Nutrient uptake, growth, protein production and cobalamin accumulation of Euglena gracilis in baker's yeast production wastewater

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201901301210
Title: Nutrient uptake, growth, protein production and cobalamin accumulation of Euglena gracilis in baker's yeast production wastewater
Alternative title: Euglena gracilis:n ravinteiden otto, kasvu, proteiinin tuotto ja kobalamiinin akkumulaatio hiivantuotannon emävedessä
Author: Mercier, Léon
Other contributor: Helsingin yliopisto, Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta, Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Helsingfors universitet, Bio- och miljövetenskapliga fakulteten, Bio- och miljövetenskapliga fakulteten
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2018
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201901301210
http://hdl.handle.net/10138/299026
Thesis level: master's thesis
Degree program: none
Specialisation: none
Discipline: ympäristöekologia
Environmental Ecology
miljöekologi
Abstract: TARKOITUS JA TAVOITTEET Mikrolevät ovat yksisoluisia tumallisia eliöitä, jotka kykenevät fotosynteesiin. Ne käyttävät auringon valoenergiaa, hiilidioksidia ja ravinteita, kuten typpeä ja fosforia, kasvuunsa. Näiden ominaisuuksien lisäksi mikrolevien nopea kasvu ja kyky selviytyä monissa erilaisissa ympäristöissä tekee niistä ihanteellisia ehdokkaita bioteknologian työkaluiksi. Niiden avulla voitaisiin edistää ravinteiden talteenottoa ja kierrätystä, vedenpuhdistusta ja biomolekyylien sekä mahdollisesti biopolttoaineiden hiilineutraalia tuotantoa. Tässä tutkielmassa selvitettiin leivinhiivan tuotantoprosessista peräisin olevan sivuvirtaveden (emäveden) soveltuvuutta E. gracilis -mikrolevän kasvualustaksi. Tarkoitus oli tutkia mikrolevän kasvua ja proteiinintuotantoa emävedessä, sekä mikrolevän kykyä poistaa ravinteita emävedestä. Tutkimuksessa haluttiin myös selvittää emäveden suodatuksen vaikutusta E. gracilis -mikrolevän kasvuun. Emävedessä on betaiiniksi kutsuttua orgaanista yhdistettä varsin runsaasti. Aikaisemmissa tutkimuksissa sen on havaittu parantavan tärkeän kobalamiinin (vitamiini B12) tuotantoa bakteereissa. Työssä tutkittiin myös betaiinin vaikutusta mikrolevän kasvuun ja mikrolevä-bakteeri -yhteisön kykyyn tuottaa kobalamiinia. MENETELMÄT Tutkimuksessa kasvatettiin Euglena gracilis -mikrolevää laboratorioskaalan fotobioreaktoreissa. Sen kasvu, proteiinin tuotanto ja kyky poistaa ravinteita selvitettiin. Kasvualustana käytettiin MQ-vedellä laimennettua emävettä joko suodatettuna tai suodattamattomana. Lisäksi suoritettiin kontrollikäsittely, jossa fotobioreaktoreita ei siirrostettu mikrolevällä. Toisessa kokeessa samaa mikrolevää kasvatettiin keinotekoisessa ravinneliuoksessa ilman betaiinia ja sen kanssa. Betaiinin poistuma ja kobalamiinin tuotanto määritettiin. Levän kasvua tutkittiin kuivapainomääritysten ja virtaussytometristen analyysien keinoin. