RU2610675C1 - Method for extraction of lipids from biomass of microalgae chlorella and yeast yarrowia lipolytica - Google Patents
Method for extraction of lipids from biomass of microalgae chlorella and yeast yarrowia lipolytica Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610675C1 RU2610675C1 RU2015155973A RU2015155973A RU2610675C1 RU 2610675 C1 RU2610675 C1 RU 2610675C1 RU 2015155973 A RU2015155973 A RU 2015155973A RU 2015155973 A RU2015155973 A RU 2015155973A RU 2610675 C1 RU2610675 C1 RU 2610675C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biomass
- microalgae
- yeast
- yarrowia lipolytica
- residual
- Prior art date
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 title claims abstract description 55
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 title claims abstract description 52
- 241000235015 Yarrowia lipolytica Species 0.000 title claims abstract description 18
- 241000195649 Chlorella <Chlorellales> Species 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims abstract description 11
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- WORJEOGGNQDSOE-UHFFFAOYSA-N chloroform;methanol Chemical compound OC.ClC(Cl)Cl WORJEOGGNQDSOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims description 13
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 6
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 abstract description 9
- 238000012258 culturing Methods 0.000 abstract 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 abstract 1
- 240000009108 Chlorella vulgaris Species 0.000 description 9
- 235000007089 Chlorella vulgaris Nutrition 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 4
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 235000013861 fat-free Nutrition 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 241001536303 Botryococcus braunii Species 0.000 description 1
- 240000002791 Brassica napus Species 0.000 description 1
- 235000004977 Brassica sinapistrum Nutrition 0.000 description 1
- 241000195651 Chlorella sp. Species 0.000 description 1
- 241000199912 Crypthecodinium cohnii Species 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 241000206749 Cylindrotheca sp. Species 0.000 description 1
- 241000305506 Desmodesmus Species 0.000 description 1
- 241001403474 Dunaliella primolecta Species 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 241000362749 Ettlia oleoabundans Species 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 241000124105 Isochrysis sp. Species 0.000 description 1
- 241000196305 Nannochloris Species 0.000 description 1
- 241000509521 Nannochloropsis sp. Species 0.000 description 1
- 241000486043 Nitzschia sp. (in: Bacillariophyta) Species 0.000 description 1
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 241000206744 Phaeodactylum tricornutum Species 0.000 description 1
- 241001466077 Salina Species 0.000 description 1
- 241000196321 Tetraselmis Species 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007640 basal medium Substances 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 230000001851 biosynthetic effect Effects 0.000 description 1
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 1
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 1
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000001461 cytolytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000012239 gene modification Methods 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006372 lipid accumulation Effects 0.000 description 1
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 description 1
- 239000007003 mineral medium Substances 0.000 description 1
- 239000003531 protein hydrolysate Substances 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 229940024999 proteolytic enzymes for treatment of wounds and ulcers Drugs 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 210000005253 yeast cell Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor
- C12N1/125—Unicellular algae isolates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P1/00—Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/89—Algae ; Processes using algae
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Botany (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Virology (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способам получения биодизеля из биомассы микроводорослей, предварительно выращенной в фотобиореакторах различной конструкции (открытых, закрытых, цилиндрических, плоских и трубчатых), а также биомассы дрожжей. Собранная биомасса микроводорослей предназначена для дальнейшей переработки с целью выделения липидов и получения из них биодизеля, остаточная биомасса используется для наращивания дрожжевой биомассы, из которой также выделяют липиды для получения биодизеля.The invention relates to the field of biotechnology, in particular to methods for producing biodiesel from biomass of microalgae, previously grown in photobioreactors of various designs (open, closed, cylindrical, flat and tubular), as well as yeast biomass. The collected biomass of microalgae is intended for further processing in order to isolate lipids and obtain biodiesel from them, the residual biomass is used to build up yeast biomass, from which lipids are also isolated to produce biodiesel.
Новым перспективным подходом получения энергии из возобновляемых источников является использование микроводорослей - продуцентов липидов (Singh A. et. al., 2011; Lee D.H. 2011).The use of microalgae as lipid producers is a new promising approach to obtaining energy from renewable sources (Singh A. et. Al., 2011; Lee D.H. 2011).
