RU2797012C1 - Method for obtaining biomass of microalgae chlorella vulgaris - Google Patents

Method for obtaining biomass of microalgae chlorella vulgaris Download PDF

Info

Publication number
RU2797012C1
RU2797012C1 RU2022134122A RU2022134122A RU2797012C1 RU 2797012 C1 RU2797012 C1 RU 2797012C1 RU 2022134122 A RU2022134122 A RU 2022134122A RU 2022134122 A RU2022134122 A RU 2022134122A RU 2797012 C1 RU2797012 C1 RU 2797012C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microalgae
biomass
chlorella vulgaris
chlorella
ultrasonic radiation
Prior art date
Application number
RU2022134122A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Ашотович Нагдалян
Андрей Владимирович Блинов
Наталья Павловна Оботурова
Алексей Борисович Голик
Давид Гурамиевич Маглакелидзе
Андрей Антонович Яковенко
Максим Андреевич Колодкин
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2797012C1 publication Critical patent/RU2797012C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to methods for obtaining biomass of Chlorella vulgaris microalgae. According to the method Chlorella vulgaris microalgae is placed in a nutrient medium containing a set of macro- and microelements at a temperature of 35–37°C and pH=5.5–6.5. After 72 hours of exposure, the microalgae dispersion is separated and crushed by disintegrating microalgae cells by exposure to ultrasonic radiation with the following parameter values: working solution sonication frequency is 40–60 kHz, ultrasonic radiation modulation frequency is 70–100 Hz, working solution sonication time is 23–60 minutes, relative power of ultrasonic radiation is 151–300 W/l. Then the biomass of microalgae is dried at a temperature of 40°C within 12 hours.
EFFECT: obtaining a biomass of microalgae Chlorella vulgaris with a size of individual sample cells of the order of 0.6–1.2 microns and an antioxidant activity of a biomass sample of 87 mg/l in terms of gallic acid, which will find its application in the production of feed additives, vitamin and mineral premixes for animal husbandry, as well as in the food industry for the production of functional additives for food enrichment.
1 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к биотехнологии и способам получения биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris. The invention relates to biotechnology and methods for obtaining biomass of Chlorella vulgaris microalgae.

Особенностью изобретения является тот факт, что измельчение клеток микроводорослей Chlorella vulgaris проводят с помощью дезинтеграции путем воздействия ультразвукового излучения. A feature of the invention is the fact that the grinding of cells of microalgae Chlorella vulgaris is carried out using disintegration by exposure to ultrasonic radiation.

Изобретение найдет своё применение в производстве кормовых добавок, витаминно-минеральных премиксов для животноводства, а также в пищевой промышленности для получения функциональных добавок для обогащения продуктов питания. The invention will find its application in the production of feed additives, vitamin and mineral premixes for animal husbandry, as well as in the food industry for the production of functional additives for food enrichment.

Уровень техникиState of the art

Хлорелла - род одноклеточных зелёных водорослей, относимый к отделу Chlorophyta, имеет сферическую форму, порядка 2 - 10 мкм в диаметре. Калорийность микроводорослей Chlorella vulgaris составляет 250 - 400 ккал на 100 г в зависимости от среды обитания в случае с природным происхождением или питательной среды, в случае культивирования. Хлорелла содержит в себе порядка 70 % белка в пересчёте на сухую массу, в состав которого входят девять незаменимых аминокислот. Микроводоросль Chlorella vulgaris является источником витамина С, B12 и железа, причём способна покрывать до 65 % суточной потребности микроэлемента в организме человека. Также хлорелла является природным источником омега-3, обладает антиоксидантными свойствами. Таким образом, микроводоросль Chlorella vulgaris демонстрирует себя как эффективная пищевая добавка, однако, для повышения усвояемости организмом человека необходимо разрушать клеточную оболочку микроводорослей Chlorella vulgaris для образования гомогенной массы.Chlorella is a genus of unicellular green algae, belonging to the division Chlorophyta, has a spherical shape, about 2 - 10 microns in diameter. The calorie content of microalgae Chlorella vulgaris is 250 - 400 kcal per 100 g, depending on the habitat in the case of natural origin or nutrient medium, in the case of cultivation. Chlorella contains about 70% protein in terms of dry weight, which includes nine essential amino acids. Microalgae Chlorella vulgaris is a source of vitamin C, B 12 and iron, and is able to cover up to 65% of the daily requirement of a microelement in the human body. Also, chlorella is a natural source of omega-3, has antioxidant properties. Thus, Chlorella vulgaris microalgae demonstrates itself as an effective food supplement, however, in order to increase digestibility by the human body, it is necessary to destroy the cell wall of Chlorella vulgaris microalgae to form a homogeneous mass.

В патенте (№ RU 2558300 C2, опубл. 27.07.2015, Бюл. № 21) раскрывается способ выращивания хлореллы, включающий помещение суспензии хлореллы в две стеклянные емкости, в которых находятся нагреватели с терморегуляторами для поддержания оптимальной температуры 28 ± 2 °C, между емкостями расположен источник искусственного света, отличающийся тем, что в качестве источника искусственного освещения используют фитолюминесцентную лампу, в емкость помещают систему из двух медных параллельно расположенных покрытых изоляционным материалом электродов, на которые подают постоянный ток высокого напряжения 10 - 60 кВ, для создания электростатического поля.The patent (No. RU 2558300 C2, publ. 27.07.2015, Bull. No. 21) discloses a method for growing chlorella, which includes placing a suspension of chlorella in two glass containers, in which there are heaters with thermostats to maintain the optimum temperature of 28 ± 2 °C, between the containers contain an artificial light source, characterized in that a phytoluminescent lamp is used as a source of artificial lighting, a system of two parallel copper electrodes covered with insulating material is placed in the container, to which a high voltage direct current of 10 - 60 kV is applied to create an electrostatic field.

