Chlorella vulgaris was isolated from the Nile River, Qalubia Governorate, Egypt, for possible use in biodiesel production. BG-II nutrient growth media was used for isolation and laboratory growth. Identification was performed via 18S rRNA gene amplification, followed by sequencing. The alga was exposed to UV-C (254 nm) for 15, 30, and 45 s to improve dry weight accumulation and to increase the oil production. Daily measurements of dry weight ($g{\cdot}l^{-1}$) were performed; oil content and volumetric lipid productivity were also determined. UV-C exposure led to an increase in the volumetric lipid productivity by 27, 27.3, and $32.4mg{\cdot}l^{-1}{\cdot}d^{-1}$ with 15, 30, and 45 s, respectively, as compared with the control, which resulted in $18mg{\cdot}l^{-1}{\cdot}d^{-1}$. Of the examined mutants, the one with the highest productivity was re-irradiated by UV-C (254 nm) for 15, 30, 45, and 60 s. For 15 s of exposure time, the oil content increased to 34%, while it was 31% at 30 s; further, it decreased to 22% at 45 and 60 s exposures. The fatty acid methyl ester profile was 82.22% in the first mutant at 45 s, compared with the wild strain that contained a total of 66.01% of FAs. Furthermore, the highest levels of polyunsaturated fatty acid methyl ester were observed in the mutant exposed for 45 s, and it reached 11.41%, which reduced the cetane number to 71.3.
Heavy reliance on fossil fuels has been associated with increased climate disasters. As an alternative, microalgae have been proposed as an effective agent for biomass production. Several advantages of microalgae include faster growth, usage of non-arable land, recovery of nutrients from wastewater, efficient CO2 capture, and high amount of biomolecules that are valuable for humans. Microalgae Chlorella spp. are a large group of eukaryotic, photosynthetic, unicellular microorganisms with high adaptability to environmental variations. Over the past decades, Chlorella has been used for the large-scale production of biomass. In addition, Chlorella has been actively used in various food industries for improving human health because of its antioxidant, antidiabetic, and immunomodulatory functions. However, the major restrictions in microalgal biofuel technology are the cost-consuming cultivation, processing, and lipid extraction processes. Therefore, various trials have been performed to enhance the biomass productivity and the lipid contents of Chlorella cells. This study provides a comprehensive review of lipid enhancement strategies mainly published in the last five years and aimed at regulating carbon sources, nutrients, stresses, and expression of exogenous genes to improve biomass production and lipid synthesis.
Recently microalgae have been proposed as a promising biodiesel feedstock, owing to their higher lipid productivity and non-arable land based cultivation system. Biomass and lipid productivities of microalgae are largely affected by various environmental and nutritional factors. In this study, the effects of nitrogen (nitrate and ammonium) and organic carbon (glucose and glycerol) sources on the cell growth and lipid production of Chlorella sp. KR-1 were examined in flask cultures. Under autotrophic culture conditions for 15 days, overall cell growth and lipid (fatty acid methyl ester, FAME) production with nitrate were better than those of ammonium, resulting in 1.06 g cell/L and 333 mg FAME/L, respectively. Maximal intracellular lipid contents (348 - 352 mg FAME/g cell) were observed at low concentrations of 1 mM for both nitrate and ammonium. In the supply of light, addition of glucose in the range of 1 - 20 g/L showed higher cell densities than the autotrophic cell growth condition. Higher lipid accumulation of 375 mg FAME/g cell could achieved at 5 g glucose/L albeit of relatively short incubation of 7 days. With glycerol, intracellular lipid contents were ~1.9 times lower than glucose cases although similar cell growths were observed for both carbon sources.
As a possible feedstock for biodiesel, the marine green alga Tetraselmis sp. was cultivated under different conditions of phototrophic, mixotrophic and heterotrophic cultures. Glycerol, a byproduct from biodiesel production process, was used as the carbon source of mixotrophic and heterotrophic culture. The effects of glycerol supply and nitrate-repletion were compared for different trophic conditions. Mixotrophic cultivation exhibited higher biomass productivity than that of phototrophic and heterotrophic cultivation. Maximum lipid productivity of 55.5 mg L-1 d-1 was obtained in the mixotrophic culture with 5 g L-1 of glycerol and 8.8 mM of nitrate due to the enhancement of both biomass and lipid accumulation. The major fatty acid methyl esters (FAME) in the produced biodiesel were palmitic acid (C16:0), oleic acid (C18:1), linoleic acid (C18:2), and linolenic acid (C18:3). The degree of unsaturation was affected by different culture conditions. The biodiesel properties predicted by correlation equations based on the FAME profiles mostly complied with the specifications from the US, Europe and Korea, with the exception of the cold-filter plugging point (CFPP) criterion of Korea.
Since $CO_2$ concentrations in industrial flue gases are usually 10%-20%, one of the prerequisites for efficient $CO_2$ removal by algae is the level of tolerance of microalgal species to exposure to high concentrations of $CO_2$. A newly isolated microalgal strain, Chlorella sp. MRA-1, could retain growth with high concentrations of $CO_2$ up to 15%. The highest lipid productivity for Chlorella sp. MRA-1 was 0.118 g/l/day with a 5% $CO_2$ concentration. Octadecenoic acid and hexadecanoic acid, the main components of biodiesel, accounted for 70% of the total fatty acids. A lipid content of 52% of dry cell weight was achieved with limited amounts of nitrogen. Chlorella sp. MRA-1 seems to be an ideal candidate for biodiesel production when cultured with high concentrations of $CO_2$.