Продуктивность микроводорослей по биомассе и липидам на порядок превышает продуктивность наземных растений. Так, например, в некоторых видах водорослей при оптимальных условиях культивирования содержание липидов от сухой массы превышает таковое в масличных растениях: Botryococcus braunii 25-75%, Chlorella sp. 28-32%, Crypthecodinium cohnii 20%, Cylindrotheca sp. 16-37%, Dunaliella primolecta 23%, Isochrysis sp. 25-33%, Monallanthus salina >20, Nannochloris sp. 20-35%, Nannochloropsis sp. 31-68%, Neochloris oleoabundans 35-54%, Nitzschia sp. 45-47%, Phaeodactylum tricornutum 20-30%, Tetraselmis sueica 15-23. При этом площадь, необходимая для их выращивания, составляет в 50-100 раз и в 350-750 раз меньше чем, например, для рапса и кукурузы соответственно (Chisti Y., 2007).The microalgae productivity in biomass and lipids is an order of magnitude higher than the productivity of terrestrial plants. So, for example, in some types of algae under optimal cultivation conditions, the lipid content of the dry mass exceeds that in oil plants: Botryococcus braunii 25-75%, Chlorella sp. 28-32%, Crypthecodinium cohnii 20%, Cylindrotheca sp. 16-37%, Dunaliella primolecta 23%, Isochrysis sp. 25-33%, Monallanthus salina> 20, Nannochloris sp. 20-35%, Nannochloropsis sp. 31-68%, Neochloris oleoabundans 35-54%, Nitzschia sp. 45-47%, Phaeodactylum tricornutum 20-30%, Tetraselmis sueica 15-23. Moreover, the area required for their cultivation is 50-100 times and 350-750 times less than, for example, for rapeseed and corn, respectively (Chisti Y., 2007).
На основе литературных данных можно сделать вывод, что достаточно большое количество видов микроводорослей обладают способностью к увеличенному продуцированию липидов. Однако для полной реализации биосинтетического потенциала того или иного штамма необходимо подобрать наиболее подходящие условия как для культивирования, так и для накопления липидов.Based on published data, it can be concluded that a sufficiently large number of microalgae species have the ability to increase lipid production. However, for the full realization of the biosynthetic potential of a given strain, it is necessary to select the most suitable conditions for both cultivation and lipid accumulation.
Известны различные способы культивирования биомассы микроводорослей для получения липидов.Various methods are known for cultivating microalgae biomass to produce lipids.
Согласно способу (Патент РФ 2507251) инокулят микроводоросли Desmodesmus sp. штамм 2С166Е вносят в минеральную среду BG-11 до конечной концентрации хлорофилла в смеси 4-6 мкг/мл. Культивируют при постоянном освещении и барботировании среды атмосферным воздухом в течение 12-16 суток при температуре 25-27°C с последующим отделением биомассы микроводорослей от питательной среды с получением биомассы микроводоросли, содержащей 33-35% жирных кислот от сухого веса клеток.According to the method (RF Patent 2507251) inoculate microalgae Desmodesmus sp. strain 2C166E is introduced into the mineral medium BG-11 to a final concentration of chlorophyll in a mixture of 4-6 μg / ml. Cultivate with constant lighting and bubbling the medium with atmospheric air for 12-16 days at a temperature of 25-27 ° C, followed by separation of the microalgae biomass from the nutrient medium to obtain microalgae biomass containing 33-35% fatty acids from the dry weight of the cells.
