1 of 25

1ο Διαδικτυακό Συνέδριο Νέων Επιστημόνων

Κοζάνη 26-28 Φεβρουαρίου 2021

Ορυκτοί Πόροι – Περιβάλλον – Χημική Μηχανική

ΜΕΛΕΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΩΝ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΦΥΚΟΥΣ TETRASELMIS STRIATA ΜΕ ΣΤΟΧΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤOY ΩΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΗΣ ΠΡΩΤΗΣ ΥΛΗΣ ΙΧΘΥΟΤΡΟΦΗ

Πατρινού Β.1, Οικονόμου Χ.2, Δασκαλάκη Α.3, Κοτζαμάνης Γ.4,

Βαγενάς Δ. 2, Αγγελής Γ.3, Τεκερλεκοπούλου Α.Γ.1

1Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο Πατρών, Αγρίνιο

​

2Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα

​

3Τμήμα Βιολογίας, Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα

​

4Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών/Ινστιτούτο Θαλάσσιας Βιολογίας,

Βιοτεχνολογίας &Υδατοκαλλιεργειών, Αθήνα

2 of 25

Το έργο « Καλλιέργεια μικροφυκών σε μεγάλη κλίμακα και χρήση της παραγόμενης βιομάζας ως εναλλακτική πρώτη ύλη ιχθυοτροφής – AlgaFeed4Fish» (MIS 5045858, Φ.Κ. 80916), συν-χρηματοδοτήθηκε από Ευρωπαϊκούς (Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης) και Εθνικούς Πόρους (Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας) στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα και Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ, ΕΣΠΑ 2014-2020)» και ειδικότερα μέσω της Δράσης «Ειδικές Δράσεις «Υδατοκαλλιέργειες» - «Βιομηχανικά Υλικά» - «Ανοιχτή Καινοτομία στον Πολιτισμό»».

3 of 25

Γενικά για τα μικροφύκη

  • Υδρόβιοι φωτοσυνθετικοί μικροοργανισμοί

​

  • Προκαρυωτικοί (Κυανοβακτήρια) ή ευκαρυωτικοί μικροοργανισμοί

​

  • Πολυφυλετική κατηγορία μονοκύτταρων ή πολυκύτταρων οργανισμών

​

  • Διαφορετικά μεταβολικά μονοπάτια (αυτότροφη, ετερότροφη, μιξότροφη ανάπτυξη)

​

  • Απαντώνται σε όλα τα οικοσυστήματα της Γης
  • Ανάπτυξη σε εύρος υποστρωμάτων

​

​

​

4 of 25

Μεταβολικά προϊόντα και εμπορικές εφαρμογές μικροφυκών

  • Αξιοποίηση προϊόντων σε τομείς όπως:

Πρωτογενείς μεταβολίτες:

​

Υδατάνθρακες Λιπίδια Πρωτεΐνες

Χρωστικές

Δευτερογενείς μεταβολίτες:

​

Καροτενοειδή

Φυτοστερόλες

Φαινολικές ουσίες

Ανθρώπινη διατροφή / ζωοτροφή

Βιολιπάσματα

Βιοκαύσιμα

F-Φάρμακα / Καλλυντικά

Ιχθυοτροφή

5 of 25

Παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή μεταβολικών προϊόντων

  • Ένταση φωτός

​

  • Θερμοκρασία

​

  • pH

​

  • Αλατότητα

​

  • Σύσταση θρεπτικού μέσου

​

6 of 25

Θαλασσινά μικροφύκη που χρησιμοποιούνται στον τομέα των υδατοκαλλιεργειών

​

  • Chlorella, Tetraselmis, Isochrysis, Pavlova, Phaeodactylum, Chaetoceros,

Nannochloropsis, Skeletonema,Thalassiosira

​

​

T. striata:

​

  • Καλή πηγή τροφής

​

  • Αντιμικροβιακές και προβιοτικές ιδιότητες

​

- Πηγή βιταμίνης Ε

​

- Αντοχή σε μεγάλο εύρος αλατότητας και θερμοκρασίας

​

​

​

​

​

​

​

7 of 25

Πειραματικές συνθήκες

  • Ανάπτυξη σε φιάλες:
  • Σταθερές ασηπτικές συνθήκες ανάπτυξης

- pH: 7-9

- Ένταση φωτός: 56 μmol m-2s-1

- Συνεχής φωτισμός (24/0 h, L:D)

