Producción de astaxantina bajo factores de estrés utilizando un biorreactor a escala de laboratorio de 5 L / Astaxanthin production under stress factors using a 5L laboratory scale bioreactor / Astaxanthin production under stress factors using a 5L laboratory scale bioreactor

Resumen Introducción. Haematococcus pluvialis es una microalga que produce astaxantina, un beta-caroteno y antioxidante muy usado en la industria. Para obtener una mayor producción de astaxantina se planteó como objetivo utilizar diferentes factores de estrés, en un biorreactor a escala de laboratorio de 5 litros. Metodología. Se cultivó la microalga en el medio RM, pH 6,8, temperatura 20±2°C, aire filtrado, iluminación con lámparas blancas 20h luz/4h oscuridad, irradianza 70 μE m-2s-1, diferentes concentraciones de acetato de sodio y cloruro de sodio. Se determinó crecimiento celular, cambios morfológicos y cuantificación de astaxantina y clorofila por espectrofotometría. Se realizó un análisis estadístico utilizando ANOVA (95%). Resultados. Utilizando 0,299 mg/L de acetato de sodio se obtuvo un crecimiento celular de 2,0 x 104 Cel/mL y una concentración de astaxantina de 2,530 μg/mL, mientras que con 1,6 mg/L de acetato de sodio el crecimiento celular fue de 3,5 x 104 Cel/mL y una concentración de astaxantina de 1,9 μg/ml. El tratamiento al cual se le adicionó 1,6 g/L de acetato de sodio y 6,4 g/L de cloruro de sodio presentó la mayor producción astaxantina 7,3 μg/ml. El tratamiento con acetato de sodio 0,320 g/L + cloruro de sodio 1,28 g/L presentó el mayor crecimiento celular con 1,64x105 células/ml. Conclusión. Esta investigación destaca la importancia de cultivar inicialmente la microalga utilizando el biorreactor Tecferm de 5 litros y después de su fase exponencial someterla a factores de estrés con acetato de sodio y cloruro de sodio lográndose así la mayor producción de astaxantina 7,325 μg/ml.

Abstract Introduction. Haematococcuspluvialis is a microalgae that produces astaxanthin, a beta-carotene and antioxidant widely used in industry. In order to obtain a higher production of astaxanthin, the objective was to use different stress factors, in a 5-liter laboratory-scale bioreactor. Methodology. The microalgae was cultivated in the RM medium, pH 6.8, temperature 20 ± 2°C, filtered air, illumination with white lamps 20h light/4h darkness, irradiance 70 μE m-2s-1, different concentrations of sodium acetate and chloride of sodium. Cell growth, morphological changes and quantification of astaxanthin and chlorophyll were determined by spectrophotometry. Statistical analysis was performed using ANOVA (95%). Results. Using 0.299 mg/L of sodium acetate a cell growth of 2.0 x 104 Cel/mL and an astaxanthin concentration of 2.530 μg/mL were obtained, while with 1.6 mg/L of sodium acetate the cell growth It was 3.5 x 104 Cel/mL and an astaxanthin concentration of 1.9 μg/mL. The treatment to which 1.6 g L of sodium acetate and 6.4 g/L of sodium chloride were added showed the highest astaxanthin production, 7.3 μg/ml. Treatment with 0.320 g/L sodium acetate + 1.28 g/L sodium chloride showed the highest cell growth with 1.64x105 cells/ml. Conclusion. This research highlights the importance of initially cultivating the microalgae using the 5-liter Tecferm bioreactor and, after its exponential phase, subjecting it to stress factors with sodium acetate and sodium chloride, thus achieving the highest production of 7.325 μg/ml astaxanthin.

