Enhancement of biomass and hydrocarbon productivity in Botryococcus braunii Kützing by random mutagenesis

การเพิ่มผลผลิตชีวมวลและไฮโดรคาร์บอนใน Botryococcus braunii Kützing โดยการทำให้เกิดการกลายพันธุ์แบบสุ่ม

Name: Theera Thurakit

LCSH: Plant biomass

LCSH: Biomass energy

LCSH: Biomass

LCSH: Algal blooms

Abstract: Because of oil price fluctuations in last decade and climate changes resulting in many researchers and national government worldwide promote the use the alternative energy instead of fossil fuels. Microalgae such as Botryococcus braunii regarded as one of the potential source for alternative energy. This microalga produces high amounts of hydrocarbons and lipids which can be used as a raw material and convert to bioenergy. However, many studies reported that the growth of B. braunii rather low as compared with other microalgae. Thus. the main objective of the thesis was to enhance biomass. lipids and hydrocarbons productivity on B. braunii using random mutagenesis approach. Furthermore, microalgal productivity improvement was performed in cultivation process after random mutagenized as well as lipid extraction step. Botryococcus sp. was isolated from various water bodies and identified by its morphological and molecular characteristics. They were confirmed as B. braunii and obtained 5 strains of B. brauni included braumi AARL G035. B. braunii AARL G036. B.braunii AARL G037. B. braumii AARL G038 and B. braumi AARL G039. Incubation of microalga under different media found that, CA tend to be high on biomass production and B. braumii AARL G035, B. braunii AARL G036, B. braumii AARL G037 and B. braunii AARL G039 provided maximum biomass. Therefore, these 4 strains were selected for further experiment. When selection of desired isolates after being treated wild type with ultraviolet C radiation and ethyl methane sulfonate, it was found that almost of selected mutagens induced isolates gave biomass, lipids and hydrocarbons higher than theirs wild type. B. braunii AARL G037 isolate U18N14 showed the maximum of hydrocarbon content and hydrocarbon productivity which were 78.40 ± 0.96% and 55.53 ± 1.11 mg.L-1.day-1, respectively. The accumulation of lipids reached the maximum at 49.16 ± 0.91% from B. braunii AARL G037 isolate E0.617. The investigation of biomass and lipid productivity the results found that B. braunii AARL G036 isolate E1.0H15 exhibited the greatest both of values at the level of 103.22 ± 1.70 mg.L-1 day-1 and 35.46 ± 0.59 mg.L-1 day-1, respectively. Hence B. braunii AARL G036 isolate E1.0H15 was chosen for the next experiment. The finding ammonium sources for replace ammonium nitrate in CA medium was investigated before the study of two-stage cultivation. The results showed that ammonium sulfate was suitable for B. braunii AARI G036 isolate E1.OH15. Two-stage cultivation by produced biomass in first 20 days and then applied various stresses conditions for 4 days. At the end of cultivation, microalgal biomass under stress conditions were decreased, while it showed higher in the accumulation of lipids and hydrocarbons. Under the light intensity of 160 µmol photom.m-2.s-1, microalga provided the maximum of hydrocarbon productivity at 98.11 ± 0.83 mg.L-1 day-1. At the light intensity of 200 µmol photom.m-2.s-1, microalga seem to to be produce highest lipid productivity of 58.56±1.89 mg.L-1. Day-1 Meanwhile. the control condition produced hydrocarbon productivity and lipid productivity at the values of 81.81±2.75 mg.L-1.day-1 and 47.90±2.18 ±1.89 mg.L-1 day-1, respectively. Fatty acid was found diversely depended on stress conditions. The comparative study of lipid extraction on biomass of B. braunii, in case of reduction sample size and solvent contact time. The size of sample less than 45 µm with 24 h extraction time gave the great condition for lipid extraction. The combination various non-polar and polar solvent with different ratio, 2:1 (v/v) dichloromethane: methanol was proper for extraction. Among several pretreatment methods in this study, 1% HC1 provided the maximum amount of lipids and fatty acid methyl ester. Furthermore, heating with commercial microwave with 1% HC1 lysis, microalgal lipid and fatty acid methyl ester were improved in quantitatively. So far, it can be concluded that, biomass, lipid and hydrocarbon productivity of B. braunii can be enhanced by our techniques using random mutagenesis, two-stage cultivation and lipid extraction.

