Continuous production of carotenoids from Dunaliella salina
Dorinde M.M. Kleinegris a,∗, Marcel Janssena, Willem A. Brandenburg b, René H. Wijffels a
a Wageningen University, Bioprocess Engineering, P.O. Box 8129, 6700 EV, Wageningen, The Netherlands
b Wageningen University and Research Centre, Plant Research International BV, Agrosystems research, P.O. Box 16, 6700 AV, Wageningen, The Netherlands
article info
Article history:
Received 3 July 2010
Received in revised form
10 November 2010
Accepted 12 November 2010
Keywords:
-Carotene
Dodecane
Dunaliella salina
Extraction
Organic phase
Turbidostat
abstract
During the in situ extraction of -carotene from Dunaliella salina, the causal relationship between
carotenoid extraction and cell death indicated that cell growth and cell death should be at equilibrium for
a continuous in situ extraction process. In a flat-panel photobioreactor that was operated as a turbidostat
cell numbers of stressed cells were kept constant while attaining a continuous well-defined light-stress.
In this way it was possible to study the balance between cell growth and cell death and determine whether
both could be increased to reach higher volumetric productivities of carotenoids.
In the two-phase system a volumetric productivity of 8.3 mg -carotene LRV−1 d−1 was obtained. In situ
extraction contributed only partly to this productivity. The major part came from net production of
carotenoid-rich biomass, due to a high growth rate of the cells and subsequent dilution of the reactor.
To reach equilibrium between cell growth and cell death, sparging rates of dodecane could have been
increased. However, already at the applied sparging rate of 286 Ldod LRV−1 min−1 emulsion formation of
the dodecane in the aqueous phase appeared.
In a turbidostat without in situ extraction a volumetric productivity of 13.5 mg -carotene LRV−1 d−1
was reached, solely based on the continuous production of carotenoid-rich biomass.
© 2010 Elsevier Inc. Open access under the Elsevier OA license.
1. Introduction
Carotenoids from Dunaliella salina are produced on a commercial
scale in open ponds in e.g. Australia and Israel [1]. Hejazi
et al. [2] developed an in situ extraction process for production
and extraction of carotenoids, the so-called milking process. In
this process Dunaliella is cultured in closed photobioreactors for
the simultaneous production and extraction of carotenoids. After
a growth phase the algae are stressed to produce carotenoids. At
the same time an organic phase is added to the culture. In this
two-phase system the carotenoids are extracted to the organic
phase (dodecane). It was shown that with this process a continuous
carotenoid production and extraction was obtained for
more than six weeks. During this process no biomass growth was
observed. The hypothesis was that carotenoids were extracted from
the cells and cells kept reproducing carotenoids [3]. However, we
recently found that cell-dodecane contact resulted in cell death and
carotenoids were only extracted from dead cells [4]. Dead cells fall
apart and consequently lose their carotenoids. The lipid globules
containing the carotenoids dissolve easily in the lipophilic dodecane.
The fact that thus far phase toxicity of dodecane on Dunaliella
∗ Corresponding author. Tel.: +31 317 485289; fax: +31 317 482237.
E-mail address: dorinde.kleinegris@wur.nl (D.M.M. Kleinegris).
URL: http://www.algae.wur.nl (D.M.M. Kleinegris).
cells was not found might be due to the used methods, namely by
measuring e.g. oxygen evolution rates for a total culture and not for
single cells with direct contact.
Apparently part of the cells died due to cell solvent contact and
cell death was compensated by cell growth. Consequently, in a continuous
process constant biomass levels can only be reached if cell
death is compensated by cell growth. The objective of this research
is to demonstrate that cell growth takes place during the milking
process and that the extraction rate increases if the cell death rate
is increased. For this we used turbidostat cultivations combined
with the in situ extraction process. A turbidostat is a continuous
culture with controlled turbidity. Lamers et al. [5,6] showed that
this approach is very suitable to study the effect of light stress on D.
salina. In the turbidostat concentration of stressed biomass is constant.
In this system the net growth rate is equal to the dilution rate.
The sparging rate of dodecane and the light intensity were equal to
those used by Hejazi et al. [3]. As a reference we compared the
volumetric productivity of this in situ extraction experiment with
a continuous turbidostat experiment without extraction, solely
based on the production of carotenoid-rich biomass.
