Botryococcus braunii
| Botryococcus braunii | |
|---|---|
| |
Научная классификация 
| |
| (без рейтинга): | Зеленые растения |
| Разделение: | Хлорофита |
| Сорт: | Требуксиофицеи |
| Заказ: | Требоксиалесы |
| Семья: | Ботриококковые |
| Род: | Ботриококк |
| Разновидность: | B. braunii
|
| Биномиальное имя | |
| Botryococcus braunii | |
Botryococcus braunii — зеленая планктонная микроводоросль пирамидальной формы , имеющая потенциально большое значение в области биотехнологии . Колонии, скрепленные матрицей липидной биопленки, можно найти в олиготрофных озерах и эстуариях умеренного или тропического климата, и они цветут в присутствии повышенного уровня растворенного неорганического фосфора. Этот вид примечателен своей способностью производить большое количество углеводородов , особенно масел в форме тритерпенов , которые обычно составляют около 30–40% от их сухого веса. [ 1 ] По сравнению с другими видами зеленых водорослей он имеет относительно толстую клеточную стенку, накопленную в результате предыдущих клеточных делений; что делает извлечение цитоплазматических компонентов довольно трудным. Большая часть полезного углеводородного масла находится вне клетки. [ 2 ]
Оптимальная среда роста
[ редактировать ]Было показано, что Botryococcus braunii лучше всего растет при температуре 23 °C и интенсивности света 60 Вт/м. 2 , с световым периодом 12 часов в сутки и соленостью 0,15 молярного NaCl. [ 3 ] Однако это были результаты тестирования с одним штаммом, а другие наверняка в некоторой степени различаются. В лаборатории B. braunii обычно выращивают в культурах среды Chu 13 .
Токсичные цветения и конкуренция
[ редактировать ]Было доказано, что цветки Botryococcus braunii токсичны для других микроорганизмов и рыб. Изучены причины цветения и последующего ущерба им популяциям других организмов. Причиной был идентифицирован экссудат Botryococcus braunii в виде свободных жирных кислот. Более высокая щелочность переводит эти свободные жирные кислоты в форму, которая более токсична для других видов, что приводит к тому, что Botryococcus braunii становится более доминирующим. Повышенная щелочность часто возникает, когда пепел с обгоревших участков смывается в водоем. Хотя доминирование Botryococcus braunii можно рассматривать как ущерб экологическому разнообразию водоема, знание того, как он достигает и поддерживает доминирование, полезно для тех, кто намеревается выращивать его в прудах в качестве топливной культуры. [ нужна ссылка ]
Применение Botryococcus в качестве биотоплива масел
[ редактировать ]Практика выращивания видов водорослей известна как альгакультура . Botryococcus braunii имеет большой потенциал для альгакультуры из-за производимых им углеводородов, которые можно химически преобразовать в топливо. До 86% сухой массы Botryococcus braunii могут составлять длинноцепочечные углеводороды. [ 4 ] Подавляющее большинство этих углеводородов представляют собой масла ботриокукка: ботриококцены, алкадиены и алкатриены. Переэтерификацию нельзя использовать для получения биодизельного топлива из масел Botryococcus . [ нужна ссылка ] Это связано с тем, что эти масла не являются растительными маслами в обычном понимании, в котором они представляют собой жирных кислот триглицериды . Хотя масла Botryococcus являются маслами растительного происхождения, они несъедобны и химически очень разные, поскольку являются тритерпенами и лишены свободного атома кислорода, необходимого для переэтерификации. Масла Botryococcus можно использовать в качестве сырья для гидрокрекинга на нефтеперерабатывающем заводе с целью получения октанового числа ( бензина , он же бензин), керосина и дизельного топлива . [ 5 ] (см. переработка растительного масла ). Ботриококцены предпочтительнее алкадиенов и алкатриенов для гидрокрекинга, поскольку ботриококцены, вероятно, будут преобразованы в топливо с более высоким октановым числом .