Недостатком данного изобретения является отсутствие информации о составе питательной среды. The disadvantage of this invention is the lack of information about the composition of the nutrient medium.

В патенте (№ WO 2021076021 A2, опубл. 22.04.2021) продемонстрирован способ выращивания биомассы микроводорослей, включающий подготовку минеральной питательной среды, добавление исходной культуры штамма микроводорослей, розлив полученной культуральной смеси в систему последовательно расположенных биореакторов, выполненных в виде горизонтально ориентированных камер из светопропускающего материала, освещение культуральной смеси при помощи вертикально установленных источников искусственного света, отвод полученной суспензии в емкость для естественного осаждения и последующий отвод полученной осажденной биомассы в качестве целевого продукта, отличающийся тем, чтоThe patent (No. WO 2021076021 A2, publ. 04/22/2021) demonstrates a method for growing microalgae biomass, including preparation of a mineral nutrient medium, adding an initial culture of a microalgae strain, pouring the resulting cultural mixture into a system of sequentially arranged bioreactors made in the form of horizontally oriented chambers made of light-transmitting material, illumination of the culture mixture using vertically mounted artificial light sources, withdrawal of the resulting suspension into a container for natural settling and subsequent withdrawal of the resulting precipitated biomass as the target product, characterized in that

• подготовленная минеральная питательная среда имеет следующий состав: аммиачная селитра (34% раствор) 0,14 мл аммофос (15% раствор) 0,10 мл хлорид железа (1 % раствор) 0, 15 мл кобальт азотнокислый (0,1% раствор) 0, 10 мл медь сернокислая (0, 1 % раствор) 0, 10 мл вода питьевая 1000 мл,• prepared mineral nutrient medium has the following composition: ammonium nitrate (34% solution) 0.14 ml ammophos (15% solution) 0.10 ml iron chloride (1% solution) 0.15 ml cobalt nitrate (0.1% solution) 0.10 ml copper sulfate (0.1% solution) 0.10 ml drinking water 1000 ml,

• выращивание биомассы осуществляют в одиночной камере биореактора, выполненной в виде вертикально ориентированного параллелепипеда,• cultivation of biomass is carried out in a single chamber of the bioreactor, made in the form of a vertically oriented parallelepiped,

• освещение культуральной смеси осуществляют источниками искусственного света, установленными на внутренней стороне одной из широких стенок камеры биореактора горизонтально ориентированными рядами по высоте камеры биореактора,• illumination of the cultural mixture is carried out by artificial light sources installed on the inner side of one of the wide walls of the bioreactor chamber in horizontally oriented rows along the height of the bioreactor chamber,

• освещение культуральной смеси осуществляют циклично,• illumination of the culture mixture is carried out cyclically,

• на протяжении всех циклов выращивания микроводорослей значение pH культуральной смеси поддерживают в диапазоне 8,5 - 9,5 посредством добавления в культуральную смесь в начале каждого светового цикла раствора с молочно-кислыми бактериями, значение pH которого выбирают в диапазоне 4,0 - 5,0, в количестве 1 - 3 мл на 1 л культуральной смеси.• during all cycles of growing microalgae, the pH value of the culture mixture is maintained in the range of 8.5 - 9.5 by adding to the culture mixture at the beginning of each light cycle a solution with lactic acid bacteria, the pH value of which is chosen in the range of 4.0 - 5, 0, in the amount of 1 - 3 ml per 1 liter of the culture mixture.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что освещение культуральной смеси осуществляют в течение 4-х световых циклов, каждый из которых включает 10 часов освещения и последующие 2 часа отсутствия освещения, в период освещения температуру культуральной смеси поддерживают в диапазоне 26 - 30°С, а в период отсутствия освещения - в диапазоне 24 - 26°С.2. The method according to p. 1, characterized in that the illumination of the cultural mixture is carried out for 4 light cycles, each of which includes 10 hours of illumination and the next 2 hours of absence of illumination, during the illumination period, the temperature of the cultural mixture is maintained in the range of 26 - 30 °С, and during the absence of lighting - in the range of 24 - 26 °С.

Недостатком данного изобретения является отсутствие в составе питательной среды ряда необходимых для роста микроводорослей микроэлементов, в частности Mn и Mo. The disadvantage of this invention is the absence in the composition of the nutrient medium of a number of trace elements necessary for the growth of microalgae, in particular Mn and Mo.

Известен патент (№ RU 2662974 C2, опубл. 31.07.2018 Бюл. № 22) «Способ получения суспензии пищевой хлореллы и емкость для осаждения хлореллы при получении суспензии пищевой хлореллы», в котором осуществляют розлив минеральной питательной среды, включающей элементы N, Р, Fe, Cu, Со, и исходной культуры штаммов хлореллы в биореактор в виде емкости из прозрачного материала, освещение при помощи источника искусственного света культуральной жидкости в процессе выращивания хлореллы при поддержании необходимой температуры жидкости в биоректоре и использовании в качестве углеродного питания углекислого газа, отвод биомассы хлореллы в качестве целевого продукта, при этом освещение культуральной жидкости осуществляют в автоматическом биореакторе в течение четырех последовательных циклов, каждый из которых включает в себя 10 ч освещения, затем 2 ч перерыва в освещении при выключенных источниках искусственного света, при этом в период освещения в биореакторе поддерживается температура 26 - 30 °C, а в период отсутствия освещения - 24 - 26 °C, переливают полученную суспензию из биореактора в емкость для естественного осаждения пищевой хлореллы, осуществляют естественное осаждение хлореллы в течение 30 суток с использованием естественного рассеянного света, удаляют надосадочную жидкость из емкости для естественного осаждения хлореллы, отводят загущенную биомассу пищевой хлореллы в качестве целевого продукта.A patent is known (No. RU 2662974 C2, publ. 31.07.2018 Bull. No. 22) “A method for obtaining a suspension of food chlorella and a container for sedimenting chlorella when receiving a suspension of food chlorella”, in which a mineral nutrient medium is poured, including elements N, P, Fe, Cu, Co , and the initial culture of chlorella strains into a bioreactor in the form of a container made of transparent material, illumination of the culture liquid with an artificial light source in the process of growing chlorella while maintaining the required temperature of the liquid in the bioreactor and using carbon dioxide as a carbon feed, removal of biomass chlorella as the target product, while the illumination of the culture liquid is carried out in an automatic bioreactor for four successive cycles, each of which includes 10 hours of illumination, then 2 hours of interruption in illumination with artificial light sources turned off, while during the period of illumination in the bioreactor the temperature is maintained at 26 - 30 °C, and during the absence of lighting - 24 - 26 °C, the resulting suspension is poured from the bioreactor into a container for natural precipitation of food chlorella, natural precipitation of chlorella is carried out for 30 days using natural diffused light, the supernatant is removed from the tank for natural precipitation of chlorella, the thickened biomass of food chlorella is withdrawn as the target product.

