Effect of the light emitting diodes intensity and photoperiod in the optimization of the Spirulina (Arthrospira) biomass production
Efecto de la intensidad de diodos electroluminosos y fotoperiodo en la optimización de la producción de biomasa de Spirulina (Arthrospira)

V. Vásquez-Villalobos, D. Vergaray, J. Méndez, I. Barrios, R. Baquedano, C. Caldas, J. Cruz, J. Gamboa, I. Rivera
2017 Scientia Agropecuaria  
Efecto de la intensidad de diodos electroluminosos y fotoperiodo en la optimización de la producción de biomasa de Spirulina (Arthrospira) Effect of the light emitting diodes intensity and photoperiod in the optimization of the Spirulina (Arthrospira) biomass production Vásquez-Villalobos, V. * ; Vergaray, D.; Méndez, J.; Barrios, I.; Baquedano, R.; Caldas, C.; Cruz, J.; Gamboa, J.; Rivera, I. Resumen Se optimizó la producción de biomasa (ф) de cultivos batch de Spirulina sp. en
more » ... 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. Abstract 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 R 2 = 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.
doi:10.17268/sci.agropecu.2017.01.04 fatcat:4pcki4tflfcmlk7jkizxv4pvvi