بررسی تأثیر تنش شدت‌نور در ذخیره بتاکاروتن توسط کشت‌‌خالص و مختلط میکروجلبک

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 مرکز تحقیقات بیوتکنولوژی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز،

چکیده

بتاکاروتن یک رنگدانه قرمز ـ نارنجی است که در گیاهان و میوه ها یافت می‌شود. یکی از بهترین منابع تولید بتاکاروتن میکروجلبک‌ها می‌باشند. تاکنون تولید بتاکاروتن در نمونه‌های خالص بررسی شده است. به دلیل مشکل ­های عملی کشت‌های خالص، دراین مطالعه تنش شدت نور بر نمونه‌های کشت مختلط دریاچه خزر و میکروجلبک خالص دونالیلا سالینا اعمال و چگونگی رشد، میزان کلروفیل تولید شده و تجمع بتاکاروتن در گونه‌های مورد آزمایش مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش ، شرایط عملیاتی آزمایش برای هر دو نمونه یکسان با 5/7  pH و دور هم­زدن rpm 160 بود. تنش نوری در شرایط عملیاتی یکسان و دمای  oC 28 – 26 در روز ششم اعمال شد. با اعمال این تنش مقدار بتاکاروتن در میکروجلبک دونالیلا سالینا از مقدار اولیه 9/5 به مقدار پایانی mol Beta-Carotene/g Protein 5/19 و در میکروجلبک دریاچه خزر از مقدار اولیه 3/7 به مقدار پایانی mol Beta-Carotene/g Protein 7/22 رسید. غلظت پروتئین در آغاز و پایان فرایند کشت‌های خالص و مختلط به ترتیب از 3/467 به  mg/L 9/1239 و از 2/495 به mg/L 3/1131 رسید. نتیجه­ های به دست آمده از این مطالعه، پتانسیل بالای میکروجلبک کشت مختلط دریاچه خزر به عنوان جایگزین مناسب میکروجلبک خالص دونالیلا را نشان می‌دهد. درنتیجه تولید بتاکاروتن با استفاده از میکروجلبک‌های مختلط دریاچه‌ی خزر که نیازی به استریلیزاسیون ندارد، اقتصادی‌تر از نمونه خالص بوده و به دلیل هزینه‌های کم­تر، امکان صنعتی شدن آن افزایش می‌یابد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Prieto A., Canavate J.P., García-González M., Assessment of Carotenoid Production by Dunaliella salina in Different Culture Systems and Operation Regimes, Journal of Biotechnology, 151(2): 180-185 (2011).

[2] Ben-Amotz A., Shaish A., Avron M., The Biotechnology of Cultivating Dunaliella for Production of β-Carotene Rich Algae, Bioresource Technology, 38(2): 233-235 (1991).

[3] Borowitzka L.J., Borowitzka M.A., Commercial Production of β-Carotene by Dunaliella salina in Open Ponds, Bulletin of Marine Science, 47(1): 244-252 (1990).

[4] Moulton T., Borowitzka L., Vincent D., "The Mass Culture of Dunaliella salina for β-Carotene: from Pilot Plant to Production Plant", Twelfth International Seaweed Symposium. Springer (1987).

[5] Çelekli A., Dönmez G., Effect of pH, Light Intensity, Salt and Nitrogen Concentrations on Growth and β-Carotene Accumulation by a New Isolate of Dunaliella sp., World Journal of Microbiology and Biotechnology, 22(2): 183-189 (2006).

[6] Ribeiro B.D., Barreto D.W., Coelho M.A.Z., Technological Aspects of β-Carotene Production, Food and Bioprocess Technology, 4(5): 693-701 (2011).

[7] Brányiková, Microalgae—Novel Highly Efficient Starch Producers, Biotechnology and Bioengineering, 108(4): 766-776 (2011).

[8] Mooij P.R., Survival of the Fattest, Energy & Environmental Science, 6(12): 3404-3406 (2013).

[9] Chisti Y., Biodiesel from Microalgae, Biotechnology Advances, 25(3): 294-306 (2007).

[10] Mulders K.J., Phototrophic Pigment Production with Microalgae: Biological Constraints and Opportunities, Journal of Phycology, 50(2): 229-242 (2014).

[11] Ashok P., Biofuels from Algae, (2014).

[12] Borowitzka M.A., Borowitzka L.J., Kessly D., Effects of Salinity Increase on Carotenoid Accumulation in the Green Alga Dunaliella salina, Journal of Applied Phycology, 2(2): 111-119 (1990).

[13] Ben-Amotz A., Production of β-Carotene and Vitamins by the Halotolerant Alga Dunaliella, in Pharmaceutical and Bioactive Natural Products, 411-417 (1993).

[14] Eonseon J., Lee C.-G., Polle J.E., Secondary Carotenoid Accumulation in Haematococcus (Chlorophyceae): Biosynthesis, Regulation, and Biotechnology. Journal of microbiology and biotechnology, 16(6): 821-831 (2006).