Недостатком данного изобретения является отсутствие в составе питательной среды ряда необходимых для роста микроводорослей микроэлементов, в частности, Mn и Mo; отсутствует полное описание технологического процесса, в частности, отсутствует значение важного технологического параметра - pH.The disadvantage of this invention is the absence in the composition of the nutrient medium of a number of trace elements necessary for the growth of microalgae, in particular, Mn and Mo ; there is no complete description of the technological process, in particular, there is no value of an important technological parameter - pH.

Известно изобретение (№ RU 2562867 C2, опубл. 10.09.2015, Бюл. № 25), в котором предложена установка для выращивания хлореллы, включающая по меньшей мере две стеклянные емкости, установленные на металлическом каркасе и расположенные одна над другой, снабженные нагревателем с терморегулятором и источником освещения, отличающаяся тем, что в качестве источника освещения используются по меньшей мере две фитолюминесцентные лампы со спектром излучения в диапазоне длин волн 400 - 500 нм и 600 - 700 нм, расположенных между парой емкостей, в каждой из которых находится устройство для создания электростатического поля, состоящее из системы медных электродов на параллельных стенках емкостей, выполненных с возможностью регулирования их расположения и расстояния между ними, покрытых изоляционным материалом и подключенных к высоковольтному источнику постоянного электрического тока, выполненного с возможностью регулирования подаваемого напряжения.An invention is known (No. RU 2562867 C2, publ. 10.09.2015, Bull. No. 25), which proposes an installation for growing chlorella, including at least two glass containers mounted on a metal frame and located one above the other, equipped with a heater with a thermostat and a source of illumination, characterized in that at least two phytoluminescent lamps with an emission spectrum in the wavelength range of 400 - 500 nm and 600 - 700 nm are used as a source of illumination, located between a pair of containers, each of which contains a device for creating an electrostatic field, consisting of a system of copper electrodes on parallel walls of containers, made with the possibility of regulating their location and distance between them, covered with insulating material and connected to a high-voltage source of direct electric current, made with the possibility of regulating the applied voltage.

Недостатком данного изобретения является использование медных электродов, которые необходимы для создания электростатического поля, т.к. при использовании богатых солями металлов питательных сред возможно разрушение изоляционной оболочки под действием электрического тока и загрязнение среды материалами электродов.The disadvantage of this invention is the use of copper electrodes, which are necessary to create an electrostatic field, because. when using nutrient media rich in metal salts, the destruction of the insulating sheath under the action of electric current and contamination of the environment with electrode materials is possible.

Известно изобретение (№ RU 2644261 C2, опубл. 08.02.2018, Бюл. № 4) «Способ культивирования микроводоросли Chlorella», которое заключается в перемешивании и аэрации культуральной жидкости, поддержании заданных значений температуры и рН, освещении импульсным источником света с длительностью импульса 0,00001 - 0,001 с и длительностью интервала между импульсами 0,01 - 0,1 с, отличающийся тем, что температурные границы, при которых происходит развитие микроводоросли Chlorella, 27 – 29 °С, освещение периодическое 3 ч утром и 4 ч вечером с добавлением минеральной воды со скважины бисжелезноводского месторождения с содержанием солей 2,5 г/л в среду Тамия при соотношении 1:1, перемешивание осуществляют круговыми движениями.An invention is known (No. RU 2644261 C2, publ. 08.02.2018, Bull. No. 4) "Method of cultivating Chlorella microalgae", which consists in mixing and aerating the culture liquid, maintaining the set temperature and pH values, lighting with a pulsed light source with a pulse duration of 0 00001 - 0.001 s and the duration of the interval between pulses is 0.01 - 0.1 s, characterized in that the temperature limits at which the development of Chlorella microalgae occurs are 27 - 29 ° C, illumination is periodic 3 hours in the morning and 4 hours in the evening with the addition of mineral water from the well of the Biszheleznovodsk deposit with a salt content of 2.5 g/l into the Tamiya medium at a ratio of 1:1, mixing is carried out in a circular motion.

Недостатком данного изобретения является отсутствие информации о составе питательной среды. The disadvantage of this invention is the lack of information about the composition of the nutrient medium.

