RU2508398C1 - ШТАММ МИКРОВОДОРОСЛИ Chlorella vulgaris ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МОТОРНОГО ТОПЛИВА - Google Patents

ШТАММ МИКРОВОДОРОСЛИ Chlorella vulgaris ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МОТОРНОГО ТОПЛИВА Download PDF

Info

Publication number
RU2508398C1
RU2508398C1 RU2012142736/10A RU2012142736A RU2508398C1 RU 2508398 C1 RU2508398 C1 RU 2508398C1 RU 2012142736/10 A RU2012142736/10 A RU 2012142736/10A RU 2012142736 A RU2012142736 A RU 2012142736A RU 2508398 C1 RU2508398 C1 RU 2508398C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strain
microalgae
lipids
chlorella vulgaris
production
Prior art date
Application number
RU2012142736/10A
Other languages
English (en)
Inventor
Ксения Николаевна Сорокина
Александр Васильевич Пилигаев
Алла Викторовна Брянская
Сергей Евгеньевич Пельтек
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2012142736/10A priority Critical patent/RU2508398C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2508398C1 publication Critical patent/RU2508398C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области биохимии. Предложен штамм микроводоросли Chlorella vulgaris IPPAS C-616 для получения липидов в качестве сырья для производства моторного топлива. Штамм микроводоросли обладает способностью продуцировать липиды с высоким содержанием насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот. 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к штаммам микроводорослей и может использоваться для получения липидов в качестве сырья для производства моторного топлива.
Последнее десятилетие отмечено возрастанием интереса к разработке технологий, основанных на использовании альтернативной сырьевой базы для промышленности, в том числе и использованием растительной биомассы. Однако с бурным ростом производства биоэнергоносителей обозначилась общая мировая проблема, которая связана с занятием пахотных земель под выращивание энергетических культур, конкуренцией возобновляемой энергетики с сектором продовольственных товаров за сельскохозяйственное сырье, в первую очередь за кукурузу, сою, пшеницу. В связи с этим актуальны исследования по поиску оптимального источника растительной биомассы, характеризующегося одновременно высокой продуктивностью и доступностью, а также низкой ресурсо- и энергозатратностью при культивировании и переработке. В качестве подобного источника сырья рассматривают биомассу микроводорослей, которая по своим основным показателям как энергетическое сырье превосходит другие сырьевые биоресурсы. Биомасса микроводорослей служит источником липидов и углеводородов, используемых в производстве биотоплива.
Продуктивность микроводорослей по биомассе и липидам на порядок превышает продуктивность наземных растений. Так, например, в некоторых видах водорослей при оптимальных условиях культивирования содержание липидов превышает таковое в масличных растениях: у Botryococcus braunii 25-75% от сухой массы, у Chlorella sp.28-32%, Crypthecodinium cohnii 20%, Cylindrotheca sp.16-37%, Dunaliella primolecta 23%, Isochrysis sp.25-33%o, Nannochloris sp.20-35%, Nannochloropsis sp.31-68%, Neochloris okoabundans 35-54%, Nitzschia sp.45-47%, Phaeodactylum tricornutum 20-30%. При этом площадь, необходимая для их выращивания, является 50-100 раз меньшей, чем, например, для рапса [Chisti Y. Biodizel from Microalgae// Biotechnology Advances. 2007. - Vol.25. - P. 294-306].
Большинство штаммов микроводорослей имеют высокое содержание ненасыщенных жирных кислот, что не позволяет получать без дополнительной обработки на основе их липидов топливо с низкими цетановыми числами и хорошей устойчивостью к окислению. Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 40-45, а топливо высшего качества имеет цетановое число 45-50. При значениях цетанового числа свыше 60 снижается полнота сгорания топлива, возрастает дымность выхлопных газов, повышается расход топлива. Слишком высокие цетановые числа увеличивают вязкость топлива при низких температурах. Поэтому смесь жирных кислот С18:1, С18:0 и С16:0, входящих в состав липидов масла микроводорослей, является наиболее подходящей для продукции биотоплива [Knothe G. Improving biodiesel fuel properties by modifying fatty ester composition //Energy Environ. Sci. 2009. V.2. P. 759-766].
