Vol. 16 (1) enero – junio del 2026
https://doi.org/10.21789/22561498.2205
ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN
Efecto de los medios KM y BBM usando luz led roja y azul sobre la
producción de astaxantina en Haematococcus pluvialis
Effect of KM and BBM Media Using Red and Blue LED Light on Astaxanthin Production in
Haematococcus pluvialis
Natalia Lorena Torres Martínez ab, Mayra Tatiana Cuellar Bogotá ac, Judith Elena Camacho Kurmen ad
a Grupo de Investigación Bioprocesos y Control, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Colegio Mayor de Cundinamarca, Colombia
b nltorres@universidadmayor.edu.co|https://orcid.org/0009-0004-1395-6025
c mtcuellar@universidadmayor.edu.co| https://orcid.org/0009-0006-0492-718X
d jelenacamacho@universidadmayor.edu.co| https://orcid.org/0000-0002-8880-1501
Citación: Torres Martínez, N. L. Cuellar
Bogotá, M. T. Camacho Kurmen, J. E.
(2026). Efecto de los medios KM y BBM
usando luz led roja y azul sobre la
producción de astaxantina en
Haematococcus pluvialis.
Mutis, 16(1). 1- 21.
https://doi.org/10.21789/22561498.2205
Recibido: 12 de agosto de 2025
Aceptado: 19 de marzo de 2026
Copyright: © 2026 por los autores.
Licenciado para Mutis. Este artículo es un
artículo de acceso abierto distribuido
bajo los términos y condiciones de la
licencia Creative Commons Attribution
(https://
creativecommons.org/licenses/by/ 4.0/).
RESUMEN
La optimización de la producción biotecnológica de astaxantina a partir de la
microalga Haematococcus pluvialis Flotow (1848) (Chlamydomonadales,
Chlorophyceae) cuando es sometida a condiciones de estrés, es importante por sus usos
como pigmento y compuesto bioactivo en diferentes industrias. Es por esto por lo que
se propuso como objetivo determinar el efecto de los medios KM y BBM usando luz LED
roja (650 nm) con una irradiancia de 130.65 µmol/m2s y luz LED azul (450 nm) con una
irradiancia de 924.42 µmol/m2s sobre la producción de astaxantina en H. pluvialis. Se
realizó el ANOVA (95%) para establecer diferencias significativas entre tratamientos y
prueba t.
Las condiciones de cultivo de la microalga H. pluvialis establecidas incluyen los
medios KM y BBM, que pueden utilizarse para su cultivo usando luces LED, ya que no se
presentaron diferencias significativas entre tratamientos (F:2.051; P:0.174; gl:1), siendo
el medio de cultivo BBM, en el que se presentó el mayor crecimiento de la microalga
llegando a 2,88x106 cel./mL, con una velocidad de crecimiento (R2=0,87, modelo
logístico). En la producción de astaxantina, se presentaron diferencias significativas
entre tratamientos (F:9.060; P:0.009; gl:1), encontrándose que el medio KM, usando
luces LED (t=3,01; P=0.005), produjo mayor acumulación, 20,29 μg/mL, observándose
morfológicamente quistes de tonalidad roja por su acumulación. Se concluye que el uso
de medio de cultivo KM combinado con luz LED roja (650 nm) con una irradiancia de
130.65 µmol/m2s y luz LED azul (450 nm) con una irradiancia de 924.42 µmol/m2s
incrementó la acumulación de astaxantina.
Palabras clave: Microalga H. pluvialis; luz LED; astaxantina; condiciones de
estrés; medio KM y medio BBM; Ciencias naturales.
Natalia Lorena Torres Martínez, Mayra Tatiana Cuellar Bogotá, Judith Elena Camacho Kurmen. (2026). https://doi.org/10.21789/22561498.2205
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ABSTRACT
Optimizing the biotechnological production of astaxanthin from the microalga
Haematococcus pluvialis Flotow (1848) (Chlamydomonadales, Chlorophyceae) under
stress conditions is important due to its use as a pigment and bioactive compound in
various industries. Therefore, this study aimed to determine the effect of KM and BBM
media, using red LED light (650 nm) with an irradiance of 130.65 µmol/m²s and blue LED
light (450 nm) with an irradiance of 924.42 µmol/m²s, on astaxanthin production in H.
pluvialis. An ANOVA (95%) was performed to establish significant differences between
treatments, and a t-test was used.
It was established that KM and BBM culture media can be used for the
cultivation of the microalga H. pluvialis using LED lights, as no significant differences
were found between treatments (F = 2.051; P = 0.174; df = 1). The BBM culture medium
showed the greatest microalgal growth, reaching 2.88 × 10⁶ cells/mL, with a growth rate
(R² = 0.87, logistic model). Significant differences were found between treatments for
astaxanthin production (F = 9.060; P = 0.009; df = 1). The KM medium, using LED lights
(t = 3.01; P = 0.005), produced the greatest accumulation, 20.29 μg/mL, with red cysts
observed morphologically due to the accumulation. It is concluded that the use of KM
culture medium combined with red LED light (650 nm) with an irradiance of 130.65
µmol/m²s and blue LED light (450 nm) with an irradiance of 924.42 µmol/m²s increased
the accumulation of astaxanthin.
Keywords: microalga H. pluvialis; LED light; astaxanthin; stress conditions; KM
media and BBM medium; Natural Sciences.
