Сравнительный анализ методов экстракции липидов из биомассы штамма Сyanobacterium sp. IPPAS B-1200-потенциального продуцента биодизеля

  • A. Usserbayeva Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Казахстан, г. Алматы
  • B. Zayadan Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Казахстан, г. Алматы
  • A. Sadvakassova Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Казахстан, г. Алматы
  • F. Sarsekeyeva Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Казахстан, г. Алматы
  • A. Talpakova Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Казахстан, г. Алматы

Аннотация

Цианобактерии являются современными и перспективными продуцентами биодизельного топлива. Несмотря на то, что существует большой объем знаний об высоком накопление липидов отдельными штаммами цианобактерий на лабораторном уровне, открытым остается вопрос о экстракции липидов, позволяющих извлечь максимальное количество внутриклеточных липидов из биомассы. Cyanobacterium sp. IPPAS B-1200 – штамм цианобактерии, изолированный из озера Балхаш. Согласно предыдущим исследованиям, анализ жирнокислотного состава суммарных клеточных липидов показал, что штамм Cyanobacterium sp. имеет высокое содержание миристиновой (14:0) и миристоолеиновой кислот (∆9-14:1) (30% и 10% от суммы жирных кислот, соответственно). Подобный ЖК-состав является редкостью для цианобактерий и, одновременно, именно 14:0 и ∆9-14:1 ЖК являются потенциальными целевыми продуктами для производства биотоплива. В статье рассмотрен процесс экстракции липидов из цианобактерий с использованием различных органических растворителей. Проведен сравнительный анализ методов экстракции липидов из биомассы штамма цианобактерии Cyanobacterium sp. IPPAS B-1200. Указаны экспериментальные данные выхода липидной фракции при экстракции с использованием различных органических растворителей. В качестве экстрагентов использовали следующие составы: хлороформ-метанол 2:1; хлороформ-метанол 1:2; гексан-изопропанол 3:2. Установлено, что экстракция липидов смесью метанол-хлороформ 2:1 (метод Блайя и Дайера) дает наибольший выход липидов и составляет 9% от сухого вещества биомассы исследуемого штамма. Полученные данные позволяют считать данный метод оптимальным.

