The unicellular green alga, Haematococcus pluvialis, accumulates the highest level of astaxanthin among knownastaxanthi.n-producing organisms. Light is the most important factor to induce astaxanthin by H. pluvialis. BIue andred LEDs, whose ${\lambda}_{max}$'s are 470 and 665 nm, respectively, were used for internally illuminated light sources.Fluorescent lamps were also used for both internal and external illumination sources. The astaxanthin levels in thesevarious lighting systems were analyzed and compared each other. The cultures under internally illuminated LEDsaccumulaled 20% more astaxanthin than those under fluorescent lamp. Furthermore, LEDs generated much lessheat than the fluorescent lamps, which gives one more reason for the LEDs being a suitable internal Light source forastaxanthin induction. The results reported here would lead novel designs of photobioreactors with improvementsof illumination methods for high level of astaxanthm production. The maximum astaxanthin concentrations as wellas the astaxanthin yield per supplied photon were increased by at least 20% when blue or red LEDs were supplied.
Natural astaxanthin mainly derives from a microalgae producer, Haematococcus pluvialis. The induction of nitrogen starvation and high light intensity is particularly significant for boosting astaxanthin production. However, the different responses to light intensity and nitrogen starvation needed to be analyzed for biomass growth and astaxanthin accumulation. The results showed that the highest level of astaxanthin production was achieved in nitrogen starvation, and was 1.64 times higher than the control group at 11 days. With regard to the optimization of light intensity utilization, it was at $200{\mu}mo/m^2/s$ under nitrogen starvation that the highest astaxanthin productivity per light intensity was achieved. In addition, both high light intensity and a nitrogen source had significant effects on multiple indicators. For example, high light intensity had a greater significant effect than a nitrogen source on biomass dry weight, astaxanthin yield and astaxanthin productivity; in contrast, nitrogen starvation was more beneficial for enhancing astaxanthin content per dry weight biomass. The data indicate that high light intensity synergizes with nitrogen starvation to stimulate the biosynthesis of astaxanthin.
In traditional mixotrophic cultures of microalgae, all the inorganic nutrients and organic carbon sources are supplied in the medium before inoculation. In this study, however, an alternative approach was adopted in Haematococcus pluvialis Flotow, a microalga capable of growing mixotrophically on sodium acetate (Na-Ac). First, the cells were grown under 75 ${\mu}Mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$ phototrophically without Na-Ac until the stationary phase and then exposed to five different light regimes by the addition of Na-Ac (e.g., dark, 20, 40, 75, and 150 ${\mu}Mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$). Dry weight (DW), pigments, and especially cell number in alternative mixotrophy (AM) were higher than traditional mixotrophy (TM). Cell number in AM almost doubled up from 21.7 to $42.9{\times}10^4$ cells/ml during 5-day exposure to Na-Ac, whereas the increase was only 1.2-fold in TM. Maximum cell density was reached in 75 ${\mu}Mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$ among the light intensities tested. We propose that Na-Ac in TM of H. pluvialis can not be utilized as efficiently as in AM. With this respect, AM has several advantages against TM such as a much higher cell density in a batch culture period and minimized risk of contamination owing to the shorter exposure of cells to organic carbon sources. In consequence, this method may be used for other strains of the species, and even for the other microalgal species able to grow mixotrophically.
