无机碳源对小球藻自养产油脂的影响

旨在研究小球藻利用无机碳自养产油脂,考察了3种无机碳源 (Na2CO3、NaHCO3和CO2) 及其初始浓度对小球藻产油特性的影响。结果表明,小球藻能利用Na2CO3、NaHCO3和CO2产油;经Na2CO3、NaHCO3和CO2培养10 d后,随着每种无机碳源浓度的增加,小球藻产量均先增加后减少。小球藻经3种无机碳源培养后,其培养液pH值上升。最适宜的Na2CO3和NaHCO3添加量均为40 mmol/L,其生物量分别达到0.52 g/L和0.67 g/L,产油量分别达到0.19 g/L和0.22 g/L。在3种无机碳源中,CO2是最佳无机碳源,当CO2浓度为6％时,小球藻生长最快,生物量达2.42 g/L,产油量最高达0.72 g/L;当CO2浓度过低时,无机碳供应不足,油脂产量低;当CO2浓度过高时,培养液pH偏低,小球藻油脂积累受到抑制。Na2CO3和NaHCO3较CO2更有利于小球藻积累不饱和脂肪酸。     

有机碳源对三角褐指藻生长、胞内物质和脂肪酸组分的影响

研究了3种有机碳对三角褐指藻生长、胞内物质和脂肪酸组分的影响。结果表明, 三角褐指藻具有利用有机碳进行兼养生长的能力, 生长速率加快, 倍增时间缩短, 生物量显著提高, 100 mmol/L甘油兼养的生物量最高(713 mg/L), 是自养(460 mg/L)的1.60倍, 乙酸钠和葡萄糖兼养的生物量分别是自养的1.28倍和1.21倍。兼养下蛋白质含量较自养明显下降, 碳水化合物和总脂含量高于自养, 乙酸钠和甘油兼养的总脂含量分别是自养的1.43倍和1.20倍, 葡萄糖兼养的总脂含量与自养无明显差异。3种有机碳兼养的饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸占总脂肪酸的比例增大, 多不饱和脂肪酸比例降低, EPA(eicosapentaenoic acid)比例降低, 乙酸钠兼养的胞内EPA含量(6.23%)和产量(36.59 mg/L)均高于自养, 分别是自养的1.10倍和1.40倍, 甘油和葡萄糖兼养的EPA含量和产量均低于自养。     

碳源种类及碳氮比对眼点拟微绿球藻生长密度、油脂含量和脂肪酸组成的影响

研究了三种碳源Na2CO3、NaHCO3、葡萄糖对眼点拟微绿球藻生长密度和油旨含量的影响,实验结果表明相对于葡萄糖,无机碳源NaHCO3更利于眼点拟微绿球藻的生长.以NaHCO3为碳源,研究了在不同的接种密度、NaNO3浓度下,C/N对眼点拟微绿球藻生长密度和油脂含量的影响.实验结果表明,C/N对眼点拟微绿球藻生长密度的影响与接种密度和NaNO3浓度有关,在高的NaNO3浓度时,C/N对眼点拟微绿球藻生长密度的影响很小;在低的NaNO3浓度时,随着C/N比的增加,微绿球藻的生长密度先增加后下降,存在最佳的C/N比.最佳的C/N比随接种密度而变化,在接种密度为OD440=0.10时,最佳C/N比为3,当接种密度提高到OD440=0.70时,最佳C/N比增加到5.NaNO3浓度和C/N对微藻油脂含量均有较大影响,在不同的接种密度和NaNO3浓度下都表现为C/N=1时最利于微藻油脂的积累,这与卡尔文循环过程中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的活性有关.本实验的最佳产油培养条件为以NaHCO3为碳源,初始接种密度为OD440=0.70,C/N=1∶1,CNaNO3=0.225g/L,此时油脂产率为56.7 mg/(L·d),EPA产率为6.5 mg/(L·d).     

