Para observar la eficiencia de la técnica de detección de variaciones en la concentración celular de clorofila y evaluar el efecto de los factores de crecimiento en C. sorokiniana, se estableció un diseño experimental Taguchi L4 , evaluando la adición de volumen de CO2 , el color de la luz y la intensidad de la luz. Cada factor se evaluó en niveles bajos y altos, como se muestra en la Tabla 1, bajo las condiciones definidas por el diseño experimental en la Tabla 2.
Una vez concluido el proceso experimental, los resultados mostraron que la combinación de baja adición de CO2, luz púrpura y alta intensidad lumínica (C1, P, I2) correspondiente al tratamiento 2, incrementó el crecimiento microbiano a 7,83 x 105 células mL-1. Por otro lado, el contenido de clorofila fue mayor en el tratamiento 4 bajo las condicionesC2, P,I2, alcanzando una concentración de 5,92 x 10-7 μg cel-1 a las 132 h (Figura 1) coincidiendo con la luz púrpura y la alta intensidad lumínica como los niveles óptimos de los factores en ambas experiencias.
Al mismo tiempo, se observó un comportamiento similar en las cuatro líneas evaluadas. Sin embargo, se observó una clara favorabilidad en las pruebas realizadas bajo luz púrpura. Este patrón sugiere que la luz púrpura puede tener un impacto positivo en los resultados, lo que podría promover condiciones óptimas para el crecimiento o la actividad celular. Estos hallazgos subrayan la importancia de considerar cuidadosamente las condiciones de iluminación en los experimentos biológicos.
A partir del análisis estadístico se obtuvo el gráfico de efectos principales. En la Figura 2 se puede observar cómo cada nivel de los factores evaluados influye en la producción de clorofila en C. sorokiniana. Las mejores condiciones para la producción de clorofila fueron la alta adición de CO2, la luz púrpura y la alta intensidad lumínica (C2, P,I2), donde el color y la concentración de dióxido de carbono muestran valores de significación muy cercanos, mientras que la intensidad de la luz muestra un menor efecto significativo sobre las variables de respuesta evaluadas.
Además, se generó un diagrama de contraste (Figura 3), mostrando el comportamiento de la concentración de clorofila celular según el efecto de la adición de volumen de CO2 y el color de la luz a la que fueron sometidas.
Se observó que la luz púrpura (una mezcla de luz azul y roja) y una alta intensidad de luz promueven significativamente el crecimiento microbiano y la producción de clorofila. Por su parte, una alta adición deCO2 influye en ambos parámetros positiva y negativamente, respectivamente, ya que aumenta la concentración celular de clorofila al máximo durante la experimentación, pero dificulta el crecimiento microbiano. Sin embargo, es notable que bajo luz púrpura, una adición de volumen deCO2 de 20 s pulsos de CO2 cada 12 h a un caudal de 8.5 ft³ h-1 permite una respuesta favorable para ambos parámetros.
Para validar el método y los resultados obtenidos de C. sorokiniana, se realizó una prueba confirmatoria de nivel de matraz en H. pluvialis bajo luz roja debido a su característica natural de degradar la clorofila para sintetizar astaxantina en condiciones de estrés, las cuales fueron inducidas a las 168 h aumentando la salinidad del medio. Se generó un gráfico de concentración (Figura 4) donde se obtuvo la concentración máxima de clorofila a las 0 h con 1.41 x 10-7 μg cel-1. En este caso, debido al comportamiento natural de las microalgas, se observó una disminución en la concentración de clorofila, lo que sugiere posibles cambios fisiológicos en el modelo biológico bajo investigación. Esto se ilustra aún más en la Figura 5, que muestra una micrografía de C. sorokiniana (Figura 5A) y dos micrografías de H. pluvialis: una en la fase verde (Figura 5B) y otra en la fase de cambio y producción de astaxantina (Figura 5C). Curiosamente, a pesar de esta disminución, no se produjo ninguna interferencia por la presencia de compuestos carotenoides, que son, a su vez, pigmentos liposolubles presentes en ellos; Esta es una fuerte evidencia de la selectividad y reproducibilidad de la técnica en microalgas con diversas capacidades y comportamientos.
