Assessment of the effects of growth conditions on starch and lipid accumulation in microalgae

Abstract

Mikroalglerin ürettiği lipitlerden elde edilen biyodizel umut vadedici bir enerji kaynağı olarak görülmektedir. Biyodizelin üretim maliyeti ve kalitesi ticarileşmesi açısından iki önemli parametredir. Sunulan çalışmada, potansiyel biyodizel kaynağı olarak bir tatlı su mikroalgi olan Chlorella vulgaris SAG 211-12, BG-11 besiyerinde büyütülmüştür. Farklı konsantrasyonlardaki NaCl, glukoz ve gliserol içeriğinin Chlorella vulgaris’ in büyüme profili ile nişasta ve lipit üretimi üzerine etkisinin araştırılması hedeflenmiştir. NaCl, glukoz ve gliserol konsantrasyonları için deneysel aralık, merkezi karma dizayn (central composide design) yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. En yüksek büyüme hızı olan 0.635 d-1, 0.9% NaCl, 0.8% glukoz ve gliserol içeren BG-11 besiyerinde elde edilmiştir. Palmitik asit (C16:0), stearik asit (C18:0), oleik asit (C18:1), linoleik asit (C18:2), linolenik asit (C18:3), miristik asit (C14:0) ve pentadekanoik asit (C15:0) Chlorella vulgaris SAG 211-12 hücreleri tarafından üretilen temel yağ asitleridir. Bu yağ asitlerinin, toplam kültür hacmi olan 150 mL’ deki maksimum 2.571 mg değerine 0.9% NaCl, 0.8% glikoz ve gliserol varlığında ulaştığı görülmüştür. 0.9% NaCl, 0.3% glikoz ve gliserol içeren BG-11 besiyerinde en yüksek palmitik asit (C16:0) oranı (40.67%) elde edilmiştir. En yüksek stearik asit (C18:0) oranı ise (22.16%), 2.5% NaCl, 0.6% glikoz ve gliserol içeren BG-11 besiyerinde elde edilmiştir.En yüksek toplam yağ asidi metil ester (mg) miktarı ve C16:0 oranına ulaşmak amacıyla besiyerine eklenmesi gereken NaCl, glikoz ve gliserol bileşenlerinin optimizasyonu gerçekleştirilmiş ve tahmin edilen maksimum toplam yağ asidi metil ester miktarına (2.6169 mg) 0.9% NaCl, 0.8% glikoz ve 0.9424% gliserol varlığında ulaşılacağı belirlenmiştir. Optimizasyon sonuçlarına göre, en yüksek C16:0 oranını sağlayan optimum besiyerinin, 0.5% NaCl, 1.0% glikoz ve 1.0% gliserol içeren BG-11 besiyeri olduğu ve bu besiyerinde kütlece maksimum C16:0 yüzdesinin 39.76% olacağı bulunmuştur.

Biodiesel obtained from microalgal lipids is considered as a promising energy source. Cost of production and quality of biodiesel are two important parameters for commercialization. In this study a freshwater microalgae Chlorella vulgaris SAG 211-12 as a potential biodiesel source was cultivated in BG-11 medium. Growth profile, carbohydrate and lipid accumulation of cells were investigated in the presence of various concentrations of NaCl, glucose and glycerol. Experimental range of NaCl, glucose and glycerol concentrations were determined using central composite design. Results showed that cells reached the highest growth rate of 0.635 d-1 in the BG-11 medium containing 0.9% NaCl, 0.8% glucose and glycerol. Palmitic acid (C16:0), stearic acid (C18:0), oleic acid (C18:1), linoleic acid (C18:2), linolenic acid (C18:3), myristic acid (C14:0) and pentadecanoic acid (C15:0) were the common fatty acids produced by Chlorella vulgaris SAG 211-12. Total amount of those fatty acids in 150 mL culture volume was maximum of 2.571 mg in the presence of 0.9% NaCl, 0.8% glucose and glycerol. In BG-11 medium including 0.9% NaCl, 0.3% glucose and glycerol, palmitic acid (C16:0) mass fraction was maximum of 40.67% of total fatty acids. The highest stearic acid (C18:0) mass fraction (22.16%) was obtained in the presence of 2.5% NaCl, 0.6% glucose and glycerol.In order to reveal best medium for maximum total FAME (mg) accumulation and C16:0 mass fraction, optimization of NaCl, glucose and glycerol concentrations in growth medium was performed. Results demonstrated that maximum predicted value for total FAME amount was 2.6169 mg in the presence of 0.9 % NaCl, 0.8% glucose and 0.9424% glycerol. BG-11 medium containing 0.5% NaCl, 1.0% glucose and 1.0% glycerol was predicted to be the optimum medium for highest C16:0 mass fraction of 39.76%.