Согласно способу (Патент РФ 2497944) культивирование микроводорослей биотопливного назначения включает две стадии альголизации. На первой стадии осуществляют альголизацию первичным инокулятом культуры, преимущественно Chlorella vulgaris BIN, полученным в фотобиореакторе, синхронно или со сдвигом по времени многофункциональных закрытых бассейнов со светопроницаемыми ограждениями. Общий объем указанных бассейнов составляет от 1/30 до 1/15 от общего объема открытых водоемов. Выращивают вторичный инокулят с объемной плотностью 109-1011 клеток/л, при этом культивирование начинают в весенний период при среднесуточной температуре воды в бассейнах в диапазоне 12-18°C. Вторую стадию культивирования микроводорослей начинают путем отбора из бассейнов вторичного инокулята при температуре воды в открытых водоемах 12-18°C и продолжают его подачу в открытые водоемы до достижения в них объемной плотности микроводорослей 2⋅108-109. Частично отбирают вторичный инокулят из бассейна в качестве готового продукта в весенний и осенний периоды при температуре воды в них в диапазоне 8-12°C, при этом в многофункциональные бассейны добавляют равное количество воды с растворенными в ней биогенами. Изобретение обеспечивает увеличение производительности способа культивирования микроводорослей. Полученные микроводоросли содержат 33,9% клетчатки, 51,0% белков, 7,3% жиров.According to the method (RF Patent 2497944), the cultivation of microalgae for biofuel purposes involves two stages of algolization. At the first stage, the primary inoculum is algolized with a culture, mainly Chlorella vulgaris BIN, obtained in a photobioreactor, synchronously or with a time shift of multifunctional indoor pools with translucent fences. The total volume of these pools is from 1/30 to 1/15 of the total volume of open water bodies. A secondary inoculum is grown with a bulk density of 10 9 -10 11 cells / l, while cultivation begins in the spring with an average daily temperature of water in the pools in the range of 12-18 ° C. The second stage of the cultivation of microalgae begins by selection of the secondary inoculum from the pools at a water temperature of 12–18 ° C in open water and its supply to open water is continued until the microalgae has a bulk density of 2 × 10 8 -10 9 . A secondary inoculum is partially taken from the pool as a finished product in the spring and autumn at a water temperature in the range of 8-12 ° C, while an equal amount of water with dissolved biogens is added to the multifunctional pools. The invention provides an increase in the productivity of the method of cultivating microalgae. The resulting microalgae contain 33.9% fiber, 51.0% protein, 7.3% fat.
Известен способ (Патент РФ 2508398), по которому культивирование штамма микроводоросли Chlorella vulgaris Al 123 проводят в лабораторных условиях при температуре 25°C на среде ВВМ pH 6.8 в лимитированных по азоту условиях проводя в течение 7 дней, в объеме среды 200 мл в колбах на 500 мл, при непрерывном барботировании суспензии стерильным воздухом со скоростью 200 мл/мин, при освещенности 120 Вт/м2 с фотопериодом 16 ч. Содержание липидов в биомассе микроводоросли Chlorella vulgaris Al 123 на среде с глюкозой при миксотрофном культивировании составляет 32% (по сухому весу).A known method (RF Patent 2508398), in which the cultivation of the microalgae strain Chlorella vulgaris Al 123 is carried out in laboratory conditions at a temperature of 25 ° C on BBM medium pH 6.8 under nitrogen-limited conditions for 7 days, in a volume of medium 200 ml in flasks on 500 ml, with continuous suspension of the suspension with sterile air at a speed of 200 ml / min, at an illumination of 120 W / m 2 with a photoperiod of 16 hours. The lipid content in the biomass of the microalga Chlorella vulgaris Al 123 on a medium with glucose during mixotrophic cultivation is 32% (dry weight).
Исходя из этого, предлагается для переработки использовать микроводоросли рода Chlorella.Based on this, it is proposed to use microalgae of the genus Chlorella for processing.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ извлечения биологически активных веществ из биомассы микроводоросли рода Chlorella [Патент RU 2044770 C1, C12N 1/12, С12Р 21/00, A23J 3/20, A23K 1/00, 1992] - двухстадийный способ извлечения биологически активных веществ из биомассы микроводоросли рода Chlorella, который позволяет получить продукты различной природы. На первой стадии для получения липидно-пигментного комплекса с максимальным выходом сухую биомассу микроводоросли заливают 6 л экстрагента (этанол, бензин или смесь этанол-бензин (1:2)) и перемешивают в течение 6 ч при комнатной температуре. Экстракт отделяют фильтрованием, а оставшуюся биомассу заливают свежей порцией растворителя в объеме 4 л, перемешивают в течение 3 ч и фильтруют. Экстракты объединяют и концентрируют в вакуумном испарителе при температуре не выше 45°C. Конечными продуктами являются липид-пигментный комплекс с выходом 11-15% (массовых) и обезжиренная биомасса. На второй стадии процесса обезжиренную биомассу подвергают гидролизу ферментами целлюлолитического и протеолитического действия, проводят термообработку для инактивации ферментов, разделяют белковый гидролизат и шрот.The closest technical solution, selected as a prototype, is a method for extracting biologically active substances from the biomass of microalgae of the genus Chlorella [Patent RU 2044770 C1, C12N 1/12, C12P 21/00,
Данным способом выделяют липиды только на первой стадии с выходом 11-15% (массовых).In this way, lipids are isolated only in the first stage with a yield of 11-15% (mass).