El gráfico muestra una disminución en la concentración total de clorofila a lo largo del experimento. En particular, hay un aumento de la clorofila a en comparación con la clorofila b a las 50 h, donde la concentración de clorofila b disminuye significativamente. La disminución más sustancial en la concentración de clorofila ocurre al final de la fase de crecimiento exponencial. Esta disminución se atribuye a la producción de carotenoides en H. pluvialis.
De igual forma, se realizó el análisis de la composición de clorofila a y b para el tratamiento con mayor producción de C. sorokiniana (C1, P, I2) en la Figura 6. A diferencia de H. pluvialis, la producción de clorofilas mostró un aumento constante a lo largo de todo el período de experimentación, que se analizó únicamente durante la fase exponencial. Se observa que, al igual que H . pluvialis, la clorofila a está inicialmente presente en proporciones más bajas que la clorofila b al comienzo del experimento; Sin embargo, estas proporciones experimentan un cambio notable en la marca de las 50 h, con la clorofila A mostrando una tasa de producción más alta que la clorofila B a partir de entonces.
La técnica analítica empleada en este estudio ha demostrado ser eficiente en la detección de cambios dentro de un modelo biológico y entre diferentes modelos biológicos. Estos hallazgos subrayan la sensibilidad y precisión del método analítico, lo que permite una comprensión matizada de la dinámica de la clorofila dentro y entre los sistemas biológicos. Estos conocimientos son invaluables para desentrañar los intrincados mecanismos que gobiernan la síntesis y el metabolismo de los pigmentos, allanando el camino para futuros avances en la investigación biotecnológica y ambiental.

Figura 1: Contenido celular de clorofila bajo tratamientos de diseño experimental. Contenido celular de clorofila medido en Chlorella sorokiniana a través de diferentes tratamientos experimentales. Los datos se presentan como desviación estándar para n = 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Gráfico de efectos principales para el contenido de clorofila celular. Gráfico de efectos principales que ilustra el impacto de diferentes tratamientos sobre el contenido de clorofila celular en Chlorella sorokiniana. Los datos se presentan como desviación estándar para n = 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Gráfico de contorno de la concentración de clorofila celular. Gráfico de contorno que muestra la relación entre la concentración de clorofila celular, la concentración de CO2 y el color de la luz. El color de la luz se representa con el eje 1 como azul y el eje 2 como púrpura, con niveles intermedios que indican la adición de luz roja. Los datos se presentan como desviación estándar para n = 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Concentración de clorofila durante la cinética de crecimiento de H. pluvialis . Concentración de clorofila medida sobre la cinética de crecimiento de Haematococcus pluvialis. Los datos se presentan como desviación estándar para n = 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Micrografías de C. sorokiniana y H. pluvialis. Imágenes micrográficas de Chlorella sorokiniana (A) y Haematococcus pluvialis, ilustrando un ejemplar en la fase verde (B) y otro en la fase roja temprana (C). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Concentración de clorofila durante la cinética de crecimiento de C. sorokiniana . Concentración de clorofila medida sobre la cinética de crecimiento de Chlorella sorokiniana. Los datos se presentan como desviación estándar para n = 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Factor | Nivel bajo | Nivel alto |
| Adición deCO2 (L) | C1 | C2 |
| Color claro | Azul (B) | Púrpura (P) |
| Intensidad de la luz (Lux) | I1 | I2 |
Tabla 1: Factores cinéticos y niveles. Descripción general de los factores cinéticos y sus respectivos niveles: C1 = 0,078 L; C2 = 0,15 L; B = Luz azul; P = Luz púrpura; I1 = 550 lux; I2 = 1200 lux.
| Tratamiento | Adición deCO2 | Color claro | Intensidad de la luz (Lux) |
| (L) |
| 1 | C1 | B | I1 |
| 2 | C1 | P | I2 |
| 3 | C2 | B | I1 |
| 4 | C2 | P | I2 |
Tabla 2: Diseño experimental y tratamientos. Resumen del diseño experimental y tratamientos aplicados: C1 = 0,078 L; C2 = 0,15 L; B = Luz azul; P = Luz púrpura; I1 = 550 lux; I2 = 1200 lux.
Fichero complementario 1: Datos de cuantificación celular. Haga clic aquí para descargar este archivo.