INTRODUCCIÓN
La astaxantina es un pigmento y compuesto bioactivo que tiene aplicaciones
en las áreas industrial, alimenticia, cosmética, nutracéutica, farmacéutica y acuicultura,
obtenida de la microalga H. pluvialis, quien acumula altas concentraciones de este
carotenoide posiblemente entre un 5-6 g peso/peso por biomasa seca, cuando es
sometida a condiciones de estrés como luz, color de luz, alta irradiancia, deficiencia de
nutrientes (Tocquin et al., 2012; Oslan et al., 2021; Achaempong et al., 2024),
deficiencia de nitrógeno (Wang et al., 2013; Scibilia et al., 2015; Zhang et al., 2018;
Gómez et al., 2019; Miranda et al., 2019; Samhat et al., 2023), deficiencia de fosfatos
(Miranda et al., 2019; Liyanaarachchi et al., 2020; Li et al., 2021; Camacho y Rodriguez,
2024), salinidad (He et al., 2020; Li et al., 2020; Wang et al., 2021), temperatura y CO₂
(Shah et al., 2016; Christian et al., 2018;Pham et al., 2018; Cheirsilp et al., 2022; Mota
et al., 2022; Busakorn et al., 2023; Achaempong et al., 2024; Casula et al., 2024). Para
la obtención de la astaxantina se busca el crecimiento apropiado de la microalga
produciendo una biomasa en calidad y cantidad adecuada. Además de la disponibilidad
de la biomasa adecuada de la microalga, el establecimiento de un proceso de
producción repetible es indispensable para la aplicación industrial, donde el uso de
biorreactores cerrados, proporcionan una operación más controlada y definida, con
bajo riesgo de contaminación, una configuración de proceso altamente flexible,
controlando de una manera precisa las variables de cultivo, como medios de cultivo;
luz, fuentes de luz, color, irradiancia, fotoperiodos, pH, temperatura, agitación y
mezclado (Zhang et al., 2016; Sun et al., 2017; Khoo et al., 2019; Zhao et al., 2019; Do
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et al., 2021; Oslan et al., 2021; Ren et al., 2021;; Silva et al., 2022; Do et al., 2023; Herrera
et al., 2024).
Las propiedades de la luz como su fuente, la longitud de onda y la intensidad,
son importantes para el crecimiento de microalgas fotoautótrofas como el H. pluvialis
y el uso de la combinación de condiciones de estrés como la deficiencia de nutrientes y
la alta intensidad de luz y el color usado incrementan la acumulación de astaxantina en
esta microalga (Ota et al., 2018; Santos et al., 2022; Samhat et al., 2023; Herrera et al.,
2024). Se han utilizado diferentes fuentes de luz para el crecimiento y estrés de la
microalga, como la solar, el uso de lámparas fluorescentes blancas, lámparas
incandescentes y el uso de luces LED de colores, siendo éstas últimas la fuente de luz
más prometedora, ya que consumen menos energía eléctrica, producen más luz, no
desperdician energía produciendo la longitud de onda necesaria y son de bajo costo
(Tran et al., 2015; Pang et al., 2019; Pereira y Otero2020; Herrera et al., 2024).
Para el incremento de la obtención de astaxantina por la superposición de unas
células sobre otras durante el crecimiento de la microalga, se hace importante
establecer la trayectoria de la luz adecuada, el fotoperiodo establecido, la fuente de luz,
el color, la irradiancia o intensidad adecuada de luz, diseñando un sistema de luz que se
adapte de tal manera que todas las células de la microalga reciban el mismo estrés y así
incrementar la acumulación de este carotenoide (Mazumdar et al., 2019; Li et al., 2020;
Marinho et al., 2021; Mourya et al., 2023).
La astaxantina es uno de los antioxidantes naturales más importante,
producido por la microalga H. pluvialis, con propiedades como compuesto bioactivo y
pigmento con aplicaciones en la nutrición humana y animal y también en la salud como
en el tratamiento y prevención de enfermedades del sistema vascular y cardíaco,
diabetes, antienvejecimiento, antiinflamatorio y en el cáncer (Rao et al., 2014;
Mularczyk et al., 2020; Oslan et al., 2021; Ren et al., 2021; Nemani et al., 2024). Los
beneficios que se esperan obtener con la implementación de este colorante natural en
la industria es reemplazar los colorantes químicos de origen sintético con impacto
negativo a nivel ambiental y salud (Rodriguez et al., 2023), además la astaxantina de
origen natural no presenta efectos secundarios como si lo hace la de origen químico y
es de mejor calidad que la producida por bacterias y levaduras Mularczyk et al., 2020;
Oslan et al., 2021; Achaempong et al., 2024).
Figura 1. Cambio morfológico Haematococcus pluvialis
Fuente: Elaboración propia
A) Célula vegetativa. B) Tetrasporofito en período de rápida división. C) Aplanospora, células en etapa
posterior en condiciones inducidas.