Известен способ продукции полиненасыщенных жирных кислот штаммом микроводоросли Cryptheconidium conii при понижении концентрации хлоридов в культуральной жидкости [Патент США №7163811, МПК С12Р 7/64; A23D 9/00]. Недостатком данного способа является высокое содержание ненасыщенных жирных кислот (до 53,9% от массы масла) в биомассе микроводорослей, что значительно усложняет получение качественного биотоплива из-за возможности их окисления по непредельным связям.
Известны штаммы Pseudochoricystis ellipsoidea MBIC11204 и MBIC11220, продуцирующие в разных количествах углеводороды н-гептадецен, н-гептадекан, н-нонадецен и н-нонадекан. Недостатком данного штамма является то, что при культивировании используются витамины (В1, В12 и биотин), что значительно увеличивает стоимость производства биомассы и липидов данной микроводоросли. Кроме того, используется способ культивирования, включающий смену среды с богатой азотистыми соединениями на обедненную, что усложняет технологию производства.
Известна микроводоросль Pseudochoricystis ellipsoidea, продуцирующая углеводороды, которые можно использовать в качестве заменителя дизельного топлива - светлых нефтепродуктов [Европейский патент №1873233]. Представлен также способ получения углеводородов, предусматривающий культивирование данной микроводоросли, способной продуцировать углеводороды.
Наиболее близким аналогом предлагаемого штамма Chlorella vulgaris А1123 является штамм Chlorella vulgaris ESP-31 [Yeh K.L., Chang J.S. Effects of cultivation conditions and media composition on cell growth and lipid productivity of indigenous microalga Chlorella vulgaris ESP-31 // Bioresource Technology. 2012. V. 105. P. 120-127], который позволяет получать липиды, включающие 60-68% насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот в составе, в том числе, пальмитиновой (С 16:0), стеариновой (С 18:0) и олеиновой кислоты (С18:1).
Однако этот штамм при культивировании не позволяет получать липиды с высоким содержанием насыщенных кислот: содержание пальмитиновой кислоты составляет 16.44-26.46%, с стеариновой 7.07-14.92% от общего количества жирных кислот в липидах, в зависимости от используемой для культивирования среды.
Изобретение решает задачу получения штамма микроводоросли, обладающего способностью продуцировать липиды с высоким содержанием насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот, пригодных для применения их в качестве сырья для продукции моторных топлив высокого качества.
Поставленная задача решается тем, что предлагается штамм микроводоросли Chlorella vulgaris А1123, обладающий высоким содержанием насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот в составе липидов, в том числе, пальмитиновой, в качестве сырья для производства моторных топлив.
Штамм микроводоросли Chlorella vulgaris А1123 выделен из горячего источника у подножия вулкана Мутновский (Камчатка), идентифицирован в ИЦиГ СО РАН и депонирован в Коллекции микроводорослей ИФР РАН под регистрационным номером IPPAS С-616.
Штамм Chlorella vulgaris А1123 имеет следующую морфофизиологическую характеристику. Клетки круглые, шаровидные, с тонкой оболочкой без слизи, размером 3-5 мкм с одиночным пиреноидом размером 1 мкм, размножение происходит 4-8 автоспорами. На агаризованной среде ВВМ образует колонии зеленого цвета с ровным краем. Штамм авто- и миксотрофный. Температура культивирования от 20 до 35°С. Штамм растет на минеральной среде ВВМ, не требует для роста подачи в среду углекислого газа. Достаточный период освещения для роста - до 16-18 ч в сутки. При окрашивании флуоресцентным красителем Nile Red в цитоплазме клеток визуализируются капли липидов. Штамм не склонен к осаждению как в культуре, так и на стенках культивационной установки, сохраняет аксеничность при хранении. Штамм развивается вне зависимости от сезона года.
Полученный штамм по сравнению с ранее описанными штаммами обладает повышенным содержанием липидов с насыщенными и мононенасыщенными жирными кислотами. Общее содержание данных жирных кислот, определенных методом газовой хроматомасс-спектрометрии, составило 75%, как показано в Таблице, в том числе пальмитиновой - 38%, что превышает показатели штамма Chlorella vulgaris ESP-31 и позволяет получать сырье для производства биотоплива с повышенным содержанием насыщенных жирных кислот с улучшенными свойствами после обработки биомассы ультразвуком и экстракции растворителями. Содержание липидов штамма Chlorella vulgaris А1123 при миксотрофном культивировании составило 32% от сухого веса, кроме того, культивирование штамма не требует добавления в среду углекислоты и витаминов.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Визуализация накопления липидов в клетках микроводоросли Chlorella vulgaris Al 123 при окраске флуоресцентным красителем Nile Red.