Abstract: จากความผันผวนด้านราคาน้ำมันในหลายปีที่ผ่านมาและการตระหนักถึงการเปลี่ยนของ สภาพอากาศ นักวิจัย และรัฐบาลในหลายประเทศทั่วโลก จึงส่งเสริมการใช้พลังงานทดแทนเพื่อใช้ แทนที่พลังงานจากชากฟอสซิลเพิ่มมากขึ้น สาหร่ายขนาดเล็กเป็นหนึ่งแหล่งของพลังงานที่น่าสนใจ อย่างเช่น Botryococcus braunii สาหร่ายชนิดนี้สามารถผลิตและสะสมลิพิดรวมถึงไฮโดรคาร์บอน ได้ในปริมาณสูง สามารถใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิดพลังงานทดแทนได้ อย่างไรก็ตามจากการวิจัยที่มี มาก่อนรายงานว่า B. braunii เจริญได้ค่อนข้างช้าเมื่อเทียบกับสาหร่ายชนิดอื่น ดังนั้นงานวิจัยใน เรื่องนี้จึงศึกษาวิธีการเพิ่มผลผลิตชีวมวล ลิพิด และโฮโดรคาร์บอนใน B. braunii โดยเฉพาะอย่าง ยิ่งการทำให้เกิดการกลายพันธุ์แบบสุ่ม ทั้งนี้ยังศึกษาการเพิ่มผลผลิดของสาหร่ายชนิดในขั้นตอนการ เพาะเลี้ยงหลังการกลายพันธุ์ และในขั้นตอนการสกัดลิพิดด้วย จากการคัดแยก Botryococcus sp. ในแหล่งน้ำต่างๆ เมื่อระบุชนิดด้วยวิธีทางสัณฐานวิทยา ร่วมกับชีววิทยาระดับโมเลกุล พบว่าเป็น B. braunii และได้สาหร่ายทั้งสิ้น 5 สายพันธุ์ ได้แก่ B. braunii AARL G035, B. braunii AARL G036, B. braunii AARL G037, B. braunii AARL G038 และ B. braunii AARL GO39 หลังการเพาะเลี้ยงสาหร่ายเหล่านี้ในอาหารเพาะเลี้ยง ที่แตกต่างกัน พบว่าอาหารสูตร CA มีแนวโน้มในการให้ชีวมวลสาหร่ายดีที่สุด ดังนั้นจึงใช้อาหาร CA ในการเลี้ยงสาหร่ายในการทดลองอื่นๆ และพบว่าสาหร่าย B. braunii AARL G035, B. braunii AARL G036, B. braunii AARL G037 และ B. braunii AARL G039 ให้ชีวมวล ปริมาณสูงในการทคลองนี้จึงคัดเลือกเพื่อนำไปใช้ในการทดลองถัดไป เมื่อคัดเลือกไอโซเลทสายพันธุ์กลายหลังจากทำให้เกิดการกลายพันธุ์แบบบสุ่มด้วยรังสียูวี ชนิดซี และเอทิลมีเทนซัลโฟเนดในสาหร่าย B. braunii AARL G035, B. braunii AARL G036, B. braunii AARL G037 uละ B. braunii AARL G039 พบว่าสายพันธุ์กลายที่เลือกมีแนวโน้ม ให้ผลผลิตชีวมวล ลิพิด และ ไฮโครคาร์บอนสูงกว่าสายพันธุ์ดั้งเดิม โดย B. braunii AARL G037 ไอโซเลท U18N14 มีการสะสมไฮโครคาร์บอนและผลผลิตไฮโครคาร์บอนมากที่สุด คือ 78.40 ± 0.96% และ 55.53 ± 1.11 มิลลิกรัม ต่อลิตร ต่อวัน ตามลำดับ ขณะที่การสะสมลิพิตสูงสุดที่ 49.16 ± 0.91% พบใน B.braunii AARL G037 ไอโซเลท E0.617 เมื่อศึกษาผลิตชีวมวลและ ผลผลิตลิพิดพบว่า B. braunii AARL G036 ไอโชเลท E1.0H15 ให้ผลผลิดดังกล่าวสูงที่สุดคือ 103.22 ± 1.70 มิลลิกรัม ต่อลิตร ต่อวันและ 35.46 ± 0.59 มิลลิกรัม ต่อลิตร ต่อวันตามลำดับ ดังนั้น B. braunii AARL G036 ไอโซเลท E1.0H15 จึงถูกเลือกเพื่อนำไปใช้ในการทดลองถัดไป การทดสอบแหล่งของแอมโมเนียมเพื่อใช้ทดแทนแอมโมเนียมในเทรตในอาหารสูตร