ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG TỪ LIGHT EMITTING DIODE LÊN SINH TRƯỞNG VÀ TÍCH LŨY ASTAXANTHIN CỦA HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS ĐƯỢC NUÔI TRONG TWIN-LAYER POROUS SUBSTRATE PHOTOBIOREACTOR PHƯƠNG NGHIÊNG

Đỗ Thành Trí, Lại Thị Lan Anh, Tôn Nữ Thùy An, Lê Thượng Chỉ, Bùi Thị Thu Hiền, Trần Hoàng Dũng

Tóm tắt


 

 

Vi tảo Haematococcus pluvialis hiện nay được nuôi để thu astaxanthin tự nhiên trong các hệ thống nuôi huyền phù hoặc cố định. Khi nuôi tảo theo kiểu quang tự dưỡng, hệ thống chiếu sáng ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng và tích lũy astaxanthin trong tế bào. Trong nghiên cứu này, hệ thống twin-layer porous substrate photobioreactor được sử dụng để nuôi cố định H. pluvialis với chiếu sáng bằng Light Emitting Diode (LED) đơn sắc màu đỏ hoặc lam hoặc kết hợp đỏ và lam đồng thời. Các chu kì sáng/tối khác nhau của LED đỏ và lam được áp dụng và lựa chọn dựa trên tiêu chí sinh trưởng và tích lũy astaxanthin của vi tảo. Sự kết hợp ánh sáng LED đỏ và lam ở cường độ sáng 300-400 µmol photon.m-2.s-1 cho kết quả tăng sinh khối khô và tích lũy astaxanthin cao nhất, với chế độ chiếu sáng 24 giờ sáng:0 giờ tối cho kết quả sinh khối khô vi tảo đạt 111,6 g.m-2 và tích lũy astaxanthin 1,3% chỉ sau 10 ngày nuôi. Việc sử dụng ánh sáng đơn sắc từ LED cho thấy hiệu quả về năng lượng và có khả năng ứng dụng cho việc nuôi cấy tảo cố định trong các hệ thống twin-layer porous substrate photobioreactor quy mô lớn hơn.

 


Từ khóa


Astaxanthin; Haematococcus pluvialis; Light Emitting Diode; hệ thống quang sinh học chất nền xốp

Toàn văn:

PDF

Trích dẫn


Aflalo, C., Meshulam, Y., Zarka, A., & Boussiba, S. (2007). On the relative efficiency of two- vs. one-stage production of astaxanthin by the green alga Haematococcus pluvialis. Biotechnol Bioeng, 98(1), 300-305. doi:10.1002/bit.21391

Benstein, R. M., Cebi, Z., Podola, B., & Melkonian, M. (2014). Immobilized growth of the peridinin-producing marine dinoflagellate Symbiodinium in a simple biofilm photobioreactor. Mar Biotechnol (NY), 16(6), 621-628. doi:10.1007/s10126-014-9581-0

Do, T. T., Ong, B. N., Nguyen Tran, M. L., Nguyen, D., Melkonian, M., & Tran, H. D. (2019). Biomass and Astaxanthin Productivities of Haematococcus pluvialis in an Angled Twin-Layer Porous Substrate Photobioreactor: Effect of Inoculum Density and Storage Time. Biology (Basel), 8(3). doi:10.3390/biology8030068

Dominguez-Bocanegra, A. R., Ponce-Noyola, T., & Torres-Munoz, J. A. (2007). Astaxanthin production by Phaffia rhodozyma and Haematococcus pluvialis: a comparative study. Appl Microbiol Biotechnol, 75(4), 783-791. doi:10.1007/s00253-007-0889-9

Jou, J. H., Lin, C. C., Li, T. H., Li, C. J., Peng, S. H., Yang, F. C., . . . Hsu, B. D. (2015). Plant Growth Absorption Spectrum Mimicking Light Sources. Materials (Basel), 8(8), 5265-5275. doi:10.3390/ma8085240

Kang, C. D., An, J. Y., Park, T. H., & Sim, S. J. (2006). Astaxanthin biosynthesis from simultaneous N and P uptake by the green alga Haematococcus pluvialis in primary-treated wastewater. Biochemical Engineering Journal, 31(3), 234-238. doi:https://doi.org/10.1016/j.bej.2006.08.002

Katsuda, T., Lababpour, A., Shimahara, K., & Katoh, S. (2004). Astaxanthin production by Haematococcus pluvialis under illumination with LEDs. Enzyme and Microbial Technology, 35(1), 81-86. doi:https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2004.03.016

Katsuda, T., Shimahara, K., Shiraishi, H., Yamagami, K., Ranjbar, R., & Katoh, S. (2006). Effect of flashing light from blue light emitting diodes on cell growth and astaxanthin production of Haematococcus pluvialis. J Biosci Bioeng, 102(5), 442-446. doi:10.1263/jbb.102.442

Katsuda, T., Shiraishi, H., Ishizu, N., Ranjbar, R., & Katoh, S. (2008). Effect of light intensity and frequency of flashing light from blue light emitting diodes on astaxanthin production by Haematococcus pluvialis. J Biosci Bioeng, 105(3), 216-220. doi:10.1263/jbb.105.216

