Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2809513C1 - Способ получения биомассы диатомовой водоросли nanofrustulum shiloi - Google Patents

Способ получения биомассы диатомовой водоросли nanofrustulum shiloi Download PDF

Info

Publication number
RU2809513C1
RU2809513C1 RU2023125013A RU2023125013A RU2809513C1 RU 2809513 C1 RU2809513 C1 RU 2809513C1 RU 2023125013 A RU2023125013 A RU 2023125013A RU 2023125013 A RU2023125013 A RU 2023125013A RU 2809513 C1 RU2809513 C1 RU 2809513C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanofrustulum
shiloi
culture
nutrient medium
diatom
Prior art date
Application number
RU2023125013A
Other languages
English (en)
Inventor
Светлана Николаевна Железнова
Анастасия Андреевна Благинина
Руслан Георгиевич Геворгиз
Виталий Иванович Рябушко
Николай Иванович Бобко
Екатерина Сергеевна Мирошниченко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН" (ФИЦ ИнБЮМ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН" (ФИЦ ИнБЮМ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН" (ФИЦ ИнБЮМ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2809513C1 publication Critical patent/RU2809513C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ получения биомассы диатомовой водоросли Nanofrustulum shiloi, предусматривающий культивирование в накопительном режиме в течение 20 сут в плоскопараллельных культиваторах с рабочей толщиной слоя 2-5 см при 22±1°С, круглосуточном освещении 11,5 клк на питательной среде, приготовленной на основе стерильной морской воды соленостью 17%о. Изобретение обеспечивает расширение арсенала способов культивирования Nanofrustulum shiloi с повышенным выходом биомассы. 2 ил., 1 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при промышленном получении биомассы диатомовой водоросли Nanofrustulum shiloi.
Микроводоросль Nanofrustulum shiloi является ценным сырьем для получения биологически активных веществ. Она характеризуется высоким содержанием липидов (27-28% от сухой биомассы) и каротиноидов, в частности фукоксантина (Demirel et al., 2020), содержит флавоноиды и оксилипины ( et al., 2022), что предполагает возможность ее массового культивирования. Nanofrustulum shiloi проявляет антиоксидантную и противомикробную активность в отношении грамотрицательных Е. coli и S. typhimurium и грамположительных S. aureus. Благодаря этим ценным качествам, биомасса Nanofrustulum shiloi может применяться в пищевой промышленности, медицине, а также в качестве кормовых добавок при культивировании гидробионтов.
Известен способ, в котором микроводоросль Nanofrustulum shiloi культивируют на питательной среде BG11 (Stanier et al., 1971) с содержанием (г⋅л1): NaNO3 - 1,5; KHPO4 - 0,04; Na2EDTA - 0,001; Fe(NH4)3(C6H5O7)2 - 0,006, в плоскопараллельных культиваторах объемом 7 л с барботажной системой аэрации U-образного типа и L-образного типа со скоростью аэрации 4 л⋅мин-1 при освещенности 50 мк⋅моль⋅фотон⋅м2⋅с-1 и температуре 22±2°С в накопительном режиме культивирования (Demirel et al., 2020). При таких условиях культивирования зафиксирована максимальная плотность культуры 0,38 г⋅л-1 при аэрации L-образного типа и 0,62 г⋅л-1 при аэрации U-образного типа.
Известен способ культивирования Nanofrustulum shiloi на питательной среде BG11 (Stanier et al., 1971), приготовленной на основе искусственной морской воды в трубчатом фотобиоректорах объемом 2 л с аэрацией 5 л⋅мин-1 при освещенности 300 мк⋅моль⋅фотон⋅м2⋅с-1 и температуре 21±2°С в накопительном режиме культивирования. В конце данного эксперимента биомасса достигала своей максимальной плотности 0,6 г⋅л-1 ( et al., 2023).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ выращивания Nanofrustulum shiloi на питательной среде F/2 (Guillard, Ryther, 1963) с содержанием NaNO3 - 7,5 мг⋅л-1; NaH2PO4 × 2Н2 О - 5 мг⋅л-1; Na2SiO3×9H2O - 30 мг⋅л-1; Na2EDTA - 4,36 мг⋅л-1; FeSO4 × 7H2O - 3,15 мг⋅л-1 в культиваторах объемом 15 л при освещенности 3 клк с фотопериодом 12:12 при температуре 20°С в накопительном режиме культивирования ( et al., 2021). В начале стационарной фазы роста культура достигала максимальной плотности 0,1 г⋅л-1. Недостаток данного метода заключается в получении небольшого количества биомассы культуры Nanofrustulum shiloi из-за использования обедненной биогенными элементами питательной среды F/2.
