Штамм микроводоросли chlorella vulgaris для получения липидов в качестве сырья для производства моторного топлива


 


Владельцы патента RU 2508398:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области биохимии. Предложен штамм микроводоросли Chlorella vulgaris IPPAS C-616 для получения липидов в качестве сырья для производства моторного топлива. Штамм микроводоросли обладает способностью продуцировать липиды с высоким содержанием насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот. 1 ил., 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к штаммам микроводорослей и может использоваться для получения липидов в качестве сырья для производства моторного топлива.

Последнее десятилетие отмечено возрастанием интереса к разработке технологий, основанных на использовании альтернативной сырьевой базы для промышленности, в том числе и использованием растительной биомассы. Однако с бурным ростом производства биоэнергоносителей обозначилась общая мировая проблема, которая связана с занятием пахотных земель под выращивание энергетических культур, конкуренцией возобновляемой энергетики с сектором продовольственных товаров за сельскохозяйственное сырье, в первую очередь за кукурузу, сою, пшеницу. В связи с этим актуальны исследования по поиску оптимального источника растительной биомассы, характеризующегося одновременно высокой продуктивностью и доступностью, а также низкой ресурсо- и энергозатратностью при культивировании и переработке. В качестве подобного источника сырья рассматривают биомассу микроводорослей, которая по своим основным показателям как энергетическое сырье превосходит другие сырьевые биоресурсы. Биомасса микроводорослей служит источником липидов и углеводородов, используемых в производстве биотоплива.

Продуктивность микроводорослей по биомассе и липидам на порядок превышает продуктивность наземных растений. Так, например, в некоторых видах водорослей при оптимальных условиях культивирования содержание липидов превышает таковое в масличных растениях: у Botryococcus braunii 25-75% от сухой массы, у Chlorella sp.28-32%, Crypthecodinium cohnii 20%, Cylindrotheca sp.16-37%, Dunaliella primolecta 23%, Isochrysis sp.25-33%o, Nannochloris sp.20-35%, Nannochloropsis sp.31-68%, Neochloris okoabundans 35-54%, Nitzschia sp.45-47%, Phaeodactylum tricornutum 20-30%. При этом площадь, необходимая для их выращивания, является 50-100 раз меньшей, чем, например, для рапса [Chisti Y. Biodizel from Microalgae// Biotechnology Advances. 2007. - Vol.25. - P. 294-306].

Большинство штаммов микроводорослей имеют высокое содержание ненасыщенных жирных кислот, что не позволяет получать без дополнительной обработки на основе их липидов топливо с низкими цетановыми числами и хорошей устойчивостью к окислению. Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 40-45, а топливо высшего качества имеет цетановое число 45-50. При значениях цетанового числа свыше 60 снижается полнота сгорания топлива, возрастает дымность выхлопных газов, повышается расход топлива. Слишком высокие цетановые числа увеличивают вязкость топлива при низких температурах. Поэтому смесь жирных кислот С18:1, С18:0 и С16:0, входящих в состав липидов масла микроводорослей, является наиболее подходящей для продукции биотоплива [Knothe G. Improving biodiesel fuel properties by modifying fatty ester composition //Energy Environ. Sci. 2009. V.2. P. 759-766].

Известен способ продукции полиненасыщенных жирных кислот штаммом микроводоросли Cryptheconidium conii при понижении концентрации хлоридов в культуральной жидкости [Патент США №7163811, МПК С12Р 7/64; A23D 9/00]. Недостатком данного способа является высокое содержание ненасыщенных жирных кислот (до 53,9% от массы масла) в биомассе микроводорослей, что значительно усложняет получение качественного биотоплива из-за возможности их окисления по непредельным связям.

Известны штаммы Pseudochoricystis ellipsoidea MBIC11204 и MBIC11220, продуцирующие в разных количествах углеводороды н-гептадецен, н-гептадекан, н-нонадецен и н-нонадекан. Недостатком данного штамма является то, что при культивировании используются витамины (В1, В12 и биотин), что значительно увеличивает стоимость производства биомассы и липидов данной микроводоросли. Кроме того, используется способ культивирования, включающий смену среды с богатой азотистыми соединениями на обедненную, что усложняет технологию производства.

