Optimization of nutrient utilization efficiency and productivity for algal cultures under light and dark cycles using genome-scale model process control
6
Citation
36
Reference
10
Related Paper
Citation Trend
Abstract:
Abstract Algal cultivations are strongly influenced by light and dark cycles. In this study, genome-scale metabolic models were applied to optimize nutrient supply during alternating light and dark cycles of Chlorella vulgaris . This approach lowered the glucose requirement by 75% and nitrate requirement by 23%, respectively, while maintaining high final biomass densities that were more than 80% of glucose-fed heterotrophic culture. Furthermore, by strictly controlling glucose feeding during the alternating cycles based on model-input, yields of biomass, lutein, and fatty acids per gram of glucose were more than threefold higher with cycling compared to heterotrophic cultivation. Next, the model was incorporated into open-loop and closed-loop control systems and compared with traditional fed-batch systems. Closed-loop systems which incorporated a feed-optimizing algorithm increased biomass yield on glucose more than twofold compared to standard fed-batch cultures for cycling cultures. Finally, the performance was compared to conventional proportional-integral-derivative (PID) controllers. Both simulation and experimental results exhibited superior performance for genome-scale model process control (GMPC) compared to traditional PID systems, reducing the overall measured value and setpoint error by 80% over 8 h. Overall, this approach provides researchers with the capability to enhance nutrient utilization and productivity of cell factories systematically by combining genome-scale models and controllers into an integrated platform with superior performance to conventional fed-batch and PID methodologies.Keywords:
Chlorella vulgaris
В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения ассортимента косметических продуктов, обогащенных биологически активными веществами, поиск новых природных косметических ингредиентов. Одним из перспективных сырьевых ресурсов этого направления может быть микроводоросль Chlorella Vulgaris. Биомасса микроводоросли содержит полноценный белок – до 60% с.в., полиненасыщенные жирные кислоты, витамины группы В, витамин С, β-каротин , микроэлементы и т.д. Наиболее эффективно можно использовать этот природный комплекс в форме экстрактов. Однако значительным препятствием для процесса экстракции является сложная многослойная структура клеточной стенки микроводоросли. Целью данной работы была разработка технологии получения экстрактов косметического назначения из микроводоросли Chlorella Vulgaris. В исследованиях использовали образец микроводоросли Chlorella Vulgaris, производимый НПК «Дело», Россия. Было изучено разрушение клеточной стенки микроводоросли (до начала экстракции) ферментными гидролитическими препаратами разного типа. Наибольший результат по выходу экстрактивных веществ был получен при действии комбинации ферментов целлюлазы, пектиназы, протеиназы. Было рассмотрено влияние на процесс экстракции следующих технологических параметров: соотношение сырье:экстрагент, продолжительность и температура экстракции, тип экстрагента. Величину экстракции оценивали по выходу водорастворимой белковой фракции – она составляла большую часть экстрактивных веществ. При анализе влияния разных факторов на экстракцию водорастворимой белковой фракции было установлено превалирующее значение предварительной ферментативной обработки микроводоросли, роль параметров экстракции была выражена в меньшей степени. В результате работы определены технологические режимы получения водных и водно-глицериновых экстрактов из микроводоросли Chlorella Vulgaris: гидромодуль 1:45, температура 25-40°C , продолжительность экстракции 1 ч. Разработаны рецептуры косметических продуктов на основе новых природных экстрактов.
Chlorella vulgaris
Thymus vulgaris
Cite
Citations (0)
Введение. Избыточное и бесконтрольное употребление антибиотиков тетрациклинового ряда в животноводстве и птицеводстве является причиной их токсического воздействия на организм работников предприятия.
Цель исследования. оценить методические возможности для биомониторинга антибиотиков тетрациклиновой группы в разных средах методом биотестирования с применением в качестве тест-объекта зеленой водоросли Chlorella vulgaris.
Материалы и методы. Рассмотрены основные методические аспекты определения токсического действия антибиотика тетрациклиновой группы тетрациклина гидрохлорида методом биотестирования с использованием в качестве тест-объекта зелёной водоросли Chlorella vulgaris. Критерием токсичности являлось изменение оптической плотности культуры водоросли в течение суток. Обоснованы критериальные возможности применения Chlorella vulgaris в методологии биотестирования при оценке токсического действия концентраций тетрациклина гидрохлорида содержащегося в воде и воздухе.
