بررسی اثر شوری و نیتروژن بر تولید لیپید در ریزجلبک Chlorella vulgaris EP 33 با روش سطح پاسخ

محورهای موضوعی : ریزجلبک

سمیرا سعیدی اکبرزاده ¹ , الهه پورفخرایی ^{2 *} , محسن زرگر ³ , سید سهیل آقائی ⁴ , فرهاد جدیدی ⁵

1 - گروه میکروبیولوژی، واحد قم، دانشگاه آزاد اسلامی، قم، ایران
2 - گروه بیوتکنولوژی صنعت و محیط پژوهشکده علوم پایه کاربردی، جهاد دانشگاهی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
3 - مرکز تحقیقات تولید و بازیافت مواد و انرژی، واحد قم، دانشگاه آزاد اسلامی، قم، ایران
4 - مرکز تحقیقات تولید و بازیافت مواد و انرژی، واحد قم، دانشگاه آزاد اسلامی، قم، ایران
5 - گروه بیوتکنولوژی صنعت و محیط، پژوهشکده علوم پایه کاربردی، جهاددانشگاهی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1402/09/29 تاریخ پذیرش : 1403/07/02 تاریخ انتشار : 1403/07/03

کلید واژه: &quot, بهینه‌سازی با روش شناسی سطح پاسخ&quot, , &quot, کلرلا ولگاریس&quot, , &quot, شوری&quot, , &quot, نیتروژن&quot, , &quot, لیپید&quot, ,

چکیده مقاله :

افزایش محتوای لیپید باهدف استفاده در مکمل‌های غذایی و بیودیزل دارای اهمیت است. تغییر غلظت شوری و نیتروژن از استراتژی‌های مهم و کاربردی در این راستا می‌باشد. جلبک Chlorella vulgaris EP33 که از آب‌های مناطق شمالی ایران جداسازی و شناسایی‌شده، به‌عنوان منبع لیپید می‌تواند مورداستفاده قرار گیرد. در این مطالعه برای بهینه‌سازی تجمع لیپید از طراحی مرکب مرکزی با روش سطح پاسخ شامل 3 تکرار در نقطه مرکزی و 11 آزمایش استفاده شد. محتوای لیپید اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که بیشترین محتوای لیپید در شرایط بهینه نیتروژن 10 و شوری 115 میلی مولار (503/0 گرم بر گرم بیومس خشک) به‌دست آمد و میزان رشد در این شرایط نصف مقدار شرایط بهینه در نیتروژن 10 و شوری صفر بود. مقادیر تجربی و مقادیر پیش‌بینی‌شده با نرم‌افزار نیز دارای روابط منطقی بودند که نشان‌دهنده تناسب مدل‌های به‌کاررفته و نیز سازگاری روش سطح پاسخ برای تعیین شرایط بهینه بوده است. با تغییرات غلظت برخی عوامل مؤثر در تولید لیپید، می‌توان برای بهینه‌سازی اقتصادی تولید لیپید با اهداف کاربردی استفاده کرد. در این مطالعه مشاهده شد که تأمین نیتروژن باعث افزایش سطح تحمل ریزجلبک مدنظر به شوری به‌عنوان یک راه عملی برای افزایش تولید لیپید می‌شود. نتایج بهینه‌سازی متغیرهای فرآیند از طریق روش‌شناسی سطح پاسخ، منعکس‌کننده تحقیقات پیشرو در جهت افزایش محتوای لیپید با استفاده از یک رویکرد فن‌آوری اقتصادی کارآمد است.

چکیده انگلیسی:

It is important to increase lipid content with the aim of using it in food supplements and biodiesel. Changing the concentration of salinity and nitrogen is one of the important and practical strategies in this direction. Chlorella vulgaris EP33 microalga, isolated and identified from the waters of the northern regions of Iran, can be used as a lipid source. In this study, central composite design in Response Surface Methodology is used including 3 replications at the central point and 11 experiments to optimize lipid accumulation. Lipid content was measured. The results showed that the highest lipid content was obtained in the optimal conditions of nitrogen 10 and salinity 115 mM (0.503 g/g dry biomass) and the growth rate in these conditions was half of the optimal conditions in nitrogen 10 and zero salinity. The experimental values and the values predicted by the software also had logical relationships, which indicated the appropriateness of the used models as well as the compatibility of the Response Surface Methodology to determine the optimal conditions. By changing the concentration of some effective factors in lipid production, it can be used for economic optimization of lipid production with practical purposes. In this study, it was observed that nitrogen supply increases the tolerance level of microalgae to salinity as a practical way to increase lipid production. The results of optimization of process variables through response surface methodology reflect the leading research towards increasing lipid content using an economically efficient technological approach.