Задачей изобретения является усовершенствование способа путем уточнения состава питательной среды для культивирования Nanofrustulum shiloi с целью увеличения скорости роста культуры.
Технический результат поставленной задачи заключается в увеличении выхода биомассы микроводоросли в результате оптимизации соотношений и концентраций биогенных элементов в питательной среде, приготовленной на основе стерильной морской воды.
Заявленный технический результат достигается тем, что в Способе получения биомассы диатомовой водоросли Nanofrustulum shiloi, предусматривающий культивирование в накопительном режиме, культуру диатомовой водоросли Nanofrustulum shiloi выращивают в течение 20 суток в плоскопараллельных культиваторах с рабочей толщиной слоя 2-5 см и при температуре 22±1°С, круглосуточном освещении 11,5 клк на оптимальной питательной среде, приготовленной на основе стерильной морской воды соленостью 17%о, имеющей состав, г⋅л-1: Na2SiO3 × 9H2O - 0,150; NaNO3 - 0,3875; NaH2PO4 × 2H2O - 0,045; Na2EDTA - 0,017; FeSO4 × 7H2O - 0,01; NaMoO4 × H2O - 1,2⋅10-5; CuSO4 × 5 H2O - 2,8⋅10-5; ZnSO4 × 7 H2O - 4,4⋅10-5; CoCl2 × 6 H2O - 2⋅10-5; MnCl2 x 4 H2O - 3,6⋅10-5.
Общим для прототипа ( et al., 2021) и заявляемого способа является применение накопительного режима культивирования. Основное отличие от прототипа заключается в том, что в заявляемом способе при культивировании используется питательная среда, обогащенная макро- и микроэлементами, количественный состав которой авторами подобран в результате экспериментов, учитывая соотношение долей химических элементов в биомассе Nanofrustulum shiloi.
Способ поясняется описанием и иллюстрациями. Фиг. 1 - Динамика плотности накопительной культуры Nanofrustulum shiloi при различной концентрации биогенных элементов в питательной среде, выращенной в культиваторе с рабочей толщиной освещаемого слоя 5 см. Фиг. 2 - Динамика плотности накопительной культуры Nanofrustulum shiloi при различной концентрации биогенных элементов в питательной среде, выращенной в культиваторе с рабочей толщиной освещаемого слоя 2 см.
Оптимизация питательной среды заключается в увеличении концентрации всех биогенных элементов среды, учитывая истинные потребности культуры Nanofrustulum shiloi, соответственно представлениям о субстрат зависимом росте микроорганизмов в культуре (Тренкеншу, 2010 а, б). Показано, что использование обедненной стандартных питательных сред F/2 и BG11 для интенсивного культивирования Nanofrustulum shiloi с целью накопления биомассы нецелесообразно (Demirel et al., 2020; Grubisict et al., 2021). При увеличении концентрации биогенных элементов продуктивность культуры возрастает (см. Фиг. 1). Максимальное значение плотности культуры в стационарной фазе роста так же, как и продуктивность зависит от концентрации биогенных элементов в среде.
Рассчитав доли биогенных элементов в биомассе по результатам химического анализа Nanofrustulum shiloi, была составлена оптимальная питательная среда для интенсивного культивирования (Табл. 1).
Выращивание осуществляли при круглосуточном освещении 11,5 клк в накопительном режиме в культиваторах с рабочей толщиной освещаемого слоя 2 см и 5 см. При таких условиях культивирования выход биомассы микроводоросли Nanofrustulum shiloi составляет 3,2 г сухого вещества на 1 л культуры в культиваторе с рабочей толщиной освещаемого слоя 2 см, и 2,2 г сухого вещества на 1 л культуры в культиваторе с рабочей толщиной освещаемого слоя 5 см (см. Фиг. 1 и Фиг. 2).