Известна микроводоросль Pseudochoricystis ellipsoidea, продуцирующая углеводороды, которые можно использовать в качестве заменителя дизельного топлива - светлых нефтепродуктов [Европейский патент №1873233]. Представлен также способ получения углеводородов, предусматривающий культивирование данной микроводоросли, способной продуцировать углеводороды.

Наиболее близким аналогом предлагаемого штамма Chlorella vulgaris А1123 является штамм Chlorella vulgaris ESP-31 [Yeh K.L., Chang J.S. Effects of cultivation conditions and media composition on cell growth and lipid productivity of indigenous microalga Chlorella vulgaris ESP-31 // Bioresource Technology. 2012. V. 105. P. 120-127], который позволяет получать липиды, включающие 60-68% насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот в составе, в том числе, пальмитиновой (С 16:0), стеариновой (С 18:0) и олеиновой кислоты (С18:1).

Однако этот штамм при культивировании не позволяет получать липиды с высоким содержанием насыщенных кислот: содержание пальмитиновой кислоты составляет 16.44-26.46%, с стеариновой 7.07-14.92% от общего количества жирных кислот в липидах, в зависимости от используемой для культивирования среды.

Изобретение решает задачу получения штамма микроводоросли, обладающего способностью продуцировать липиды с высоким содержанием насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот, пригодных для применения их в качестве сырья для продукции моторных топлив высокого качества.

Поставленная задача решается тем, что предлагается штамм микроводоросли Chlorella vulgaris А1123, обладающий высоким содержанием насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот в составе липидов, в том числе, пальмитиновой, в качестве сырья для производства моторных топлив.

Штамм микроводоросли Chlorella vulgaris А1123 выделен из горячего источника у подножия вулкана Мутновский (Камчатка), идентифицирован в ИЦиГ СО РАН и депонирован в Коллекции микроводорослей ИФР РАН под регистрационным номером IPPAS С-616.

Штамм Chlorella vulgaris А1123 имеет следующую морфофизиологическую характеристику. Клетки круглые, шаровидные, с тонкой оболочкой без слизи, размером 3-5 мкм с одиночным пиреноидом размером 1 мкм, размножение происходит 4-8 автоспорами. На агаризованной среде ВВМ образует колонии зеленого цвета с ровным краем. Штамм авто- и миксотрофный. Температура культивирования от 20 до 35°С. Штамм растет на минеральной среде ВВМ, не требует для роста подачи в среду углекислого газа. Достаточный период освещения для роста - до 16-18 ч в сутки. При окрашивании флуоресцентным красителем Nile Red в цитоплазме клеток визуализируются капли липидов. Штамм не склонен к осаждению как в культуре, так и на стенках культивационной установки, сохраняет аксеничность при хранении. Штамм развивается вне зависимости от сезона года.

Полученный штамм по сравнению с ранее описанными штаммами обладает повышенным содержанием липидов с насыщенными и мононенасыщенными жирными кислотами. Общее содержание данных жирных кислот, определенных методом газовой хроматомасс-спектрометрии, составило 75%, как показано в Таблице, в том числе пальмитиновой - 38%, что превышает показатели штамма Chlorella vulgaris ESP-31 и позволяет получать сырье для производства биотоплива с повышенным содержанием насыщенных жирных кислот с улучшенными свойствами после обработки биомассы ультразвуком и экстракции растворителями. Содержание липидов штамма Chlorella vulgaris А1123 при миксотрофном культивировании составило 32% от сухого веса, кроме того, культивирование штамма не требует добавления в среду углекислоты и витаминов.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Визуализация накопления липидов в клетках микроводоросли Chlorella vulgaris Al 123 при окраске флуоресцентным красителем Nile Red.