Результаты. Токсикологические исследования показали весьма высокую корреляционную связь (R=0,99; R2=0,98; А=0,23, р=0,045) между показателем оптической плотности культуры водоросли и концентрацией тетрациклина гидрохлорида в воде в диапазоне от 0,005 до 0,1 мг/мл. Показаны методические возможности биотестирования тетрациклина гидрохлорида в воздухе на уровне ПДК (0,1 мг/м3) и выше.
Ограничения исследования. Оценка токсичности антибиотиков тетрациклинового ряда ограничена ростовой реакцией колонии Chlorella vulgaris. Указанные ограничения позволяют спланировать дальнейшие исследования и расширить представления по данной проблеме.
Заключение. Проведенное исследование показало, что ростовая реакция культуры зеленой водоросли Chlorella vulgaris на воздействие тетрациклина гидрохлорида позволяет разработать методический аппарат для оценки токсичности антибиотика в концентрациях, создаваемых в рабочих зонах на объектах животноводства и птицеводства.
Этика. Исследования не требовало заключение этического комитета.
Chlorella vulgaris
Thymus vulgaris
Cite
Citations (0)
چکیده:
مقدمه و اهمیت موضوع: یون های نیترات و فسفات از جمله آلاینده های شیمیایی هستند که از طریق فاضلاب های شهری و صنعتی و زه آب های کشاورزی وارد منابع آب های سطحی و زیر زمینی می شوند. استفاده از کارایی ریزجلبکها در پالایش انواع یون های آلاینده از آب های آلوده در سال های اخیر بدلیل کارایی زیاد و هزینه های کم اقتصادی مورد توجه قرار گرفته و نتایج خوبی را نشان است. جلبک های میکروسکوپی برای انجام فعالیت های متابولیسم خود در حضور نور با جذب مواد معدنی از جمله نیترات، فسفات و کاتیون های مختلف قادر به تولید مواد آلی مورد نیاز خود هستند بنابرین از پتانسیل آنها می توان در اکوسیستم های آبی جهت پالایش و حذف برخی آنیون ها و کاتیون های آلاینده بهره جست.
مواد و روشها: در این تحقیق تصفیه آنیون های نیترات و فسفات به ترتیب با غلظت های ppm 250 و ppm 21 از محیط مصنوعی مشابه با فاضلاب توسط ریزجلبک Chlorella vulgaris در فتوبیوراکتور در دو تیمار متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. حجم کاری فتوبیوراکتور 8 لیتر بود و در شرایط کاملا کنترل شده از لحاظ عملیاتی قرار داشت. در یکی از تیمارها از گاز CO2 ودر تیمار دوم از اسید و باز برای کنترل pH استفاده شد وتأثیر گاز CO2 در سرعت حذف آلاینده ها بررسی شد.
نتایج و بحث: میزان حذف نیترات در حضور CO2 در طول 3 روز به 100% رسید در حالی که بدون حضور گاز CO2 میزان نیترات باقی مانده در محیط بعد از گذشت 7 روز به طور قابل توجهی نمایان بود و فقط 4/64% کل نیترات بعد حذف شد. به طور مشابه تفاوت چشمگیری در میزان حذف فسفات در دو آزمایش صورت گرفته وجود داشت به طوری که با وجود CO2 کل فسفات موجود در طی دو روز به طور کامل حذف شد در حالی که بدون CO2 حذف کامل فسفات 7 روز به طول انجامید.
نتیجه گیری: در این پروژه حذف آنیون های نیترات و فسفات از محیط مصنوعی مشابه با فاضلاب توسط ریزجلبک کلرلاولگاریس در فتوبیوراکتور انجام شد و تأثیرحضورگاز کربن دی اکسید در سرعت حذف این آلاینده ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که ریز جلبک Chlorella vulgaris قابلیت حذف این آنیون ها را به شکل قابل توجهی داراست و در حضور گاز CO2، به عنوان منبع کربن برای رشد ریزجلبک، سرعت حذف این آلاینده ها به شدت افزایش یافت.