Способ культивирования бетопланктонной диатомовой водоросли Nanofrustulum shiloi реализуется следующим образом.
Для культивирования используют диатомовую водоросль Nanofrustulum shiloi, коллекционное хранение которой осуществляют на питательной среде F/2 при температуре 22±1°С. Для получения инокулята культуру водоросли в течение 7-8 дней выращивают методом накопительной культуры на среде F, в которой концентрации всех биогенных элементов увеличены в пять раз (5F) при освещении 6 клк и при непрерывном барботаже воздухом (1 л⋅мин-1⋅л-1 культуры).
Для засева культиваторов используют активно делящуюся культуру, взятую на линейной стадии роста, когда ее продуктивность максимальна. Суспензию клеток вносят в культиваторы из такого расчета, чтобы начальная плотность культур составляла не менее 0,1-0,2 г сухого вещества на 1 л культуры. Процесс культивирования осуществляют на модифицированной питательной среде (Табл. 1).
Пример 1
Для культивирования использовали вид Nanofrustulum shiloi, обнаруженный в обрастании полимерных материалов в полузакрытой части Карантинной бухты крымского прибрежья Черного моря (44036 56``N; 33°30 10``Е) (Blaginina, Ryabushko, 2021).
Для получения инокулята культуру в течение 10 суток выращивали методом накопительной культуры в колбах объемом 1 л при освещении 6 клк на питательной среде F, в которой концентрации всех биогенных элементов увеличены в пять раз (5F). Полученную культуру использовали в качестве инокулята.
Культуру переносили в культиваторы плоскопараллельного типа объемом Зле рабочей толщиной слоя 5 см, содержащие предлагаемую в изобретении питательную среду, оптимальную по соотношению биогенных элементов, приготовленную на основе стерильной морской воды с соленостью 17%: Na2SiO3 × 9H2O - 0,150, NaNO3 - 0,3875, NaH2PO4 × 2H2O - 0,045, Na2EDTA - 0,017, FeSO4 × 7H2O - 0,010, NaMoO4 × H20 - 1,2⋅10-5; CuSO4 × 5 H2O - 2,8⋅10-5, ZnSO4 × 7 H2O - 4,4⋅10-5, CoCl2 × 6 H2O - 2⋅10-5, MnCl2 × 4 H2O - 3,6⋅10-5, концентрация биогенных элементов в которой рассчитаны на 3 г⋅л-1 сухой массы, и продолжали выращивать в течение 20 суток при освещении 11,5 клк и непрерывном барботаже воздухом со скоростью 1 л⋅мин-1⋅л-1 культуры, и при температуре 22±1°С до плотности 2,2 г сухой биомассы на 1 л культуры. Выход сухой биомассы в стационарной фазе роста составил 2,2 г на 1 л культуры.
Пример 2
Активно делящуюся культуру водоросли Nanofrustulum shiloi, взятую на линейной стадии роста, когда ее продуктивность максимальна, переносили в культиваторы плоскопараллельного типа объемом 2 л с рабочей толщиной слоя 2 см, содержащие модифицированную питательную среду на основе стерилизованной морской воды с соленостью 17%, состав которой соответствует составу питательной среды в Примере 1, и продолжали выращивать в течение 20 суток при освещении 11,5 клк и непрерывном барботаже воздухом со скоростью 1 л⋅мин-1⋅л-1 культуры, и при температуре 22±1°С. В стационарной фазе роста плотность культуры достигла 3,2 г⋅л-1 сухой биомассы, что соответствовало ожидаемому значению максимальной плотности культуры, поскольку в эксперименте использовали предлагаемую питательную среду, рассчитанную на 3 г⋅л-1.
Таким образом, предложенная питательная среда и условия культивирования диатомовой водоросли Nanofrustulum shiloi обеспечивают продуктивность по биомассе в 10 раз выше, чем в известном способе. Предложенный способ является эффективным и может быть положен в основу промышленного культивирования диатомовой водоросли Nanofrustulum shiloi.