通入CO2和补加氮源对紫球藻生长和代谢物质积累的影响

论文研究了柱状光生物反应器中CO2浓度和氮源添加模式等培养条件对紫球藻(Porphyridium sp.UTEX 637)生长和主要代谢产物积累的影响。结果表明,通入CO2能显著促进紫球藻的生长及胞外多糖、水溶性蛋白和总脂等生物活性物质的积累,其中1%的CO2浓度对紫球藻的生长及活性物质积累最有利,该条件下紫球藻的最高干重可达到8.14 g/L,是对照组的4.93倍;胞外多糖产量明显高于对照组,最高可达到238.8 mg/L;补加氮源KNO3对紫球藻生长及胞外多糖、水溶性蛋白含量均有明显的促进作用,最高干重、胞外多糖含量可分别达到对照组的1.5倍和1.25倍,但不利于总脂的积累。     

碳源、氮源对异养单针藻Monoraphidium sp. FXY-10油脂积累和脂肪酸组成的影响

研究了碳源与氮源对单针藻Monoraphidium sp. FXY-10异养培养的影响。以BG-11为基础培养基,通过添加不同类型、浓度梯度碳源和氮源,比较分析微藻生物量、油脂积累以及脂肪酸组成。结果表明,以葡萄糖作碳源,硝酸钠为氮源,微藻细胞积累的油脂是理想的生物柴油制备原料。硝酸钠浓度分别为1.00、3.00和5.00 g/L时,对油脂产量影响不显著(P>0.05)。葡萄糖浓度为10.00 g/L,硝酸钠为氮源油脂产量达到实验最高值0.84 g/L,其油脂脂肪酸组成主要由C16:0和C18:1等短链饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸组成,不饱和度值(DU)为61.98,相对偏低。     

13种微藻的脂肪酸组成分析

分析了13种微藻(包括7种绿藻,5种杂色藻和1种红藻)的总脂含量和脂肪酸组成,结果表明,不同门类微藻的脂肪酸组成差异较大:绿藻的脂肪酸组成以C16和C18为主;杂色藻类的脂肪酸组成相近,金藻门含有14:0、16:0、18:1、18:4等特征脂肪酸,三角褐指藻主要的脂肪酸为14:0、16:0、16:1、16:3和20:5,而粉核油球藻的脂肪酸以14:0、16:0、20:5为主;紫球藻的脂肪酸组成以16:0、20:4和20:5为主。在测试的13种微藻中,杜氏盐藻的亚麻酸含量最高,占总脂肪酸的60.9%;等鞭金藻的十八碳四烯酸含量最高,占总脂肪酸的19.6%;紫球藻和粉核油球藻中花生四烯酸与二十碳五烯酸(EPA)含量分别占总脂肪酸的17.1%和20.9%。     

碳源和氮源对5-酮基-葡萄糖酸生成的影响

氧化葡萄糖杆菌Gluconobacter oxydans可以将葡萄糖氧化成葡萄糖酸,并进一步氧化成2-酮基-葡萄糖酸(2KGA)和5-酮基-葡萄糖酸(5KGA),其中5KGA在催化剂的作用下能够转化为L(+)-酒石酸。为了提高5-酮基-葡萄糖酸产量,以仅生成5KGA的氧化葡萄糖杆菌Gluconobacter oxydans HGI-1为出发菌株,研究不同碳源(蔗糖、乳糖、麦芽糖、淀粉、葡萄糖)和有机氮源(酵母浸粉、鱼粉、玉米浆、黄豆饼粉、棉籽饼粉)对5KGA产量的影响。500 mL摇瓶试验结果表明,当葡萄糖浓度为100 g/L时,5KGA产量最高为98.20 g/L;当有机氮源为酵母浸粉、鱼粉和玉米浆,其添加量的蛋白含量为1.60%时,5KGA产量分别为100.20 g/L、109.10 g/L和99.83 g/L,其中,使用鱼粉的5KGA产量最高,使用玉米浆的5KGA产量比酵母浸粉略低。出于经济考虑,文中选择玉米浆作有机氮源,并在5 L发酵罐中进行分批发酵放大试验,5KGA的产量为93.80 g/L,最大生成速率为3.48 g/(L·h),平均生成速率为1.56 g/(L·h)。结果表明,葡萄糖和玉米浆分别为Gluconobacter oxydans HGI-1规模化生产5KGA的最适碳源和氮源,可利用葡萄糖几乎全部(85.93%)转化为5KGA。     