Известно изобретение (№ CN 110894467 A, опубл. 20.03.2020) «Способ культивирования хлореллы с использованием жидкости для анаэробной ферментации сточных вод при обработке крахмала». Способ культивирования хлореллы включает следующие этапы:An invention is known (No. CN 110894467 A, publ. 03/20/2020) “A method for cultivating chlorella using a liquid for anaerobic wastewater fermentation in the processing of starch”. The method for cultivating chlorella includes the following steps:

(1) - приготовление культурального раствора: проведение анаэробной ферментации в сточных водах, перерабатывающих крахмал, с последующей предварительной обработкой для обеспечения того, чтобы концентрация взвешенных веществ в сточных водах была ниже 70 мг / л, для получения сточных вод анаэробной ферментации крахмала;(1) - culture solution preparation: carrying out anaerobic fermentation in starch processing wastewater, followed by pre-treatment to ensure that the concentration of suspended solids in the wastewater is lower than 70mg/L, to obtain starch anaerobic fermentation wastewater;

- предварительная обработка подкисленных органических сточных вод для снижения концентрации взвешенных веществ в сточных водах ниже
70 мг / л для получения подкисленной жидкости;
- pre-treatment of acidified organic wastewater to reduce the concentration of suspended solids in wastewater below
70 mg/l for acidified liquid;

- приготовление культурального раствора:- preparation of culture solution:

- добавление предварительно очищенной жидкости для подкисления сточных вод в сточные воды анаэробного брожения крахмала и перемешивание для получения культурального раствора; при этом добавляемая доля сточных вод брожения составляет не более 10 процентов от сточных вод анаэробного брожения крахмала;- adding the pretreated wastewater acidification liquid to the wastewater from anaerobic starch fermentation and mixing to obtain a culture solution; at the same time, the added share of wastewater from fermentation is not more than 10 percent of the wastewater from anaerobic fermentation of starch;

(2) культура «одомашнивания» водорослей(2) the culture of "domestication" of algae

Выращивание и культивирование водорослей, выращиваемых в искусственной питательной среде в культуральном растворе, полученном на этапе (1), и непрерывное культивирование и культивирование в течение 13 - 17 дней в условиях интенсивности света 10000 - 14000 люкс и надлежащей температуры 27 - 30 °С для получения одомашненных семян водорослей;Cultivation and cultivation of algae grown in artificial nutrient medium in the culture solution obtained in step (1), and continuous cultivation and cultivation for 13 to 17 days under conditions of light intensity of 10,000 to 14,000 lux and a proper temperature of 27 to 30 ° C to obtain domesticated seaweed seeds;

(3) культуральный раствор и «одомашненные» водоросли поступают в фотобиореактор для культивирования при следующих параметрах:(3) culture solution and "domesticated" algae enter the photobioreactor for cultivation under the following parameters:

1 контролируя температуру на уровне 7 - 39 °С;1 controlling the temperature at the level of 7 - 39 °С;

2 регулирование значения pH до 5,8 - 7,8;2 regulation of the pH value to 5.8 - 7.8;

Управление аэрацией CO2: аэрация до CO2, смешанный газ с воздухом, CO2 Объемное соотношение составляет 5 - 10 %, а количество аэрации в час составляет 0,95 - 2 раза от объема фотореактора. CO aeration control2: aeration to CO2, mixed gas with air, CO2 The volume ratio is 5 - 10%, and the amount of aeration per hour is 0.95 - 2 times the volume of the photoreactor.

Недостатком данного изобретения является отсутствие информации об очистке, измельчении биомассы микроводорослей.The disadvantage of this invention is the lack of information about the purification, grinding of microalgae biomass.

Известен патент (№ CN 101481656 A, опубл. 15.07.2009) «Разновидность способа культивирования хлореллы», в котором путем ферментации гетеротрофным питанием получают штамм хлореллы USTB-01, который:A patent is known (No. CN 101481656 A, publ. 07/15/2009) “A variation of the method of cultivating chlorella”, in which a strain of chlorella USTB-01 is obtained by fermentation with heterotrophic nutrition, which:

1. Обладает способностью к гетеротрофному росту путем скрининга, и номер сохранения - CGMCC №1448, а дата сохранения - 25 августа 2005 года.1. Has the ability of heterotrophic growth by screening, and the conservation number is CGMCC #1448, and the conservation date is August 25, 2005.

2. Способ культивирования хлореллы путем ферментации гетеротрофным питанием по п.1, характеризуется тем, что приготовленный субстрат хлореллы включает основную среду и поток жидкости, подаваемый двумя порциями, а основная среда состоит из 1 л деионизированной воды и содержит KH2PO4 1,0 - 5,0 г, MgSO4*7H2O 1,0 - 4,0 г, NaCl 0,5 - 2,0 г, NaCO3 0,1 - 2,0 г, CaCl2 1,0 - 50,0 мг, FeSO4 1,0 - 10,0 мг, ZnCl2 1,0 - 10,0 мг, MnCl2*4H2O 1,0 - 10,0 мг, CuCl2 0,1 - 1,0 мг. Состоит из потока, который содержит 600 - 800 г глюкозы в 1 л деионизированной воды, KNO3 50 -
155 г, соотношение углерода и азота составляет 10:30, различные стадии выращивания в зависимости от хлореллы, добавляют контрольный поток глюкозы и селитры, подготовленную культуральную среду стерилизуют 10 - 30 минут при 120 - 130 °С, при высоком давление 0,10 - 0,18 МПа, Обрабатывается для инокуляции после снижения температуры до 20 - 35 °С проводят культивирование гетеротрофной ферментации.
2. The method of cultivating chlorella by heterotrophic nutrition fermentation according to claim 1, is characterized in that the prepared chlorella substrate includes a main medium and a liquid flow supplied in two portions, and the main medium consists of 1 l of deionized water and contains KH 2 PO 4 1.0 - 5.0 g, MgSO 4 * 7H 2 O 1.0 - 4.0 g, NaCl 0.5 - 2.0 g, NaCO 3 0.1 - 2.0 g, CaCl 2 1.0 - 50, 0 mg, FeSO 4 1.0 - 10.0 mg, ZnCl 2 1.0 - 10.0 mg, MnCl 2 * 4H 2 O 1.0 - 10.0 mg, CuCl 2 0.1 - 1.0 mg . Consists of a stream that contains 600 - 800 g of glucose in 1 liter of deionized water, KNO 3 50 -
155 g, C/N ratio is 10:30, different growing stages depending on chlorella, control flow of glucose and saltpeter is added, the prepared culture medium is sterilized for 10-30 minutes at 120-130°C, high pressure 0.10-0 ,18 MPa, Processed for inoculation after lowering the temperature to 20 - 35 ° C, cultivation of heterotrophic fermentation is carried out.

