Тезисы
апрель 2017

Розробка технології періодичного культивування Chlorella Ellipsoides


Семенов М. І. , Прокофьева М. А. , Степневська Я. В.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

На сьогоднішній день стає актуальним питання розробки технології ефективного культивування біопродуцентів які б могли забезпечити ефективне та економічне виправдане накопичення біомаси та біологічно-активних речовин для потреб тваринницького сектору сільського-сподарського виробництва.

Таким продуцентом може бути одноклітинна водорість Chlorella ellipsoides, тому що вона невибаглива до складу поживного середовища, витримує пряме сонячне освітлення, легко пристосовується до зміни умов культивування та забезпечує ефективне накопичення протеїну, жирів і біологічно-активних речовин. Культивування водоростей дозволяє вирішити також цілий ряд екологічних проблем: фіксація надлишкового вуглекислого газу атмосфери, біотрансформація стічних вод, отримання антибіотику природного походження хлорелліну та ін.

Але не зважаючи на усі переваги такого культивування в Дніпропетровській області майже не існує підприємств, які б займалися випуском продукції на основі біомаси хлорели, це пов’язано з використанням сталої технології культивування протягом року, яка не дозволяє отримувати стабільні врожаї. Тому при розробці ефективної технології вирощування Chlorella ellipsoides необхідно враховувати сезонні регіональні особливості її культивування.

Нами було досліджено вплив складу поживних середовищ на умови культивування хлорели при мінімальних для кріофільних штамів температурах та мінімальній інтенсивності освітлення, що максимально наближено до вирощування водоростей в осінньо-зимовий період.

Для даного дослідження були вибрані наступні середовища: №1 (середовище Майерса) та №2 (збалансоване середовище), склад яких наведено в таблиці 1.

Періодичне культивування Chlorella ellipsoides проводилось у біореакторах об’ємом 8л, при температурі 11 оС з постійним барбатажем кімнатнім повітрям (4,5 л/хв) за допомогою Air Pump AC-9603 та при освітленні люмінесцентною фітолампою (OSRAM Fluora L36W/77) 1000 лк. Після внесення інокулята концентрація клітин в біореакторі становила 8,5 тис. кл/л.

Таблиця 1 – Склад поживних середовищ

Середовище №1 (Майерса)* Середовище №2
Речовина Концентрація, моль/л Речовина Концентрація моль/л
KH2PO4 0,009 KH2PO4 0,011
MgSO4∙7H2O 0,005 MgSO4∙7H2O 0,003
KNO3 0,012 (NH2)2CO 0,02
Fe2(SO4)3 0,00019 (NH4)MoO4 0,001

* – до складу середовища Майерса додається розчин мікроелементів у який входять солі марганцю (II), цинку, молібдену (VI), ванадію (V), купруму, кобальту, йоду, вольфраму та нікелю (II).

Криві росту водорості Chlorella ellipsoides (рис.1) свідчать, що розвиток культури на перших етапах росту – лаг-фаза та фаза прискореного росту на обох середовищах відбувається за однакові проміжки часу 2-3 доби, що можна пояснити схожістю джерел енергії та вуглецю між середовищами культивування та тим на якому зберігався інокулят. А фаза експоненційного росту показала, що максимальна швидкість поділу клітин при низьких температурах та мінімальному освітлення спостерігається на середовищі Майерса, вже за 11 діб вдалося досягти максимальної концентрації клітин – 11 млн.кл/л. При культивування хлорели на середовищі №2 за 11 діб ростові характеристики культури не досягли стаціонарної фази, хоча за той же період часу на середовищі №1 спостерігали фазу відмирання.

Рисунок 1 – Криві росту культури Chlorella ellipsoides при періодичному культивування на різних середовищах.

Мікроскопіювання клітин показало, що Chlorella ellipsoids культивована на середовищі Майерса мала більші розміри та була інтенсивніше забарвлена в зелений колір, ніж та яка була вирощена на середовищі №2, що свідчить про наявність в клітинах більшого вмісту хлорофілу.

Таким чином встановлено, що для культивування штаму Chlorella ellipsoids в умовах характерних для психрофільних культур оптимальним середовищем є середовище Майерса, яке дозволяє за короткий період часу (10-12 діб) отримати максимальний вихід біомаси з високою активністю одиниць хлорофілу. Отримані результати можуть бути використані для розробки біотехнологічної лінії періодичного культивування хлорели в осіннє – зимовий період в умовах помірно-континентального клімату.