盐单胞菌利用短链脂肪酸合成聚羟基脂肪酸酯

盐单胞菌(Halomonas)能够利用多种底物为碳源生长,由于其能在高盐条件下进行不灭菌的开放发酵,已被开发用作下一代生物技术的底盘细胞。包括乙酸、丙酸和丁酸在内的短链挥发性脂肪酸能够以生物质为原料制备,有望成为用于微生物发酵的新型碳源。利用10-50 g/L浓度的丁酸为碳源对Halomonassp.TD01和TD08进行摇瓶培养,结果发现Halomonassp.TD01和TD08能够有效利用丁酸合成聚-3-羟基丁酸酯,20 g/L丁酸获得的聚酯产量最高,分别达到9.12 g/L和7.37 g/L;更高浓度的丁酸抑制了细胞生长,50 g/L丁酸条件下的聚酯产量下降至4.00 g/L以下。此外,Halomonassp.TD08可以利用丁酸和丙酸为混合碳源合成3-羟基丁酸和3-羟基戊酸共聚酯,但丙酸对细胞生长具有较大毒性,2 g/L丙酸和20 g/L丁酸为混合碳源时的细胞干重仅为0.83 g/L,聚酯产量仅为0.15 g/L。通过添加甘油为辅助碳源,明显改善了细胞生长,使得共聚酯的产量提高至3.95 g/L,其中3-羟基戊酸单体含量为8.76 mol%。短链挥发性脂肪酸在盐单胞菌生产聚羟基脂肪酸酯中具有良好的应用前景。     

富碳培养对海洋富油微藻油脂积累特性的影响

实验针对三株海洋富油微藻:球等鞭金藻（Isochrysis galbana CCMM5001）、一种等鞭金藻（Isochrysis sp. CCMM5002）和一种微拟球藻（Nannochloropsis sp. CCMM7001）,研究了它们在通入0.03%（空气）、5%、10%三个浓度CO2培养条件下的生长特性,同时考察了其总油脂及中性脂的累积情况。结果显示,富碳培养有利于这三株海洋微藻的生长,但最适生长的CO2浓度不同。球等鞭金藻（Isochrysis galbana CCMM5001）和等鞭金藻（Isochrysis sp. CCMM5002）在通入10% CO2时具有最大产率,分别达到（182.287.07） mg/（Ld）和（164.227.10） mg/（Ld）,而微拟球藻在通入5%时具有最大产率,达到（122.251.17） mg/（Ld）,随着CO2浓度的增加,三株海洋微藻的总脂含量和中性脂含量有明显提高。在通入10% CO2条件下,球等鞭金藻（Isochrysis galbana CCMM5001）、等鞭金藻（Isochrysis sp. CCMM5002）和微拟球藻（Nannochloropsis sp. CCMM7001）的总脂含量分别达到（45.154.03）%、（47.151.20）%和（41.201.69）%;从中性脂的累积规律来看,三株藻均在平台期的累积达到最大,脂肪酸分析结果表明三株藻种适合制备生物柴油的C14-C18系脂肪酸相对含量在不同CO2条件下基本保持不变,维持在90%左右。实验结果显示,研究的藻株作为富油高固碳优良藻株,具备用于海洋生物质能耦合CO2减排开发的潜力。       

酿酒酵母工程菌高密度培养生产香紫苏醇

为提高酿酒酵母工程菌S7香紫苏醇产量,采用摇瓶培养,研究了其生长和代谢特点,发现产物合成与菌体生长密切关联。在3 L发酵罐中通过补料-溶氧联动控制的方式,以葡萄糖、乙醇和葡萄糖/乙醇混合物为碳源进行高密度培养,香紫苏醇产量分别达到253 mg/L、386 mg/L和408 mg/L,最高产量是摇瓶培养的27倍。说明添加乙醇作为碳源有助于香紫苏醇合成。研究结果对优化酿酒酵母细胞工厂,高效生产萜类化合物具有重要参考价值。     

Increase of the yields of eicosapentaenoic and docosahexaenoic acids by the microalga Pavlova lutheri following random mutagenesis

The high commercial values of eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) acids have driven a strain-improvement program, aimed at increasing the content of those fatty acids in the microalga Pavlova lutheri (SMBA 60) as parent strain. After a round of mutation using UV-light as mutagenic agent, an isolate strain (tentatively called II#2) was obtained, the EPA and DHA contents of which (in % dry biomass) were 32.8% and 32.9% higher than those of the control, native strain. The final EPA yields, when the cultures were maintained under appropriate conditions, were 17.4 and 23.1 mg. g(-1) dry biomass, for the wild-type and the II#2 strain, respectively, whereas the final DHA yields were 8.0 and 10.6 mg. g(-1) dry biomass, respectively. These results suggest that random mutagenesis can successfully be applied to increase the yield of n-3 fatty acids by microalgae.     