[15] Lamers P.P., Carotenoid and Fatty Acid Metabolism in Nitrogen-Starved Dunaliella salina, a Unicellular Green Microalga, Journal of Biotechnology, 162(1):  21-27 (2012).

[16] Lamers P.P., Carotenoid and Fatty Acid Metabolism in Light‐Stressed Dunaliella salina, Biotechnology and Bioengineering, 106(4): 638-648 (2010).

[17] Beer L.L., Engineering Algae for Biohydrogen and Biofuel Production, Current Opinion in Biotechnology, 20(3): 264-271 (2009).

[18] Markou G., E. Nerantzis, Microalgae for High-Value Compounds and Biofuels Production: A Rview with Focus on Cultivation under Stress Conditions, Biotechnology Advances, 31(8): 1532-1542 (2013).

[19] Li Z., A Novel Potential Source of β-Carotene: Eustigmatos cf. Polyphem (Eustigmatophyceae) and Pilot β-carotene Production in Bubble Column and Flat Panel Photobioreactors, Bioresource Technology, 117: 257-263 (2012).

[20] Salehizadeh H., Van Loosdrecht M., Production of Polyhydroxyalkanoates by Mixed Culture: Recent Trends and Biotechnological Importance, Biotechnology Advances, 22(3): 261-279 (2004).

[21] Johnson M.K., Johnson E.J., MacElroy R.D., Speer, H.L., Bruff B.S., Effects of Salts on the Halophilic Alga Dunaliella viridis, Journal of Bacteriology, 95(4): 1461-1468 (1968).

 [22] Vishniac W., Santer M., The thiobacilli. Bacteriological Reviews, 21(3): 195-213 (1957).

[23] Hejazi M., Holwerda E., Wijffels R., Milking Microalga Dunaliella salina for β‐Carotene Production in Two‐Phase Bioreactors, Biotechnology and Bioengineering, 475-481 (2004).

[24] Garbayo I., Effect of Abiotic Sress on the Production of Lutein and β-Carotene by Chlamydomonas acidophila, Process Biochemistry, 43(10): 1158-1161 (2008).

[25] López C.V.G., Protein Measurements of Microalgal and Cyanobacterial Biomass, Bioresource Technology, 101(19): 7587-7591 (2010).

[26] Finn B., Harvey L.M., McNeil B., Near‐Infrared Spectroscopic Monitoring of Biomass, Glucose, Ethanol and Protein Content in a High Cell Density Baker's Yeast Fed‐Batch Bioprocess, Yeast, 23(7): 507-517 (2006).

[27] Waterborg J.H., The Lowry Method for Protein Quantitation, in: "The Protein Protocols Handbook", 7-10 (2009).

[28] Eijckelhoff C., Dekker J.P., A Routine Method to Determine the Chlorophyll a, Pheophytin a and β-Carotene Contents of Isolated Photosystem II Reaction Center Complexes, Photosynthesis Research, 52(1): 69-73 (1997).

[29] Hartmut K., Determinations of Total Carotenoids and Chlorophylls b of Leaf Extracts in Different Solvents, Analysis (Peach, K & Tracey, MV, eds), 4: 142-196 (1983).

[30] Wu Z., The Effects of Light, Temperature, and Nutrition on Growth and Pigment Accumulation of Three Dunaliella salina Strains Isolated from Saline Soil, Jundishapur Journal of Microbiology, 9(1): 1648-1663 (2016).

[31] Pisal D.S., Lele S., Carotenoid Production from Microalga, Dunaliella salina, Indian Journal of Biotechnology, 4: 476-483 (2005).

[32] Jahnke L.S., Massive Carotenoid Accumulation in Dunaliella bardawil Induced by Ultraviolet-A Radiation, Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 48(1): 68-74 (1999).

[33] Mogedas B., β-Carotene Production Enhancement by UV-A Radiation in Dunaliella Bardawil Cultivated in Laboratory Reactors, Journal of Bioscience and Bioengineering, 108(1): 47-51 (2009).

[34] Borowitzka L., Moulton T., Borowitzka M., "The Mass Culture of Dunaliella salina for Fine Chemicals: from Laboratory to Pilot Plant", Eleventh International Seaweed Symposium,(1984).

[35] Lers A., Biener Y., Zamir A., Photoinduction of Massive β-Carotene Accumulation by the Alga Dunaliella bardawil Kinetics and Dependence on Gene Activation, Plant Physiology, 93(2): 389-395 (1990).

[36] Orset S.C., Young A.J., Exposure to Low Irradiances Favors the Synthesis of 9-cis β, β-Carotene in Dunaliella salina (Teod.), Plant physiology, 122(2): 609-618 (2000).

[37] Hosseini S.R.P., Tavakoli O., Sarrafzadeh M.H., Experimental Optimization of SC-CO2 Extraction of Carotenoids from Dunaliella salina, The Journal of Supercritical Fluids, 121: 89-95 (2017).