Культивирование штамма проводят в лабораторных условиях при температуре 25°С на среде ВВМ рН 6.8, и следующим составом из расчета на 1 литр:
NaNC3 - 0,75 г.
CaCl2·2H2O - 0,025 г
MgSO4·7H2O - 0,075 г
K2HPO4 - 0,075 г
KH2PO4 - 0,175 г
NaCl - 0,025 г
Na2EDTA·2H2O - 10 мг
FeSO4·7H2O - 4,98 мг
MnCl2·4H2O - 1,81 мг
ZnSO4 - 0,222 мг
Co(NO3)2·6H2O - 0,049 мг
NaMoO4·5H2O - 0,39 мг
CuSO4·5H2O - 0,079 мг
Н3BO3·2Н20 - 19,28 мг
Культивирование штамма микроводоросли в лимитированных по азоту условиях проводят в течение 7 дней, в объеме среды 200 мл в колбах на 500 мл, при непрерывном барботировании суспензии стерильным воздухом с скоростью 200 мл/мин, при освещенности 120 Вт/м2 с фотопериодом 16 ч. Суспензию клеток смешивают с 1 мМ раствором Nile Red в воде, после чего проводят флуоресцентную микроскопию при длине волны возбуждения 450-490 нм и длине волны обнаружения 515-565 нм. Результаты приведены на рисунке, где показаны клетки микроводоросли Chlorella vulgaris А1123: А. - микроскопия в проходящем свете, Б. - флуоресцентная микроскопия при окрашивании красителем Nile Red. Масштаб 10 мкм. Стрелками показаны капли липидов в цитоплазме клеток.
Пример 2. Миксотрофное культивирование штамма микроводоросли Chlorella vulgaris Al 123 на среде с глюкозой.
Культивирование штамма проводят в лабораторных условиях на среде ВВМ при рН 6.8 и температуре 25°С аналогично примеру 1, но с добавлением глюкозы до 10 г/л, клетки осаждают центрифугированием при 3000 об/мин в течение 5 мин. Экстракцию липидов из биомассы проводят по методу Фолча (Folch J., Lees М. and Sloane Stanley G.H. A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues // Journal of biological chemistry. - 1957. V.226. - P. 497-509.) со следующей модификацией: клетки гомогенизируют с использованием ультразвукового генератора в течение 2 мин, при 30 кГц и мощности 130 Вт в смеси хлороформ:метанол (2:1). К полученной смеси добавляют четверть объема 0.9% раствора хлористого калия и интенсивно перемешивают. После расслоения жидкости органическую фазу отгоняют в токе азота, полученный остаток взвешивают и определяют содержание липидов по сухому весу. Содержание липидов в биомассе микроводоросли Chlorella vulgaris Al 123 на среде с глюкозой при миксотрофном культивировании составляет 32% (по сухому весу).
Пример 3. Анализ состава жирных кислот липидов микроводоросли Chlorella vulgaris А1123.
Для проведения анализа состава жирных кислот, входящих в состав липидов микроводоросли Chlorella vulgaris Аl 123, используют липиды, полученные, как описано в примере 2, для чего проводят их переэтерефикацию с целью получения метиловых эфиров жирных кислот как в работе [Christie W.W. Gas chromatography and lipids.Publisher: The Oily Press. - 1989. - P. 37-38]. Для этого навеску липидов (5 мг) растворяют в толуоле (1 мл), после добавляют раствор 1%-ной серной кислоты в метаноле (2 мл), интенсивно перемешивают. Смесь кипятят в течение двух часов, после добавляют 5 мл 5% раствора NaCl. Полученную смесь двукратно экстрагируют 5 мл гексана. Гексановый слой промывают раствором 2% NaHCO3 и сушат над безводным Na2SO4, смесь фильтруют и удаляют растворитель в токе азота.
Состав метиловых эфиров жирных кислот липидов анализируют методом газовой хроматомасс-спектрометрии на приборе Agilent 7000 В с ионизацией электронным ударом (70 эВ), на колонке DB-5 (30 м × 0.25 мм), с температурным градиентом от 80°С до 290°С со скоростью повышения 4°С/мин. Температура инжектора и детектора была установлена на 250 и 230°С соответственно. Поток газа-носителя составляет 1.2 мл/мин. Идентификацию соединений производят путем сравнения получаемых данных с библиотекой спектров известных соединений. Результаты анализа, приведенные в Таблице, показывают, что микроводоросль Chlorella vulgaris Аl 123 обладает высоким содержанием как насыщенных жирных кислот С16:0, С18:0 (57%), так и мононенасыщенной С18:1, суммарное количество которых составляет 75%.
Таблица
Состав жирных кислот микроводоросли Chlorella vulgaris Аl 123 при миксотрофном культивировании по данным газовой хроматомасс-спектрометрии.
Жирная кислота С16:0 С18:0 С16:1 С16:2 С16:3 С18:1 С18:2 С18:3
% от общего количества 38 19 4 3 5 18 7 6
насыщенные ненасыщенные
57 43

Claims (1)

  1. Штамм микроводоросли Chlorella vulgaris IPPAS С-616 для получения липидов в качестве сырья для производства моторных топлив.
RU2012142736/10A 2012-10-09 2012-10-09 ШТАММ МИКРОВОДОРОСЛИ Chlorella vulgaris ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МОТОРНОГО ТОПЛИВА RU2508398C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012142736/10A RU2508398C1 (ru) 2012-10-09 2012-10-09 ШТАММ МИКРОВОДОРОСЛИ Chlorella vulgaris ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МОТОРНОГО ТОПЛИВА

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012142736/10A RU2508398C1 (ru) 2012-10-09 2012-10-09 ШТАММ МИКРОВОДОРОСЛИ Chlorella vulgaris ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МОТОРНОГО ТОПЛИВА

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2508398C1 true RU2508398C1 (ru) 2014-02-27

Family

ID=50152206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012142736/10A RU2508398C1 (ru) 2012-10-09 2012-10-09 ШТАММ МИКРОВОДОРОСЛИ Chlorella vulgaris ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МОТОРНОГО ТОПЛИВА

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2508398C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2569149C1 (ru) * 2014-08-22 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Способ культивирования биомассы с повышенным содержанием липидов
RU2610675C1 (ru) * 2015-12-25 2017-02-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ извлечения липидов из биомассы микроводорослей chlorella и дрожжей yarrowia lipolytica
RU2617959C1 (ru) * 2015-12-25 2017-04-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ выделения липидов из биомассы микроводорослей рода chlorella

