Experimental determination of radiative characteristics of carotenoid-producing microalgae

• Valadés-Pelayo, Patricio Javier ^[1] ; Castillo-Cruz, Luis Ángel ^[2] ; Martínez-Niño, Eduardo ^[2] ; Carmona-Ascencio, Neri Jocelyn ^[2] ; Ávila-Paredes, Hugo Joaquín ^[2]
  1. [1] Universidad Nacional Autónoma de México

     Universidad Nacional Autónoma de México

     México

     
  2. [2] Universidad Autónoma Metropolitana

     Universidad Autónoma Metropolitana

     México

     
• Localización: Renewable Energy, Biomass & Sustainability, ISSN-e 2683-2658, Vol. 3, Nº. 1, 2021, págs. 61-66
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Determinación experimental de características radiativas de microalgas productoras de carotenoides
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  • español

    En la actualidad la demanda de pigmentos carotenoides de origen natural, ha incrementado debido a su aplicación diversa en la industria. Una de las fuentes naturales de dichos compuestos, son las microalgas, microorganismos fotosintéticos de elevado valor biotecnológico. La producción de pigmentos carotenoides a partir de cultivos microalgales se encuentra en el ámbito de la sustentabilidad, pero afronta el reto de la optimización del diseño y operación de nuevas tecnologías; primero se maximiza la producción de biomasa y posteriormente se somete a estrés para inducir la síntesis y acumulación de este tipo de pigmentos. En este contexto, el diseño y escalamiento de fotobiorreactores (FBRs) para el cultivo de microalgas es crucial para este tipo de procesos. El objetivo principal del presente trabajo de investigación se centra en la aplicación de una nueva metodología experimental para estimar de forma rápida e independiente las características radiativas de microalgas en suspensión. Se utilizó como microalga de estudio la cepa Chlorella vulgaris UTEX 2714 (presenta altas tasas de crecimiento y acumula carotenoides como la cantaxantina y astaxantina). Se estimó el coeficiente de extinción (β), el albedo (ω) y el parámetro de asimetría (g) de la función fase (Φ). Estos parámetros definen la solución de la ecuación de transferencia radiativa (ETR) y son fundamentales para caracterizar el efecto de las microalgas en el transporte radiativo dentro de cualquier FBR. Tanto βcomo ω fueron estimados a diferentes concentraciones de biomasay mostraron ser independientes de la concentración de biomasa bajolas condiciones experimentales. Además, el estudio sugiere queΦde Chlorella vulgaris UTEX 2714 puede ser descrita utilizando el modelo de Henyey-Greenstein. Se logróla caracterización radiativa de la microalga, lo cual es indispensable para la descripción del transporte radiativo dentro de un FBR y el desarrollo de mejores modelos cinéticos parael escalamiento de este tipo de bioprocesos.

  • English

    Currently, the demand for carotenoid pigments of natural origin has increased due to their diverse application in the industry. One of the natural sources of these compounds are microalgae, which are photosynthetic organisms of high biotechnological value. The production of carotenoid pigments from microalgal cultures are in the scope of sustainability but faces the challenge of optimizing the design and operation of new technologies; biomass production is first maximized and subsequently subjected to stress to induce the synthesis and accumulation of this type of pigments. In this context, the design and scaling of photobioreactors (FBRs) for the cultivation of microalgae is crucial for this type of process. The main objective of the present research work is focused on the application of a new experimental methodology to estimate the radiative characteristics of a microalgae quickly and independently in suspension. Strain Chlorella vulgaris UTEX 2714 (shows high growth rates and accumulate carotenoids such as canthaxanthin and astaxanthin) was used as sample. Extinction coefficient (β), albedo (ω) and asymmetry parameter (g) of the phase function (Φ) were estimated. These parameters define the solution of the radiative transfer equation (RTE) and they are fundamental to characterize the effect of microalgae on radiative transport within any FBR. Both β, and ωwere estimated at different concentrations of microalgae in suspension and were independent of the biomass concentration under the experimental conditions. This study suggests that Φ of Chlorella vulgaris UTEX 2714 can be described using the Henyey-Greenstein model. The radiative characterization of the microalgae was achieved, which is essential for the description of the radiative transport within a FBR and the development of better kinetic models for the scaling of this type of bioprocess.