微細藻類の混合栄養成長におけるC/N比の役割、および経済的なバイオディーゼル応用における細胞凝集と脂質向上のためのチタンナノ粒子の組み込み

Role of C/N ratio on microalgae growth in mixotrophy and incorporation of titanium nanoparticles for cell flocculation and lipid enhancement in economical biodiesel application.

• Anwesha Khanra
• Shrasti Vasistha
• Prabhanshu Kumar
• Monika Prakash Rai

抄録

本研究の目的は、微細藻類の混合栄養成長における炭素/窒素比（C/N）の影響、および細胞の回収と脂質改善におけるナノ材料の役割を評価することである。本研究では、3種の微細藻類を単離し、脂質同化のために地元の淡水域からスクリーニングした。微細藻類を同定し、様々な有機炭素源を用いた各微細藻類株の混成栄養培養は、光オートトロフィックモードとは対照的に好ましいものであった。その結果、スクロースは3.5g/Lの微細藻類バイオマスと58.35%の脂質含量を向上させるための主要な供給源として代表的であり、対照と比較して有意な改善が見られた。その後、C/N比を最適化するために、応答表面方法論-中央複合設計（RSM-CCD）ツールを採用し、最大5.02g/Lのバイオマス生産と60.34%の脂質含量の増加を実証した。培養液にTiナノ粒子(Ti nps)を添加し、固定相で脂質を増加させ、ナノ粒子(np)を介在させた凝集技術を用いてバイオマスの除去を行った。15ppmのTi npsの最適濃度を決定した結果、45分間の沈殿時間で82.46%の細胞収穫効率が得られ、1.23倍の脂質増強効果が報告された。抽出された脂質はトランスエステル化により脂肪酸メチルエステル(FAME)に変換され、ガスクロマト質量分析法(GC-MS)により分析された。FAMEの特性評価の結果、56.31%の飽和脂肪酸(SFA)と29.06%の不飽和脂肪酸(UFA)が存在し、持続可能なバイオディーゼル生産に向けて処理できることが明らかになった。したがって、私たちの結果は、混合栄養栽培とTi npsの統合は、微細藻類のバイオマスと脂質強化のための新しい費用対効果の高いアプローチとして浮上していることを示唆した。

Present study aimed to evaluate the influence of carbon/nitrogen ratio (C/N) on mixotrophic growth of microalgae and role of nanomaterial in cell recovery and lipid improvement. In this study, three microalgae species were isolated, screened from local freshwater body for lipid assimilation. The microalgae were identified as and Mixotrophic cultivation of each microalgae strain using various organic carbon sources was preferred in contrast with photoautotrophic mode. Sucrose represented as the preeminent source for enhancing the microalgae biomass of 3.5 g/L and lipid content of 58.35%, which was a significant improvement as compared to control. Later, response surface methodology-central composite design (RSM-CCD), tool was employed to optimize the C/N ratio and demonstrated the maximum biomass production of 5.02 g/L along with the increased lipid content of 60.34%. Ti nanoparticles (Ti nps) were added to the culture for lipid enhancement in the stationary phase and biomass removal was performed by nanoparticle (np)-mediated flocculation technique. Optimized concentration of 15 ppm Ti nps determined the cell harvesting efficacy of 82.46% during 45 min of sedimentation time and 1.23-fold lipid enhancement was reported. Extracted lipid was converted to fatty acid methyl esters (FAME) by the process of transesterification and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Characterization of FAME revealed the presence of 56.31% of saturated fatty acid (SFA) and 29.06% unsaturated fatty acids (UFA) that could be processed towards sustainable biodiesel production. Hence, our results suggested that integration of mixotrophic cultivation and Ti nps emerged as a new cost-effective approach for biomass and lipid enhancement in microalgae

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