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1873233A1 (en) * 2005-04-12 2008-01-02 Denso Corporation Novel microalgae and process for producing hydrocarbon
KR20120057318A (ko) * 2010-11-26 2012-06-05 한국생명공학연구원 바이오디젤을 생산하는 클로렐라 불가리스 cv-16 및 이를 이용한 바이오디젤의 생산방법
KR20120057321A (ko) * 2010-11-26 2012-06-05 한국생명공학연구원 바이오디젤을 생산하는 클로렐라 불가리스 cv-18 및 이를 이용한 바이오디젤의 생산방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1873233A1 (en) * 2005-04-12 2008-01-02 Denso Corporation Novel microalgae and process for producing hydrocarbon
KR20120057318A (ko) * 2010-11-26 2012-06-05 한국생명공학연구원 바이오디젤을 생산하는 클로렐라 불가리스 cv-16 및 이를 이용한 바이오디젤의 생산방법
KR20120057321A (ko) * 2010-11-26 2012-06-05 한국생명공학연구원 바이오디젤을 생산하는 클로렐라 불가리스 cv-18 및 이를 이용한 바이오디젤의 생산방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YEH K.L. ET AL. Effects of cultivation conditions and media composition on cell growth and lipid productivity of indigenous microalga Chlorella vulgaris ESP-31 // Bioresource Technology. 02.2012, v.105. p.120-127. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2569149C1 (ru) * 2014-08-22 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Способ культивирования биомассы с повышенным содержанием липидов
RU2610675C1 (ru) * 2015-12-25 2017-02-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ извлечения липидов из биомассы микроводорослей chlorella и дрожжей yarrowia lipolytica
RU2617959C1 (ru) * 2015-12-25 2017-04-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ выделения липидов из биомассы микроводорослей рода chlorella

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Effects of light intensity on the growth and lipid accumulation of microalga Scenedesmus sp. 11-1 under nitrogen limitation
Moazami et al. Biomass and lipid productivities of marine microalgae isolated from the Persian Gulf and the Qeshm Island
US8361623B2 (en) Sequestration of compounds from microorganisms
Chaichalerm et al. Culture of microalgal strains isolated from natural habitats in Thailand in various enriched media
US20090211150A1 (en) Method for producing biodiesel using high-cell-density cultivation of microalga Chlorella protothecoides in bioreactor
Sadvakasova et al. Search for new strains of microalgae-producers of lipids from natural sources for biodiesel production
Wei et al. Orthogonal test design for optimization of lipid accumulation and lipid property in Nannochloropsis oculata for biodiesel production
Lin et al. Effects of fundamental nutrient stresses on the lipid accumulation profiles in two diatom species Thalassiosira weissflogii and Chaetoceros muelleri
WO2010116611A1 (ja) ナビクラ属に属する微細藻類、該微細藻類の培養による油分の製造方法、および該微細藻類から採取した油分
KR20110125576A (ko) 북극 해양에서 분리한 지질 고생산 미세조류 클라미도모나스 세포주 및 이의 용도
Gupta et al. Mixotrophic cultivation of microalgae to enhance the quality of lipid for biodiesel application: effects of scale of cultivation and light spectrum on reduction of α-linolenic acid
Sun et al. Screening of Isochrysis strains and utilization of a two-stage outdoor cultivation strategy for algal biomass and lipid production
Sánchez-García et al. Effect of nitrate on lipid production by T. suecica, M. contortum, and C. minutissima
RU2508398C1 (ru) ШТАММ МИКРОВОДОРОСЛИ Chlorella vulgaris ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МОТОРНОГО ТОПЛИВА
Chin et al. The effects of light intensity and nitrogen concentration to enhance lipid production in four tropical microalgae
Idris et al. Cultivation of microalgae in medium containing palm oil mill effluent and its conversion into biofuel
US10351882B2 (en) Method for producing an oil or fat component and method for producing higher unsaturated fatty acid using algae
ES2326022B1 (es) Procedimiento mejorado para la produccion de biodiesel.
Sadeghin et al. Variation of fatty acids composition in the hydrocarbon producer Botryococcus braunii BOT 22
Chen et al. Isolation and identification of Choricystis minor Fott and mass cultivation for oil production
Trejo et al. Exploration of fatty acid methyl esters (FAME) in cyanobacteria for a wide range of algae-based biofuels
Puangbut et al. Integrated cultivation technique for microbial lipid production by photosynthetic microalgae and locally oleaginous yeast
US20120065416A1 (en) Methods for Production of Biodiesel
Kavadikeri et al. Extraction and characterization of microalgal oil and Fucoxanthin from diatom
Krishnan et al. Culture medium and growth phase modulate the fatty acid composition of the diatom Nitzschia palea (Kutzing) W. Smith-Potential source for live feed and biodiesel