Культивирование штамма проводят в лабораторных условиях при температуре 25°С на среде ВВМ рН 6.8, и следующим составом из расчета на 1 литр:

NaNC3 - 0,75 г.

CaCl2·2H2O - 0,025 г

MgSO4·7H2O - 0,075 г

K2HPO4 - 0,075 г

KH2PO4 - 0,175 г

NaCl - 0,025 г

Na2EDTA·2H2O - 10 мг

FeSO4·7H2O - 4,98 мг

MnCl2·4H2O - 1,81 мг

ZnSO4 - 0,222 мг

Co(NO3)2·6H2O - 0,049 мг

NaMoO4·5H2O - 0,39 мг

CuSO4·5H2O - 0,079 мг

Н3BO3·2Н20 - 19,28 мг

Культивирование штамма микроводоросли в лимитированных по азоту условиях проводят в течение 7 дней, в объеме среды 200 мл в колбах на 500 мл, при непрерывном барботировании суспензии стерильным воздухом с скоростью 200 мл/мин, при освещенности 120 Вт/м2 с фотопериодом 16 ч. Суспензию клеток смешивают с 1 мМ раствором Nile Red в воде, после чего проводят флуоресцентную микроскопию при длине волны возбуждения 450-490 нм и длине волны обнаружения 515-565 нм. Результаты приведены на рисунке, где показаны клетки микроводоросли Chlorella vulgaris А1123: А. - микроскопия в проходящем свете, Б. - флуоресцентная микроскопия при окрашивании красителем Nile Red. Масштаб 10 мкм. Стрелками показаны капли липидов в цитоплазме клеток.

Пример 2. Миксотрофное культивирование штамма микроводоросли Chlorella vulgaris Al 123 на среде с глюкозой.

Культивирование штамма проводят в лабораторных условиях на среде ВВМ при рН 6.8 и температуре 25°С аналогично примеру 1, но с добавлением глюкозы до 10 г/л, клетки осаждают центрифугированием при 3000 об/мин в течение 5 мин. Экстракцию липидов из биомассы проводят по методу Фолча (Folch J., Lees М. and Sloane Stanley G.H. A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues // Journal of biological chemistry. - 1957. V.226. - P. 497-509.) со следующей модификацией: клетки гомогенизируют с использованием ультразвукового генератора в течение 2 мин, при 30 кГц и мощности 130 Вт в смеси хлороформ:метанол (2:1). К полученной смеси добавляют четверть объема 0.9% раствора хлористого калия и интенсивно перемешивают. После расслоения жидкости органическую фазу отгоняют в токе азота, полученный остаток взвешивают и определяют содержание липидов по сухому весу. Содержание липидов в биомассе микроводоросли Chlorella vulgaris Al 123 на среде с глюкозой при миксотрофном культивировании составляет 32% (по сухому весу).

Пример 3. Анализ состава жирных кислот липидов микроводоросли Chlorella vulgaris А1123.

Для проведения анализа состава жирных кислот, входящих в состав липидов микроводоросли Chlorella vulgaris Аl 123, используют липиды, полученные, как описано в примере 2, для чего проводят их переэтерефикацию с целью получения метиловых эфиров жирных кислот как в работе [Christie W.W. Gas chromatography and lipids.Publisher: The Oily Press. - 1989. - P. 37-38]. Для этого навеску липидов (5 мг) растворяют в толуоле (1 мл), после добавляют раствор 1%-ной серной кислоты в метаноле (2 мл), интенсивно перемешивают. Смесь кипятят в течение двух часов, после добавляют 5 мл 5% раствора NaCl. Полученную смесь двукратно экстрагируют 5 мл гексана. Гексановый слой промывают раствором 2% NaHCO3 и сушат над безводным Na2SO4, смесь фильтруют и удаляют растворитель в токе азота.

