Research Article

Maximizing key biochemical products of Spirulina platensis: optimal light quantities and best harvesting time^☆

Maximisation des principaux produits biochimiques de Spirulina platensis : quantités de lumière optimales et meilleure période de récolte

Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Azadi Square, Pardis Campus, 91779-48944, Mashhad, Iran

^* Corresponding author: gheshlaghi@um.ac.ir

Received: 15 April 2024
Accepted: 2 September 2024

Abstract

Light management can optimize algal biomass and biochemical composition, but responses vary based on growth stage and harvesting time. A 2² factorial design along with 3 center point runs was used to investigate the effects of light intensity (50, 100, and 150 μmol photon m⁻² s⁻¹) and exposure time (10.5, 16, and 21.5 h) on lipid, protein, carbohydrate, and pigments content, density, and productivity of Spirulina platensis. By analyzing trends in cellular content, the time each key metabolite reached its maximum was chosen as its best harvesting time. Low factor levels during the mid-exponential phase resulted in the highest protein content, while high levels at the very early exponential phase showed the most carbohydrates. Low light intensity favored the accumulation of lipids, chlorophyll, and carotenoids at the end of exponential phase. The highest phycobiliproteins were obtained at intermediate factor levels during the late exponential phase. Harvesting at high levels of factors at the end of exponential phase led to the highest component density. The maximum productivities were observed at high factor levels. These findings emphasize the importance of carefully selecting the harvesting time in different light conditions to achieve the desired biochemical content, density, and productivity in Spirulina applications.

Résumé

La gestion de la lumière peut optimiser la biomasse et la composition biochimique des algues, mais les réponses varient en fonction du stade de croissance et du moment de la récolte. Un plan factoriel 2² et 3 essais au point central ont été utilisés pour étudier les effets de 2 facteurs − l’intensité lumineuse (50, 100 et 150 μmol photon m⁻² s⁻¹) et le temps d’exposition (10,5 h, 16 h et 21,5 h)- sur la teneur en lipides, protéines, glucides et pigments, ainsi que sur la densité et la productivité de Spirulina platensis. En analysant les évolutions du contenu cellulaire, le moment où chaque métabolite clé a atteint son maximum a été choisi comme le meilleur moment de récolte. De faibles niveaux de facteurs au cours de la phase exponentielle moyenne ont donné lieu à la teneur en protéines la plus élevée, tandis que des niveaux élevés au tout début de la phase exponentielle ont donné lieu à la teneur la plus élevée en hydrates de carbone. Une faible intensité lumineuse a favorisé l’accumulation de lipides, de chlorophylle et de caroténoïdes à la fin de la phase exponentielle. Les phycobiliprotéines les plus élevées ont été obtenues à des niveaux intermédiaires de facteurs pendant la phase exponentielle tardive. Une récolte à des niveaux élevés de facteurs à la fin de la phase exponentielle a conduit à la densité en composants la plus élevée. Les productivités maximales ont été observées à des niveaux de facteurs élevés. Ces résultats soulignent l’importance de sélectionner soigneusement le moment de la récolte dans différentes conditions d’éclairage pour obtenir le contenu biochimique, la densité et la productivité souhaités dans les applications de la spiruline.