Работа выполнена в рамках темы госзадания №121030300149-0 "Исследование механизмов управления продукционными процессами в биотехнологических комплексах с целью разработки научных основ получения биологически активных веществ и технических продуктов морского генезиса"
Источники информации:
1. Тренкеншу Р.П. Простейшие модели роста микроводорослей. 5. Скорость энергообмена // Экология моря. - 2010 а. - Спец. вып. 80: Биотехнология водорослей. - С. 79-84.
2. Тренкеншу Р.П. Простейшие модели роста микроводорослей. 6. Предельные скорости роста // Экология моря. - 2010 б. - Спец. вып. 80: Биотехнология водорослей. - С. 85-91.
3. Blaginina A., Ryabushko L. Finding of a rare species of diatom Nanofrustulum shiloi (Lee, Reimer et Mcenery) Round, Hallsteinsen & Paasche, 1999 in the periphyton of the coastal waters of the Black Sea // International Journal on Algae. - 2021. - Vol. 23, iss. 3. - P. 247-256. doi:10.1615/InterJAlgae.v23.i3.40.
4. Demirel Z., Imamoglu E., Dalay M.C. Growth kinetics of Nanofrustulum Shiloi under different mixing conditions in flat-plate photobioreactor // Brazilian Archives of Biology and Technology. - 2020. - Vol. 63, iss. 4. - P. 1-8.
http://dx.doi.org/10.1590/1678-4324-2020190201.
5. A., Karatas. A.B., Demir D., Demirel Z., M., Conk-Dalay M. Manipulation in culture conditions of Nanofrustulum shiloi for enhanced fucoxanthin production and isolation by preparative chromatography // Molecules. - 2023. - Vol. 28, iss. 4. - P. 1-17. https://doi.org/10.3390/molecules28041988.
6. M., В., Z., Z., Vrana I., В., R., M.I. Bioprospecting of microalgae isolated from the Adriatic Sea: characterization of biomass, pigment, lipid and fatty acid composition, and antioxidant and antimicrobial activity // Molecules. - 2022. - Vol. 27, iss. 4. - P. 1-27. https://doi.org/10.3390/molecules27041248.
7. Guillard R.R.L., Ryther J. Studies on marine planktonic diatoms. I. Cyclotella nana husted and Detonula confervacea (cleve) gran // Canadian Journal of Microbiology. - 1963. - Vol. 8, iss. 2. - P. 229-239. https://doi.org/10.1139/m62-029.
8. Stanier R.Y., Kunisawa R., Mandel M., Cohen-Bazire G. Purification and properties of unicellular blue-green algae (order Chroococcales) // Bacteriological Reviews. - 1971. - Vol. 35, iss. 2. - P. 171-205. doi: 10.1128/br.35.2.171-205.1971.

Claims (1)

  1. Способ получения биомассы диатомовой водоросли Nanofrustulum shiloi, предусматривающий культивирование в накопительном режиме в культиваторах, отличающийся тем, что культуру диатомовой водоросли Nanofrustulum shiloi выращивают в течение 20 сут в плоскопараллельных культиваторах с рабочей толщиной слоя 2-5 см и при температуре 22±1°С, круглосуточном освещении 11,5 клк на питательной среде, приготовленной на основе стерильной морской воды соленостью 17%о, имеющей состав, г⋅л-1: Na2SiO3 × 9H2O - 0,150; NaNO3 - 0,3875; NaH2PO4 × 2H2O - 0,045; Na2EDTA - 0,017; FeSO4 × 7H2O - 0,01; NaMoO4 × H2O - 1,2⋅10-5; CuSO4 × 5 H2O - 2,8⋅10-5; ZnSO4 × 7 H2O - 4,4⋅10-5; CoCl2 × 6 H2O - 2⋅10-5; MnCl2 × 4 H2O - 3,6⋅10-5.
