The growth of the algae strains Neochloris oleabundans, Botryococcus Braunii and Dunaliella sp. under mixotrophic conditions in the presence of different concentrations of crude glycerol was evaluated with the objective of increasing the biomass growth and algal oil content. A high biomass concentration was characteristic of these strains when grown on crude glycerol compared to autotrophic growth, and 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 TAGs in the algal strains was obtained in the 5 g/L glycerol growth medium. The fatty acid profiles of the oil for the cultures met the necessary requirements and are promising resources for biofuel production.
We investigated the potential use of various carbon sources (fructose, glucose, mannose, lactose, and glycerol) for culturing Phaeodactylum tricornutum UTEX-640 in mixotrophic and heterotrophic batch cultures. Concentrations of carbon substrates tested ranged from 0.005 M to 0.2 M. P. tricornutum did not grow heterotrophically on any of the C-sources used, but successive additions of organic carbon in mixotrophic growth mode substantially increased the biomass concentration and productivity relative to photoautotrophic controls. The maximum biomass productivities in mixotrophic cultures for glycerol, fructose, and glucose were 21.30 mg/l h, 15.80 mg/l h, and 10.20 mg/l h, respectively. These values were respectively 10-, 8-, and 5-fold higher than those obtained in the corresponding photoautotrophic control cultures. Mannose and lactose did not significantly affect microalgal growth. The biomass lipids, eicosapentaenoic acid (EPA) and pigments contents were considerably enhanced with glycerol and fructose in relation to photoautotrophic controls. The EPA content was barely affected by the sugars, but were more than 2-fold higher in glycerol-fed cultures than in photoautotrophic controls.
Acetate, propionate, butyrate are the major soluble volatile fatty acids metabolites of fermented food waste leachates. This work investigate the effects of volatile fatty acid on the growth rate and $NH_4-N$, $PO_4-P$ removal efficiency of mixotrophic microalgae Chlorella vulgaris to treat digested food waste leachates. The results showed that acetate, propionate and butyrate were efficiently utilized by Chlorella vulgaris and microalgae growth was higher than control condition. Similar trends were observed upon $NH_4-N$ and $PO_4-P$ consumption. Volatile fatty acids promoted Chlorella vulgaris growth, and nutrient removal efficiencies were highest when acetate was used, and butyrate and propionate showed second and third. From this work it could be said that using mixotrophic microalgae, in this work Chlorella vulgaris, fermented food waste leachates can be treated with high efficiencies.
The mixotrophic growth with methanol plus thiosulfate was examined in nutrient-limited mixotrophic condition for Methylobacterium goesingense CBMB5 and Methylobacterium fujisawaense CBMB37. Thiosulfate oxidation increased the growth and protein yield in mixotrophic medium that contained 150mM methanol and 20mM sodium thiosulfate, at 144 h. Respirometric study revealed that thiosulfate was the most preferable reduced inorganic sulfur source, followed by sulfite and sulfur. M. goesingense CBMB5 and M. fujisawaense CBMB37 oxidized thiosulfate directly to sulfate, and intermediate products of thiosulfate oxidation such as polythionates, sulfite, and sulfur were not detected in spent medium and they did not yield positive amplification for tested soxB primers. Enzymes of thiosulfate oxidation such as rhodanese and sulfite oxidase activities were detected in cell-free extracts of M. goesingense CBMB5, and M. fujisawaense CBMB37, and thiosulfate oxidase (tetrathionate synthase) activity was not observed. It indicated that both the organisms use the "non-S4 intermediate" sulfur oxidation pathway for thiosulfate oxidation. It is concluded from this study that M. goesingense CBMB5, and M. fujisawaense CBMB37 exhibited mixotrophic metabolism in medium containing methanol plus thiosulfate and that thiosulfate oxidation and the presence of a "Paracoccus sulfur oxidation" (PSO) pathway in methylotrophic bacteria are species dependant.
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.
