배양환경을 달리하여 생산한 3가지의 유묘 (타가영양묘, 혼합영양묘, 자가영양묘)를 대상으로 잎의 형태적 특성 및 탄수화물 함량 등을 비교 분석한 결과, 온실묘, 자가영양묘와 혼합영양묘는 하표피층에 왁스의 결정형이 관찰되었으나 타가영양묘에서도 관찰되지 않았다. 기공수와 크기에 있어서는 타가영양묘가 자가영양묘에 비하여 기공이 크고 많았다. 특히, 자가영양묘의 기공형태와 크기는 온실에서 자란 유묘와 거의 유사하였다. 식물체의 탄수화물함량은 자가영양묘가 혼합영양과 타가영양묘에 비하여 많았으며 유리당도 역시 자가영양묘가 가장 많았고 모든 배양묘에서 glucose의 함량이 가장 많았다.
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.
Eicosapentaenoic acid (EPA) produced from marine organisms is widely used in nutraceuticals. Monodus subterraneus and Nannochloropsis oceanica, which are representative freshwater and marine Eustigmatophyceae, respectively, are known to have a high content of protein and lipid, particularly, EPA. In this study, to compare the growth and nutritional composition of M. subterraneus and N. oceanica, they were cultured in autotrophic and mixotrophic conditions with JM and f/2 medium, respectively, at $25^{\circ}C$. In addition, $80{\mu}mol\;photons\;m^{-2}s^{-1}$ with 24-hour and 12-hour light was provided, with the addition of 2% glucose to the medium for the mixotrophic culture. With regard to growth, M. subterraneus showed 10 times higher biomass in a mixotrophic culture than in an autotrophic one. However, no significant difference was observed for N. oceanica between the two culture methods. With respect to nutritional composition, M. subterraneus cultured autotrophically had a higher protein and lipid content, particularly EPA, than that cultured mixotrophically, but no significant difference was found in the two cultures of N. oceanica. Furthermore, M. subterraneus cultured autotrophically with continuous light showed higher nutritional composition, particularly EPA, than N. oceanica. In conclusion, the mass culture of freshwater M. subterraneus is much easier and more economical than marine N. oceanica. In addition, production of EPA will be economically improved if mixotrophic culturing of M. subterraneus is first conducted to maximize the biomass, and then secondary autotrophic culturing is performed.
A mutant of Arthrospira platensis PCC 9108, strain M9108, obtained by mutagenesis with UV treatment, was able to mixotrophically grow in an SOT medium containing 40 g of glucose/l. The biomass and specific growth rate of strain M9108 (4.10 g/l and 0.70/d) were 1.9-fold and 1.4-fold higher, respectively, than those of the wild type (2.21 g/l and 0.58/d) under mixotrophic culture condition. In addition, when compared with the wild type, the content of ${\gamma}$-linolenic acid (GLA) in the mutant was increased when glucose concentration was increased. Compared with the wild type, the GLA content of the mutant was 2-fold higher in autotrophic culture and about 3-fold higher in mixotrophic culture. Thus, the mutant appears to possess more efficient facility to assimilate and metabolize glucose and to produce more GLA than its wild-type strain.
배양환경을 달리하여 생산한 배양묘 (타가영양묘, 혼합영양묘, 자가영양묘)를 기외 이식한 후에 생존율은 타가영양묘에 비해 혼합영양묘와 자가영양묘가 높았고 특히 자가영양묘는 97.6%로 가장 높았으며 정식 일수가 경과함에 따라 엽병장, 엽수, 엽면적은 자가영양묘가 타가영양묘와 혼합영양묘에 비하여 다소 좋았으나 유의성은 없었다. 정식 30일 후 유묘의 총광합성량은 자가영양묘가 154 mg$CO_2$.mgDW$^{-1}$h$^{-1}$로서 혼합영양묘 (148 mg$CO_2$.mgDW$^{-1}$h$^{-1}$)와 타가영양묘 (102 mg$CO_2$.mgDW$^{-1}$h$^{-1}$)보다 높았다. 그리고 개화시기는 자가 영양묘가 타가영양묘와 혼합영양묘에 비해 7~10일 정도가 빨랐고 엽병장, 엽수, 엽면적, 엽록소 함량 등도 양호하였다.
The quality and quantity of live food sources strongly influence the success of fish production in farming operations. Thus, critical studies of live forage species are a crucial element for progress in fish aquaculture. The fat content of food is an especially important determinant of growth in marine fish. Omega-3 highly unsaturated fatty acids (HUFA) are essential components of diet that determine the nutritional value of larval fish. Euglena is a protist that has potential as a forage species. These single-celled organisms have plant and animal characteristics they are motile, elliptical in shape and 15–500 μm in diameter. Their nutritional content is excellent, but most studies have focused on cells raised in autotrophic culture. We therefore examined differences in the lipid and fatty acid contents, and the growth of Euglena cells grown under autotrophic, heterotrophic, and mixotrophic conditions. Biomass production reached 15.03 g/L, 12.28 g/L, and 3.66 g/L under mixotrophy, heterotrophy, and autotrophy, respectively. The proportional n-3 HUFA content differed among culture methods: 10.04%, 5.80% and 10.01% in mixotrophic, heterotrophic and autotrophic cultures, respectively. Mixotrophy was to be the best form of cultivation for improving the growth and nutritional content of Euglena.