Chlorella vulgaris
Cite
Citations (0)
Chlorella vulgaris
Thymus vulgaris
Cite
Citations (0)
Chlorella vulgaris
Scenedesmus
Cite
Citations (69)
Метою нашої роботи було встановити вплив суспензії живої хлорели на повноту та інтенсивність утворення калусної тканини на зрізах підщепних і прищепних компонентів щеп винограду. Методи. Дослідження проводили протягом 201–2022 рр. у відділі розсадництва, розмноження та біотехнології винограду Національного наукового центру «Інститут виноградарства і виноробства ім. В. Є. Таїрова» НААН України. Матеріалом для роботи були підщепні чубуки винограду сортів Р х Р 101-14, Б х Р Кобер 5 ББ, Добриня і прищепні чубуки сортів Оригінал, Ярило. Підщепні і прищепні чубуки вимочували у водних розчинах суспензії живої хлорели. Для роботи використовували штам Chlorella vulgaris Beijer., чистий та збагачений германієм. Результати. Показано, що вимочування чубуків у водних розчинах суспензії живої хлорели загалом сприяло більш інтенсивному та рівномірному утворенню калусу. Порівняно з контролем найкращі результати було отримано після вимочування компонентів щеп у розчинах суспензії Chlorella vulgaris Beijer., розведення 1:5. Так (у середньому за сортами), у цих варіантах 72,6 – 88,0% чубуків мали круговий калус. Після вимочування компонентів щеп у розчинах суспензії Chlorella vulgaris Beijer. + Gr розведення 1:5 кількість чубуків із круговим калусом зменшувалася в середньому на 6,8–10,4% порівняно з попереднім варіантом (Chlorella vulgaris Beijer., розведення 1:5), проте у порівнянні з контролем кількість чубуків із круговим калусом була більшою у середньому на 14,2–21,4%. У цих варіантах було відмічено і більшу масу вологого та сухого калусу. Вона перевищувала контрольні значення на 65,3–93,2% (підщепні компоненти) та на 65,8–84,2% (прищепні компоненти). Про переваги цих варіантів свідчить і показник стимулюючої ефективності, який визначали у роботі. Висновки. У результаті проведених досліджень було встановлено стимулюючий ефект суспензії живої хлорели на калусогенну здатність підщепних і прищепних компонентів щеп винограду. Показано, що їх вимочування в розчинах Chlorella vulgaris Beijer., Chlorella vulgaris Beijer. + Gr. розведення 1:5 сприяло розвитку рівномірного, кругового (по колу зрізу) з більшою масою, калусу. Останні показники є головними для успішного зрощення компонентів щеп і формування єдиного, цілісного організму – щепленого саджанця винограду.
Chlorella vulgaris
Thymus vulgaris
Cite
Citations (1)
Мета. Встановлення впливу суспензії живої хлорели Chlorella vulgaris Bejer. на накопичення фотосинтетичних пігментів (хлорофіли а, b, каротиноїди) у тканинах листків щеп та саджанців винограду. Методи. Дослідження проводили протягом 2019 – 2022 рр. у відділі розсадництва, розмноження та біотехнології винограду ННЦ «ІВіВ ім. В. Є. Таїрова» НААН України. Матеріалом для досліджень були щепи та саджанці сортів Аркадія, Каберне Совіньйон, які виготовляли на підщепі Р х Р 101-14. Для роботи використовували водні розчини суспензії живої хлорели – Chlorella vulgaris Beijer. чистий та збагачений германієм. Їх використовували для вимочування компонентів щеп та для поливу щеп і саджанців винограду в шкілці. Результати. Інтенсивний синтез листкових пігментів щеп і саджанців винограду відбувався після застосування водного розчину суспензії живої хлорели Chlorella vulgaris Beijer. розведення 1:5 для вимочування компонентів щеп. У середньому за сортами, у рослин цього варіанту вміст хлорофілу а перевищував контрольний показник на 34,5 %, вміст хлорофілу b – на 30,0 %, вміст каротиноїдів – на 34,5 %. Після застосування суспензії живої хлорели для поливу щеп і саджанців у шкілці, більш ефективним, з точки зору впливу на синтез листкових пігментів, був штам Chlorella vulgaris Beijer., збагачений германієм розведення 1:5. Порівняно з контролем рослин цих варіантів за показником суми хлорофілів переважали контроль на 57,7 %, за вмістом каротиноїдів – на 51,2 %. Висновки. Результати експериментальних досліджень показали, що суспензія живої водорості Chlorella vulgaris Beijer. загалом позитивно впливає на накопичення фотосинтетичних пігментів у тканинах листків щеп і щеплених саджанців винограду. Її доцільно застосовувати для вимочування компонентів щеп та поливу щеп і саджанців у шкілці протягом вегетації (на вибір). Після застосування на технологічному етапі вимочування компонентів щеп винограду найбільш інтенсивний синтез пігментів у листках рослин відбувався за використання водного розчину Chlorella vulgaris Beijer. розведення 1:5, після застосування на технологічному етапі вирощування рослин у шкілці (полив) – за використання водного розчину Chlorella vulgaris Beijer., збагаченої германієм, розведення 1:5.