(A)
(B)
(C)
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Una estrategia promisoria para mejorar la producción de astaxantina en el H.
pluvialis, es el estudio de los factores que afectan su crecimiento como el tipo de
nutrientes orgánico o inorgánico utilizado combinado con la luz con el fin de optimizar
las condiciones de crecimiento, su desarrollo y producción, ya que la utilización del
H. pluvialis tiene sus dificultades en el momento del cultivo y de obtener el pigmento
en cantidades de interés debido a su ciclo celular complejo. Uno de los principales
inconvenientes es que se trata de un producto del metabolismo secundario. Siendo los
diodos emisores de luz (LED) las fuentes de luz preferidas debido a su variedad en colores
blanco, azul y rojo con amplio espectro de estrecha banda con diversidad en tamaños,
además son ligeros, duraderos y eficientes en términos de mayor vida útil y la cantidad
de luz que se desprende es mucho mayor en comparación con su consumo de energía
(Katsuda et al., 2004;Gao et al., 2014; Ma et al., 2018;Lee et 2020; Ortiz et al., 2020;Li
et al., 2020; Do et al., 2021; Jin et al., 2024; Herrera et al., 2024). Es por esto por lo que
este estudio busca determinar la producción de astaxantina a partir de H. pluvialis en
medio KM y BBM usando luz LED roja (650 nm) y azul (450 nm), relacionando los
parámetros cinéticos de crecimiento con la producción de clorofila y astaxantina,
documentando los cambios morfológicos en función de la fase de crecimiento en los
medios de cultivo BBM y KM, en donde se utilizan compuestos inorgánicos en el caso de
medio BBM y compuestos orgánicos en el caso del medio KM.
MATERIALES Y MÉTODOS
Microorganismo
Se utiliza una cepa de referencia de la microalga H. pluvialis UTEX2505
(colección de cultivos de algas, Universidad de Texas, Austin TX, US). La cepa se
mantiene en medio sólido y líquido Mes-Volvox (por recomendación de la UTEX) a baja
irradiancia y una temperatura entre 15 y 20 °C.
Preparación del inóculo
Para preparar él inóculo se toma una muestra de la solución stock de la cepa
de referencia de la UTEX 2505 y se transfiriere asépticamente a un Erlenmeyer de 500
mL que contiene 200 mL de medio Volvox-MES fresco y estéril, el cual consiste en
Ca(NO3)2. 4H2O 11,8 g 100 mL-1, MgSO4.7H2O 4 g 100 mL-1, Na2glicerofosfato.5H2O
0,05 g L-1, KCl 0,05g/L, MES 1,95 g L-1, solución de metales piv 6 ml L-1, NH4Cl 0,026 g
L-1, Vitamina B12 1ml L-1, HEPES y biotina 1 ml L-1, ajustado a pH 6,7 agitación a 100
rpm, irradiancia 70 μmol/m2s, temperatura de 20 ± 2°C, iluminación con lámparas
fluorescentes blancas (Tlt 20w/54RS marca Philips), aire filtrado, fotoperíodo de 18
horas luz y 6 horas de oscuridad por 15 días. Cada tres días se hace conteo celular y
revisión microscópica del cultivo. Para establecer la cantidad de inóculo a utilizar se
realiza un conteo celular y con esta información realizar los cálculos necesarios para
saber el volumen a adicionar del inoculó a los biorreactores pequeños en sistema batch
utilizando la fórmula V1C1 = V2C2.
Efecto de los medios BBM y KM usando luces LED roja (650 nm) y azul (450
nm) sobre la producción de astaxantina
El cultivo de H. pluvialis se realiza en sistema Batch, utilizando las siguientes
condiciones: Medio BBM, el cual consiste de NaNO3 250 mg/L, CaCl2 25mg/L, MgSO4 75
mg/L, K2HPO4 175 mg/L, KH2PO4 75 mg/L, NaCl 25 mg/L, EDTA 50 g/L, KOH 3.1 g/L, H3BO3
11.42 mg/L, ZnSO4 8.82 g/L, MnCl2 1.44 g/L, MoO3 0.71 g/L, CuSO4 1.57 g/L, Co (NO3)2
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0.49 g/L (Imamoglu, 2007) y Medio Kobayashi (KM) el cual consiste de CaCl2.2H20 0,02
g/L, acetato de sodio 1,2 g/L, L-asparagina 0,4 g/L, extracto de levadura 2 g/L,
MgCl2.6H2O 0,2 g/L,FeS04 7H2O 0,01 g/L, pH 6,8 (Kobayashi et al., 1993). Los
experimentos se llevan a cabo en condiciones controladas de temperatura (20 ± 2°C),
agitación (100 rpm), aire filtrado, iluminación continua con luz LED roja (650 nm)
irradiancia 130.65 µmol/m2s (1700 luxes) por 15 días.
Condiciones de estrés: deficiencia de nutrientes e iluminación continua con luz
LED azul (450 nm) con irradiancia de 924.42 μmol/m2s (8000 luxes) (Ver Figura 2)
Figura 2. Cultivo de Haematococcus Pluvialis medio KM y BBM A) Luz LED Roja B) Luz LED Azul
Fuente: Elaboración propia
Generación de las curvas de crecimiento
Se construyen curvas de crecimiento a partir de al menos tres ensayos
independientes. Se toman muestras cada siete días para la determinación del número
de células por mL por microscopía. Las tendencias de crecimiento se ajustan al modelo
logístico mediante la transformación de los valores de Y a los cuales se les calculó su
logaritmo en base 10 para obtener log vs t del crecimiento celular. Se utiliza el Software
Dmfit 2.0 para determinación de parámetros cinéticos, según modelo Baranyi- Roberts.
Determinación de clorofila y astaxantina
Se realiza el procedimiento APHA, 2005. Inicialmente, se toma 1 mL de muestra
de cada cultivo, los cuales se centrifugan a 12 000 rpm durante 5 min; posteriormente
se retira el sobrenadante (medio de cultivo); al paquete celular se le adiciona 1 mL de
metanol al 90% y se deja durante 10 min. a 60 °C en baño serológico y posteriormente
se centrifuga a 12,000 rpm durante 5 min. Para la cuantificación de clorofila y
astaxantina se realiza una curva de calibración (absorbancia en función de la
concentración expresada en ug/mL) con patrones de referencia, la lectura
espectrofotométrica se hace en el equipo Thermo Scientific Evolution 201, a una
longitud de onda de 667 nm para clorofila y 477 nm para astaxantina. Cada tratamiento
se hace por triplicado.