강력한 항산화물질인 astaxanthin의 함량이 다른 천연 공급원에 비해 높아 astaxanthin 생산균주로 주목받고 있는 Haematococcus pluvialis는 상당한 두께의 견고한 세포벽을 가지고 있어, 세포 파쇄를 위해 많은 에너지가 소모되고 비용이 비싼 방법들이 이용되고 있다. 이에 H. pluvialis로부터 막자와 막자사발을 이용하여 astaxanthin을 손쉽게 효율적으로 추출하는 방법을 제시하였다. 막자와 막자사발을 이용하여 분쇄한 후 추출용매로 acetonitrile, acetone, methanol, dichloromethane : methanol (1:3, v/v), ethylacetate : ethanol (1:1, v/v)로 사용하여 비교하였을 때, acetone을 이용하였을 때 astaxanthin을 1.13~1.29 배 더 높은 효율로 추출할 수 있었다. 또한 acetone으로 H. pluvialis로부터 추출할 경우, 1차 추출로 H. pluvialis에 축적되어 있는 전체 astaxanthin의 96.7%를 회수할 수 있을 정도로 acetone은 astaxanthin 추출효율이 높았다. H. pluvialis가 세포내에 축적하는 astaxanthin은 축적 특성상 ester-형태의 astaxanthin로 다량 축적하므로, 추출물 내의 다양한 형태의 astaxanthin을 분리하기 위하여 농도 구배 시스템을 적용한 HPLC 분석을 수행하였다. H. pluvialis에 축적되어 있는 전체 astaxanthin 중 free astaxanthin이 45.9%이고, 나머지 54.1%는 ester-형태의 astaxanthin이었다.
Kim Jeong-Dong;Lee Woo-Sung;Kim Beob-Min;Lee Choul-Gyun
Journal of Microbiology and Biotechnology
/
제16권8호
/
pp.1222-1228
/
2006
Two kinds of Haematococcus pluvialis cells (green vegetative cells cultivated under optimal cell culture conditions and red cyst cells maintained under high light stress conditions to induce astaxanthin production) were used to investigate the protein expression profiles by two-dimensional electrophoresis, image analysis, and peptide mass fingerprinting. The cellular accumulation of astaxanthin was evident after exposure to high light intensity and reached the maximum cellular level after 78 h of high light stress. In a 2-D electrophoresis analysis, 22 proteins were upregulated over 2-fold in the red cyst cells when compared with the green vegetative cells and selected for further analysis by chemically assisted fragmentation (CAF)-MALDI-TOF sequencing to identify the protein functions. Among 22 different spots, several key enzymes specific to the carotenoid pathway, including isopentenyl pyrophosphate isomerase (IPP) and lycopene $\beta$-cyclase, appeared in H. pluvialis after exposure to high light intensity. Therefore, IPP and lycopene $\beta$-cyclase would appear to be involved with carotenoid accumulation in the cytoplasm, as these peptides were preferentially upregulated by high light intensity preceding an increase in carotenoid, and only these forms were detected in the red cyst cells.
본 연구에서는 자체 제작한 2L 규모의 bubble-column photobioreactor에서 H. pluvialis의 배양을 시도하였고 astaxanthin의 축적량 증가를 유도하기 위하여 배양시작 20일 후에 light stress를 주었다. 이 방법을 통하여 대조구에 비하여 68%의 건조균체중량 증가와 215%의 astaxanthin 축적량 증가를 유도할 수가 있었고, bubble-column photobioreactor를 이용한 유도배양이 H. pluvialis의 배양에 적합함을 알 수가 있었다.
Carbon dioxide reduction technologies using photosynthetic microorganism were suggested to overcome environmental destruction caused by $CO_2$ in flue gases from power plant and other industries. However, there are many toxic constituents in flue gas including CO, NOx, SOx. Continuous and Excessive supply of these noxious gases to cells will leads to inhibition of microalgal growth along with partial cell death. In this study, we tested the noxious effect of SOx and NOx on the pH and microalgal growth under photoautotrophic culture in three microalgae of Neochloris oleoabundans, Chlorella vulgaris and Haematococcus pluvialis. As a result, SOx concentration more than 50 ppm led to the rapid reduction of pH, thereby inhibiting of the growth in Neochloris oleoabundans and Chlorella vulgaris. NOx concentration more the 100 ppm reduced the exponential growth of N. oleoabundans and C. vulgaris. And H. pluvialis exhibited low sensitivity to SOx and NOx. Consequently, the three microalgae of N. oleabundas, C. vulagaris and H. pluvialis showed the normal vegetative growth in 25 ppm of NOx and SOx. Above all, H. pluvialis was useful for the $CO_2$ sequestration of the flue gas including high concentrations of NOx and SOx.