Масла
[ редактировать ]Известны три основные расы Botryococcus braunii , отличающиеся структурой масел. Ботриококцены представляют собой неразветвленные изопреноидные тритерпены, имеющие формулу C n H 2 n -10 . Раса А производит алкадиены и алкатриены (производные жирных кислот ), где n представляет собой нечетное число от 23 до 31. Раса B производит ботриококцены, где n находится в диапазоне от 30 до 37. Ботриококцены являются предпочтительным биотопливом для гидрокрекинга до бензинового типа. углеводороды. Штамм «L» производит масло, не образуемое другими штаммами Botryococcus braunii . В рамках этой основной классификации различные штаммы Botryococcus будут различаться по точной структуре и концентрации составляющих углеводородов масел. [ 6 ]
Согласно странице 30 отчета Программы по водным видам , [ 7 ] Штамм A Botryococcus braunii не функционировал хорошо в качестве сырья для производства топлива на основе липидов из-за его медленного роста (один удваивается каждые 72 часа). Однако последующие исследования Цинь показали, что время удвоения можно сократить до 48 часов в оптимальной среде роста. [ 3 ] Учитывая выводы Френца, [ 6 ] время удвоения может быть не таким важным, как метод добычи углеводородов. Программа по водным видам также обнаружила, что масло Botryococcus braunii из А-штамма не идеально, так как большая часть его липидов представлена в виде алифатических углеводородов от C 29 до C 34 и меньшее количество жирных кислот C 18 . Эта оценка масел Botryococcus braunii была проведена с точки зрения их пригодности для переэтерификации (т.е. создания биодизельного топлива ), что было в центре внимания Программы по водным видам во время Botryococcus braunii оценки . Программа по водным видам не изучала масла Botryococcus braunii на предмет их пригодности для гидрокрекинга , как это было сделано в некоторых последующих исследованиях расы «B».
| Сложный | % массы |
|---|---|
| Изоботриококцен | 4% |
| Ботриококцен | 9% |
| С 34 Ч 58 | 11% |
| С 36 Н 62 (изомер А) | 34% |
| С 36 Н 62 (изомер Б) | 4% |
| С 37 Ч 64 | 20% |
| Прочие углеводороды | 18% |
Добыча масел
[ редактировать ]По сравнению с другими видами зеленых водорослей Botryococcus braunii имеет относительно толстую клеточную стенку, накопленную в результате предыдущих клеточных делений; что делает извлечение цитоплазматических компонентов довольно трудным. Большая часть полезного углеводородного масла находится вне клетки. [ 2 ] действует как биопленка для объединения отдельных клеток в колонии. Уже давно ведется поиск лучшего метода отделения масел от клеток с минимальным повреждением клеток. В течение некоторого времени было известно, что гексан эту функцию может выполнять . Однако электрический метод в целом может быть чище и лучше. Электрические поля применялись короткими импульсами для извлечения углеводородов из других видов микроводорослей путем ослабления клеточных стенок. Длительность этих импульсов составляла от микросекунд до миллисекунд. Сообщалось, что в апреле 2017 г. [ 8 ] Исследователи из Университета Кумамото в Японии использовали более короткие, наносекундные импульсы для воздействия на внеклеточный матрикс Botryococcus braunii. Они обнаружили, что электрический метод менее затратен и менее повреждает клетки, чем другие методы. Ученые из Кунамото обнаружили, что когда импульсы подаются десять раз в секунду, оптимальная напряженность поля составляет 50 киловольт на сантиметр, а оптимальная прикладываемая энергия — 55,6 Джоулей на миллилитр матрицы Botryococcus braunii. Полисахариды также извлекаются из матрицы и должны быть отделены от масел.
Исследовать
[ редактировать ]В связи с растущим интересом к альтернативам ископаемому топливу исследования Botryococcus braunii расширились. В апреле 2017 года доктор Тим Деверенн из Техасского университета A&M (TAMU) объявил, что секвенирование ДНК генома Bb завершено. [ 9 ] Годом ранее, в 2016 году, команда доктора Деваренна из TAMU обнаружила фермент, ответственный за создание масла Bb, известный как ликопадиен. Фермент, известный как ликопадиенсинтаза, или LOS, способен производить несколько типов масел. Деваренн предположил, что ген LOS можно имплантировать в другие водоросли с более быстрым метаболизмом, чтобы ускорить производство масла. [ 10 ]
Потенциально полезные штаммы
[ редактировать ]В этом разделе собраны штаммы, заслуживающие внимания ввиду их потенциальной полезности. Некоторые из этих штаммов запатентованы в результате активной модификации ДНК, а другие получены в результате традиционных процессов селекции.
В 1988 году Калифорнийский университет в Беркли получил патент США № 6169 на Botryococcus braunii сорт Showa , разработанный ученым Калифорнийского университета в Беркли Артуром Нономура в лаборатории Мелвина Кэлвина в рамках новаторской междисциплинарной программы нобелевского лауреата по разработке возобновляемых транспортных видов топлива. Запатентованный сорт был примечателен, как говорится в заявке на патент, из-за высоко воспроизводимого содержания ботриококценовых углеводородов, составляющего 20% от сухого веса «Сёва». Совершенно очевидно, что Сова зарекомендовал себя как главный источник углеводородов своего времени. Срок действия патента истек в апреле 2008 года.