2. Materials and methods
2.1. Strain and culture medium
D. salina CCAP 19/18 was obtained from CCAP (Culture Collection of Algae
and Protozoa, Oban, UK). Stock cultures of
การผลิตอย่างต่อเนื่องของ carotenoids จาก Dunaliella Salina
Dorinde MM Kleinegris ที่ * คลื่น Janssena วิลเล็มบรันเดนบูเอบีเอชRené Wijffels
มหาวิทยาลัย Wageningen, วิศวกรรมกระบวนการชีวภาพ, PO Box 8129, 6700 EV, Wageningen, เนเธอร์แลนด์
B มหาวิทยาลัย Wageningen และ ศูนย์วิจัยพืชวิจัย BV นานาชาติการวิจัย Agrosystems, PO Box 16, 6700 AV, Wageningen, เนเธอร์แลนด์
ข้อมูลบทความ
ประวัติศาสตร์บทความ
ที่ได้รับ 3 กรกฎาคม 2010
ได้รับการแก้ไขในรูปแบบ
10 พฤศจิกายน 2010
ได้รับการยอมรับ 12 พฤศจิกายน 2010
คำสำคัญ:
แคโรทีน
Dodecane
Dunaliella Salina
สกัด
เฟสอินทรีย์
Turbidostat
นามธรรม
ช่วงในแหล่งกำเนิดสกัดแคโรทีนจาก Dunaliella Salina, ความสัมพันธ์เชิงสาเหตุระหว่าง
การสกัด carotenoid และการตายของเซลล์ชี้ให้เห็นว่าการเจริญเติบโตของเซลล์และการตายของเซลล์ควรจะอยู่ที่สมดุล
อย่างต่อเนื่องในกระบวนการสกัดแหล่งกำเนิด ใน photobioreactor จอแบนที่ถูกดำเนินการเป็น turbidostat
จำนวนเซลล์ของเซลล์เน้นถูกเก็บไว้อย่างต่อเนื่องในขณะที่การบรรลุอย่างต่อเนื่องที่ดีที่กำหนดแสงความเครียด.
ด้วยวิธีนี้มันเป็นไปได้ที่จะศึกษาความสมดุลระหว่างการเจริญเติบโตของเซลล์และการตายของเซลล์และการตรวจสอบว่า
ทั้งสองอาจจะเพิ่มขึ้นไปถึงผลผลิตที่สูงขึ้นของปริมาตร carotenoids.
ในระบบสองเฟสผลผลิตปริมาตร 8.3 มก. แคโรทีน LRV-1 D-1 ที่ได้รับ ในแหล่งกำเนิด
สกัดส่วนร่วมเพียงบางส่วนการผลิตนี้ ส่วนใหญ่มาจากการผลิตสุทธิจาก
ชีวมวล carotenoid ที่อุดมไปด้วยเนื่องจากมีอัตราการเติบโตสูงของเซลล์และการเจือจางที่ตามมาของเครื่องปฏิกรณ์.
ไปถึงความสมดุลระหว่างการเจริญเติบโตของเซลล์และการตายของเซลล์อัตรา sparging ของ dodecane จะได้รับ
เพิ่มขึ้น แต่แล้วในอัตรา sparging ใช้ 286 Ldod LRV-1 นาที 1 ก่ออิมัลชันของ
dodecane ในเฟสน้ำที่ปรากฏ.
ใน turbidostat โดยไม่ต้องสกัดแหล่งกำเนิดผลผลิตปริมาตร 13.5 มก. แคโรทีน LRV-1 D-1
เป็น ถึง แต่เพียงผู้เดียวในการผลิตอย่างต่อเนื่องของชีวมวลที่อุดมไปด้วยแคโรทีน.
© 2010 เข้าถึงเอลส์อิงค์เปิดภายใต้ใบอนุญาตเอลส์โอ.