Состав метиловых эфиров жирных кислот липидов анализируют методом газовой хроматомасс-спектрометрии на приборе Agilent 7000 В с ионизацией электронным ударом (70 эВ), на колонке DB-5 (30 м × 0.25 мм), с температурным градиентом от 80°С до 290°С со скоростью повышения 4°С/мин. Температура инжектора и детектора была установлена на 250 и 230°С соответственно. Поток газа-носителя составляет 1.2 мл/мин. Идентификацию соединений производят путем сравнения получаемых данных с библиотекой спектров известных соединений. Результаты анализа, приведенные в Таблице, показывают, что микроводоросль Chlorella vulgaris Аl 123 обладает высоким содержанием как насыщенных жирных кислот С16:0, С18:0 (57%), так и мононенасыщенной С18:1, суммарное количество которых составляет 75%.

Таблица
Состав жирных кислот микроводоросли Chlorella vulgaris Аl 123 при миксотрофном культивировании по данным газовой хроматомасс-спектрометрии.
Жирная кислота С16:0 С18:0 С16:1 С16:2 С16:3 С18:1 С18:2 С18:3
% от общего количества 38 19 4 3 5 18 7 6
насыщенные ненасыщенные
57 43

Штамм микроводоросли Chlorella vulgaris IPPAS С-616 для получения липидов в качестве сырья для производства моторных топлив.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к генетически модифицированной бактерии Salmonella enterica, которые содержат, по меньшей мере, один оперон pgl из Campylobacter jejuni или его функциональное производное и относится к презентации, по меньшей мере, одного N-гликана из Campylobacter jejuni или производного этого N-гликана на их клеточной поверхности.

Изобретение относится к области биотехнологии и касается мутантного штамма Glarea lozoyensis и его применения. Мутантный штамм получен путем воздействия на штамм Glarea lozoyensis АТСС 20957 нитрозогуанидином и депонирован в CGMCC под №CGMCC 2933.

Изобретение относится к фотобиотехнологии и микробиологии. Инокулят миуроводоросли Desmodesmus sp.штамм 2С166Е вносят в минеральную среду BG-11 до конечной концентрации хлорофилла в смеси 4-6 мкг/мл.
Изобретение относится к области микробиологии и биотехнологии. Предварительно отбирают материал, подлежащий исследованию, - чистую культуру палочковидных, грамотрицательных, ферментирующих глюкозу, оксидазоположительных или оксидазоотрицательных бактерий.

Изобретение относится к области микробиологии и биотехнологии. Предложен консорциум штаммов Lactobacillus rhamnosus ВКМ B-2726D и Lactobacillus plantarum ВКМ B-2725D.
Изобретение относится к биотехнологии, а именно к применению штамма Lactococcus casei ВКПМ В-8730. Штамм Lactococcus casei ВКПМ В-8730 получен на доступных питательных средах и применяется в качестве бактериальной закваски при приготовлении кисломолочных продуктов.
Изобретение относится к биотехнологии, а именно к применению штамма Enterococcus durans ВКПМ В-8731. Штамм Enterococcus durans ВКПМ В-8731 получен на доступных питательных средах и применяется в качестве бактериальной закваски при приготовлении кисломолочных продуктов.

Группа изобретений относится к области микробиологии и биотехнологии. Предложены штаммы Lactobacillus crispatus ВКМ B-2727D, Lactobacillus gasseri BKM B-2728D и Lactobacillus plantarum ВКМ В-2731D, обладающие антагонистической активностью по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам.