- T=26 ± 2oC

- Παροχή ήπιου αερισμού (με φίλτρο)

  • Συντήρηση σε τεχνητό θαλασσινό νερό (ASW)

  • Ανάπτυξη σε ενυδρεία 5L:
  • Ίδιες σταθερές συνθήκες

- Μη ασηπτική ανάπτυξη

-χρήση νερού γεωτρήσεων της εταιρείας Plagton s.a (38, 29‰)

8 of 25

Απεικόνιση της εταιρίας Plagton S.A

​

​

9 of 25

Σκοπός της εργασίας

  • Mελέτη της επίδρασης της αλατότητας του νερού γεωτρήσεων της Plagton S.A στην ανάπτυξη του Τ. striata.

​

  • Βελτιστοποίση της θρεπτικής σύστασης του υποστρώματος ανάπτυξης.

​

  • Μελέτη της απόμακρυνσης των θρεπτικών συστατικών από το μέσο ανάπτυξης.

​

  • Βελτιστοποίηση της παραμέτρου του pH.

​

  • Μελέτη της επίδρασης του pH στην παραγωγή πρωτεϊνών, λιπιδίων υδατανθράκων και χρωστικών.

​

  • Ανάλυση της σύσταστης των παραγόμενων λιπιδίων με έμφαση τα PUFAs.

10 of 25

Κινητικές αύξησης του μικροφύκους με νερό γεώτρησης 38 ‰

Ομάδα υποστρωμάτων:

​

Α N,P {45:1}

​

Β N,P {7.4:1}

Γ N,P + ιχνοστοιχεία {7.4:1}

​

11 of 25

Σύνοψη αποτελεσμάτων υποστρωμάτων υψηλής αλατότητας

Μέσο

ανάπτυξης

Max

Παραγ/τα Βιομάζας

(mg L-1D-1)

Max ειδικός ρυθμός ανάπτυξης

d-1

% Απομακρύνσεις

​

NH4+ / ΝΟ3- PO43- Ολικά σάκχαρα

% Ποσοστό ελαίου

Α

(Ν/P=45)

​

32.2

​

0.062

​

89.0 ± 1.8 /-

​

18.0 ± 0.23

​

-

​

24.1 ± 2.02

Β

(N/P=7.4)

​

40.0

​

0.100

​

85.4 ± 1.4 /-

​

86.3 ± 0.2

​

34.2 ± 0.3

​

9.3 ± 2.12

Γ

(N/P= 7.4, με ιχνοστοιχεία)

​

38.0

​

0.096

​

85.2 ± 0.98 /-

​

75.5 ± 0.13

​

24.8 ± 0.14

​

12.8 ± 1.24

12 of 25

Κινητικές αύξησης του μικροφύκους με νερό γεώτρησης 29 ‰

Ομάδα υποστρωμάτων:

​

Δ Modified F/2 {11:1}

​

Ε Nutri-Leef 30-10-10 {3:1}

Ζ Nutri-Leef 30-10-10 + NaHCO3 {3:1}

​

Η N,P {7.4:1}

​

13 of 25

Σύνοψη αποτελεσμάτων υποστρωμάτων χαμηλότερης αλατότητας

Μέσο

ανάπτυξης

Max

Παραγ/τα Βιομάζας

(mg L-1D-1)

Max ειδικός ρυθμός ανάπτυξης

d-1

% Απομακρύνσεις

​

NH4+ / ΝΟ3- PO43- Ολικά σάκχαρα

% Ποσοστό ελαίου

Δ

(Modified F/2)