Growth inhibition of Monodus subterraneus by free fatty acids

Monodus subterraneus is a microalga, which is known for its high eicosapentaenoic acid (EPA; 20:5omega3) content. To produce EPA commercially, high volumetric productivities of microalgae are required. These high productivities can be reached in flat panel photobioreactors with small optical paths that have to be operated at high cell densities (>10 g/L). However, at these cell densities a reduction of productivity is observed. This growth inhibition is probably caused by growth inhibitors released by the microalgae, which have been suggested to be fatty acids. Our aim was to investigate if free fatty acids produced by M. subterraneus inhibited growth of this species. Therefore a bioassay was developed and saturated, unsaturated and poly-unsaturated fatty acids occurring in Monodus were tested on their growth inhibiting properties. Growth of M. subterraneus was completely inhibited at a saturated concentration (96 microM) of palmitoleic acid (16:1omega7). But, the saturated fatty acid palmitic acid (16:0) and the mono-saturated oleic acid (18:1omega9) were much stronger inhibitors. Growth was inhibited for 50% already at concentrations of 0.4 microM 16:0 and 3 microM 18:1omega9, respectively. These fatty acids probably cause the growth inhibition in high cell density cultures of M. subterraneus.     

Sustainable production of eicosapentaenoic acid-rich oil from microalgae: Towards an algal biorefinery

Utilization of sustainable natural resources such as microalgae has been considered for the production of biofuels, aquaculture feed, high-value bioactives such as omega-3 fatty acids, carotenoids, etc. Eicosapentaenoic acid (EPA) is an omega-3 fatty acid present in fish oil, which is of physiological importance to both humans and fish. Marine microalgae are sustainable sources of lipid rich in EPA, and different species have been explored for the production of EPA as a single product. There has been a rising interest in the concept of a multi-product biorefinery, focusing on the maximum valorization of the algal biomass. Targeting one or more value-added compounds in a biorefinery scenario can improve the commercial viability of low-value products such as triglycerides for biofuel. This approach has been viewed by technologists and experts as a sustainable and economically feasible possibility for the large-scale production of microalgae for its potential applications in biodiesel and jet fuel production, nutraceuticals, animal and aquaculture feeds, etc. In this review paper, we describe the recent developments in the production of high-value EPA-rich oil from microalgae, emphasizing the upstream and downstream bioprocess techniques, and the advantages of considering an EPA-rich oil-based biorefinery.     

不同无机碳源对粉核油球藻生长的影响

研究了2种无机碳源对粉核油球藻(Pinguiococcus pyrenoidosus CCMP2078)生长的影响。结果表明,适量添加NaHCO₃和通CO₂对P.pyrenoidosus CCMP2078的生长均有促进作用,NaHCO₃的添加方式对该藻的生长具有显著差异。一次性添加和分批添加NaHCO₃的优化浓度分别为5mmoL·L^-1和20mmoL·L^-1,后者对数生长末期的细胞密度、干重和比生长速率均最高,分别为8.93×10⁶cells·mL^-1,0.247g·L^-1和0.225dL^-1。通入CO₂的体积分数为0.5%时,最有利于藻细胞的生长,对数生长末期的细胞密度、干重和比生长率分别为3.83×10⁷cells·mL^-1、0.42g·L^-1和0.212d^-1。     

外源碳源和盐度对微拟球藻QA2生长和油脂积累的影响

微藻因生长速度快、含油量高、可作为生物柴油的优质原料而备受关注。本实验以一株海洋微拟球藻QA2为材料,研究了外源碳源的种类和浓度对其生长和油脂积累的影响。结果表明,以NaHCO3、CH3COONa和Na2CO3为外源碳源均能促进QA2藻株的生长,但以培养液中添加15mmol·L^-1CH3COONa对QA2藻株的生长和油脂积累的促进作用最为明显,总脂和脂肪酸的日产率分别是对照的2．73倍和5．67倍。同时利用叶绿素荧光技术研究了盐度对QA2光合作用的影响,表明QA2对盐度有较宽的适应范围,盐度在1．5％～6．0％范围内,不会对油脂产率造成明显的影响,但盐度增加能抑制QA2藻株PSII的电子传递,引起反应中心色素和捕光色素的降解,影响QA2的光合作用和生长,可见QA2培养的最适盐度应为3．0％。这为开放式规模培养微藻及其相关研究提供依据和参考。