3. Способ культивирования хлореллы путем ферментации с гетеротрофным питанием по п.2 отличается тем, что для культивирования культуры ферментации с гетеротрофным питанием используется 10 - 5000 литров резервуаров для ферментации, объем культуры составляет 5 - 3000 литров, температура культивирования составляет 20 - 35 °С, рН 6,0 - 8,5, скорость аэрации 0,5 - 2,0 м3/ч, скорость перемешивания 200 - 500 об/мин.3. The method of cultivating chlorella by fermentation with heterotrophic nutrition according to claim 2 is characterized in that 10 - 5000 liters of fermentation tanks are used for cultivating the fermentation culture with heterotrophic nutrition, the culture volume is 5 - 3000 liters, the cultivation temperature is 20 - 35 ° C , pH 6.0 - 8.5, aeration rate 0.5 - 2.0 m 3 /h, mixing speed 200 - 500 rpm.

Недостатком данного изобретения является отсутствие информации об очистке, измельчении биомассы микроводорослей.The disadvantage of this invention is the lack of information about the purification, grinding of microalgae biomass.

Известно изобретение (№ CN 100410362 C, опубл. 13.08.2008) «Способ культивирования хлореллы». Данное изобретение отличается тем, что этот способ культивирования может включать дополнительные этапы:Known invention (No. CN 100410362 C, publ. 13.08.2008) "Method of cultivating chlorella". The present invention is characterized in that this culture method may include additional steps:

А) проведение гетеротрофизма в биореакторных культурах: добавление субстрата pH 6,0 - 7,0 в биореактор, добавление вида водорослей хлореллы на 5 - 10 % от рабочего объема и периодическое культивирование, температура культивирования 28 - 32 °С, pH менее 8,5 при контроле, A) carrying out heterotrophism in bioreactor cultures: adding a substrate pH 6.0 - 7.0 to the bioreactor, adding chlorella algae species at 5 - 10% of the working volume and periodic cultivation, cultivation temperature 28 - 32 ° C, pH less than 8.5 under control,

Б) разбавление жидкости для водорослей: это 5 - 25 граммов на литр жидкости для водорослей, которую на этапе а) получают с субстратом, разбавляют до плотности клеток, и описанный субстрат не содержит органического источника углерода, а его рН составляет 6,0 - 7,0;B) algae liquid dilution: this is 5 - 25 grams per liter of algae liquid, which in step a) is obtained with a substrate, diluted to cell density, and the described substrate does not contain an organic carbon source, and its pH is 6.0 - 7 .0;

C) культивируется световая автотрофия: разбавитель, полученный на этапе b), изменяет культивирование световой автотрофии, и температура культивирования составляет 17 - 42 °С, а интенсивность освещения составляет 5 - 60 кГц, а цикл культивирования световой автотрофии составляет 30 - 40 часов.C) light autotrophy is cultivated: The diluent obtained in step b) changes the cultivation of light autotrophy, and the cultivation temperature is 17 - 42 °C, and the light intensity is 5 - 60 kHz, and the culture cycle of light autotrophy is 30 - 40 hours.

Недостатком данного изобретения является отсутствие информации о составе питательной среды.The disadvantage of this invention is the lack of information about the composition of the nutrient medium.

В патенте (№ RU 91338 U1, опубл. 10.02.2010) описана установка для выращивания микроводорослей, преимущественно хлореллы, включающая каркас, установленную в нем емкость для суспензии микроводорослей, в которой вертикально расположена, по меньшей мере, одна стеклянная обечайка с размещенными в ней лампами и установленным под ней вентилятором, отличающаяся тем, что емкость для суспензии микроводорослей выполнена из светопроницаемого материала и по всей площади боковых стенок емкости расположены люминесцентные лампы, установка дополнительно снабжена аквариумной помпой, обеспечивающей перемешивание суспензии, воздушным компрессором, служащим для подачи углекислого газа через распылители, закрепленные на дне емкости вокруг обечайки, и охлаждающим устройством для автоматического регулирования температуры.The patent (No. RU 91338 U1, publ. 02/10/2010) describes a plant for growing microalgae, mainly chlorella, including a frame, a container for microalgae suspension installed in it, in which at least one glass shell with placed in it lamps and a fan installed under it, characterized in that the container for the suspension of microalgae is made of a translucent material and fluorescent lamps are located over the entire area of the side walls of the container, the installation is additionally equipped with an aquarium pump that provides mixing of the suspension, an air compressor that serves to supply carbon dioxide through the atomizers , fixed at the bottom of the tank around the shell, and a cooling device for automatic temperature control.

Недостатком данного изобретения является отсутствие информации о составе питательной среды, отсутствует полное описание технологического процесса, в частности, отсутствуют значения важных технологических параметров - pH, температура синтеза и время экспозиции. The disadvantage of this invention is the lack of information about the composition of the nutrient medium, there is no complete description of the technological process, in particular, there are no values of important technological parameters - pH, synthesis temperature and exposure time.

Известен «Способ кондиционирования и концентрирования микроводорослей» (№ US 9358553 B2, опубл. 07.06.2016). Способ основан на беспрерывном процессе обработки водорослей, включающий в себя следующие этапы:Known "Method of conditioning and concentration of microalgae" (No. US 9358553 B2, publ. 06/07/2016). The method is based on a continuous process of processing algae, which includes the following steps:

a. получение дисперсии, содержащей несущую жидкость и клетки микроводорослей Dunaliella;a. obtaining a dispersion containing a carrier liquid and Dunaliella microalgae cells;

б. пропускание дисперсии через мельницу, в которой клетки микроводорослей Dunaliella контактируют с движущейся мелющей средой для разрушения клеточной мембраны клеток микроводорослей Dunaliella и образования кондиционированной суспензии, содержащей гидрофобные тела микроводорослей Dunaliella.;b. passing the dispersion through a mill in which the Dunaliella microalgae cells are contacted with a moving grinding medium to break the cell membrane of the Dunaliella microalgae cells and form a conditioned slurry containing the hydrophobic bodies of the Dunaliella microalgae.;

c. обработка кондиционированной суспензии с помощью процесса адсорбционного разделения пузырьками с образованием потока, богатого телами микроводорослей Dunaliella, и потока, обедненного телами микроводорослей Dunaliella.c. treating the conditioned slurry with an adsorptive bubble separation process to form a stream rich in Dunaliella microalgae bodies and a stream depleted in Dunaliella microalgae bodies.