Cambio morfológico
Los cambios morfológicos se evalúan usando la cámara de Neubauer. Para el
monitoreo de la microalga se utiliza un microscopio de luz marca OLYMPUS CX31 para
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determinar el color, tamaño, viabilidad y morfología de las células, realizando registro
fotográfico a 40x (Do et al., 2021).
Análisis estadístico
El experimento se repite tres veces. Todas las observaciones y cálculos se
hacen separadamente para cada set de experimentos y se expresaron en promedio de
6SD. La significancia (P <0.05) de las variables estudiadas se midió usando un análisis de
varianza (ANOVA) y test t.
RESULTADOS
Fase 1. Crecimiento de la microalga H. pluvialis
Se presenta el crecimiento de la microalga H. pluvialis utilizando los medios
de cultivo kobayashi (KM) y BBM en la Figura 3, bajo las condiciones de uso de LED roja
(650 nm) con una irradiancia de 130.65 umol/m2s (1700 luxes) y factor de estrés uso
de luz LED azul (450 nm), con una irradiancia de 924.42 μmol/m2s (8000 luxes). Se
observa en el medio KM, bajo iluminación de luz LED roja, un pico máximo de
crecimiento para la microalga de 1,6 x10⁶ células/ mL al día 22, evidenciando que las
condiciones de luz LED roja favorece el crecimiento en un 62,5% en este medio, con
respecto al medio BBM, con un valor de 6x105 células/ mL al día 22.
En el medio BBM, bajo iluminación combinada LED rojo (650 nm) y LED azul
(450 nm), se alcanzó una concentración máxima de 2,88 x 10⁶ células/ mL al día 65,
lo que indica que las condiciones de uso de LED roja y azul favorecen el crecimiento.
Según el ANOVA (95%) no hay diferencias significativas entre los tratamientos (F:2.051;
P:0.174; gl:1), lo que indica que se pueden utilizar los dos medios de cultivo bajo las
condiciones de crecimiento y de estrés trabajadas, sin embargo, el mejor medio para
crecimiento de la microalga es el BBM usando luces LED. Se observa que la luz LED roja
incrementa el crecimiento en los dos tratamientos, pero cuando se hace cambio a luz
LED azul se frena este crecimiento (figuras 3 y 4).
Figura 3. Curva de crecimiento de H. pluvialis en los medios KM y BBM
Fuente: Elaboración propia
1600000
2833333,33
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
010 20 30 40 50 60 70 80
Crecimiento celular (Cél./mL)
Tiempo (días)
Medio KM Medio BBM
LED rojo
LED azul
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Crecimiento de la microalga H. pluvialis en los medios KM y BBM usando luz LED roja (650 nm) y luz LED azul
(450 nm). ANOVA (95%) realizado no indica diferencias significativas entre los tratamientos (F:2.051;
P:0.174; gl:1).
Se realizó la medición del pH durante el cultivo de la microalga en los medios
KM y BBM, usando luz LED roja (650 nm) y luz LED azul (450 nm), como factor de estrés.
En general, el pH para los dos medios de cultivo bajo las condiciones
trabajadas se encontró entre 7,6 y 8,7, valores que se encuentran dentro de lo
recomendado para el cultivo de esta microalga, pH 5,0 a 9,0 (Benavente, J et al., 2012,
Manrique M., 2019, Cuero k et al., 2019).
El ANOVA (95%) realizado para el pH estableció que si hay diferencias
significativas entre tratamientos para los valores de pH de los cultivos realizados para
la microalga H. pluvialis (F:7.850; P:0.014; gl:1), indicando que el pH obtenido para el
cultivo de la microalga bajo las condiciones trabajadas en el KM es significativamente
diferente (t= 2,80; P= 0.010) y posiblemente favoreció la producción de astaxantina,
ya que bajo estas condiciones se obtuvo su mayor producción (20,29 µg/mL).
Parámetros cinéticos del crecimiento de H. pluvialis
El medio de cultivo con la mayor velocidad específica de crecimiento fue el
medio BBM con 0,023/día (R2 =0,87, modelo logístico) (Figura 4). En cuanto a biomasa,
el medio KM presentó una menor velocidad de crecimiento de -0,012/día (R2 =0,50,
modelo logístico), lo cual indica mejor adaptación de la microalga a los componentes
del medio BBM, destacando los micronutrientes, oligoelementos y nitrógeno
inorgánico presente en su composición, por el mayor contenido de nitrato de sodio.
Este modelo explica el comportamiento de la microalga en el medio BBM bajo las
condiciones de luz LED roja (650 nm) y luz LED azul (450 nm) (R2 ~1).
Figura 4. Curva de crecimiento Medio Logístico de H. pluvialis en los medios de KM y BBM con
luz LED roja (650 nm) y luz azul (450 nm).
Fuente: Elaboración propia
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Los resultados del Modelo Baranyi-Roberts (1994) se presentan a
continuación (figuras 5 y 6), bajo las condiciones de estrés trabajadas,
estableciéndose que este modelo se ajustó mejor a las condiciones de crecimiento
de la microalga H. pluvialis en el medio BBM bajo las condiciones luz LED roja (650 nm)
irradiancia 130.65 umol/m2s y de estrés con alta irradiancia 924.42 μmol/m2s de luz
LED azul (450 nm), presentando una velocidad de crecimiento de 0,027 /día (R2 =0,62)
y el mayor crecimiento de la microalga, 2.8 x 10⁶ células/mL.