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего перерабатывать микроводоросли рода Chlorella в замкнутом безотходном цикле для получения липидов с высоким выходом (до 37% по сухому весу), которые затем используются для производства биодизеля.The objective of the invention is to provide a method that allows you to process microalgae of the genus Chlorella in a closed waste-free cycle to obtain lipids in high yield (up to 37% by dry weight), which are then used to produce biodiesel.
Для достижения указанного результата предложен способ извлечения липидов из биомассы микроводоросли рода Chlorella, заключающийся в том, что биомассу микроводоросли отделяют от культуральной среды, обрабатывают органическими растворителями для экстракции липидной фракции, а остаточную биомассу микроводоросли направляют на дальнейшую переработку, при этом остаточную биомассу микроводоросли подвергают гидролизу и в виде водной суспензии используют в качестве питательной среды для выращивания дрожжей Yarrowia lipolytica W23, после чего биомассу дрожжей отделяют от культуральной среды и экстрагируют из нее липидную фракцию, а остаточную биомассу дрожжей подвергают гидролизу и направляют на стадию их выращивания.To achieve this result, a method for extracting lipids from the biomass of a microalgae of the genus Chlorella is proposed, which consists in separating the microalgae biomass from the culture medium, treating it with organic solvents to extract the lipid fraction, and the residual microalgae biomass is sent for further processing, while the residual microalgae biomass is subjected to hydrolysis and in the form of an aqueous suspension is used as a nutrient medium for the cultivation of yeast Yarrowia lipolytica W23, after which the biomass dr the yeast is separated from the culture medium and the lipid fraction is extracted from it, and the residual biomass of the yeast is hydrolyzed and sent to the stage of their growth.
Кроме того,Besides,
- в качестве органического растворителя используют хлороформ-метанол в соотношении 2:1 - 1:2;- as an organic solvent, chloroform-methanol is used in a ratio of 2: 1 - 1: 2;
- биомассу микроводоросли Chlorella подвергают гидролизу при температуре 80-140°C 20-90 минут;- the biomass of the microalgae Chlorella is hydrolyzed at a temperature of 80-140 ° C for 20-90 minutes;
- остаточную биомассу дрожжей Yarrowia lipolytica W23 подвергают гидролизу при температуре 80-140°C 20-90 минут;- the residual biomass of the yeast Yarrowia lipolytica W23 is subjected to hydrolysis at a temperature of 80-140 ° C for 20-90 minutes;
- используют 5% - 20% водную суспензию остаточной биомассы микроводоросли;- use a 5% - 20% aqueous suspension of residual microalgae biomass;
- количество остаточной биомассы дрожжей в питательной среде для их выращивания составляет 5-10%.- the amount of residual biomass of yeast in the nutrient medium for their cultivation is 5-10%.
Принципиальная схема реализации способа показана на чертеже.A schematic diagram of the implementation of the method is shown in the drawing.
В качестве микроводоросли использовали Chlorella vulgaris GKV-1.Chlorella vulgaris GKV-1 was used as microalgae.
Выбор дрожжей Yarrowia lipolytica W23 обусловлен их способностью накапливать большое количество липидов, а также возможностью генной модификации разработанными методами с целью увеличения выхода липидов.The choice of yeast Yarrowia lipolytica W23 is due to their ability to accumulate a large amount of lipids, as well as the possibility of gene modification by the developed methods in order to increase the yield of lipids.
Стадии способа:Stage of the method:
1. Культивируют микроводоросль Chlorella vulgaris GKV-1;1. Cultivate the microalgae Chlorella vulgaris GKV-1;
2. Биомассу микроводоросли Chlorella vulgaris GKV-1 отделяют от культуральной среды и высушивают;2. The biomass of the microalgae Chlorella vulgaris GKV-1 is separated from the culture medium and dried;
3. Измельчают биомассу микроводоросли и экстрагируют липидную фракцию органическим растворителем;3. Grind the microalgae biomass and extract the lipid fraction with an organic solvent;
4. Отделяют липидную фракцию от растворителей;4. Separate the lipid fraction from the solvents;
5. Получают биодизель из липидной фракции;5. Get biodiesel from the lipid fraction;
6. Остаточную биомассу микроводоросли подвергают гидролизу; из гидролизованной остаточной биомассы микроводоросли готовят водную суспензию и направляют ее для выращивания дрожжей Yarrowia lipolytica.6. The residual biomass of microalgae is subjected to hydrolysis; An aqueous suspension is prepared from the hydrolyzed residual biomass of the microalgae and sent to grow Yarrowia lipolytica yeast.