Kiperstok, A. C. (2016). Optimizing immobilized cultivation of Haematococcus pluvialis for astaxanthin production. (PhD PhD thesis), Universität zu Köln., Cologne. Retrieved from https://kups.ub.uni-koeln.de/6728/

Kiperstok, A. C., Sebestyén, P., Podola, B., & Melkonian, M. (2017). Biofilm cultivation of Haematococcus pluvialis enables a highly productive one-phase process for astaxanthin production using high light intensities. Algal Research, 21, 213-222. doi:https://doi.org/10.1016/j.algal.2016.10.025

Lababpour, A., Hada, K., Shimahara, K., Katsuda, T., & Katoh, S. (2004). Effects of nutrient supply methods and illumination with blue light emitting diodes (LEDs) on astaxanthin production by Haematococcus pluvialis. J Biosci Bioeng, 98(6), 452-456. doi:10.1016/s1389-1723(05)00311-7

Lababpour, A., Shimahara, K., Hada, K., Kyoui, Y., Katsuda, T., & Katoh, S. (2005). Fed-batch culture under illumination with blue light emitting diodes (LEDs) for astaxanthin production by Haematococcus pluvialis. J Biosci Bioeng, 100(3), 339-342. doi:10.1263/jbb.100.339

Lee, K.-H., & Hong, C.-H. (2015). Effects of LED irradiation on the growth and Astaxanthin Production of Haematococcus lacustris. Biosciences Biotechnology Research Asia, 12, 1167-1173. doi:10.13005/bbra/1769

Li, T., Podola, B., Schultze, L. K. P., & Melkonian, M. (2019). Design scenario analysis for porous substrate photobioreactor assemblies. Journal of Applied Phycology, 31(3), 1623-1636. doi:10.1007/s10811-018-1700-2

Li, T., Strous, M., & Melkonian, M. (2017). Biofilm-based photobioreactors: their design and improving productivity through efficient supply of dissolved inorganic carbon. FEMS Microbiology Letters, 364(24). doi:10.1093/femsle/fnx218 %J FEMS Microbiology Letters

Lorenz, R. T., & Cysewski, G. R. (2000). Commercial potential for Haematococcus microalgae as a natural source of astaxanthin. Trends in Biotechnology, 18(4), 160-167. doi:https://doi.org/10.1016/S0167-7799(00)01433-5

Olaizola, M., & Huntley, M. (2003). Recent advances in commercial production of astaxanthin from microalgae (Vol. 9: Biomaterials and Bioprocessing): Science Publishers.

Podola, B., Li, T., & Melkonian, M. (2017). Porous Substrate Bioreactors: A Paradigm Shift in Microalgal Biotechnology? Trends Biotechnol, 35(2), 121-132. doi:10.1016/j.tibtech.2016.06.004

Schultze, L. K. P., Simon, M.-V., Li, T., Langenbach, D., Podola, B., & Melkonian, M. (2015). High light and carbon dioxide optimize surface productivity in a Twin-Layer biofilm photobioreactor. Algal Research, 8, 37-44. doi:https://doi.org/10.1016/j.algal.2015.01.007

Suh, I. S., Joo, H. N., & Lee, C. G. (2006). A novel double-layered photobioreactor for simultaneous Haematococcus pluvialis cell growth and astaxanthin accumulation.

J Biotechnol, 125(4), 540-546. doi:10.1016/j.jbiotec.2006.03.027

Tran, H. D., Do, T. T., Le, T. L., Tran-Nguyen, M. L., Pham, C. H., & Melkonian, M. (2019). Cultivation of Haematococcus pluvialis for astaxanthin production on angled bench-scale and large-scale biofilm-based photobioreactors. Vietnam Journal of Science, Technology and Engineering, 61, 61-70.

Tsubokura, A., Yoneda, H., & Mizuta, H. (1999). Paracoccus carotinifaciens sp. nov., a new aerobic gram-negative astaxanthin-producing bacterium. Int J Syst Bacteriol, 49 Pt 1, 277-282. doi:10.1099/00207713-49-1-277

Wan, M., Hou, D., Li, Y., Fan, J., Huang, J., Liang, S., & Li, S. (2014). The effective photoinduction of Haematococcus pluvialis for accumulating astaxanthin with attached cultivation. Bioresour Technol, 163, 26-32. doi:10.1016/j.biortech.2014.04.017

Xi, T., Kim, D. G., Roh, S. W., Choi, J. S., & Choi, Y. E. (2016). Enhancement of astaxanthin production using Haematococcus pluvialis with novel LED wavelength shift strategy. Appl Microbiol Biotechnol, 100(14), 6231-6238. doi:10.1007/s00253-016-7301-6

Zhang, W., Wang, J., Wang, J., & Liu, T. (2014). Attached cultivation of Haematococcus pluvialis for astaxanthin production. Bioresour Technol, 158, 329-335. doi:10.1016/j.biortech.2014.02.044




DOI: https://doi.org/10.54607/hcmue.js.17.9.2734(2020)

Tình trạng

  • Danh sách trống