منابع و مأخذ:

Alishah Aratboni, H., Rafiei, N., Garcia-Granados, R., Alemzadeh, A. and Morones-Ramírez, J. R. (2019). Biomass and lipid induction strategies in microalgae for biofuel production and other applications. Microbial Cell Factories, 18(1): 1-17 .
Church, J., Hwang, J.-H., Kim, K.-T., McLean, R., Oh, Y.-K., Nam, B., Joo, J. C. and Lee, W. H. (2017). Effect of salt type and concentration on the growth and lipid content of Chlorella vulgaris in synthetic saline wastewater for biofuel production. Bioresource Technology, 243: 147-153 .
De Carvalho, C. C. and Caramujo, M. J. (2018). The various roles of fatty acids. Molecules, 23(10): 2583 .
Fan, J., Cui, Y., Wan, M., Wang, W. and Li, Y. (2014). Lipid accumulation and biosynthesis genes response of the oleaginous Chlorella pyrenoidosa under three nutrition stressors. Biotechnology for Biofuels, 7: 1-14 .
Fawzy, M. A. and Alharthi, S. (2021). Use of response surface methodology in optimization of biomass, lipid productivity and fatty acid profiles of marine microalga Dunaliella parva for biodiesel production. Environmental Technology and Innovation, 22: 101485 .
Hamedi, S., Mahdavi, M. A. and Gheshlaghi, R. (2012). Lipid content and biomass production of Chlorella vulgaris is affected by growth conditions. 2012 Second Iranian Conference on Renewable Energy and Distributed Generation, 65-68 .
Hopkins, T. C., Graham, E. J. S., Schwilling, J., Ingram, S., Gómez, S. M. and Schuler, A. J. (2019). Effects of salinity and nitrogen source on growth and lipid production for a wild algal polyculture in produced water media. Algal Research, 38: 101406 .
Jónasdóttir, S. H. (2019). Fatty acid profiles and production in marine phytoplankton. Marine drugs, 17(3): 151 .
Kan, G., Shi, C., Wang, X., Xie, Q., Wang, M., Wang, X. and Miao, J. (2012). Acclimatory responses to high-salt stress in Chlamydomonas (Chlorophyta, Chlorophyceae) from Antarctica. Acta Oceanologica Sinica, 31(1): 116-124 .
Li, H., Tan, J., Mu, Y. and Gao, J. (2021). Lipid accumulation of Chlorella sp. TLD6B from the Taklimakan Desert under salt stress. PeerJ, 9: e11525 .
Mutanda, T., Naidoo, D., Bwapwa, J., and Anandraj, A. (2020). Biotechnological applications of microalgal oleaginous compounds: current trends on microalgal bioprocessing of products. Frontiers in Energy Research, 8: 598803 .
Mutawie, H. H. (2015). Growth and metabolic response of the filamentous cyanobacterium Spirulina platensis to salinity stress of sodium chloride. Life Sci. J, 12: 71-78 .
Pandit, P. R., Fulekar, M. H., and Karuna, M. S. L. (2017). Effect of salinity stress on growth, lipid productivity, fatty acid composition, and biodiesel properties in Acutodesmus obliquus and Chlorella vulgaris. Environmental Science and Pollution Research, 24: 13437-13451 .
Pankaj, V. P. and Awasthi, M. (2014). Optimization of Growth Condition for Chlorella Vulgaris Using Response Surface Methodology (Rsm). International Journal of Engineering Science and Advanced Technology, 4(5): 492-500 .
Ruangsomboon, S. (2015). Effects of different media and nitrogen sources and levels on growth and lipid of green microalga Botryococcus braunii KMITL and its biodiesel properties based on fatty acid composition. Bioresource Technology, 191: 377-384 .
Sharma, K. K., Schuhmann, H. and Schenk, P. M. (2012). High lipid induction in microalgae for biodiesel production. Energies, 5(5): 1532-1553 .
Shen, Q.-H., Gong, Y.-P., Fang, W.-Z., Bi, Z.-C., Cheng, L.-H., Xu, X.-H. and Chen, H.-L. (2015). Saline wastewater treatment by Chlorella vulgaris with simultaneous algal lipid accumulation triggered by nitrate deficiency. Bioresource Technology, 193: 68-75 .
Shetty, P., Gitau, M. M. and Maróti, G. (2019). Salinity stress responses and adaptation mechanisms in eukaryotic green microalgae. Cells, 8(12): 1657 .
Tavares, L., Nudi, M. H., Arroyo, P. A ,.Godoy, R. F. B., and Trevisan, E. (2023). Effect of different concentrations of phosphorus and nitrogen on the growth of the microalgae Chlorella vulgaris. International Journal of Energy and Environmental Engineering, 14(4): 563-572 .
Teh, K. Y., Loh, S .H., Aziz, A., Takahashi, K., Effendy, A. W. M. and Cha, T. S. (2021). Lipid accumulation patterns and role of different fatty acid types towards mitigating salinity fluctuations in Chlorella vulgaris. Scientific Reports, 11(1): 438 .
Yaakob, M. A., Mohamed ,R. M. S. R., Al-Gheethi, A., Aswathnarayana Gokare, R., and Ambati, R. R. (2021). Influence of nitrogen and phosphorus on microalgal growth, biomass, lipid, and fatty acid production: an overview. Cells, 10(2): 393 .
Zhu, S., Huang, W., Xu, J., Wang, Z ,.Xu, J. and Yuan, Z. (2014). Metabolic changes of starch and lipid triggered by nitrogen starvation in the microalga Chlorella zofingiensis. Bioresource Technology, 152: 292-298 .