Microencapsulation of a Colombian Spodoptera frugiperda Nucleopolyhedrovirus with Eudragit® S100 by spray drying

A Colombian Spodoptera frugiperda nucleopolyhedrovirus NPV003 with high potential for the development of an efficient biopesticide was microencapsulated by spray drying with a pH dependent polymer (Eudragit® S100). Conditions for microparticles production were standardized and microencapsulation process was validated. Physical properties, insecticide activity and photo-stability of microencapsulated virus were determined. The microparticles were spherical and irregular shaped, with sizes between 17.64 and 19.47 µm. Moisture content was 10.38 ± 0.87%; encapsulation efficiency 84.61± 13.09% and process yield was 91.20 ± 6.40%. Microencapsulation process did not affect viral insecticidal activity and provided efficient protection against UVB radiation. Results demonstrated technological feasibility of spray drying process to be used in formulating a biopesticide based on NPV003.

Producción de Astaxantina en Haematococcus pluvialis bajo diferentes condiciones de estrés / Astaxanthin Production in Haematococcus pluvialis under different stress conditions

Las microalgas son fuente de un gran número de compuestos bioactivos de interés industrial, como los carotenoides que se utilizan como colorantes naturales en alimentación animal y humana, así como en la industria farmacéutica, cosmética y en la acuicultura. Además se han propuesto como agentes efectivos en la prevención de una variedad de enfermedades, debido a su capacidad antioxidante, inmunoregulaora, anti-inflamatoria y anti-cancerígena. El ketocarotenoide astaxantina es el más importante desde el punto de vista biotecnológico. Hoy la mayor cantidad de astaxantina es producida por síntesis química y es vendida a un precio de US $2500/kg. El alto precio y el incremento en la demanda para este compuesto, especialmente de origen natural, en las diferentes industrias, hace que sea de interés la producción astaxantina a partir de microalgas como el Haematococcus pluvialis, que acumula cantidades importantes (más del 4%/g de peso seco) y de mejor calidad que las obtenidas por otras fuentes como levaduras y plantas. La acumulación del pigmento en H. pluvialis ocurre durante la transformación de la microalga desde el estado vegetativo (fase verde) a aplanospora (fase roja) cuando cesa su crecimiento en la fase estacionaria. Los tipos de estrés que inducen a la acumulación de astaxantina son temperatura, intensidad lumínica, ciclos de luz/oscuridad, concentración de nutrientes, pH, especies reactivas de oxígeno, sales y presencia de inhibidores de procesos metabólicos a diferente nivel. Es importante resaltar que esta microalga es de difícil cultivo; así como en la obtención del pigmento en cantidades de interés, debido a su ciclo celular complejo. De igual forma, un mayor entendimiento de las bases moleculares de la relación -condiciones de estrés-inducción- acumulación de astaxantina en H. pluvialis, podría ser útil para aumentar la productividad de astaxantina.

Microalgae are a source of a large number of bioactive compounds of industrial importance, such as carotenoids used as natural colorants in food and feed, as well as in pharmaceuticals, cosmetics and aquaculture. They also have been studied as effective compounds for the prevention of different diseases due to their antioxidant, immunoregulatory, anti-inflammatory and anticarcinogenic properties. In biotechnology applications astaxanthin is the most important ketocarotenoide. Currently most astaxanthin is produced by chemical synthesis and sold at U.S. $ 2500/kg. The high price and increasing demand of this compound in different industries, especially of natural origin creates an interest in the astaxanthin production from microalgae as Haematococcus pluvialis that accumulate significant amounts (more than 4%/g dry weight) and better quality what is obtained from sources such as yeast and plants. The pigment accumulation in H. pluvialis occurs during the transformation of microalgae from the vegetative state (green phase) to aplanospora (red phase) when growth ends in the stationary phase. The types of stress that induce astaxanthin accumulation are temperature, light intensity, cycles of light / dark, nutrient concentration, pH, reactive oxygen species, salts and presence of metabolic processes inhibitors at different levels. Is important to take in account that this microalgae is hard to grow and obtain the pigment in amounts of interest could be complicated due to complex cell cycle. Similarly, a better understanding of the molecular basis of the relationship, stress-inducing conditions, astaxanthin accumulation in H. pluvialis, might be helpful for increasing productivity of astaxanthin.