담수 미세조류 Tetradesmus obliquus로부터 바이오매스 및 지방산 생산 향상을 위한 배양조건 최적화
Optimization of culture conditions for enhanced production of biomass and fatty acids by freshwater microalga, Tetradesmus obliquus
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초록
미세조류는 광합성 능력에 기인하여 바이오 연료, 가축 사료, 생리활성 물질 등으로 활용이 가능한 효율적인 지방산 생산자이다. 본 연구에서는 미세조류의 바이오매스와 지방산 함량을 증대하기 위해 토착 담수 미세조류인 Tetradesmus obliquus의 배지 조성, 온도, 광도의 배양 조건을 최적화하고자 하였다. 먼저, 고처리 광생물반응기를 이용하여 최적 배양 온도와 광도를 각각 25°C와 300 μmol m-1 s-1로 결정하였다. 그 후 T. obliquus의 바이오매스 생장 향상을 위해 BG-11의 구성 성분(N, P, Mg)에 대한 통계적 최적화를 수행하였다. 최적 배지는 표준 배지(BG 11)에 비해 바이오매스 생산량이 37% 증가하는 것으로 확인되었다. 최종적으로 최적 배지를 질소 또는 인의 단일 결핍과 복합결핍 배지로 교체하여 세포 내 지방산 함량을 증가시킬 수 있는 적절한 비생물적 스트레스 인자를 탐색하였다. 실험집단 중 N 결핍 배지(N-P+, N-P-)에서 배양된 미세조류의 지방산 함량은 7일째에 8.5%(대조군)에 비해 최대 14.6%까지 증가한 것으로 나타났다. 그 결과, 바이오매스 생산성이 83% 향상되었을 뿐만 아니라 지방산 함량 또한 76% 이상 증가하였다. 본 연구 결과는 신규 분리된 미세조류로부터 바이오매스 및 지방산 생산을 위한 근본적인 배양 조건 최적화 기법으로 활용될 수 있을 것이다.
Abstract
Microalgae are efficient fatty acid producers owing to their high photosynthetic activities. They can act as sources of biofuel, feed, and various bioactive compounds. This study aimed to determine optimal culture conditions, including culture medium, temperature, and light intensity, to enhance the biomass and fatty acid content of the indigenous freshwater microalga, Tetradesmus obliquus. Evaluation using a high-throughput photobioreactor revealed that the optimal culture temperature and light intensity were 25°C and 300 μmol m-2 s-1, respectively. Additionally, we optimized components (N, P, and Mg) of the BG-11 medium to enhance the microalgal biomass. Modified BG-11 medium increased the T. obliquus biomass by 37% compared to the standard BG-11 medium. Subsequently, the culture medium was replaced with N- and P-depleted media to determine the abiotic stress factor that could increase the cellular fatty acid content. Notably, fatty acid content was significantly increased from 8.5% up to 14.6% on day 7 of culture in N-deficient (N-P+ and N-P-) media. Sequential optimization effectively increased the biomass by 83% and fatty acid content by >76% in T. obliquus. Our optimization method can be used to enhance the biomass and fatty acid contents of various other microalgae.