This study investigated the potential use of various organic carbon sources (glucose, glycerol and acetate) and different concentrations of $CO_2$ for culturing marine microalga Dunaliella tertiolecta. Cell growth and lipid production were monitored under heterotrophic, mixotrophic and photoautotrophic modes of cultivation. D. tertiolecta showed the ability to grow under mixotrophic (acetate and glucose), heterotrophic (glucose) and photoautotrophic condition under high $CO_2$ concentration (15%). With all the organic carbon sources (glucose, glycerol and acetate) tested in this study, 1~5% acetate enhanced cell growth rate and lipid content, while higher concentrations of acetate (10% and 15%) were inhibitory and resulted in cell death.
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.
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.
Kang, Hee Chang;Jeong, Hae Jin;Lim, An Suk;Ok, Jin Hee;You, Ji Hyun;Park, Sang Ah;Lee, Sung Yeon;Eom, Se Hee
ALGAE
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제35권3호
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pp.263-275
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2020
Water temperature is known to affect the growth and feeding of marine dinoflagellates. Each dinoflagellate species grows well at a certain optimal temperature but dies at very cold and hot temperatures. Thus, changes in water temperatures driven by global warming and extremely high or low temperatures can affect the distribution of dinoflagellates. Yihiella yeosuensis is a mixotrophic dinoflagellate that can feed on only the cryptophyte Teleaulax amphioxeia and the chlorophyte Pyramimonas sp. Furthermore, it grows fast mixotrophically but rarely grows photosynthetically. We explored the direct and indirect effects of water temperature on the growth and ingestion rates of Y. yeosuensis feeding on T. amphioxeia and the growth rates of T. amphioxeia and Pyramimonas sp. under 7 different water temperatures (5-35℃). Both the autotrophic and mixotrophic growth rates of Y. yeosuensis on T. amphioxeia were significantly affected by temperature. Under the mixotrophic and autotrophic conditions, Y. yeosuensis survived at 10-25℃, but died at 5℃ and ≥30℃. The maximum mixotrophic growth rate of Y. yeosuensis on T. amphioxeia (1.16 d-1) was achieved at 25℃, whereas the maximum autotrophic growth rate (0.16 d-1) was achieved at 15℃. The maximum ingestion rate of Y. yeosuensis on T. amphioxeia (0.24 ng C predator-1 d-1) was achieved at 25℃. The cells of T. amphioxeia survived at 10-25℃, but died at 5 and ≥30℃. The cells of Pyramimonas sp. survived at 5-25℃, but died at 30℃. The maximum growth rate of T. amphioxeia (0.72 d-1) and Pyramimonas sp. (0.75 d-1) was achieved at 25℃. The abundance of Y. yeosuensis is expected to be high at 25℃, at which its two prey species have their highest growth rates, whereas Y. yeosuensis is expected to be rare or absent at 5℃ or ≥30℃ at which its two prey species do not survive or grow. Therefore, temperature can directly or indirectly affect the population dynamics and distribution of Y. yeosuensis.
Mixotrophic microalgal growth gives a great premise for wastewater treatment based on photoautotrophic nutrient utilization and heterotrophic organic removal while producing renewable biomass. There remains a need for a control strategy to enrich them in a photobioreactor. This study performed a series of batch experiments using a mixotroph, Chlorella sorokiniana, to characterize optimal guidelines of mixotrophic growth based on a statistical design of the experiment. Using a central composite design, this study evaluated how temperature and light irradiance are associated with $CO_2$ capture and organic carbon respiration through biomass production and ammonia removal kinetics. By conducting regressions on the experimental data, response surfaces were created to suggest proper ranges of temperature and light irradiance that mixotrophs can beneficially use as two types of energy sources. The results identified that efficient mixotrophic metabolism of Chlorella sorokiniana for organics and inorganics occurs at the temperature of $30-40^{\circ}C$ and diurnal light condition of $150-200{\mu}mol\;E{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. The optimal specific growth rate and ammonia removal rate were recorded as 0.51/d and 0.56/h on average, respectively, and the confirmation test verified that the organic removal rate was $105mg\;COD{\cdot}l^{-1}{\cdot}d^{-1}$. These results support the development of a viable option for sustainable treatment and effluent quality management of problematic livestock wastewater.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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