7. Выращивают биомассу дрожжей Yarrowia lipolytica W23 на остаточной биомассе микроводорослей, отделяют биомассу дрожжей и высушивают;7. Yarrowia lipolytica W23 yeast biomass is grown on the residual biomass of microalgae, yeast biomass is separated and dried;
8. Измельчают биомассу дрожжей и экстрагируют липидную фракцию с помощью органического растворителя.;8. The yeast biomass is ground and the lipid fraction is extracted with an organic solvent .;
9. Отделяют липидную фракцию и направляют ее на получение биодизеля;9. Separate the lipid fraction and direct it to obtain biodiesel;
10. Остаточную биомассу подвергают гидролизу и используют для выращивания дрожжей Yarrowia lipolytica W23.10. The residual biomass is hydrolyzed and used to grow Yarrowia lipolytica W23 yeast.
Параметры способа были выбраны исходя из следующих соображений.The method parameters were selected based on the following considerations.
Биомассу микроводоросли Chlorella vulgaris и дрожжей Yarrowia lipolytica подвергают гидролизу при температуре от 80°C до 140°C в течение 20-90 минут; данный диапазон температур и времени обработки является наиболее подходящим для гидролиза биомассы микроводорослей и дрожжей для использования их в качестве компонента питательных сред с целью получения липидов: при температуре ниже 80°C не достигается необходимого разрушения биомассы, выше 140°C дополнительного разрушения биомассы не происходит.The biomass of the microalgae Chlorella vulgaris and the yeast Yarrowia lipolytica is hydrolyzed at a temperature of from 80 ° C to 140 ° C for 20-90 minutes; this temperature and processing time range is most suitable for hydrolysis of microalgae and yeast biomass for use as a component of nutrient media for the production of lipids: at temperatures below 80 ° C, the required destruction of biomass is not achieved, above 140 ° C, additional destruction of biomass does not occur.
В качестве органического растворителя используют хлороформ-метанол при соотношении 2:1-1:2; при данных соотношениях органических растворителей наблюдается наибольшее количество извлекаемых липидов из биомассы микроводорослей и дрожжей.As an organic solvent, chloroform-methanol is used at a ratio of 2: 1-1: 2; at these ratios of organic solvents, the largest amount of lipids recovered from the biomass of microalgae and yeast is observed.
Концентрация водной суспензии из гидролизованной биомассы микроводоросли Chlorella vulgaris, которую направляют для выращивания дрожжей Yarrowia lipolytica, составляет 5%-20%, при таких концентрациях наблюдается наибольший выход липидов при переработке дрожжей.The concentration of the aqueous suspension from the hydrolyzed biomass of the microalgae Chlorella vulgaris, which is sent for the cultivation of Yarrowia lipolytica yeast, is 5% -20%, at such concentrations the highest lipid yield during yeast processing is observed.
Гидролизованную биомассу дрожжей Yarrowia lipolytica вносят в качестве компонента в питательную среду для выращивания дрожжей Yarrowia lipolytica. Посевная доза дрожжей составляет 5-15% от объема среды, при таких концентрациях наблюдается наибольший выход липидов при переработке дрожжей.Hydrolyzed biomass of Yarrowia lipolytica yeast is introduced as a component into the growth medium of Yarrowia lipolytica yeast. The sowing dose of yeast is 5-15% of the volume of the medium; at such concentrations, the highest yield of lipids during yeast processing is observed.