Microalgal biofuel production from wastewater has economic and environmental advantages. This article investigates the lipid production from high chemical oxygen demand (COD) bioethanol wastewater without dilution or additional nutrients, using a newly isolated heterotrophic microalga, Chlorella vulgaris LAM-Q. To enhance lipid accumulation, the combined effects of important operational parameters were studied via response surface methodology. The optimal conditions were found to be temperature of $22.8^{\circ}C$, initial pH of 6.7, and inoculum density of $1.2{\times}10^8cells/ml$. Under these conditions, the lipid productivity reached 195.96 mg/l/d, which was markedly higher than previously reported values in similar systems. According to the fatty acid composition, the obtained lipids were suitable feedstock for biodiesel production. Meanwhile, 61.40% of COD, 51.24% of total nitrogen, and 58.76% of total phosphorus were removed from the bioethanol wastewater during microalgal growth. In addition, 19.17% of the energy contained in the wastewater was transferred to the microalgal biomass in the fermentation process. These findings suggest that C. vulgaris LAM-Q can efficiently produce lipids from high-concentration bioethanol wastewater, and simultaneously performs wastewater treatment.
Shin, Won-Sub;Jung, Simon MoonGeun;Cho, Chang-Ho;Woo, Do-Wook;Kim, Woong;Kwon, Jong-Hee
Environmental Engineering Research
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v.23
no.2
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pp.205-209
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2018
The spectral composition of light can affect the growth and biochemical composition of photosynthetic microalgae. This study examined the use of light filtering through a solution of soluble colored additives, a cost-effective method to alter the light spectrum, on the growth and lipid production of an oleaginous microalga, Nannochloropsis gaditana (N. gaditana). Cells were photoautotrophically cultivated under a white light emitting diode (LED) alone (control) or under a white LED that passed through a solution of red and yellow color additive (4:1 ratio) that blocked light below 600 nm. The specific growth rate was significantly greater under filtered light than white light ($0.2672d^{-1}$ vs. $0.1930d^{-1}$). Growth under filtered light also increased the fatty acid methyl ester (FAME) yield by 22.4% and FAME productivity by 80.0%, relative to the white light control. In addition, the content of saturated fatty acids was greater under filtered light, so the biodiesel products had better stability. These results show that passing white light through an inexpensive color filter can simultaneously enhance cellular growth and lipid productivity of N. gaditana. This approach of optimizing the light spectrum may be applicable to other species of microalgae.
Kim, Byung-Hyuk;Kim, Dong-Ho;Choi, Jung-Woon;Kang, Zion;Cho, Dae-Hyun;Kim, Ji-Young;Oh, Hee-Mock;Kim, Hee-Sik
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.9
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pp.1547-1554
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2015
The potential of microalgae biofuel has not been realized because of the low productivity and high costs associated with the current cultivation systems. In this study, a new low-cost and transparent attachment material was tested for cultivation of a filamentous algal strain, Stigeoclonium sp., isolated from wastewater. Initially, the different materials tested for Stigeoclonium cultivation in untreated wastewater were nylon mesh, polyethylene mesh, polypropylene bundle (PB), polycarbonate plate, and viscose rayon. Among the materials tested, PB led to a firm attachment, high biomass (53.22 g/m2, dry cell weight), and total lipid yield (5.8 g/m2) with no perceivable change in FAME profile. The Stigeoclonium-dominated biofilm consisted of bacteria and extracellular polysaccharide, which helped in biofilm formation and for effective wastewater treatment (viz., removal efficiency of total nitrogen and total phosphorus corresponded to ~38% and ~90%, respectively). PB also demonstrated high yields under multilayered cultivation in a single reactor treating wastewater. Hence, this system has several advantages over traditional suspended and attached systems, with possibility of increasing areal productivity three times using Stigeoclonium sp. Therefore, multilayered attached growth algal cultivation systems seem to be the future cultivation model for large-scale biodiesel production and wastewater treatment.
A great progress in genetic selection, nutrition and management practices has contributed to the improved growth rate of broilers and egg production in laying hens. For the increased productivity of modern poultry, a healthy chicken liver needs to cope with the increased metabolic demands. The liver is the major site of de novo fatty acid synthesis; therefore, hepatic lipogenesis is crucial for producing better quality meat and eggs. When de novo lipogenesis exceeds the capacity of lipid metabolism and secretion, large amounts of lipids accumulate in the liver of broilers, leading to a fatty liver. Upon onset of egg-laying in hens, lipids including free fatty acids, triglycerides, and phospholipids are dramatically increased in blood plasma for the synthesis of yolk precursors in oocytes. Productive hens with fatty liver often have hemorrhagic syndrome and sudden death due to the heavy demands of yolk synthesis, which burdens the liver. Understanding the lipid metabolism and hepatic lipid disorders is a key point in the improvement of the growth and production of chickens. This review focuses on the recent studies on lipid metabolism, the hepatic lipid disorders, and the prevention or reduction of fatty liver in poultry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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