CA ก่อนการเพาะเลี้ยงแบบสองขั้น พบว่าแอมโมเนียมซัลเฟตมีความเหมาะสมต่อการเพาะเลี้ยง B. braunii AARL G036 ไอโซเลท E1.0H15 หลังการเพาะเลี้ยงแบบแบบสองขั้นโดยเพาะเลี้ยง ในสภาวะปกติเป็นระยะเวลา 20 วัน ก่อนจะให้ปัจจัยความเครียดต่างๆ ต่อสาหร่ายเป็นระยะเวลา 4 วัน เมื่อสิ้นสุดการเพาะเลี้ยงสาหร่ายมีชีวมวลลดลง ในขณะที่มีการสะสมลิพิดและไฮโดรคาร์บอน เพิ่มสูงขึ้นเมื่อเทียบกับชุดควบคุม การเพาะเลี้ยง B. braunii AARL G036 ไอโซเลท E1.0H15 ภายใต้ความเข้มแสง 160 ไมโครโมลโฟตอน ต่อตารางเมตร ต่อวินาที สาหร่ายให้ผลผลิต ไฮโครคาร์บอนสูงสุดที่ 98.11 ± 0.83 มิลลิกรัม ต่อลิตร ต่อวัน และภายใต้ความเข้มแสง 200 ไมโคร โมลโฟตอน ต่อตารางเมตร ต่อวินาที สาหร่ายมีผลผลิตลิพิดสูงสุดเท่ากับ 58.56 ± 1.89 มิลลิกรัม ต่อลิตร ต่อวัน ขณะเดียวกันชุดควบคุมคุมมีผลิตไฮโดรคาร์บอนและผลผลิตลิพิดเท่ากับ 81.81 ± 2.75 มิลลิกรัม ต่อลิตร ต่อวันและ 47.90 ± 2.18 มิลลิกรัม ต่อลิตร ต่อวัน การศึกษาส่วนประกอบของกรด ไขมันพบว่าสาหร่ายมีสัดส่วนของกรดไขมันแตกต่างกันขึ้นอยู่กับปัจจัยความเครียดที่ให้ต่อสาหร่าย การเปรียบเทียบวิธีการสกัดในชีวมวลของสาหร้าย B. braunii พบว่าเมื่อลดขนาดอนุภาค ของชีวมวลลงและเพิ่มระยะเวลาในการสกัดทำให้ได้ปริมาณลิพิดเพิ่มมากขึ้น โดยตัวอย่างชีวมวล สาหร่ายขนาดเล็กกว่า 45 ไมโครเมตรแซ่ในสารละลาย 24 ชั่วโมงมีประสิทธิภาพดีที่สุด ในการ ทดสอบอัตราส่วนระหว่างสารละลายอินทรีย์ประเภทมีขั้วและไม่มีขั้วในอัดราส่วนที่ต่างกัน พบอัตรา ส่วนผสมระหว่าง ไคคลอโรมีเทน 2 ส่วนต่อเมทานอล 1 ส่วนโดยปริมาตร มีความเหมาะสมในการ สกัดมากที่สุด การทำให้เซลล์แตกก่อนการสกัดพบว่า การแช่กรดไฮโครคลอริก 1% ให้ปริมาณลิพิล และเมทิลเอสเทอร์ของกรคไขมัน (ไบโอดีเซล) มากที่สุด เมื่อให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟร่วมกับการ ผสมกรดใส่โครคลอริก 1% พบว่าตัวอย่างมีปริมาณลิพิดที่สกัดได้และเมทิลเอสเทอร์ของกรดไขมัน เพิ่มสูงขึ้นด้วย งานวิจัยในเรื่องนี้สรุปได้ว่าสามารถเพิ่มผลผลิตชีวมวล ลิพิด และไฮโครคาร์บอนของ B. braunii ได้ ทั้งในกระบวนการกลายพันธุ์ การเพาะเลี้ยงแบบสองขั้น และขั้นตอนการสกัด

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Jeeraporn Pekkoh

Role: Advisor

Name: Chayakorn Pumas

Role: Advisor

Name: Wasu Pathom-aree

Role: Advisor

Created: 2020

Modified: 2025-02-17

Issued: 2025-02-17

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctor's degree

Descipline: Applied Microbiology

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	550551048.pdf	6.64 MB	1	2025-05-18 16:50:28

ใช้เวลา

-0.976099 วินาที