Figura 5. Modelo Baranyi-Roberts, en el medio KM
Fuente: Elaboración propia
Figura 6. Modelo Baranyi-Roberts, en el medio BBM
Fuente: Elaboración propia
De acuerdo con los resultados obtenidos, el modelo que más se ajusta al
crecimiento de la microalga bajo las condiciones trabajadas fue el modelo logístico
(R2 =0,87), por presentar un R2 más cercano a 1, utilizando el medio BBM bajo las
condiciones de crecimiento luz LED roja (650 nm) irradiancia 130.65 umol/m2s y
condiciones de estrés con alta irradiancia 924.42 μmol/m2s de luz LED azul (450 nm).
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Cambio morfológico
Se observaron los cuatros fases de crecimiento de la microalga en los días de
cultivo (Tabla 1): las primeras dos fases hacen parte del crecimiento vegetativo tales
como células verde biflageladas y palmeloide bajo luz LED roja (650 nm) a una
irradiancia de 130.65 umol/m2s. El cambio a luz LED azul (450 nm) irradiancia de
924.42 μmol/m2s, se observa en las dos últimas fases caracterizadas por un aumento
del tamaño de la microalga con una disminución del crecimiento llegando al
enquistamiento presentando un quiste inmaduro y, por último, un quiste maduro
(aplanospora).
Tabla 1. Cambio morfológico de H. pluvialis medio BBM y KM. Tamaño 40x
Día
Medio BBM
Medio KM
1
22
38
45
51
60
65
Fuente: Elaboración propia
En la Tabla 1 se muestran el cambio morfológico de la microalga H. pluvialis
durante el tiempo del estudio. En la etapa inicial, se observan las células móviles
(zoosporas) con un tamaño pequeño, con forma esférica y dos flagelos, características
de la fase vegetativa verde. A medida que avanzaba el tiempo, las células aumentaban
en tamaño y se observaban en mayor cantidad bajo las condiciones de estrés alta
irradiancia 924.42 μmol/m2s de luz LED azul (450 nm) y deficiencia de nutrientes,
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caracterizada por la formación de quistes o aplanosporas con una capa externa gruesa
que les proporciona resistencia a las condiciones adversas acumulando astaxantina.
Concentración de astaxantina y clorofila
La producción de clorofila, para los dos medios KM y BBM (figuras 7 y 8), se
correlaciona con el crecimiento celular (Figura 1), presentándose en el cultivo
realizado en el medio KM, llegando a 0,40µg/mL bajo luz LED roja (irradiancia 130.65
umol/m2s, 650 nm) en el día 22 y para el medio BBM se presentó la mayor producción
el día 60 del cultivo con un valor de 0,47 µg/mL bajo el uso de luz LED azul y alta
irradiancia 924.42 μmol/m2s y deficiencia de nutrientes, como factor de estrés.
Figura 7. Concentración de clorofila y astaxantina Medio KM
Fuente: Elaboración propia
Figura 8. Concentración de clorofila y astaxantina Medio BBM
Fuente: Elaboración propia
16,28
0,4681
0
5
10
15
20
122 38 45 51 60 65 72
Concentración ( µg/mL)
Tiempo (días)
Astaxantina Clorofila
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Concentración de clorofila y astaxantina en la microalga H. pluvialis en los medios KM y BBM usando luz
LED roja (650 nm) y Luz LED azul (450 nm). ANOVA (95%) realizado no reporta diferencias significativas
entre los tratamientos (F:1.343; P:0.266; gl:1) para clorofila. ANOVA (95%) encuentra diferencias
significativas entre los tratamientos (F:9.060; P:0.009; gl:1), siendo el mejor medio KM (t=3,01; P=0.005).
El ANOVA (95%) realizado indica que no hay diferencias significativas entre los
dos tratamientos con respecto a la concentración de clorofila de la microalga H.
pluvialis (F:1.343; P:0.266; gl:1) correlacionado con los resultados obtenidos para el
crecimiento de la microalga.
Con respecto a la producción de astaxantina, se observa en la Figura 9 la
mayor acumulación en el medio KM bajo luz LED roja (irradiancia 130.65 umol/m2s,
650 nm), con una concentración máxima de 20,29 µg/mL, para el día 22 con una
productividad de 1,27x10 -5 µg/Cel. En el medio BBM, la producción de astaxantina
alcanzó 16,28 µg/mL bajo luz LED azul (450 nm) con una irradiancia de 924.42
μmol/m2s para el día 60 con una productividad de 5,81 x 10 -6 µg/Cel.
Figura 9. Concentración de astaxantina.
Fuente: Elaboración propia
Producción de astaxantina en la microalga H. pluvialis en los medios KM y BBM usando luz LED roja (650
nm) y luz LED azul (450 nm). ANOVA (95%) realizado si reporta diferencias significativas entre los
tratamientos (F:9.060; P:0.009; gl:1), siendo el mejor medio KM (t=3,01; P=0.005).
El ANOVA (95%) realizado encontró diferencias significativas entre
tratamientos para la producción de astaxantina (F:9.060; P:0.009; gl:1), siendo las
mejores condiciones para su obtención el cultivo de la microalga H. pluvialis en el
medio KM usando luz LED roja (650 nm) e irradiancia de 130.65 umol/m2s y condiciones
de estrés con luz LED azul (450 nm) y alta irradiancia 924.42 μmol/m2s (t=3,01;
P=0.005).
