Enhancement of unsaturated fatty acid productivity from three microalgae under various light emitting diodes stress conditions

Abstract

3세대 바이오매스인 미세조류는 빠른 성장, 높은 바이오매스 생산량, 높은 지질함량 및 경작지에 대한 제한이 거의 없다는 장점이 있다. 또한, 미세조류에서 생산되는 불포화지방산은 건강보조제로써 중요한 기능을 한다. 본 연구는 LED를 이용한 미세조류의 바이오매스 생산량을 증가시키고, 다양한 스트레스 조건에서 지질 및 불포화지방산의 함량을 증가시키는데 목적을 두었다. 1장에서는, Pavlova lutheri, Chlorella vulgris 및 Porphyridium cruentum를 F/2배지를 이용하여 질산염의 농도에 따른 바이오매스, 지질생산에 대해 최적화를 하였다. P. lutheri는 질산염 160 mg/L에서 0.93 g/L의 최적 성장을 보였고, C. vulgaris는 240 mg/L 에서 1.13 g/L의 최적 성장을 나타내었다. P. cruentum은 160 mg/L에서 1.25 g/L의 최적 성장을 보였다. 질산염의 농도를 최적화한 후, LED 파장에 따른 성장 및 지질 축적 함량을 알아보았다. P. lutheri는 청색파장 (465 nm)에서 1.09 g/L, C. vulgaris는 적색파장 (625 nm)에서 1.23 g/L, P. cruentum은 녹색파장 (520 nm)에서 1.28 g/L의 가장 높은 바이오매스 함량을 나타내었다. P. lutheri의 지질함량은 황색파장(590 nm)에서 49.1%, C. vulgaris는 녹색파장 (520 nm)에서 46.2%, P. cruentum은 적색파장 (625 nm)에서 37.8%로 가장 높은 지질함량을 나타내었다. 또한, 지방산 조성 분석을 통해 P. lutheri, C. vulgais 및 P. cruentum은 각각 최대 eicosapentaenoic aicd (EPA) 10.35%, 10.14%, 그리고 14.61% (w/w), docosahexaenoic acid (DHA) 6.09%, 8.95%, 그리고 11.29% (w/w)를 함유하고 있음을 나타내었다. 2장은 Porphyridium cruentum을 이용하여 14L 광배양생물기에서 대량 배양을 하였다. 바이오매스 생산량 증가를 위하여 1단계로서 녹색파장 (520 nm)을 사용하였고, 2단계로는 지질함량 증가를 위하여 적색파장 (625 nm)을 사용하는 이단배양을 하였다. 실험 조건으로는 바이오매스 생산량과 지질함량을 증가시키기 위해서 폭기량, 광도와 광주기를 최적화하는 실험을 진행하였다. 또한, 지질과 불포화지방산의 함량을 증가시키기 위해 스트레스 조건인 pH를 조절하여 실험을 진행하였다. P. cruentum은 300 μmol/m2/s 광도, 24:0 h 명/암주기에서 0.91 g/L의 최대 바이오매스 생산량을 나타내었으며, 400 μmol/m2/s 광도, 18:6 h 명/암주기, pH 6에서 51.8%의 최대 지질함량을 나타내었다. 또한 pH 6에서 P. cruentum의 eicosapentaenoic acid (EPA) 함량이 30.6%, docosahexaenoic acid (DHA) 함량이 14.5%까지 증가하였다. pH 6에서 전체 불포화지방산의 함량은 35.1%에서 56.2%로 21.1% 증가하였다.