СОЧЕТАННОЕ ВЛИЯНИЕ СУСПЕНЗИОННОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И БАРБОТАЖА НА СКОРОСТЬ РОСТА CHLORELLA VULGARIS В ХОДЕ ЛАБОРАТОРНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

В настоящее время большое внимание уделяется исследованиям, связанным с культивированием и использованием микроводорослей, а также продуктов их переработки. Из микроводорослей получают биотопливо, пищевые добавки, добавки в корма для животных, ненасыщенные жирные кислоты, полисахариды, антиоксиданты и красители. Все эти биотехнологические продукты находят широкое применение во многих областях промышленности и сельского хозяйства [1]. Одним из самых широко исследуемых и перспективных представителей зеленых микроводорослей является Chlorella vulgaris [7].

Отработка и совершенствование методов лабораторного культивирования микроводорослей позволяет получать более высокие продукционные показатели. При этом оптимизация условий культивирования может осуществляться не только внесением изменений в составы питательных сред, но и использованием определённых режимов культивирования, выбор которых зависит от особенностей штамма и целей выращивания. Одной из важнейших технологических задач в ходе культивирования хлореллы является предотвращение образования крупных агрегаций клеток с последующим выпадением в осадок и гибелью. Решается эта задача, в основном, двумя способами: механическим перемешиванием с использованием магнитных мешалок и шейкеров [5] и с помощью барботажа – продувки воздуха компрессором через культивируемую суспензию [6]. При этом на наш взгляд, очень мало внимания уделяется изучению возможностей совместного использования этих двух методов в лабораторных биореакторах.

Цель работы заключалась в изучении воздействия сочетанного влияния перемешивания и барботажа на скорость прироста клеток Chlorella vulgaris в ходе лабораторного культивирования.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования была культура одноклеточной зеленой микроводоросли Ch. vulgaris. Водоросли культивировали в колбах объемом 250 мл. Выращивание осуществлялась на питательных средах Арнона [3] и Тамия [2], со свето-темновым периодом 16:8 ч и освещенностью 20 кЛк. Температура культивирования колебалась в диапазоне 21 – 28^оС. Перемешивание культур осуществлялось при помощи магнитных мешалок. Барботаж суспензий, проводили с использованием компрессора с производительностью не более 1,5 л/мин.

Рост культур регистрировали фотометрическим методом, измеряя оптическую плотность (D) при 430 нм с помощью фотоэлектроколориметра КФК-2.

Статистическая обработка данных включала в себя метод линейной регрессии и критерий Стьюдента для независимых выборок [4].

Результаты и обсуждение

В ходе работы нами было установлено, что в течение первых восьми суток культивирования, динамика роста оптической плотности может быть описана моделью линейной функции и характеризуется постоянством скорости роста. На рис. 1 представлена типичная динамика роста оптической плотности культуры хлореллы культивируемой на среде Тамия. Коэффициент детерминации (R²) в данном случае равен 0,99.

Исходя из этого, в качестве основного количественного показателя скорости прироста клеток хлореллы мы выбрали среднее значение эмпирически полученного коэффициента уравнения линейной функции (рис. 2).

Рисунок 1. Динамика роста оптической плотности Ch. vulgaris на питательной среде Тамия

Из рисунка 2 видно, что при одинаковых условиях культивирования среда Тамия обеспечивает более интенсивный рост культуры в сравнении с питательной средой Арнона. Статистически значимая разница в скоростях роста достигает трехкратного значения. В целом, это – ожидаемый результат, т.к. среда Арнона была разработана, главным образом, для высших растений. Но в литературе есть данные о ее использовании для культивирования хлореллы [6].

Вторым этапом работы было изучение влияния дополнительного (к перемешиванию) барботажа на культивирование хлореллы. При этом использовалась питательная среда, которая показала максимальную продукционную эффективность – среда Тамия. Применение барботажа в наших экспериментах дало выраженный эффект (рис. 2).

Рисунок 2. Скорость роста Ch. vulgaris при различных условиях культивирования

Примечание: * – статистически значимое отличие при p< 0,05; k –коэффициент линейного уравнения, рассчитанный для каждой временной точки.

Показатель скорости роста суспензии Ch. vulgaris, с использованием сочетания продувки и перемешивания был примерно в 2,5 раза больше, чем в вариантах с одним перемешиванием.

С нашей точки зрения, полученные результаты можно считать вполне логичными. Ведь, перемешивание и барботаж – дают сходные, но не одинаковые эффекты на культивируемую суспензию. В ходе перемешивания на магнитной мешалке разрыхление культуры идёт, главным образом в горизонтальном, – центробежном направлении, в ходе барботажа – более равномерно, с преобладанием вертикального воздействия. В целом, перемешивание, дает большую силу воздействия, продувка – обеспечивает разнонаправленность и однородность. Очевидно, что сочетание этих двух методов поддержания однородности суспензии может послужить дополнительным фактором, увеличивающим скорость роста культуры хлореллы и других микроводорослей в лабораторных и промышленных установках.

Список литературы:

1. Варфоломеев С. Д., Вассерман Л. А. Микроводоросли – источник биотоплива, пищевых, кормовых и лекарственных продуктов // Биотехнология. 2011. № 2. С. 9 – 33.
2. Гайсина Л.А., Фазлутдинова А. И., Кабиров Р. Р. Современные методы выделения и культивирования водорослей: учеб, пособие. Уфа: Изд-во Башкир. пед. ун-та, 2008. 152с.
3. Гродзинский А. М., Гродзинский Д. М. Краткий справочник по физиологии растений. 2-е изд., испр. и доп. Киев: Наук. думка, 1973. 591 с.
4. Лакин Г. Ф. Биометрия: учеб. пособие для биол. спец. вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1990. 352 с.
5. Hahne T., Schwarze B., Kramer M., Frahm B. Disposable algae cultivation for high-value products using all around LED-illumination directly on the bags // J. Algal Biomass Utilization. 2014. Vol. 5(2). P. 66-73.
6. Lazar D., Lazar C. Separation of direct and indirect effects of two herbicides on the assimilatory pigments content in Chlorella vulgaris Beij. // Romanian Agricultural Research. 2008. N 25. P. 83-89.
7. Vandamme D., Foubert I., Fraeye I., Meesschaert B., Muylaert Flocculation of Chlorella vulgaris induced by high pH: Role of magnesium and calcium and practical implications // Bioresource Technology. 2012. Vol. 105. P. 114-119. doi: 10.1016/j.biortech.2011.11.105[schema type=»book» name=»СОЧЕТАННОЕ ВЛИЯНИЕ СУСПЕНЗИОННОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И БАРБОТАЖА НА СКОРОСТЬ РОСТА CHLORELLA VULGARIS В ХОДЕ ЛАБОРАТОРНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ» author=»Зюбанова Татьяна Ивановна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-31″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)» ebook=»yes» ]