69.3

0.088

99.4 ± 2.3 /-

66 ±1.06

-

13.7 ± 2.8

Ε

(Nutri-Leef

30-10-10 )

​

70.0

​

0.132

​

100 ± 4.7 /-

​

94 ± 0.1

​

-

​

11.1 ± 1.21

Ζ

(Nutri-Leef

30-10-10, + NaHCO3 )

​

85.0

​

0.156

​

99.9 ± 0.5

/ 25.1 ± 1.1

​

95.2 ±0.35

​

-

​

10.8 ± 2.42

Η

(N,P)

47.6

0.030

44 ± 2.6 /-

76.4 ± 1.1

-

7.3 ±1.4

14 of 25

Βελτιστοποίηση της παραμέτρου του pH με υπόστρωμα ανάπτυξης το εμπορικό λίπασμα

15 of 25

Παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας

16 of 25

Σύνοψη πειραματικών αποτελεσμάτων

Μέσο

ανάπτυξης

Max

Παραγ/τα Βιομάζας

(mg L-1D-1)

Max ειδικός ρυθμός ανάπτυξης

d-1

% Απομακρύνσεις

​

NH4+ / ΝΟ3- PO43- Ολικά σάκχαρα

% Ποσοστό ελαίου

% Ποσοστό

Υδαταν-θράκων

% Ποσοστό πρωτεϊνών

% Ποσοστό χρωστικών

Nutri-Leef + ΝaHCO3

pH= 8

79.8

0.156

98.7 ± 0.6 /-

94.8 ± 0.18

-

26.4 ±0.43

36.5 ± 2.3

38.3 ± 2.24

3.6 ± 0.4

Nutri-Leef + ΝaHCO3

pH= 7

60.12

0.135

96 ± 0.8 /-

83.2 ± 0.56

-

25.8 ±0.57

16.1 ± 1.84

35 ± 3.01

3.5 ± 0.29

17 of 25

Ανάλυση της σύστασης παραγόμενων λιπιδίων

  • Παρουσία λιπαρών οξέων με 10-20 C
  • Κυρίαρχα λιπαρά οξέα:

- Παλμιτικό οξύ (C16:0) 29-39%

- Παλμιτελαϊκό οξύ (C16:1) 27-29.8%

  • Ελαϊκό οξύ (C18:1) 9.1-9.9%
  • Eικοσαπεντανοϊκό οξύ (C20:5) 10-14%

​

​

​

​

18 of 25

Συμπεράσματα

  • Το νερό γεώτρησης υψηλής αλατότητας (38 ‰) οδήγησε σε χαμηλές παραγωγικότητες

βιομάζας (32.2-40.0 mgL-1d-1) και ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης (0.062-0.100 d-1).

​

  • Το νερό γεώτρησης με την χαμηλότερη αλατότητα (29‰) οδήγησε σε βελτιωμένες

αποδόσεις για την βιομάζα (47.6-85.0 mgL-1d-1) και τον ειδικό ρυθμό ανάπτυξης

(0.032-0.156 d-1).

​

  • Το βέλτιστο υπόστρωμα ανάπτυξης ήταν το εμπορικό λίπασμα Nutri-Leef 30-10-10 με

NaHCO3 επιτυγχάνοντας τις μέγιστες αποδόσεις για την βιομάζα (85 mgL-1d-1) και τον

ρυθμό ανάπτυξης (0.156 d-1) από το σύνολο των υποστρωμάτων που δοκιμάσθηκαν.

​

  • H τιμή pH 8 κρίθηκε ως βέλτιστη για την παραγωγή βιομάζας σημειώνοντας υψηλή τελική συγκέντρωση κυττάρων.

​

  • Στις βέλτιστες συνθήκες βρέθηκε ότι το T. striata μπορεί να συσσωρεύει σε μεγάλο ποσοστό πρωτεΐνες (38%), υδατάνθρακες (36.5%) και λιπίδια (26.4%).