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A continuación, se presenta un resumen de los tratamientos realizados:
Tabla 2. Tabla resumen de los parámetros analizados y los tratamientos realizados.
Parámetro
Medio KM*
Medio BBM*
Crecimiento celular (cél./mL)
1,6x10⁶
2,8x10⁶
Velocidad máxima de
crecimiento (µmáx.) Modelo
Logístico y coeficiente de
correlación
-0,012/día
R2:0,50
0,023/día
R2: 0,87
Velocidad máxima de
crecimiento (µmax.) Modelo
Baranyi-Roberts y coeficiente de
correlación
-12,63/día
R2: 0,022
0,027
R2:0,62
pH
7,6 - 8,7
7,7 - 8,1
Clorofila (µg/mL)
0,40
0,46
Astaxantina (µg/mL)
20,29
16,28
Productividad de astaxantina
(µg/cel.)
1,27x 10 -5
5,81 x 10 -6
*usando luz LED roja (650 nm) y Luz LED azul (450 nm).
Fuente: Elaboración propia
Se observa en general que bajo las condiciones de cultivo y de estrés
utilizadas en el medio BBM se presenta el mejor crecimiento de la microalga H.
pluvialis y la mayor producción de astaxantina se presentó en el medio KM con una
productividad de 1,27x 10 -5 µg/Cel. Se puede establecer que el uso de los medios BBM
y KM combinados con luz LED roja (650 nm) y luz LED azul (450 nm) favorecen la
producción de astaxantina.
DISCUSIÓN
En este estudio se utilizaron los medios de cultivo KM y BBM combinados con
luz LED roja (650 nm) irradiancia de 130.65 µmol/m2s y de estrés con alta irradiancia
924.42 μmol/m2s y luz LED azul (450 nm) los cuales brindan las condiciones, factores
y nutrientes necesarios para su desarrollo y acumulación. La luz LED tiene muchas
ventajas sobre las fuentes de luz convencionales, como su tamaño compacto, su fácil
manipulación de longitudes de onda específicas, bajo consumo de energía, son
adecuadas para el cultivo en fotobiorreactores, favoreciendo el crecimiento celular y
acumulación del pigmento en H. pluvialis, la fuente natural más rica (Lee et al., 2018).
Además, permite obtener el pigmento de forma natural, para su aplicación en las
grandes industrias como la alimentaria, cosmética, farmacéutica es una gran
alternativa que asegura que el producto ofrecido es confiable y seguro (Li et al., 2020).
Los resultados indicaron que el medio BBM presentó un mayor crecimiento
celular bajo la combinación mixta de luz LED roja y azul en comparación con KM (figura
3). Esto puede deberse a la composición del medio BBM, que contiene mayores
concentraciones de nutrientes esenciales para el crecimiento de la microalga como
mayor contenido de nitrógeno inorgánico, como nitrato de sodio, cuyo componente
lo absorbe la microalga impulsando el crecimiento celular y la actividad enzimática,
demostrando los mejores resultados (Mazumdar et al., 2019). Por su parte, el medio
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KM presenta fuentes orgánicas de nutrientes como la asparagina, que puede
utilizarse como fuente alternativa de carbono y nitrógeno (Kirsch et al .,2022). Se ha
informado que H. lacustris exhibe actividad asparaginasa, convirtiendo la asparagina
en amoníaco y ácido L-aspártico. El ácido L-aspártico resultante se convierte
posteriormente en oxaloacetato, que ingresa al ciclo del ácido tricarboxílico
(Mazumdar et al., 2019; De Moraes et al.,2025).
El cultivo de H. pluvialis en medio BBM y KM se inició con la iluminación LED
roja (650 nm) evidenciándose un crecimiento celular exponencial desde el día 0 hasta
el día 25 en los dos medios, lo que demuestra el gran aporte que tiene la luz roja en
la fase verde, la cual, consiste en producir biomasa verde en condiciones óptimas de
crecimiento, al hacer el cambio a luz LED azul (450 nm) se demuestra un descenso en
el crecimiento celular en ambos medios, significativo en el medio KM.
Los resultados permiten analizar que la luz LED roja (650 nm) es un factor
favorable para el crecimiento de la biomasa de H. pluvialis, como se observa en la
Figura 3. En ambos medios de cultivo analizados, se evidenció un buen crecimiento
bajo la iluminación roja, mientras que al hacer el cambio a la luz azul se produjo un
descenso en la biomasa. Este comportamiento coincide con los hallazgos de Xi et al.
(2016), quienes indicaron que la luz roja promueve la división celular y, por ende, el
aumento de la densidad celular (Xi et al., 2016). Además, Pereira y Otero (2020)
también reportaron que la luz azul, aunque puede inducir a la acumulación de
astaxantina, no favorece el crecimiento celular, lo que sugiere que la transición a la
luz azul puede generar condiciones de estrés que afectan negativamente la
proliferación de las células. (Pereira & Otero, 2020)
En un estudio realizado por Zhang et al. (2018) se demostró que la deficiencia
de nitrógeno inhibe el crecimiento celular, presentando una reducción de entre el
26% y el 37% en cultivos que no fueron privados de este nutriente. Así mismo, el
fosfato, al producir la mayor densidad celular, la tasa de crecimiento aumenta hasta
un 86% demostrando que este factor es el componente más influyente en la
acumulación de astaxantina (Hazwani et al., 2021; Rodríguez y Camacho, 2024).