Недостатком данного изобретения является использование вибрационной мельницы для измельчения микроводорослей. Вибрационная мельница содержит камеру, заполненную твердой мелющей средой, которая подвергается вибрации, что влечёт за собой загрязнение конечного продукта материалами твёрдой мелющей среды.The disadvantage of this invention is the use of a vibrating mill for grinding microalgae. The vibrating mill contains a chamber filled with solid grinding media, which is subjected to vibration, which entails contamination of the final product with solid grinding media materials.

Известен «Способ получения каротиноидов из биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris» (№ RU 2779642 C1, опубл 12.09.2022 Бюл. № 26), который заключается в следующем: биомассу, предварительно смешанную с жидкой фазой в соотношении 1:5 - 1:7, представляющую собой смесь гексана и этилового спирта в соотношении 2:1, подвергают механической активации путем высокоскоростной гомогенизации при скорости вращения ротора 5000 - 12000 об/мин в течение 5 мин на ледяной бане, после чего осуществляют экстракцию каротиноидов при использовании ультразвука при частоте 25 кГц в течение 5 - 25 мин при температуре 23 ± 2°С, затем экстракт каротиноидов сепарируют и отделяют от хлорофиллиновых кислот омылением щелочью калия с последующим разделением фракций, полученный экстракт каротиноидов промывают холодной дистиллированной водой, после чего подвергают сгущению под вакуумом при температуре 45°С.Known "Method for obtaining carotenoids from the biomass of microalgae Chlorella vulgaris" (No. RU 2779642 C1, publ. 12.09.2022 Bull. No. 26), which consists in the following: is a mixture of hexane and ethyl alcohol in a ratio of 2:1, subjected to mechanical activation by high-speed homogenization at a rotor speed of 5000 - 12000 rpm for 5 minutes in an ice bath, after which carotenoids are extracted using ultrasound at a frequency of 25 kHz for 5 - 25 min at a temperature of 23 ± 2 ° C, then the carotenoid extract is separated and separated from chlorophyllic acids by saponification with potassium alkali, followed by separation of fractions, the obtained carotenoid extract is washed with cold distilled water, after which it is subjected to vacuum thickening at a temperature of 45 ° C.

Недостатком изобретения является использование смеси гексана и этилового спирта, которые требуют дальнейшего удаления из продукта, а также процесс гомогенизации, который усложняет весь процесс получения конечного продукта и удорожает производство.The disadvantage of the invention is the use of a mixture of hexane and ethyl alcohol, which require further removal from the product, as well as the homogenization process, which complicates the entire process of obtaining the final product and increases the cost of production.

Краткое описание чертежей и иных материаловBrief description of drawings and other materials

На фиг. 1 представлена АСМ-микрофотография образца биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненного по Примеру 1.In FIG. 1 shows an AFM micrograph of a Chlorella vulgaris microalgae biomass sample made according to Example 1.

На фиг. 2 представлена АСМ-микрофотография образца биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненного по Примеру 2.In FIG. 2 shows an AFM micrograph of a Chlorella vulgaris microalgae biomass sample made according to Example 2.

На фиг. 3 представлена АСМ-микрофотография образца биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненного по Примеру 3.In FIG. 3 shows an AFM micrograph of a Chlorella vulgaris microalgae biomass sample made according to Example 3.

На фиг. 4 представлены результаты исследования антиоксидантной активности образцов биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненных по Примерам 1 - 3.In FIG. 4 shows the results of a study of the antioxidant activity of biomass samples of microalgae Chlorella vulgaris, performed according to Examples 1 - 3.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris.The problem to be solved by the invention is to obtain a biomass of microalgae Chlorella vulgaris.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к получению биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, которая найдёт своё применение в производстве кормовых добавок, витаминно-минеральных премиксов для животноводства, а также в пищевой промышленности для получения функциональных добавок для обогащения продуктов питания. The technical result that can be achieved using the present invention is to obtain a biomass of microalgae Chlorella vulgaris, which will find its application in the production of feed additives, vitamin and mineral premixes for animal husbandry, as well as in the food industry to obtain functional additives for food enrichment.

Технический результат достигается с помощью дезинтеграции клеток микроводорослей Chlorella vulgaris путем воздействия ультразвукового излучения со следующими значениями параметров:The technical result is achieved by disintegrating Chlorella vulgaris microalgae cells by exposure to ultrasonic radiation with the following parameter values:

частота озвучивания рабочего раствора sonication frequency of the working solution 40 - 60 кГц40 - 60 kHz частота модуляции УЗ-излученияmodulation frequency of ultrasonic radiation 70 - 100 Гц70 - 100 Hz время озвучивания рабочего раствораworking solution sonication time 23 - 60 минут23 - 60 minutes относительная мощность УЗ-излучения relative power of ultrasonic radiation 151 - 300 Вт/л151 - 300 W/l