Литература

Al-Thani R.F, Potts M., Cyanobacteria, oil and cyanofuel? // Ecology of cyanobacteria II: their diversity in space and time, ed. Brian A. Whitton. – 2012.- P. 427–440.
Antoni D., Zverlov V.V., Schwarz W.H., Biofuels from microbes, // Appl Microbiol Biotechnol. – 2007. - V.77. - P. 23-35.
Bligh.E.G., Dyer.W.J., A rapid method for total lipid extraction and purification // Can.J.Biochem.Physiol.,- 1959.-V. 37. - P.911- 917.
Chen S. etc. Simultaneous extraction of metabolome and lipidome with methyl tert-butyl ether from a single small tissue sample for ultra-high performance liquid chromatography/mass spectrometry // J Chromatogr A. - 2013.-V.1298. - P.9-16.
Chisti Y. Biodiesel from microalgae // Biotechnol Adv.- 2007– V. 25. – P. 94–306.
Da Rós P.C., Silva C.S., Silva-Stenico M.E., Fiore M.F. and De Castro H.F. Assessment of Chemical and Physico-Chemical Properties of Cyanobacterial Lipids for Biodiesel Production // Mar. Drugs. – 2013. - V.11.-P. 2365-2381
Folch et al., A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues // J BiolChem.- 1957.-V. 226.-P. 497.
Gopinath. S. M, Ashalatha, Niruba J., Meghana .R . Isolation, Molecular Identification and Comparative Lipid Profiling of Microalgae and Cyanobacteria // IJSR.- 2014.- V. 3, №7. – Р.: 2319-7064.
Griffiths M.; Harrison S. Lipid productivity as a key characteristic for choosing algal species for biodiesel production // J. Appl. Phycol. – 2009. – V. 21 - Р. 493–507.
Hara A., Radin N.S. Lipid extraction of tissues with a low-toxicity solvent // Analytical biochemistry.- 1978.-V.90.-P. 420-426.
Kiaei, E. etc. Screening of Cyanobacterial Strains as a Smart Choice for Biodiesel // J. Appl. Environ. Biol. Sci.- 2015.-V. 5, №8. - P.236-245.
Knothe G. Improving biodiesel fuel properties by modifying fatty ester composition // Energy Environ. Sci. - 2009.-V.2. - P.759-766.
Krawczyk T., Biodiesel – alternative fuel makes inroads but hurdles remain, // Inform., - 1996. - V.7. - P.801-829.
Lang X., Dalai A.K., Bakhshi N.N., Reaney M.J., Hertz P.B. Preparation and characterization of bio-diesels from various bio-oils // Bioresour. Technol. – 2001. – V.80б № 1. – P.53-62.
Lee J.-Y., Yoo C., Jun S.-Y., Ahn C.-Y., Oh H.-M. Comparison of several methods for effective lipid extraction from microalgae // Bioresource Technology. -2010.- V. 101. № 1.-P. 75—77.
Li Q., Du W., Liu D., Perspectives of microbial oils for biodiesel production, // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2008. - V.80. - P. 749-756.
Liu X., Fallon S., Sheng J., Curtiss R. CO2-limitation-inducible green recovery of fatty acids from cyanobacterial biomass // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, – 2011. – V.108, № III. - P. 6905-6908.
Margulis L. Symbiotic theory of the origin of eukaryotic organelles; criteria for proof // Symp. Soc. Exp. Biol. – 1975.-P. 21-38.
Naik S.N., Goud V.V., Rout P.K., Dalai A.K. Production of first and second-generation biofuels: a comprehensive review // Renew Sustain Energ Rev. – 2010. -V.14. – P. 578–597.
Pahl G. Biodiesel. Growing a New Energy Economy // Chelsea Green Publishing. – 2010. – P. 298.
Prˇibyl P., Cepa´k V., Zachleder V. Oil overproduction by means of microalgae // Cultivation of cells and products. – 2014. – V.1. – P. 241–273.
Sarsekeyeva F., Usserbaeva A., Zayadan B.K., Mironov K., Sidorov R., Kozlova A., Kupriyanova E., Sinetova M., Los D.A. Isolation and characterization of a new cyanobacterial strain with a unique fatty acid composition // Advances In Microbiology. – 2014.- V.4, №15.-P. 1033-1043.
Sarsekeyeva F., Zayadan B.K., Usserbaeva A., Bedbenov V.S., Sinetova M.A., Los D.A., Cyanofuels: biofuels from cyanobacteria: Reality and perspectives // Photosynth. Res. – 2015.-V. 125, №1-2.-P. 329-340.
Schenk P., Thomas-Hall S., Stephens E., Marx U., Mussgnug J., Posten C. et al. Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production // BioEnergy Res. – 2008. – V.1. – P.20–43.
Selvan B.K., Revathi M., Piriya P.S., Vasan P.T. Biodiesel production from marine cyanobacteria cultured in plate and tubular photobioreactors // Indian journal of experimental biology.- 2013.-V. 51. - P. 262 – 268.
Steen E.J., et al. Microbial production of fatty-acid-derived fuels and chemicals from plant biomass // Nature. – 2010. – V.463.- Р. 559–562.
Usui N., Ikenouchi M. The biological CO2 fixation and utilization project by RITE(1) Highly-effective photobioreactor system // Energy Convers Manage – 1997.- V.38.-P. 487-492.
Лось Д.A. Десaтурaзы жирных кислот. - Москва: Нaучный мир.- 2014.- 370 с. ISBN:978-5-91522-391-1
Сиренко Л.А., Сакевич А.И. и др. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. - Киев: Наукова думка. - 1975. - 248 с.
Талпақова А.Е., Усербаева А.А. Cyanobacterium sp. IPPAS B-1200 штамм клеткасынан липидтер экстракциялау алу // Материалы междунородной конференции студентов и молодых ученых «Фарабі әлемі» 10-11 апреля, Алматы. – 2017. - С. 112.