Además, la relación entre nitrógeno y fósforo es crucial para la división celular, cuya
relación en otros estudios se ha asociado con un crecimiento óptimo (Tocquin et al.,
2012; Miranda et al., 2019; Gómez et al., 2019; Marinho et al., 2021; Busakorn et al.,
2023). Esto además de otros factores que influyen conjuntamente, como la intensidad
de la luz y el ambiente de Co2 que se le brinde al medio.
Teniendo en cuenta lo anterior, la microalga H. pluvialis se empieza a
enquistar por la condición de estrés del ambiente, lo que reduce la división celular e
induce a la acumulación del pigmento. Los resultados muestran que una mezcla de
LED rojos y azules en el medio BBM fue más efectiva para promover el crecimiento
celular de esta microalga, con un valor de 2,88 x 10⁶ células/ mL al día 65 (Figura 3).
Este crecimiento se debe tanto a las condiciones de luz como a la adecuada
disponibilidad de nutrientes en el medio. En el presente estudio se observaron células
en la fase de zoosporas (vegetal verde) principalmente en condiciones
fotoautotróficas, en los medios BBM. Por otro lado, las células inductoras de
astaxantina (palmelas, células intermedias y aplanosporas) se observaron con mayor
frecuencia en el medio KM, similar a lo reportado por Marinho et al. (2021). Estos
hallazgos se correlacionan con investigaciones realizadas como la de Tran HL et al.
(2015), quienes usaron iluminación con LED rojo-azul, un sistema de luz mixto,
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obteniendo una gran mejoría en la biomasa de 3,28 g/L, reflejándose que este tipo de
iluminación es la fuente de luz más efectiva para el crecimiento de la microalga.
El crecimiento de la microalga H. pluvialis bajo las condiciones trabajadas se
ajustó al modelo logístico; en particular, se ha determinado que H. pluvialis, cultivada
en medio BBM bajo las condiciones de crecimiento luz LED roja (650 nm) irradiancia
130.65 umolm2/s (1700 luxes) y de estrés con alta irradiancia 924.42 μmol/m2/s (8000
luxes) de luz LED azul (450 nm) y deficiencia de nutrientes, presentó una velocidad de
crecimiento de 0,023/día, con un coeficiente de determinación (R²) de 0,87, valor,
cercano a 1, proporcionando una base sólida para entender su dinámica de
crecimiento en respuesta a factores ambientales (Mazumdar et al., 2019; Ortiz-
Moreno et al., 2020).
Durante el cultivo de la microalga H. pluvialis bajo las condiciones de
crecimiento usando luz led roja (650 nm) y como condición de estrés el uso de luz led
azul (450 nm) se observaron sus diferentes fases de crecimiento desde las formas
vegetativas biflageladas de color verde hasta el aumento de tamaño y perdida de
flagelos y su enquistamiento formando aplanosporas. Este cambio morfológico se
puede presentar por la expresión de los genes bkt y chy, que forman parte de la
sección posterior de la vía biosintética de la astaxantina, ya que estudios demostraron
que estos genes fueron significativamente regulados al alza por la irradiación LED azul
en comparación con su expresión bajo irradiación blanca bajo control (Gao et al.,
2014; Lee et al., 2018; Ma et al., 2018; Wei et al., 2022), relacionándolo con el cambio
morfológico y la producción de astaxantina, lo que se refleja en la morfología
enquistada roja de la microalga, al tener la exposición a condiciones de estrés los
genes se regulan positivamente, inducen a la acumulación de la astaxantina en el
quiste donde se puede evidenciar el color característico rojo (Gao et al., 2014; Lee et
al., 2018; Ma et al., 2018; Hu et al., 2024; Jin et al., 2024).
La producción de astaxantina, fue significativamente mayor en el medio KM
(t=3,01; P=0.005) bajo luz LED roja (650 nm), alcanzando una concentración máxima
de 20,29 ug/mL para el día 22. En contraste, en el medio BBM, la producción del
carotenoide fue de 16,28 ug/mL bajo iluminación combinada LED roja (650 nm) a una
irradiancia de 130.65 umol/m2/s, (1700 luxes). El cambio a luz LED azul (450 nm)
irradiancia de 924.42 μmol/m2/s (8000 luxes) para el día 60, lo que refleja el gran
aporte de las condiciones de estrés bajo luces LED roja-azul dando como producto una
buena cantidad de astaxantina. Estos hallazgos son consistentes con los reportes de
Gao et al. (2014), quienes también observaron que la iluminación con LED azul (450
nm) y rojo (650 nm) influye en la biosíntesis de astaxantina en H. pluvialis, sugiriendo
que la luz roja favorece el crecimiento celular, mientras que la luz azul induce la
acumulación del pigmento (Gao et al., 2014, Tran et al., 2015; Mazumdar et al., 2019).
En el estudio, el medio KM, que presenta asparagina una limitación de
nutrientes orgánicas, genera un estrés que promueve la producción de astaxantina
de manera más rápida, como se ha documentado en investigaciones previas que
destacan la importancia del estrés nutricional en la inducción de la biosíntesis de
carotenoides (Xi et al., 2016; Li et al., 2020). Se ha establecido que la asparagina
exógena es un regulador del crecimiento que mejora la producción de pigmentos, la
absorción de nitrógeno y el crecimiento vegetativo. Los hallazgos en otras
investigaciones demostraron que los niveles de astaxantina en H. lacustris mejoraron
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con la suplementación de aminoácidos (Rayamajhi et al ., 2025 ), lo cual también pudo
suceder en esta investigación usando medio KM.