Примеры реализации способаMethod implementation examples
Пример 1.Example 1
Выращивание микроводоросли Chlorella vulgaris GKV-1 происходит фототрофно в течение 7 суток, температура 24±2°C, на стандартной среде Basal medium ((Yeh and Chang, 2012), pH 7.0, в объеме среды 250 мл в колбах на 500 мл, при непрерывном барботировании суспензии стерильным воздухом с скоростью 250 мл/мин, при освещенности 3000 люкс с фотопериодом 24 ч.The microalgae Chlorella vulgaris GKV-1 is grown phototrophically for 7 days, temperature 24 ± 2 ° C, on standard Basal medium ((Yeh and Chang, 2012), pH 7.0, in a volume of 250 ml in 500 ml flasks at continuous bubbling of the suspension with sterile air at a speed of 250 ml / min, at an illumination of 3000 lux with a photoperiod of 24 hours
Клетки микроводоросли отделяют центифугированием при 8500g в течение 7 минут. Полученную биомассу микроводоросли высушивают. Далее сухую биомассу микроводоросли измельчают в гомогенизаторе. Извлечение липидов осуществляют путем встряхивания на качалке с частотой вращения 200 об/мин с органическим растворителями - хлороформ-метанол (2:1) при комнатной температуре. Затем надосадочную жидкость (липидная фракция) отделяют центрифугированием. Липидную фракцию концентрируют в вакууме на роторном испарителе и затем используют для получения биодизельного топлива. Остаточную биомассу микроводоросли после извлечения липидов гидролизуют в автоклаве при 121°C 30 минут, из него готовят 10% водную суспензию, стерилизуют в автоклаве при 121°C 20 минут и используют в качестве питательной среды для выращивания дрожжей Yarrowia lipolytica W23. Посевная доза дрожжей составляет 5% от объема среды. Дрожжи выращиваются в объеме среды 250 мл в колбах на 500 мл, в течение 48 часов при 25±2°C на качалке с частотой вращения 150 об/мин. Клетки дрожжей отделяют центифугированием при 8500g в течение 7 минут. Полученную биомассу дрожжей высушивают. Далее сухую биомассу дрожжей измельчают в гомогенизаторе. Извлечение липидов осуществляют путем встряхивания с частотой вращения 200 об/мин на качалке с органическим растворителями - хлороформ-метанол (2:1) при комнатной температуре. Затем надосадочную жидкость (липидная фракция) отделяют центрифугированием. Липидную фракцию концентрируют в вакууме на роторном испарителе и затем используют для получения биодизельного топлива. Содержание общих липидов определяли гравиметрически.Microalgae cells are separated by centrifugation at 8500g for 7 minutes. The resulting microalgae biomass is dried. Next, the dry biomass of microalgae is ground in a homogenizer. The extraction of lipids is carried out by shaking on a rocking chair with a rotation speed of 200 rpm with organic solvents - chloroform-methanol (2: 1) at room temperature. Then the supernatant (lipid fraction) is separated by centrifugation. The lipid fraction is concentrated in vacuo on a rotary evaporator and then used to produce biodiesel. After extraction of the lipids, the residual biomass of the microalgae is hydrolyzed in an autoclave at 121 ° C for 30 minutes, a 10% aqueous suspension is prepared from it, sterilized in an autoclave at 121 ° C for 20 minutes and used as a nutrient medium for growing Yarrowia lipolytica W23 yeast. The sowing dose of yeast is 5% of the volume of the medium. Yeast is grown in a medium volume of 250 ml in 500 ml flasks for 48 hours at 25 ± 2 ° C on a shaker with a rotation speed of 150 rpm. Yeast cells are separated by centrifugation at 8500g for 7 minutes. The resulting biomass of the yeast is dried. Next, dry biomass of yeast is ground in a homogenizer. The extraction of lipids is carried out by shaking with a rotation speed of 200 rpm on a rocking chair with organic solvents - chloroform-methanol (2: 1) at room temperature. Then the supernatant (lipid fraction) is separated by centrifugation. The lipid fraction is concentrated in vacuo on a rotary evaporator and then used to produce biodiesel. The content of total lipids was determined gravimetrically.
Выход липидов из биомассы микроводорослей составил 15% (по сухому весу), из биомассы дрожжей 21,5% (по сухому весу). В сумме выход по липидам составляет 36,5% (по сухому весу).The output of lipids from the microalgae biomass was 15% (by dry weight), from the yeast biomass 21.5% (by dry weight). In total, the lipid yield is 36.5% (by dry weight).
Пример 2. Example 2
То же, что в примере 1, только остаточная биомасса микроводорослей гидролизуется в автоклаве при 121°C 60 минут, из нее готовят 15% водную суспензию, которая используется для выращивания дрожжей.The same as in example 1, only the residual biomass of microalgae is hydrolyzed in an autoclave at 121 ° C for 60 minutes, a 15% aqueous suspension is prepared from it, which is used for growing yeast.
