Effect of de Carbon/Nitrogen ratio on the production of microalgae-based carotenoids

Abstract

This study investigates the effect of C/N ratio on the production of biomass and total carotenoids on a Scenedesmus sp. Initially, three different carbon sources (sodium carbonate, sodium bicarbonate and sodium acetate) were tested under different concentrations of a nitrogen source (sodium nitrate) in 250 mL tubular air-lift reactors. The reactors were operated at 25 °C for 40 days. in light:dark cycle of 12:12, under a continuous flow of air. Results showed that by the adjustment of the concentration of the carbon and nitrogen source, it is possible to increase the concentration of biomass up to 0.8 g/L. However, by the regulation on the concentration of sodium carbonate and sodium nitrate, the final content of total carotenoids was increased two times (from 0.3 to 0.66 % w/w). Results from this study shows that an specific ratio between the carbon source employed and the concentration of the nitrogen source shows that an outstanding increase on the final biomass and the concentration of total carotenoids that can be produced. Finally, the effect of well-known strategies such as light, salinity and pH, coupled with C/N ratio must be studied to achieve a proper method to stress the cell culture and enhance the synthesis of carotenoids in Scenedesmus sp.

El presente trabajo de investigación tiene como objetivo determiner el efecto de la relación Carbono/Nitrógeno en la producción de biomasa y carotenoides totales en una cepa de Scenedesmus sp. Inicialmente, se evaluaron tres fuentes de carbono diferentes (carbonato de sodio, bicarbonato de sodio y acetato de sodio) bajo diferentes concentraciones de una fuente de nitrógeno (nitrato de sodio) en reactores tubulares de 250 ml. Los reactores fueron operados a 25°C durante 40 días en un ciclo de luz:oscuridad de 12:12 horas y un flujo continuo de aire. De acuerdo con los resultados se encontró que mediante el ajuste de la concentración de la fuente de carbono y nitrógeno, es posible aumentar la concentración de biomasa hasta 0.8 g/L. Por otra parte, mediante la regulación de la concentración de carbonato de sodio y nitrato de sodio, el contenido final carotenoides totales se incrementó dos veces (de 0.3 a 0.66% p/p). Los resultados de este estudio muestran que, al ajustar las concentraciones de la fuente de carbono y de nitrógeno es posible obtener un aumento interesante en la biomasa final y la concentración de carotenoides totales. Finalmente, es importante resaltar que se debe estudiar el efecto de otras estrategias como la luz, la salinidad y el pH, junto con la relación C/N para obtener un método adecuado que lleve a las celulas hacia un estress metabolico y mejore así la síntesis de carotenoides en Scencedesmus sp.