Плазмида для экспрессии в клетках бактерии, принадлежащей к роду escherichia, неактивного предшественника днказы i человека или ее мутеинов, бактерия, принадлежащая к роду escherichia, - продуцент неактивного предшественника рекомбинантной днказы i человека или ее мутеина, предшественник рекомбинантной днказы i человека или ее мутеина, способ получения рекомбинантной днказы i человека или ее мутеина, способ получения конъюгатов полиэтиленгликоля и рекомбинантного мутеина днказы i человека, ферментативно активный конъюгат мутеина рекомбинантной днказы i человека // 2502803
Группа изобретений относится к биотехнологии и представляет собой способ получения рекомбинантной ДНКазы I человека или ее мутеина, а также их конъюгатов с полиэтиленгликолем, с использованием бактерии, принадлежащей к роду Escherichia, трансформированной экспрессионной плазмидой, содержащей промотор, функционирующий в бактериальной клетке, фрагмент ДНК, кодирующий гексагистидиновый кластер, фрагмент, кодирующий последовательность узнавания энтерокиназы, слитую в рамке с ДНКазой I человека или ее функционально активным мутеином, содержащим замены аспарагина на цистеин, участок терминации транскрипции, фрагмент вектора рЕТ28а(+), содержащий участок инициации репликации бактериофага fl, последовательность, кодирующую аминогликозид-3'-фосфотрансферазу, область начала репликации плазмиды pBR322, ген РНК-организующего белка Rop, последовательность, кодирующую репрессор лактозного оперона.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для очистки загрязненных нефтью почв. Препарат, содержащий биодеструктор нефтяного загрязнения, представляет собой фугат культуральной жидкости микробной массы консорциума нефтеокисляющих микроорганизмов, иммобилизованных на торфоносителе.

Настоящее изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано в пищевой промышленности. Из Mortierella alpina получен новый ген, который кодирует фосфатазу фосфатидной кислоты (ЕС 3.1.3.4), определена открытая рамка считывания и выведена аминокислотная последовательность фермента, названного MaPAP1.

Настоящее изобретение относится к области молекулярной биологии и генетической инженерии и может быть использовано в пищевой промышленности. Из нитчатого гриба Mortierella alpina получены новые гены ацилтрансферазы лизофосфатидной кислоты (АТЛК).

Изобретение относится к биотехнологии и представляет собой композицию жирных кислот, которая собрана из культивированного продукта, полученного культивированием хозяина, который трансформирован рекомбинантным вектором экспрессии, несущим нуклеиновую кислоту, содержащую нуклеотидную последовательность, которая кодирует белок с активностью ацилтрансферазы лизофосфатидиновой кислоты; при этом по меньшей мере один или более из параметров по подпунктам i)-v), показанным далее, выше по пропорции жирных кислот композиции жирных кислот в культивированном продукте, полученном культивированием хозяина, который трансформирован рекомбинантным вектором экспрессии, несущим нуклеиновую кислоту, включающую SEQ ID NO:8: i) содержание олеиновой кислоты; ii) отношение содержания олеиновой кислоты к содержанию пальмитиновой кислоты; iii) отношение содержания олеиновой кислоты к содержанию стеариновой кислоты; iv) отношение общего содержания стеариновой кислоты и олеиновой кислоты к общему количеству пальмитиновой кислоты и пальмитолеиновой кислоты; и v) содержание n-6 жирной кислоты.
Изобретение относится к выделенному из яичного желтка лецитиновому продукту. .
Изобретение относится к области биохимии. .

Изобретение относится к области биотехнологии. .
Изобретение относится к области биотехнологии. .
Изобретение относится к усовершенствованному способу получения композиции 1,3-диолеоил-2-пальмитоил глицерида (ОРО), предназначенной для получения заменителя жира женского молока, включающему (i) фракционирование пальмового масла или его производного для получения стеарина пальмового масла с йодным числом (IV) 4-11; (ii) ферментативную переэтерификацию стеарина пальмового масла, полученного на стадии (i), олеиновой кислотой или ее неглицеридным эфиром с помощью 1,3-липазы; (iii) отделение фракции, содержащей ОРО глицерид, полученной на стадии (ii), от пальмитиновой кислоты или пальмитиновых неглицеридных эфиров.

Изобретение относится к масложировой промышленности. .

Изобретение относится к области биотехнологии. .

Изобретение относится к области биотехнологии, фармацевтической промышленности, в частности к оборудованию для культивиротвания фотосинтезирующих микроорганизмов, преимущественно микроводорослей.
Наверх