hidrodinámica posterior precipitación química y subsecuente uso para cultivo de microalgas (Chlorella vulgaris) en un biorreactor tipo raceway; 2023.
Barsanti L. GP. Algae: Anatomy, Biochemistry, and Biotechnology, Second Edi. CRC Press; 2006. 361 p.
Medina E. Curso de Biotecnología de las Microalgas. Cognita Conecta; 2021. Available from: https://cognitaconecta.com/curso/microalgas/.

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