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Пример 1.Example 1

Способ получения биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, заключающийся в следующем: микроводоросли Chlorella vulgaris помещают в питательную среду, содержащую следующий набор макро- и микроэлементов: N, P, Mg, K, S, Fe, Cu, Ca, Mn и Mo, при температуре 35 - 37 °С и pH = 5,5 - 6,5, через 72 часа экспозиции дисперсию микроводорослей Chlorella vulgaris отделяют и измельчают. Способ получения отличается тем, что измельчение проводят с помощью дезинтеграции клеток микроводорослей Chlorella vulgaris путем воздействия ультразвукового излучения со следующими значениями параметров:A method for obtaining biomass of microalgae Chlorella vulgaris, which consists in the following: microalgae Chlorella vulgaris are placed in a nutrient medium containing the following set of macro- and microelements: N, P, Mg, K, S, Fe, Cu, Ca, Mn and Mo , at a temperature of 35 - 37 ° C and pH = 5.5 - 6.5, after 72 hours of exposure, the dispersion of Chlorella vulgaris microalgae is separated and crushed. The production method differs in that the grinding is carried out by disintegrating Chlorella vulgaris microalgae cells by exposure to ultrasonic radiation with the following parameter values:

частота озвучивания рабочего раствора sonication frequency of the working solution 40 - 60 кГц40 - 60 kHz частота модуляции УЗ-излученияmodulation frequency of ultrasonic radiation 70 - 100 Гц70 - 100 Hz время озвучивания рабочего раствораworking solution sonication time 23 - 60 минут23 - 60 minutes относительная мощность УЗ-излучения relative power of ultrasonic radiation 151 - 300 Вт/л151 - 300 W/l

Затем биомассу микроводорослей Chlorella vulgaris высушивают при температуре 40 °C в течение 12 часов.Then the biomass of microalgae Chlorella vulgaris is dried at a temperature of 40 °C for 12 hours.

Пример 2. Example 2

Проводят аналогично Примеру 1, но со следующими значениями параметров ультразвукового излучения:Carried out similarly to Example 1, but with the following values of the parameters of ultrasonic radiation:

частота озвучивания рабочего раствора sonication frequency of the working solution 20 - 39 кГц20 - 39 kHz частота модуляции УЗ-излученияmodulation frequency of ultrasonic radiation 10 - 74 Гц10 - 74 Hz время озвучивания рабочего раствораworking solution sonication time 10 - 44 минут10 - 44 minutes относительная мощность УЗ-излучения relative power of ultrasonic radiation 40 - 74 Вт/л40 - 74 W/l

Затем биомассу микроводорослей Chlorella vulgaris высушивают при температуре 40 °C в течение 12 часов.Then the biomass of microalgae Chlorella vulgaris is dried at a temperature of 40 °C for 12 hours.

Пример 3. Example 3

Проводят аналогично Примеру 1, но со следующими значениями параметров ультразвукового излучения:Carried out similarly to Example 1, but with the following values of the parameters of ultrasonic radiation:

частота озвучивания рабочего раствора sonication frequency of the working solution 10- 19 кГц10-19 kHz частота модуляции УЗ-излучения modulation frequency of ultrasonic radiation 1 - 9 Гц1 - 9 Hz время озвучивания рабочего раствораworking solution sonication time 1 - 9 минут1 - 9 minutes относительная мощность УЗ-излучения relative power of ultrasonic radiation 10 - 39 Вт/л10 - 39 W/l

Затем биомассу микроводорослей Chlorella vulgaris высушивают при температуре 40 °C в течение 12 часов.Then the biomass of microalgae Chlorella vulgaris is dried at a temperature of 40 °C for 12 hours.

С целью исследования влияния параметров ультразвукового излучения на размерные характеристики клеток биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris образцы, выполненные по Примерам 1 - 3, исследовали методом атомно-силовой микроскопии. Также оценивали антиоксидантную активность суспензии микроводорослей Chlorella vulgaris. Оценку антиоксидантной активности проводили спектрофотометрическим методом на спектрофотометре СФ-56. In order to study the effect of ultrasonic radiation parameters on the dimensional characteristics of Chlorella vulgaris microalgae biomass cells, samples made according to Examples 1 to 3 were examined by atomic force microscopy. The antioxidant activity of the Chlorella vulgaris microalgae suspension was also evaluated. The antioxidant activity was assessed by the spectrophotometric method on an SF-56 spectrophotometer.

По результатам исследования с помощью метода атомно-силовой микроскопии получены микрофотографии образцов биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris (фиг. 1 - 3).According to the results of the study using the method of atomic force microscopy, microphotographs of biomass samples of microalgae Chlorella vulgaris were obtained (Fig. 1 - 3).

Анализ фиг. 1 показал, что размер отдельных клеток образца биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненного по Примеру 1, составляет порядка 0,6 - 1,2 мкм.Analysis of FIG. 1 showed that the size of individual cells of the biomass sample of microalgae Chlorella vulgaris, made according to Example 1, is of the order of 0.6 - 1.2 μm.

Анализ фиг. 2 показал, что размер отдельных клеток образца биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненного по Примеру 1, составляет порядка 1,5 - 3 мкм.Analysis of FIG. 2 showed that the size of individual cells of the biomass sample of microalgae Chlorella vulgaris, made according to Example 1, is on the order of 1.5 - 3 microns.

Анализ фиг. 3 показал, что размер отдельных клеток образца биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненного по Примеру 1, составляет порядка 3 - 6 мкм.Analysis of FIG. 3 showed that the size of individual cells of the Chlorella vulgaris microalgae biomass sample made according to Example 1 is on the order of 3-6 µm.

Результаты исследования антиоксидантной активности образцов биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненных по Примерам 1 - 3, представлены на фиг. 4. Антиоксидантная активность образца биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненного по Примеру 1, составила 87 мг/л в пересчете на галловую кислоту; образца биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненного по Примеру 2 - 50 мг/л в пересчете на галловую кислоту; образца биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, выполненного по Примеру 3 - 18 мг/л в пересчете на галловую кислоту.The results of the study of the antioxidant activity of samples of the biomass of microalgae Chlorella vulgaris, performed according to Examples 1 - 3, are shown in Fig. 4. Antioxidant activity of the biomass sample of microalgae Chlorella vulgaris, made according to Example 1, amounted to 87 mg/l in terms of gallic acid; a biomass sample of microalgae Chlorella vulgaris, made according to Example 2 - 50 mg/l in terms of gallic acid; a biomass sample of microalgae Chlorella vulgaris, made according to Example 3 - 18 mg/l in terms of gallic acid.