Lumostatic operation for cultivation of Haematococcus pluvialis was assessed to test the scale-up strategy of photobioreactors. Lumostatic operation is a method of maintaining a proper light condition based on the specific light uptake rate ($q_e$), by cells. Lumostatic operations were performed in 0.4-, 2-, 10-, and 30-1 scale bubble column photobioreactors and the results were compared with cultures illuminated with constant light intensity. Significant differences were observed in the maximal cell concentrations obtained from 0.4-, 2-, 10-, and 30-1 scale photobioreactors under constant light intensity, yielding the maximal cell concentrations of $2.8{\times}10^5$, $2.2\times10^5$, $1.5\times10^5$, and $1.1\times10^5$ cells/ml, respectively. The maximal cell concentration in a 0.4-1 photobioreactor under lumostatic operation was $4.3\times10^5$ cells/ml. Furthermore, those in 2-, 10-, and 30-1 scale photobioreactors were about the same as that in the 0.4-1 photobioreactor. The results suggest that lumostatic operation with proper $q_e$ is a good strategy for increasing the cell growth of Haematococcus pluvialis compared with a constant supply of light energy. Therefore, lumostatic operation is not only an efficient way to achieve high cell density cultures with minimal power consumption in microalgal cultures but it is also a perfect parameter for the scale-up of photobioreactors.
고부가가치의 천연 astaxanthin의 생산을 위한 Haematococcus pluvialis의 고농도 배양을 수립하기 위하여 세포 농도를 증가시키는 방법과 세포 내 색소를 증가시키는 방법 두 가지에 초점을 맞춰 본 연구를 수행하였다 Hongkong Medium (HKM) Modifed Bolds Basal Medium (MBBM) Modified Bristols Medium(MBM) Proteose-petone Medium (PPM) BG-11 Medium의 여러 배지를 사용하여 비교함으로서 배지 내 탄소원 질소원과 미량원소 등이 세포의 생장과 astaxan-tin 생산에 미치는 영향을 보면 HKM 은 $2.0$\times$10^{6}$ cells /mL의 세포 농도와 최고 6.14 mg/g cell의 astaxanthin content per cell 로 다른 배지 중 가장 높게 나타나므로 세포 농도를 높이기위해서 질소우너이 220 mg/L 인 HKM이 적당하고 색소 형성을 촉진시키기 위해서는 aggregation이 일어나 단위 세포당 astaxanthin 함량이 9.7 mg/g cell 로 높게 나타나는 MBBM이 월등함을 알수 있었다. H. pluvialis의 최적 배양 온도와 pH를 선정하깅 nl하여 $20^{\circ}C$$25^{\circ}C$, 3$0^{\circ}C$ 온도와 pH 4.5 6.0 7.5 의 배양조건을 수립한 결가 pH $7.5 20^{\circ}C$와 $25^{\circ}C$에서는 세포생장과 색소 형성이 우수함을 관찰 할 수 있었고 배양에 적당한 20 $^{\circ}C$ 에서 배양하다가 $30^{\circ}C$로 24시간 배양항 heating 효과를 주면 astaxanthin 축적을 촉진시키는데 효과적임을 알수있었다. PPMso의 질소원과 proteose-peptone의 고갈시세포의 생장의특성과 astaxanthin 생산에 미치는 영향은 control 배지에서 세포 농도와 세포의 건조질량이 각각 $0.98$\times$10^{6}$ / cell /mL 와 0.2 g/L astaxanthin의 농도는 1.92 mg/L 단위 세포당 astaxanthin 농도는 9.6 mg/g cell 로 관찰되었다결론적으로 질소원과 peptone이 고갈되면 세포의 생장은 억제되나 astaxanthin의 생산은 촉진됨을 알수 있었으며 세포 생장을 촉진하는 광도 60$\mu$E/($\m^2$s)와 HKM 배지 이용의 1단계와 높은 광도와 MBBM배지를 이용한 색소 생산의 2단계 배양을 최적조건으로 수립하였다.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.