В мае 2006 года Nonomura подала международную заявку на патент, раскрывающую новые процессы выращивания и сбора Chlorophyta. [ 11 ] Отдельный патент на растения также подан на Botryococcus braunii сорт Ninsei , который демонстрирует особенность экстраколониальной секреции ботриококценоидов, которые можно перерабатывать на существующих заводах по переработке бензина для транспортировки топлива.
В августе 2011 года сорт Эномото . компания IHI NeoG Algae LLC анонсировала [ 12 ] Он имеет « ...самую высокую продуктивность по производству этого топлива среди всех водорослей, обнаруженных в мире », с заявленным ежемесячным ростом в тысячу раз выше, чем у обычных штаммов Botryococcus braunii . Кроме того, говорят, что он очень прочный, [ 13 ] предположительно, это означает, что его можно выращивать в открытой среде (в прудах, а не в фотобиореакторах).
См. также
[ редактировать ]- Торбанит , разновидность горючего сланца, образовавшегося из Botryococcus braunii. месторождений
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мецгер, П.; Ларго, К. (2005). « Botryococcus braunii : богатый источник углеводородов и родственных эфирных липидов». Прикладная микробиология и биотехнология . 66 (25): 486–96. дои : 10.1007/s00253-004-1779-z . ПМИД 15630516 . S2CID 26975859 .
- ^ Jump up to: а б Вольф, Фред Р.; Нономура, Артур М.; Башем, Джеймс А. (1985). «Рост и разветвленное производство углеводородов в штамме Botryococcus braunii (Chlorophyta)1». Журнал психологии . 21 (3): 388. doi : 10.1111/j.0022-3646.1985.00388.x . S2CID 84950470 .
- ^ Jump up to: а б Цзянь Цинь (2005). «Биоуглеводороды из водорослей: влияние температуры, света и солености на рост водорослей» (PDF) . Корпорация исследований и развития сельской промышленности, Австралия. Архивировано из оригинала (PDF) 15 июля 2011 г. Проверено 11 сентября 2010 г.
- ^ Выходы водорослевого масла - данные о выходе нефти из штаммов водорослей, видов водорослей с высокими выходами нефти . Oilgae.com (2 декабря 2009 г.). Проверено 4 ноября 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Л. В. Хиллен; и др. (1982). «Гидрокрекинг масел Botryococcus braunii в транспортное топливо» . Биотехнология и биоинженерия . 24 (1): 193–205. дои : 10.1002/бит.260240116 . ПМИД 18546110 . S2CID 43310427 . Архивировано из оригинала 10 декабря 2012 г.
- ^ Jump up to: а б Дж. Френц; и др. (1989). «Извлечение углеводородов и биосовместимость растворителей для экстракции из культур Botryococcus braunii ». Биотехнология и биоинженерия . 34 (6): 755–62. дои : 10.1002/бит.260340605 . ПМИД 18588162 . S2CID 20585307 .
- ^ Производство биодизеля из водорослей . Программа Министерства энергетики США по водным видам
- ^ «Быстрое, низкоэнергетическое и непрерывное извлечение биотоплива из микроводорослей» . ScienceDaily . 28 апреля 2017 г.
- ^ Браун, Дэниел; Деваренн, Тимоти (20 апреля 2017 г.). «Проект последовательности ядерного генома зеленой микроводоросли Botryococcus braunii Race B (Showa), накапливающей жидкие углеводороды» . Геномные объявления . 5 (16). doi : 10.1128/genomeA.01498-17 . ПМЦ 5786678 . ПМИД 29371352 .
- ^ «Открытие ферментов ведет ученых еще дальше по пути к получению нефти из растений» . АгриЛайф СЕГОДНЯ . Техасский университет A&M. 6 апреля 2016 года . Проверено 31 мая 2019 г.
- ^ Нономура, Артур М. (5 мая 2006 г.) «Методы и композиции для выращивания углеводородов в Botryococcus sp.» Патент США 7 923 228
- ^ «Новое японское предприятие по массовому производству биотоплива из водорослей» . Симбун Денки . 12 июля 2011 г. Архивировано из оригинала 13 июля 2011 г.
- ^ «Создание совместного предприятия IHI и лабораторией Нео-Морган по производству биотоплива с использованием водорослей» . mmdnewswire.com . Архивировано из оригинала 30 сентября 2011 г. Проверено 13 августа 2011 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Фрэнка Вейгерта В критическом эссе о The Energy Collective назван Botryococcus braunii одним из наиболее многообещающих возобновляемых углеводородов.
- изображения Botryococcus braunii