CC BY
169
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 8_
УДК 66.011
М. С. Темнов, А. А. Андросова*
Тамбовский государственный технический университет, Тамбов, Россия, 392000, г.Тамбов, ул.Советская, д.106 * e-mail: [email protected], [email protected]
КУЛЬТИВИРОВАНИЯ БИОМАССЫ
VULGARIS С ПОВЫШЕНННЫМ
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ
МИКРОВОДОРОСЛЕЙ CHLORELLA СОДЕРЖАНИЕМ ЛИПИДОВ
Аннотация
Произведено экспериментальное исследование условий культивирования микроводоросли Chlorella vulgaris ИФР № С-111 с повышенным содержанием липидов. Произведён подбор питательных сред, установлена концентрация нитрата натрия как фактора, лимитирующего образование внутриклеточных неполярных липидов, изучено влияние температуры культивирования, уровня освещенности на прирост биомассы штамма.
Ключевые слова: биомасса, культивирование, липиды, питательная среда.
В последние десятилетия наблюдается возрастающий спрос на различные виды продуктов на основе органического сырья, такие как топливо, пластики, смазочные материалы, пищевые продукты, лекарственные препараты, корма для сельскохозяйственных животных, биологически активные вещества. Биомасса микроводорослей является одним из перспективных возобновляемых источников органического сырья, поскольку обладает высокой скоростью воспроизводства и не требует занятия пахотных земель сельскохозяйственного назначения [1, 2].
Цель данного исследования заключалась в определении условий культивирования биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris ИФР № C-111 с повышенным содержанием триглицеридов для дальнейшего их использования при производстве биотоплива.
В процессе периодического культивирования биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris ИФР №С-111 можно выделить две стадии: 1)
50
40
30
q 10
. п Тамийя о TAP V A-5
□ □ □
□ □
■ п
• « • ... . '8 т
» • О о г ▼ ▼ ▼ V 1
0
культивирование микроводорослеи до достижения стационарной фазы роста; 2) создание стрессовых условий (дефицита азота) для стимулирования накопления внутриклеточных липидов.
Экспериментальные исследования проводились в несколько этапов. На первом этапе было проведено сравнение сред Тамийя [3], А-5 [4] и TAP [5] и выявлено, что использование среды Тамийя обеспечивает максимальный прирост биомассы микроводорослей (рис. 1). На втором этапе был осуществлен подбор вида источника азота, как наиболее важного элемента для культивирования штамма Chlorella vulgaris. В качестве источников азота в питательной среде Тамийя использовались нитрат калия (5 г/л), хлорид аммония (2,64 г/л) и мочевина (1,5 г/л). Было установлено, что использование KNO3 в качестве источника азота позволяет получить большую концентрацию микроводорослей по сравнению с использованием мочевины (CH4N2O) и NH4Cl в 1,6 и 2,4 раза соответственно (рис.2).
S 40
10
V KNO3 ' ° CH4N2O О NH4Cl V Ч 7 _
'S 7 7 V J
1 ™
1 г • # ,
V < > • <
5 10 15
Время культивирования, сутки
Рис.1. Динамика прироста биомассы штамма Chlorella vulgaris ИФР №С-111 на различных питательных средах
На третьем этапе был проведен эксперимент, целью которого являлось определение влияния уровня освещенности суспензии микроводорослей на прирост биомассы (рис. 3). Из рис. 3 видно, что поддержание уровня освещённости на уровне 14 клк, позволяет обеспечить достижение стационарной
2 4 6 8 10
Время культивирования, сутки
12
Рис. 2. Динамика прироста биомассы штамма Chlorella vulgaris ИФР №»С-111 на питательной среде Тамийя
фазы роста и максимальный прирост биомассы на 8-е сутки культивирования. На четвертом этапе было установлено, что температура суспензии, обеспечивающая максимальный прирост биомассы (51 млн.кл/мл) на 8-9 сутки культивирования составляет 30°С (рис. 4).
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 8
Q 14 клк »
V 3 клк П П " ' ° « •
□ .8*
с 3 □ □
• • • [
J ▼ ▼ ▼ ▼ ч 'ТТЖТ1
60
0 5 10 15 20
Время культивирования, сутки
Рис. 3. Динамика прироста биомассы на среде Тамийя при различном уровне освещенности
"й к
и
о 27 °С - п 30°С V 35 °С ■
г ▼ W
п ▼ ■
▼ ▼ с . о ) О о °
W о о
С Г ■ О О о }
0
5 10 15
Время культивирования, сутки
Рис. 4. Динамика прироста биомассы штамма Chlorella vulgaris ИФР №С-111 в зависимости от температуры
2) В ходе экспериментальных исследований по определению влияния стрессовых условий на процесс накопления внутриклеточных липидов было установлено, что обеспечение дефицита азота в питательной среде (менее 50 мг/л) тормозит
размножение клеток. Установлено, что при создании стрессовых условий на 12-й день культивировании концентрация внутриклеточных липидов достигает до 32% от сухого вещества клеток, что в 7 раз выше по сравнению с контрольным образцом.
Темное Михаил Сергеевич аспирант кафедры «Технологии и оборудование пищевых и технических производств» ТГТУ, Россия, Тамбов
Андросова Алла Алексеевна студент кафедры «Технологии и оборудование пищевых и технических производств» ТГТУ, Россия, Тамбов
Литература
1.Сорокина К.Н., Яковлев В.А., Пилигаев А.В. и др. Потенциал применения микроводорослей в качестве сырья для биоэнергетики./ К.Н.Сорокина, В.А.Яковлев, А.В.Пилигаев, Р.Г.Кукушкин, С.Е.Пельтек, Н.А.Колчанов, В.Н.Пармон. // Катализ в промышленности. 2012. №2. С.63-72.
2. Богданов, Н. И. Суспензия хлореллы в рационе сельскохозяйственных животных [Электронный ресурс] // Публикациио хлорелле: сайт. -URL: Ьйр://^^^хлорелла.рф/ир/Г11е88/8шреп8юп of Chlorella in the diet.pdf (дата обращения 25.05.15).
3. Held, P. Determination of Algal Cell Lipids Using Nile Red - UsingMicroplates to Monitor Neutral Lipids in Chlorella Vulgaris [Электронный ресурс]//Biotek:сайт. -URL : http://www.biotek.com/resources/articles/nile-red-dve-algal.html (дата обращения 25.05.15).
4. Упитис, В. В. Макро- и микроэлементы в оптимизации минерального питания микроводорослей. -Рига :Зинатне, 1983. - 240 с.
TemnovMichailSergeevich, Androsova Alla Alekseevna* Tambov State Technical University, Tambov, Russia. * e-mail: [email protected], [email protected]
DESIGNING OF CHLORELLA VULGARIS MICROALGAE BIOMASS TECHNOLOGY CULTIVATION WITH HIGH LIPIDS CONTENT
Abstract
Experimental research into the conditions of cultivation of Chlorella vulgaris microalgae (IFR №С-111 strain) with high lipid content has been conducted. Nutrient media have been selected, and a concentration of sodium nitrite, which negatively affects the formation of intracellular non-polar lipids, has been determined. Also, the influence of cultivation temperature, levels of illuminance on the biomass growth has been studied.
Key words: biomass cultivation, lipids, medium.