RU2023125013A 2023-09-28 Способ получения биомассы диатомовой водоросли nanofrustulum shiloi RU2809513C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2809513C1 true RU2809513C1 (ru) 2023-12-12

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2582182C2 (ru) * 2014-09-25 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт морских биологических исследований им. А.О.Ковалевского РАН" (ФГБУН ИМБИ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ ДИАТОМОВОЙ ВОДОРОСЛИ Cylindrotheca closterium

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2582182C2 (ru) * 2014-09-25 2016-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт морских биологических исследований им. А.О.Ковалевского РАН" (ФГБУН ИМБИ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ ДИАТОМОВОЙ ВОДОРОСЛИ Cylindrotheca closterium

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EUGENIA A. SAR, INES SUNESEN "Nanofrustulum shiloi (Bacillariophyceae) from the Gulf of San Matias (Argentina): morphology, distribution and comments about nomenclature", 2003, Nova Hedwigia, N 77(3-4), p. 399-406. DEMIREL Z. et al. "Growth kinetics of Nanofrustulum shiloi under different mixing conditions in flat-plate photobioreactor";Brazilian archives of biology and technology, 2020, v. 63, e20190201, p. 1-8. *
GRUBISIC M. et al "Bioprospecting of microalgae isolated from the Adriatic Sea: characterization and antimicrobial activity"; Moleculs, 2022, v. 27, iss 4, p. 1-27. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Praveen et al. Photosynthetic aeration in biological wastewater treatment using immobilized microalgae-bacteria symbiosis
KR101577820B1 (ko) 종속영양 미세조류의 신규 배양 방법
Çelekli et al. Modeling of biomass production by Spirulina platensis as function of phosphate concentrations and pH regimes
Barghbani et al. Investigating the effects of several parameters on the growth of Chlorella vulgaris using Taguchi's experimental approach
Yongmanltchal et al. Growth and eicosapentaenoic acid production by Phaeodactylum tricornutum in batch and continuous culture systems
US8673619B2 (en) Production of cyanobacterial or algal biomass using chitin as a nitrogen source
Rossignol et al. Comparison of two membrane–photobioreactors, with free or immobilized cells, for the production of pigments by a marine diatom
Lebeau et al. Biotechnology of immobilized micro algae: a culture technique for the future
Iamtham et al. Biofixation of CO2 from a power plant through large-scale cultivation of Spirulina maxima
Silva-Aciares et al. Comparisons of the growth of six diatom species between two configurations of photobioreactors
US10173913B2 (en) Process of treating buchu mercaptan production wastewater using microalgae and chitin as a nitrogen source
CN1607908A (zh) 单细胞蛋白质作为鱼类和贝类饲料的用途
RU2809513C1 (ru) Способ получения биомассы диатомовой водоросли nanofrustulum shiloi
CN106010969B (zh) 一种吞噬微囊藻的棕鞭毛虫的大规模培养方法
Lebeau et al. A new photobioreactor for continuous marennin production with a marine diatom: influence of the light intensity and the immobilised-cell matrix (alginate beads or agar layer)
Velichkova et al. Treatment of wastewater originating from aquaculture and biomass production in laboratory algae bioreactor using different carbon sources
Zibarev et al. Use of Chlorella sorokiniana (Chlorellaceae, Chlorellales) microalgae for purification of brewing-industry wastewaters
Trinh Comparison of Growth of Chlorella vulgaris in Flat-Plate Photobioreactor Using Batch, Fed-Batch, and Repeated Fed-Batch Techniques with Various Concentrations of Walne Medium
Imamoglu et al. Semi-continuous cultivation of Haematococcus pluvialis for commercial production
Plengsakul et al. Plastic media reduced algal wall-growth of Chlorococcum humicola for the cultivation in internal-loop airlift photobioreactor
Ibrahim et al. Biological Co-existence of the Microalgae–Bacteria System in Dairy Wastewater using photo-bioreactor
Wongsnansilp et al. Evaluation of common wastewaters on the growth of alga Spirulina
Lowrey et al. Investigation of heterotrophic cultivation potential of Chlorella vulgaris and Tetraselmis chuii in controlled environment wastewater growth media from dairy, poultry and aquaculture industries
US20160002588A1 (en) Solid phase based high yield biofuel technology
US20160376543A1 (en) Method of culturing algae