Характеристики выращивания микроводорослей с использованием коммерчески доступного воздуха

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3792 (2023) Цитировать эту статью

1172 Доступа

Подробности о метриках

Упаковка на воздушной подушке (AC) получила широкое распространение во всем мире. AC представляют собой наполненные воздухом двойные пластиковые упаковочные решения, которые обычно окружают и защищают ценные предметы внутри транспортировочных коробок во время транспортировки. Здесь мы сообщаем о лабораторной оценке использования АУ в качестве фотобиореактора микроводорослей (PBR). Такой PBR по своей сути решает многие эксплуатационные проблемы, обычно возникающие в прудах с открытыми каналами и закрытыми фотобиореакторами, такие как потеря воды при испарении, внешнее загрязнение и хищничество. Используя наполовину заполненные кондиционеры, была исследована продуктивность видов микроводорослей Chlorella vulgaris, Nannochromis oculata и Cyclotella cryptica (диатомовая), а масса беззольных сухих клеток и общая продуктивность биомассы были определены как 2,39 г/л и 298,55 мг/л/л. день для N. oculata, 0,85 г/л и 141,36 мг/л/сут для C. vulgaris и 0,67 г/л и 96,08 мг/л/сут для C. cryptica. Кроме того, максимальная продуктивность липидов AFDCW 25,54 мг/л/день и продуктивность углеводов AFDCW 53,69 мг/л/день были достигнуты C. cryptica, а максимальная продуктивность белка AFDCW 247,42 мг/л/день была достигнута N. oculata. Данные этой работы будут полезны для определения применимости и профиля жизненного цикла перепрофилированных и повторно используемых АУ в качестве потенциальных фотобиореакторов на основе микроводорослей в зависимости от интересующего конечного продукта, используемого масштаба и производственных затрат.

Деятельность человека, такая как чрезмерное потребление и перенаселение, способствовала ухудшению биофизической среды за счет истощения ресурсов, разрушения экосистем и среды обитания, а также загрязнения. Это включает, помимо прочего, истощение рыбных запасов, выловленных в дикой природе, и повышение уровня загрязнения океана пластиком. Смягчение этих пагубных последствий потребует устойчивого развития, основанного на методологии взаимосвязи воды, продовольствия и энергии, которая признает взаимосвязь экологических ресурсов, потенциала и отходов. В соответствии с этим концепции устойчивого развития 4R, такие как сокращение, повторное использование, переработка и повторное использование (переосмысление), все чаще включаются в подходы к оценке жизненного цикла окружающей среды (LCA), особенно те, которые формулируют стратегии управления пластиковыми отходами и государственную политику1. Хотя эти 4R устойчивого развития не являются новыми концепциями, никогда они не были более важными, чем сегодня в мире, население которого к 2050 году, по оценкам, составит 9,8 миллиарда человек, что отражает увеличение почти на 2 миллиарда человек за последний 30-летний период. Если предположить, что демографические тенденции сохранятся, производство микроводорослей будет все более необходимо для обеспечения достаточного снабжения населения мира питательным белком и другими биопродуктами2,3.

За прошедшие годы было опубликовано множество технико-экономических анализов микроводорослей, посвященных балансу парниковых газов (ПГ)4 и балансу использования воды5,6. Хотя значительный интерес и усилия по крупномасштабному выращиванию водорослей наблюдались на протяжении десятилетий, отрасль по-прежнему страдает от высоких производственных затрат, что требует разработки инновационных идей в методологиях выращивания и сбора урожая7. Микроводоросли — это одноклеточные организмы, обычно встречающиеся в природе и процветающие в самых разных условиях окружающей среды. Некоторые из этих сред могут быть весьма враждебными, что приводит к внутреннему развитию механизмов выживания для противодействия стрессовым факторам окружающей среды. Многие из этих клеточных реакций на стресс приводят к биосинтезу продуктов, представляющих коммерческий интерес, таких как антиоксиданты и каротиноиды, под интенсивным воздействием ультрафиолетового света, а также общих метаболитов и других функциональных питательных веществ8. Коммерческое производство микроводорослей в настоящее время осуществляется с использованием различных конструкций культивирования, в том числе прудов с направляющими каналами (RWP), трубок, полиэтиленовых пластиковых пакетов, фотобиореакторов для внутреннего и наружного использования (PBR) и ферментеров9,10,11,12. Часто выращивание аксенических микроводорослей на открытом воздухе начинается с инокулята, выращенного в помещении, где исключены хищники и контролируются питательные вещества и условия окружающей среды, а затем перемещается в открытые резервуары или каналы для массового производства3.