References
Al-Thani R.F, Potts M., (2012) Cyanobacteria, oil—and cyanofuel? Ecology of cyanobacteria II: their diversity in space and time, ed. Brian A. Whitton, pp. 427–440.
Antoni D., Zverlov V.V., Schwarz W.H. (2007) Biofuels from microbes, Appl Microbiol Biotechnol., vol.77, pp. 23-35.
Bligh.E.G., Dyer.W.J., (1959) A rapid method for total lipid extraction and purification, Can.J.Biochem.Physiol., vol.37, pp. 911- 917.
Chen S and etc. (2013) Simultaneous extraction of metabolome and lipidome with methyl tert-butyl ether from a single small tissue sample for ultra-high performance liquid chromatography/mass spectrometry, J Chromatogr A., vol.1298: pp. 9-16.
Chisti Y. (2007) Biodiesel from microalgae, Biotechnol Adv., vol. 25, pp. 94–306.
Da Rós P.C., Silva C.S., Silva-Stenico M.E., Fiore M.F. and De Castro H.F (2013) Assessment of Chemical and Physico-Chemical Properties of Cyanobacterial Lipids for Biodiesel Production, Mar. Drugs, vol.11, pp. 2365-2381.
Folch et al. (1957) A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues, J. BiolChem., vol.226, pp. 497.
Gopinath. S.M, Ashalatha, Niruba J., Meghana .R. (2014) Isolation, Molecular Identification and Comparative Lipid Profiling of Microalgae and Cyanobacteria, IJSR, vol.3, no 7, pp. 2319-7064.
Griffiths M.; Harrison S. (2009) Lipid productivity as a key characteristic for choosing algal species for biodiesel production, J. Appl. Phycol., vol.21, pp.493–507.
Hara A., Radin N.S. (1978) Lipid extraction of tissues with a low-toxicity solvent, Analytical biochemistry, vol.90, pp. 420-426.
Kiaei, E, etc. (2015) Screening of Cyanobacterial Strains as a Smart Choice for Biodiesel, J. Appl. Environ. Biol. Sci., vol.5, no 8, pp.236-245.
Knothe G. (2009) Improving biodiesel fuel properties by modifying fatty ester composition, Energy Environ. Sci., vol.2, pp.759-766.
Krawczyk T. (1996) Biodiesel – alternative fuel makes inroads but hurdles remain, Inform., vol.7, pp.801-829.
Lang X., Dalai AK, Bakhshi NN, Reaney MJ, Hertz PB. (2001) Preparation and characterization of bio-diesels from various bio-oils, Bioresour Technol., vol.80, no 1, pp.53-62.
Lee J.-Y., Yoo C., Jun S.-Y., Ahn C.-Y., Oh H.-M. (2010) Comparison of several methods for effective lipid extraction from microalgae, Bioresource Technology, vol.101, no 1, pp. 75—77.
Li Q., Du W., Liu D. (2008) Perspectives of microbial oils for biodiesel production, Appl Microbiol Biotechnol., vol.80, pp. 749-756.
Liu X., Fallon S., Sheng J., Curtiss R. (2011) CO2-limitation-inducible green recovery of fatty acids from cyanobacterial biomass, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol.108, no III, pp. 6905-6908.
Los D.A. (2014) Desaturazy zhirnyh kislot [Desaturases of fatty acids], Moskva:Nauchniy mir [Moscow: Scientific world], pp.370. ISBN: 978-5-91522-391-1.
Margulis L. (1975) Symbiotic theory of the origin of eukaryotic organelles; criteria for proof, Symp. Soc. Exp. Biol., pp. 21-38.
Naik S.N., Goud V.V., Rout P.K., Dalai A.K. (2010) Production of first and second-generation biofuels: a comprehensive review, Renew Sustain Energ Rev.,vol.14, pp. 578–597.
Pahl G. (2010) Biodiesel. Growing a New Energy Economy, Chelsea Green Publishing, pp. 298.
Prˇibyl P., Cepa´k V., Zachleder V. (2014) Oil overproduction by means of microalgae, Cultivation of cells and products, vol.1, pp. 241–273.
Sarsekeyeva F., Usserbaeva A., Zayadan B.K., Mironov K., Sidorov R., Kozlova A., Kupriyanova E., Sinetova M., Los D.A. (2014) Isolation and characterization of a new cyanobacterial strain with a unique fatty acid composition, Advances In Microbiology, vol.4, no 15, pp. 1033-1043.
Sarsekeyeva F., Zayadan B.K., Usserbaeva A., Bedbenov V.S., Sinetova M.A., Los D.A., (2015) Cyanofuels: biofuels from cyanobacteria: Reality and perspectives, Photosynth. Res. vol.125, no 1-2, pp. 329-340.
Schenk P., Thomas-Hall S., Stephens E., Marx U., Mussgnug J., Posten C. et al. (2008) Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production, BioEnergy Res., vol.1, pp. 20–43.
Selvan B.K., Revathi M., Piriya P.S., Vasan P.T. (2013) Biodiesel production from marine cyanobacteria cultured in plate and tubular photobioreactors, Indian journal of experimental biology, vol.51, pp. 262 – 268.
Sirenko L.A., Sakevich A.I., etc. (1975) Metody fiziologo-biohimicheskogo issledovaniya vodorosley v gidrobiologicheskoy praktike [Methods of physiological and biochemical study of algae in hydrobiological practice], Kiev:Naukova dumka [Kiev: Scientific thought], pp. 248.
Steen E.J., et al. (2010) Microbial production of fatty-acid-derived fuels and chemicals from plant biomass, Nature, vol.463, pp. 559–562.
Usui N, Ikenouchi M. (1997) The biological CO2 fixation and utilization project by RITE(1) Highly-effective photobioreactor system. Energy Convers Manage, vol.38, pp. 487-492.
Талпақова А.Е., Усербаева А.А. (2017) Cyanobacterium sp. IPPAS B-1200 штамм клеткасынан липидтер экстракциялау алу, Материалы междунородной конференции студентов и молодых ученых «Фарабі әлемі» 10-11 апреля, Алматы, С. 112.
Опубликована
2017-11-15
Как цитировать
USSERBAYEVA, A. et al. Сравнительный анализ методов экстракции липидов из биомассы штамма Сyanobacterium sp. IPPAS B-1200-потенциального продуцента биодизеля. Experimental Biology, [S.l.], v. 72, n. 3, p. 129-137, nov. 2017. ISSN 1563-0218. Доступно на: <http://bb.kaznu.kz/index.php/biology/article/view/1286>. Дата доступа: 21 july 2018

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

Особенность: этот модуль требует, что бы был включен хотя бы один модуль статистики/отчетов. Если ваши модули статистики возвращают больше одной метрики, то пожалуйста также выберите главную метрику на странице настроек сайта администратором и/или на страницах настройки управляющего журналом.