본 연구는 다양한 조건에서의 실험을 위한 C. minutissima의 500 mL flask의 종 배양을 통해 고농도의 균주 획득 후, 가장 효율적인 배양 방식을 보인 fed-batch를 통한 autotrophic, heterotrophic, mixotrophic 조건하에서 바이오디젤용 지질 생산의 최적 배양 조건을 찾아야했다. 먼저, fed-batch의 Heterotrophic 배양 시 유기 탄소 원으로 glucose의 가장 효율적인 안정한 초기농도가 10 g/L임을 확인했다. 이 후, 20 L 배양기를 이용한 batch, fed-batch의 heterotrophic 배양에서 fed-batch배양의 경우 지질 생성양이 1.62배 정도 더 높았으며, 최대 균체량 역시 4 (g-dry wt./L)정도 높으며, 또한 디젤용 지질로 적합한 $C_{18}$의 조성 역시 49%이상 차지하여, 옥외 대량 배양 시 유기탄소 원으로 적절한 glucose의 이용을 통한 효율적인 배양방법임을 알 수 있다. 이 결과를 바탕으로, glucose를 포함한 배지를 0.5 L/day로 공급하여 유가 식 배양을 각 배양 조건에 따라 비교 실시했다. 그 결과 mixotrophic의 경우 다른 배양 조건에 비해 각각 24 (g-dry wt./L)의 최대 군체 농도와 함께 43 (%, w/w)의 높은 지질 생성량을 보였다. 또한 생성되는 지질의 조성이 균체 당 바이오 디젤용 양질의 지질 생성이 가능하였다. 또한 fed-batch 배양 이후 0.047 (% lipid/g-dry wt./day)의 비 생산 속도를 유지하며, 일정 균체 농도를 유지하는 경우 지속적인 지질 생성이 가능함을 보여주었다. 이러한 세 가지 배양 조건하에서 지질 추출을 통한 지방산 조성을 살펴본 결과 mixotrophic 배양 하에 디젤용으로 잘 알려진 $C_{17}$, $C_{18}$의 지방산 조성은 각각 18%와 49%의 생성을 보여주었다. 이 결과들을 바탕으로 이 균주를 이용해 옥외 배양이나 배양 조에서 대량 배양이 가능함을 확인했으며, 특히, 옥외배양을 위한 혼합영양 배양조건하에 배양 공정의 scale-up에 대한 추가적인 연구를 통해 C. minutissima 미세조류로부터 바이오 디젤의 보다 경제적 생산이 가능하도록 하고자 한다.
The focus of this study was to observe the growth of Chlorella sp., Nannochloris sp., and Botryococcus braunii under mixotrophic conditions (i.e., added glycerol) with the aim of increasing the growth of biomass and algae oil content. A significant growth of biomass was obtained when grown in glycerol rich environment comparing to autotrophic conditions. 5 g/L glycerol yielded the highest biomass concentration for these strains. Mixotrophic conditions improved both the growth of the microalgae and the accumulation of triacylglycerols (TAGs). The maximum amount of TAG in Botryococcus braunii was reached in the growth medium with 10 g/L glycerol and Chlorella sp., Nannochloris sp. with 2 g/L glycerol. The content of saturated fatty acids of Chlorella sp., Nannochloris sp., and Botryococcus braunii was found to be 34.94, 14.23 and 13.39%, and the amount of unsaturated fatty acids was 65.06, 85.78 and 86.61% of total fatty acids, respectively. The fatty acid profiles of the oil for the culture possibility met the necessary requirements and are, therefore, promising resource for biofuel production.
Microalgae are functional foods because they contain special anti-aging inhibitors and other functional components, such as ecosapentaenoic acid (EPA), docosahexaenoic acid (DHA), and omega-3 polyunsaturated fatty acids. Many of these functional dietary components are absent in animals and terrestrial plants. Thus, microalgae are widely utilized in human functional foods and in the feed provided to farmed fish and terrestrial livestock. Many marine organisms consume microalgae, often because they are in an appropriate portion of the cell size spectrum, but also because of their nutritional content. The nutritional requirements of marine organisms differ from those of terrestrial animals. After hatching, marine animals need small live forage species that have high omega-3 polyunsaturated fatty acid contents, including EPA and DHA. Euglena cells have both plant and animal characteristics; they are motile, elliptical in shape, 15-500 μm in diameter, and have a valuable nutritional content. Mixotrophic cell cultivation provided the best growth rates and nutritional content. Diverse carbon (fructose, lactose, glucose, maltose and sucrose) and nitrogen (tryptone, peptone, yeast extract, urea and sodium glutamate) supported the growth of microalgae with high lipid contents. We found that the best carbon and nitrogen sources for the production of high quality Euglena cells were glucose (10 g L–1) and sodium glutamate (1.0 g L–1), respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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