Chlorella vulgaris
Thymus vulgaris
Cite
Citations (0)
Эффекты потенциальных токсикантов зависят от различных внешних факторов, в том числе и от времени суток в момент добавки токсиканта. Ранее нами было показано, что добавление K2Cr2O7 в культуры Scenedesmus quadricauda и Chlorella vulgaris вечером вызывает более слабый токсический эффект, чем при добавлении утром, что, возможно, связано с повышенной чувствительностью к токсиканту молодых клеток, появляющихся в результате деления клеток культуры в ночное время [1]. Действие фосфора на культуру Chlorella vulgaris Beijer. в зависимости от времени его добавки в культуру изучали в присутствии 100, 500 и 1000 мг Р/л. Дополнительно учитывали факторы влияния температуры и освещения, потому опыты проводили как в люминостате (20°С, освещение 12:12 ч), так и в многокюветном культиваторе KBМ-05 (36°С, освещение 24 ч). Оптимальная температура для C. vulgaris: 36,0 ± 0,5°C. Эксперименты проводили в двух вариантах, отличающихся лишь временем добавления токсиканта: в 8:00 (момент включения света в люминостате) и в 20:00 (выключение света в люминостате). Численность клеток культуры определяли с помощью фотоэлектрокалориметра ИПС-03 по оптической плотности (длина волны – 560 нм), а величину эффективности фотосинтеза Fv/Fm вычисляли по индукционной кривой, регистрируемой на флуориметре Мега-25. Показано, что время добавления фосфора значительно влияло на темпы роста культуры. В люминостате, при лимитировании по параметру температуры и коротком световом периоде, разница при утренних и вечерних добавках выражена сильнее, чем в культиваторе, в котором C. vulgaris находилась в оптимальных условиях. В люминостате, в условиях стресса, более высокие темпы роста наблюдали при добавлении фосфора в культуры в утреннее время. В культиваторе, в оптимальных условиях, максимальное отклонение от контроля в сторону стимуляции численности наблюдали при вечерних добавках. Одновременно с этим, величина эффективности фотосинтеза при вечерних добавках была ближе к уровню контроля. Можно сделать вывод о зависимости роста численности C. vulgaris от времени добавления в культуру фосфора. Работа выполнена в рамках Государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова (тема № 121032300131-9) при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ имени М.В. Ломоносова «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды».
Chlorella vulgaris
Thymus vulgaris
Cite
Citations (0)
This paper intended to explore biodiesel production by utilizing microalgae.Chlorella vulgaris was cultured under the experimental condition of varied N/P ratio,photoperiod,light intensity as well as temperature.The biodiesel production relates to generation of lipids that is extracted from Chlorella vulgaris,and the optimum condition was thus investigated in the laboratory,under which the greatest amount of lipids could be made from Chlorella vulgaris.
Chlorella vulgaris
Light intensity
Cite
Citations (0)
نانو ذرات اکسید مس به طور گسترده در تولیدات صنعتی استفاده میشوند که رهایش این نانو ذرات به محیط زیست باعث سمیت برای ارگانیسمهای آبزی میشود. در این مطالعه اثرات نانو ذره اکسید مس بر روی رشد، پروتئین کل، کلروفیلها و کاروتن جلبک گونه (Chlorella vulgaris) در غلظتهای مختلف (شاهد، 1/0، 1، 10 و 100 میلی گرم بر لیتر) به مدت شش روز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تعداد سلولها و میزان پروتئین کل جلبک با افزایش غلظت نانو ذره اکسید مس به طور معنیدار کاهش یافته است (05/0>P). نانو ذره اکسید مس باعث افزایش درصد نرخ بازدارندگی در جلبک Chlorella vulgaris شده است. میزان کلروفیل کل، کلروفیل a، b و کاروتن در غلظتهای مختلف نانو ذره اکسید مس در مقایسه با گروه شاهد کاهش معنیداری داشته، که نشان دهنده تاثیر این نانو ذره بر فتوسنتز میباشد. همبستگی مثبت و معنیدار بین رشد سلولهای جلبک گونه (Chlorella vulgaris) با کلروفیلa، کلروفیلb، کلروفیل کل و کاروتن وجود دارد. طبق بررسیهای انجام شده میتوان نتیجه گرفت که نانو ذره اکسید مس رشد، تکثیر و فتوسنتز را در جلبک گونه Chlorella vulgaris کاهش داده است.
Chlorella vulgaris
Cite
Citations (0)