​

  • To T. striata είναι ικανό να παράγει βιομάζα υψηλής ποιότητας και να συσσωρεύει παράλληλα σημαντικά πολυακόρεστα λιπαρά οξέα όπως το EPA σε ποσοστό έως 14%.

​

​

​

19 of 25

Ευχαριστώ για την προσοχή σας !!!

20 of 25

21 of 25

Σύσταση θρεπτικών υποστρωμάτων 38 ‰

​

​

​

​

​

​

​

​

​

Σύνθεση

ASW

​

NaCl

27 g L-1

MgSO4.7H2O

6.6 g L-1

CaCl2

1.5 g L-1

KNO3

1 g L-1

KH2PO4

0.07 g L-1

FeCl3.6H2O

0.014 g L-1

Na2EDTA

0.019 g L-1

Στοκ διάλυμα ιχνοστοιχείων

ZnSO4.7H2O

40.0 (mg L-1)

H3BO3

600.0 (mg L-1)

CoCl2.6H2O

1.5 (mg L-1)

CuSO4.5H2O

40.0 (mg L-1)

MnCl2.4H2O

400.0 (mg L-1)

(NH4)6Mo7O24.4H2O

370.0 (mg L-1)

Control υπόστρωμα

 

​

Α. H2Ο γεώτρησης N/P= 45

(NH4)2SO4

0.0944 g L-1

KNO3

0.21 g L-1

K2HPO4

0.108 g L-1

KH2PO4

0.056 g L-1

 

​

Β. H2Ο γεώτρησης

N/P= 7.4

(NH4)2SO4

0.290 g L-1

KNO3

0.0750 g L-1

K2HPO4

0.0375 g L-1

KH2PO4

0.015 g L-1

 

 

 

Γ. H2Ο γεώτρησης

με προσθήκη ιχνοστοιχείων

N/P=7.4

(NH4)2SO4

0.290 g L-1

KNO3

0.0750 g L-1

K2HPO4

0.0375 g L-1

KH2PO4

0.015 g L-1

Στοκ διάλυμα ιχνοστοιχείων1

ZnSO4.7H2O

40.0 (mg L-1)

H3BO3

600.0 (mg L-1)

CoCl2.6H2O

1.5 (mg L-1)

CuSO4.5H2O

40.0 (mg L-1)

MnCl24H2O

400.0 (mg L-1)

(NH4)6Mo7O24.4H2O

370.0 (mg L-1)

22 of 25

Απομακρύνσεις θρεπτικών συστατικών από τα υποστρώματα 38 ‰

23 of 25

Σύσταση θρεπτικών υποστρωμάτων 29 ‰

​

​

​

​

​

​

​

F/2 modified 2

N/P = 11

(NH4)2SO4

0.3774 g L-1

ΝaH2PO4.H2O

5 g L-1

Διάλυμα ιχνοστοιχείων

CuSO4.5H2O

10 g L-1

ZnSO4.7H2O

22 g L-1

CoCl2.6H2O

10 g L-1

MnCl2.4H2O

180 g L-1

Na2MoO4.2H2O

6 g L-1

Διάλυμα Β + 1 mL από κάθε stock ιχνοστοιχείων

FeCl3.6H2O

3.15 g L-1

Na2EDTA

4.36 g L-1

​

Θρεπτικό συστατικό

Ποσοστό %

Ολικό άζωτο

εκ των οποίων:

​

Νιτρικό άζωτο

Αμμωνιακό άζωτο

Ουρία

30

​

​

3

3.7

23.3

Διαθέσιμος φώσφορος (P2O5)

10

Διαλυτό κάλιο (Κ2Ο)

10

Mg

0.0251

B

0.02

Cu

0.05

Fe

0.10

Mn

0.05

Mo

0.001

Zn

0.05

Σύνθεση Nutri-Leef 30-10-10

24 of 25

Απομακρύνσεις θρεπτικών συστατικών από τα υποστρώματα 29 ‰

25 of 25

Απομακρύνσεις θρεπτικών συστατικών εξετάζοντας την παράμετρο του pH