1 บทนำ
Carotenoids จาก Dunaliella Salina มีการผลิตในเชิงพาณิชย์
ขนาดในบ่อเปิดในเช่นออสเตรเลียและอิสราเอล [1] Hejazi
et al, [2] การพัฒนาในกระบวนการสกัดแหล่งกำเนิดสำหรับการผลิต
และการสกัด carotenoids, ที่เรียกว่าขั้นตอนการรีดนม ใน
ขั้นตอนนี้จะ Dunaliella เพาะเลี้ยงใน photobioreactors ที่ปิดสนิทสำหรับ
การผลิตพร้อมกันและการสกัดของ carotenoids หลังจาก
ขั้นตอนการเจริญเติบโตของสาหร่ายจะเน้นการผลิต carotenoids ใน
เวลาเดียวกันเฟสอินทรีย์ถูกเพิ่มเข้าไปในวัฒนธรรม ในการนี้
ทั้งสองระบบเฟส carotenoids ถูกแยกไปอินทรีย์
เฟส (dodecane) มันแสดงให้เห็นว่ามีการกระบวนการนี้อย่างต่อเนื่อง
ในการผลิตและการสกัด carotenoid ที่ได้รับสำหรับ
มากกว่าหกสัปดาห์ ในระหว่างกระบวนการนี้ไม่มีการเจริญเติบโตของชีวมวลที่ถูก
ตั้งข้อสังเกต สมมติฐานคือการที่นอยด์ถูกสกัดจาก
เซลล์และเซลล์เก็บไว้ทำซ้ำ carotenoids [3] อย่างไรก็ตามเรา
เมื่อเร็ว ๆ นี้พบว่าการติดต่อเซลล์ dodecane ทำให้เกิดการตายของเซลล์และ
carotenoids ถูกสกัดจากเซลล์ที่ตายแล้ว [4] เซลล์ที่ตายแล้วตก
ออกจากกันและทำให้สูญเสียของพวกเขานอยด์ ข้นไขมัน
ที่มี carotenoids ละลายได้ง่ายใน dodecane lipophilic.
ความจริงที่ว่าป่านนี้เป็นพิษขั้นตอนของการ dodecane บน Dunaliella
* ผู้รับผิดชอบ Tel .: +31 317 485289; โทรสาร: 31 317 482237.
E-mail address: dorinde.kleinegris@wur.nl (DMM Kleinegris).
URL:. http://www.algae.wur.nl (DMM Kleinegris)
เซลล์ไม่พบอาจจะเป็นเพราะ วิธีการที่ใช้คือโดย
การวัดอัตราการวิวัฒนาการเช่นออกซิเจนสำหรับวัฒนธรรมทั้งหมดและไม่ได้สำหรับ
เซลล์เดียวที่มีการติดต่อโดยตรง.
เห็นได้ชัดว่าเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ตายเพราะถือเป็นตัวทำละลายติดต่อและ
การตายของเซลล์ได้รับการชดเชยโดยการเจริญเติบโตของเซลล์ ดังนั้นในอย่างต่อเนื่อง
กระบวนการชีวมวลในระดับคงที่สามารถเข้าถึงได้เฉพาะในกรณีที่เซลล์
ตายได้รับการชดเชยโดยการเจริญเติบโตของเซลล์ วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้
คือการแสดงให้เห็นว่าการเติบโตของเซลล์ที่เกิดขึ้นในระหว่างการรีดนม
กระบวนการและการที่อัตราการสกัดน้ำมันเพิ่มขึ้นหากอัตราการตายของเซลล์
เพิ่มขึ้น สำหรับวันนี้เราใช้ปลูก turbidostat รวม
กับกระบวนการสกัดในแหล่งกำเนิด turbidostat เป็นอย่างต่อเนื่อง
วัฒนธรรมที่มีความขุ่นควบคุม Lamers et al, [5,6] แสดงให้เห็นว่า
วิธีการนี้เหมาะมากที่จะศึกษาผลกระทบของความเครียดแสงบนง
ซาลินา ในความเข้มข้นของสารชีวมวล turbidostat เน้นเป็นค่าคงที่.
ในระบบนี้อัตราการเจริญเติบโตสุทธิเท่ากับอัตราการเจือจาง.
อัตรา sparging ของ dodecane และความเข้มของแสงเท่ากับ
ที่ใช้โดย Hejazi et al, [3] เป็นข้อมูลอ้างอิงที่เราเปรียบเทียบ
ผลผลิตปริมาตรนี้ในการทดลองสกัดแหล่งกำเนิดกับ
การทดลอง turbidostat อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องสกัด แต่เพียงผู้เดียว
บนพื้นฐานของการผลิตชีวมวล carotenoid ที่อุดมไปด้วย.
2 วัสดุและวิธีการ
2.1 ความเครียดและวัฒนธรรมกลาง
D. ซาลินา CCAP 19/18 ที่ได้รับจาก CCAP (วัฒนธรรมสะสมของสาหร่าย
และโปรโตซัว Oban สหราชอาณาจักร) หุ้นวัฒนธรรม
การแปล กรุณารอสักครู่..