Выход липидов из биомассы микроводорослей составил 15% (по сухому весу), из биомассы дрожжей 21,7% (по сухому весу). В сумме выход по липидам составляет 36,7% (по сухому весу).The yield of lipids from the microalgae biomass was 15% (by dry weight), from the yeast biomass 21.7% (by dry weight). In total, the lipid yield is 36.7% (dry weight).
Пример 3. Example 3
То же, что в примере 1, только остаточная биомасса микроводорослей гидролизуется в автоклаве при 121°C 30 минут, из нее готовят 10% водную суспензию, к ней добавляют гидролизованную при 121°C 30 минут остаточную биомассу дрожжей в количестве 5%. Данная питательная среда используется для выращивания дрожжей.The same as in example 1, only the residual biomass of microalgae is hydrolyzed in an autoclave at 121 ° C for 30 minutes, a 10% aqueous suspension is prepared from it, 5% residual yeast biomass hydrolyzed at 121 ° C is added to it for 30 minutes. This culture medium is used to grow yeast.
Выход липидов из биомассы микроводорослей составил 15% (по сухому весу), из биомассы дрожжей 21,8% (по сухому весу). В сумме выход по липидам составляет 36,8% (по сухому весу).The output of lipids from the microalgae biomass was 15% (by dry weight), from the yeast biomass 21.8% (by dry weight). In total, the lipid yield is 36.8% (by dry weight).
Пример 4. Example 4
То же, что в примере 1, только остаточная биомасса микроводорослей гидролизуется в автоклаве при 121°C 60 минут, из нее готовят 10% водную суспензию, к ней добавляют гидролизованную при 121°C 60 минут остаточную биомассу дрожжей в количестве 10%. Данная питательная среда используется для выращивания дрожжей.The same as in example 1, only the residual biomass of microalgae is hydrolyzed in an autoclave at 121 ° C for 60 minutes, a 10% aqueous suspension is prepared from it, 10% residual yeast biomass hydrolyzed at 121 ° C of 60 minutes is added to it. This culture medium is used to grow yeast.
Выход липидов из биомассы микроводорослей составил 15% (по сухому весу), из биомассы дрожжей 22% (по сухому весу). В сумме выход по липидам составляет 37% (по сухому весу).The output of lipids from the microalgae biomass was 15% (by dry weight), from yeast biomass 22% (by dry weight). In total, the lipid yield is 37% (dry weight).
Пример 5. Example 5
То же, что в примере 1, только извлечение липидов из биомассы микроводорослей осуществляли органическими растворителями - хлороформ-метанол в соотношении 1:1.The same as in example 1, only the extraction of lipids from the biomass of microalgae was carried out with organic solvents - chloroform-methanol in a ratio of 1: 1.
Выход липидов из биомассы микроводорослей составил 14,9% (по сухому весу), из биомассы дрожжей 21,3% (по сухому весу). В сумме выход по липидам составляет 36,2% (по сухому весу).The output of lipids from the biomass of microalgae was 14.9% (by dry weight), from the biomass of yeast 21.3% (by dry weight). In total, the lipid yield is 36.2% (by dry weight).
Пример 6. Example 6
То же, что в примере 1, только извлечение липидов из биомассы микроводорослей осуществляли органическими растворителями - хлороформ-метанол в соотношении 1:2.The same as in example 1, only the extraction of lipids from the biomass of microalgae was carried out with organic solvents - chloroform-methanol in a ratio of 1: 2.
Выход липидов из биомассы микроводорослей составил 14,8% (по сухому весу), из биомассы дрожжей 21,2% (по сухому весу). В сумме выход по липидам составляет 36% (по сухому весу).The output of lipids from the biomass of microalgae was 14.8% (by dry weight), from the biomass of yeast 21.2% (by dry weight). In total, the lipid yield is 36% (dry weight).
В таблице приведено сравнение предлагаемого способа получения липидов из биомассы микроводорослей и дрожжей со способом, представленным в Патенте RU 2044770.The table shows a comparison of the proposed method for producing lipids from the biomass of microalgae and yeast with the method presented in Patent RU 2044770.