Claims (3)

Способ получения биомассы микроводорослей Chlorella vulgaris, характеризующийся тем, что микроводоросли Chlorella vulgaris помещают в питательную среду, содержащую следующий набор макро- и микроэлементов: N, P, Mg, K, S, Fe, Cu, Ca, Mn и Mo, при температуре 35–37 °С и pH=5,5–6,5, через 72 часа экспозиции дисперсию микроводорослей Chlorella vulgaris отделяют и измельчают с помощью дезинтеграции клеток микроводорослей Chlorella vulgaris путем воздействия ультразвукового излучения со следующими значениями параметров:A method for obtaining Chlorella vulgaris microalgae biomass, characterized in that Chlorella vulgaris microalgae are placed in a nutrient medium containing the following set of macro- and microelements: N, P, Mg, K, S, Fe, Cu, Ca, Mn and Mo , at a temperature of 35 –37 °C and pH=5.5–6.5, after 72 hours of exposure, the dispersion of Chlorella vulgaris microalgae is separated and crushed by disintegrating Chlorella vulgaris microalgae cells by exposure to ultrasonic radiation with the following parameter values: частота озвучивания рабочего раствора sonication frequency of the working solution 40–60 кГц 40-60 kHz частота модуляции УЗ-излучения modulation frequency of ultrasonic radiation 70–100 Гц 70–100 Hz время озвучивания рабочего раствораworking solution sonication time 23–60 минут 23–60 minutes относительная мощность УЗ-излучения relative power of ultrasonic radiation 151–300 Вт/л,151–300 W/l,
затем биомассу микроводорослей Chlorella vulgaris высушивают при температуре 40 °C в течение 12 часов.then the biomass of microalgae Chlorella vulgaris is dried at a temperature of 40 °C for 12 hours.
RU2022134122A 2022-12-23 Method for obtaining biomass of microalgae chlorella vulgaris RU2797012C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2797012C1 true RU2797012C1 (en) 2023-05-30

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2144078C1 (en) * 1998-02-17 2000-01-10 Акционерное общество открытого типа "Биохиммаш" Method of preparing blue-green alga spirulina enriched with trace elements
US20140242641A1 (en) * 2011-07-18 2014-08-28 Technische Universiteit Delft Method for obtaining an open phototrophic culture with improved storage compound production capacity
US20180223247A1 (en) * 2013-07-25 2018-08-09 Corbion Biotech, Inc. Method for optimising the production efficiency, organoleptic quality and stability over time of a protein-rich microalgae biomass
RU2668162C1 (en) * 2017-12-06 2018-09-26 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Method of chlorella microalgae cultivation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2144078C1 (en) * 1998-02-17 2000-01-10 Акционерное общество открытого типа "Биохиммаш" Method of preparing blue-green alga spirulina enriched with trace elements
US20140242641A1 (en) * 2011-07-18 2014-08-28 Technische Universiteit Delft Method for obtaining an open phototrophic culture with improved storage compound production capacity
US20180223247A1 (en) * 2013-07-25 2018-08-09 Corbion Biotech, Inc. Method for optimising the production efficiency, organoleptic quality and stability over time of a protein-rich microalgae biomass
RU2668162C1 (en) * 2017-12-06 2018-09-26 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Method of chlorella microalgae cultivation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
УСТИНСКАЯ Я.В. и др. "Исследование влияния режимов дезинтеграции клеток ультразвуком на процесс экстракции внутриклеточного белка микроводорослей". Проблемы техногенной безопасности и устойчивого развития. Выпуск XIII. Тамбов, ФГБОУ ВО "ТГТУ", 2021. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103571906B (en) A kind of new method efficiently producing astaxanthin using microalgae
JP6414904B2 (en) Process for the production of microalgae, cyanobacteria and their metabolites
KR101577820B1 (en) Novel culture process for a heterotrophic microalga
Hoshida et al. Accumulation of eicosapentaenoic acid in Nannochloropsis sp. in response to elevated CO 2 concentrations
ES2704903T3 (en) Uncoupled cell culture procedure
RU2478700C2 (en) Golden algae and method for production thereof
ES2650440T3 (en) Production of docosahexaenoic acid and astaxanthin in myxotrophic mode by Schizochytrium
CN106906142A (en) A kind of large-scale method for producing of high content astaxanthin blood cell algae
JP2016523553A (en) A new strain of Aurantiochytrium
CN102212491A (en) Simple culture method of photosynthetic bacteria with high cell concentration
CN104046566B (en) Method for rapidly preparing high-density and high-purity algae
CN106190853B (en) A kind of red algae cultural method of high yield phycocyanin
Grubišić et al. Potential of microalgae for the production of different biotechnological products
Indrayani Isolation and characterization of microalgae with commercial potential
WO2015085631A1 (en) Method for culturing botryococcus spp. with high yield
Ren et al. Enhanced photoautotrophic growth of Chlorella vulgaris in starch wastewater through photo-regulation strategy
RU2797012C1 (en) Method for obtaining biomass of microalgae chlorella vulgaris
Borowitzka Algae as food
KR101168140B1 (en) Manufacturing method of live chlorella eatable with natural condition
JP5909757B1 (en) Daphnia culture set and Daphnia continuous culture method
CN107189946A (en) A kind of method for avoiding microalgae Xanthophyll cycle to improve astaxanthin yield
RU2668162C1 (en) Method of chlorella microalgae cultivation
KR20020057882A (en) The method and apparatus for cultivation of minuteness algoid
Fagiri et al. Impact of physico-chemical parameters on the physiological growth of Arthrospira (Spirulina platensis) exogenous strain UTEXLB2340
KR20130006409A (en) Photobioreactor and microalgae culture method, and microalgae harvesting method by using that