Por otro lado, el medio BBM, que proporciona un entorno más favorable para
el crecimiento celular, no induce el mismo nivel de estrés, lo que traduce en una
menor acumulación de astaxantina en comparación con el medio KM. Estos hallazgos
se alinean con los de Lee et al. (2018), quienes concluyeron que la manipulación de
las condiciones de luz y nutrientes es crucial para maximizar la producción de
astaxantina en la microalga. Esto también es consistente con otras investigaciones
( Li et al., 2020; Scibilia et al., 2015; Gómez et al., 2019; Jin et al., 2024; Hu et al., 2024).
Con respecto a qué pudo afectar la producción de astaxantina en el medio
BBM, es la cantidad de biomasa producida en este medio de cultivo causando la
posible superposición de células que impiden la entrada de la luz led azul a todas las
células de la microalga afectando el enquistamiento y la acumulación de este
carotenoide. En los resultados podemos observar que la mayor producción de
astaxantina para este medio se dio el día 60; sin embargo, para el día 65 (figura 8) se
registró un descenso en la producción del pigmento, lo cual puede atribuirse a un
aumento significativo en la biomasa (Figura 3). Este fenómeno se alinea con los
hallazgos de Samhat et al. (2023), quienes indican que una alta concentración de
células en cultivos de H. pluvialis puede generar condiciones de atenuación de luz que
limitan la eficiencia fotosintética y, por ende, la acumulación de astaxantina. En su
investigación, establece que un mínimo de 7000 μmol hν kg⁻¹ s⁻¹ de tasa media de
absorción de fotones (MRPA) es necesario para que se desencadene esta producción
del carotenoide, lo anterior sugiere que la optimización de la densidad celular es
crucial para maximizar la producción de este. (Samhat et al., 2023).
También el estudio de Wang et al. (2013) destacó que la densidad inicial de
biomasa (IBD) es factor determinante en la producción del carotenoide, señalando que
una IBD óptima de 0.8 g/L resultó en la mayor productividad de astaxantina (17.1
mgmg L⁻¹ day ⁻¹), y llegando a la misma conclusión de que un IBD muy alto puede
limitar la luz disponible para las células, y así reduciendo la producción del pigmento
(Wang et al., 2013). Otros estudios también respaldan estos hallazgos (Li et al., 2020;
Oslan et al., 2021). Por lo tanto, el tener un balance adecuado en cuanto a la biomasa
también es crucial para la producción del pigmento.
Las condiciones de cultivo de la microalga H. pluvialis establecidas para la
obtención de astaxantina son el uso de medio KM y luz LED roja (650 nm) usando una
irradiancia de 130.65 umol/m2s (1700 luxes) en la etapa de crecimiento y para la etapa
de estrés se usó una alta irradiancia de 924.42 μmol/m2s (8000 luxes) y luz LED azul
(450 nm) aumentando su producción en un 20% llegando a 20,29 µg/mL en el día 22.
Los niveles de pH son fundamentales para la producción de unabiomasa adecuada de
la microalga para su enquistamiento, siendo importante mantener un pH cercano a
la neutralidad (5.0 a 9.0), ya que si no puede conllevar a la disminución del
crecimiento celular (Shah et al., 2016; Achaempong et al., 2024).
En general, el pH para los dos medios de cultivo bajo las condiciones
trabajadas se encontró entre 7,6 y 8,7, valores que se encuentran dentro de lo
recomendado para el cultivo de esta microalga, pH 5,0 a 9,0. (Benavente, J et al.,
2012, Manrique M., 2019, Cuero k et al., 2019). En el cultivo realizado en el medio
BBM el pH fluctuó de 7,5 a 8 y en el cultivo realizado en el medio KM fluctuó de 7.5 a
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8.7, siendo este último significativamente diferente (t= 2,80; P= 0.010) y favoreciendo
la producción de astaxantina, ya que bajo estas condiciones se obtuvo su mayor
producción (20,29 µg/mL). El pH tiende a aumentar durante el cultivo de la microalga
H. pluvialis dado por la acumulación de minerales y la oxidación de compuestos y por
el proceso fotosintético de la microalga (Shah et al., 2016; Oslan et al., 2021,
Achaempong et al., 2024).
CONCLUSIONES
Los parámetros evaluados de crecimiento, velocidad de crecimiento, ciclo de
vida, biomasa, clorofila y astaxantina se vieron directamente influenciados por el
medio de cultivo y las condiciones de crecimiento y estrés utilizado. Los resultados
obtenidos sugieren que el medio BBM es más eficiente en la acumulación de biomasa
con 2,8x10⁶ células /mL y de clorofila con 0,46 µg/mL, mientras que el medio KM bajo
las condiciones de crecimiento luz LED roja (650 nm) irradiancia 130.65 umol/m2s
(1700 luxes) y de estrés con alta irradiancia 924.42 μmol/m2s (8000 luxes) de luz LED
azul (450 nm) favorece la síntesis de astaxantina 20,29 µg/mL con una productividad
de 1,27x 10-5 µg/Cel.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a la Universidad Colegio Mayor de Cundinamarca,
especialmente al semillero de Investigación y grupo de investigación Bioprocesos y
Control por brindarnos los espacios, insumos y herramientas para la ejecución de esta
investigación.
REFERENCIAS
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