Использование остаточной биомассы микроводорослей и остаточной биомассы дрожжей позволяет повысить суммарный выход липидов в замкнутом безотходном цикле до 37,0% (по сухому весу)The use of residual biomass of microalgae and residual biomass of yeast can increase the total lipid yield in a closed waste-free cycle to 37.0% (by dry weight)
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015155973A RU2610675C1 (en) | 2015-12-25 | 2015-12-25 | Method for extraction of lipids from biomass of microalgae chlorella and yeast yarrowia lipolytica |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015155973A RU2610675C1 (en) | 2015-12-25 | 2015-12-25 | Method for extraction of lipids from biomass of microalgae chlorella and yeast yarrowia lipolytica |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2610675C1 true RU2610675C1 (en) | 2017-02-14 |
Family
ID=58458540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015155973A RU2610675C1 (en) | 2015-12-25 | 2015-12-25 | Method for extraction of lipids from biomass of microalgae chlorella and yeast yarrowia lipolytica |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2610675C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110027827A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Zhanyou Chi | Integrated system for production of biofuel feedstock |
| RU2508398C1 (en) * | 2012-10-09 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук | STRAIN OF Chlorella vulgaris MICROALGAE FOR OBTAINING LIPIDS AS RAW MATERIAL FOR PRODUCTION OF MOTOR FUEL |
| RU2569149C1 (en) * | 2014-08-22 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ | Method of cultivation of biomass with increased content of lipids |
-
2015
- 2015-12-25 RU RU2015155973A patent/RU2610675C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110027827A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Zhanyou Chi | Integrated system for production of biofuel feedstock |
| RU2508398C1 (en) * | 2012-10-09 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук | STRAIN OF Chlorella vulgaris MICROALGAE FOR OBTAINING LIPIDS AS RAW MATERIAL FOR PRODUCTION OF MOTOR FUEL |
| RU2569149C1 (en) * | 2014-08-22 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ | Method of cultivation of biomass with increased content of lipids |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10160989B2 (en) | System and method of co-cultivating microalgae with fungus | |
| RU2058078C1 (en) | Composition for plant immunization and a method of its preparing | |
| JP6807329B2 (en) | Methods and applications for culturing ω-7 fatty acid compounds and yellow-green algae to produce the compounds | |
| CN103003413B (en) | Be rich in production method and the wax ester manufacture method of the Euglena frond of wax ester | |
| MX2010008112A (en) | Algal culture production, harvesting, and processing. | |
| US11401540B2 (en) | Production of algae-derived polyunsaturated fatty acids | |
| CN108587918A (en) | A method of it is accumulated based on simultaneous foster microalgae grease | |
| EP2877561B1 (en) | Process of production of oil from microalgae | |
| Zonouzi et al. | Oil extraction from microalgae Dunalliela sp. By polar and non-polar solvents | |
| JP2019090042A (en) | Production of omega-3 aliphatic acid from phethium species | |
| RU2610675C1 (en) | Method for extraction of lipids from biomass of microalgae chlorella and yeast yarrowia lipolytica | |
| CN110004189A (en) | A method based on fulvic acid combined with salt stress to improve the oil accumulation of Monophyllum algae | |
| JP5924268B2 (en) | Production method of fatty acid ester | |
| Mohammady et al. | Compromising between growth and oil production of Nannochloropsis oculata cultivated under halo-stress | |
| US20110089370A1 (en) | Lipophilic Preparations | |
| EP2882839A1 (en) | Method and system of algal cells disruption and isolation of bioproducts therefrom | |
| WO2017141318A1 (en) | Production method of fat and oil | |
| KR102864657B1 (en) | Novel Eutreptiella sp. strain and method for producing fatty acid from the same | |
| CN103725723B (en) | Method for producing fatty acid methyl ester containing conjugated linoleic acid by using recombinant Yarrowia lipolytica strain | |
| KR20240117451A (en) | Method for preparing of unsaponifiable isolated from microalgae and unsaponifiable isolated from microalgae prepared by the method | |
| RU2468077C2 (en) | Method of producing lipids | |
| Thanh | Biomass and lipid productivity of scenedesmus deserticola under heterotrophic cultivation | |
| CN116496967A (en) | Promoter for improving content of microalgae active substances and application thereof | |
| Chakraborty et al. | MICROALGAE: UTILITIES AND PRODUCTION FOR COMMERCIALIZATION | |
| WO2024194221A1 (en) | Biofuel production |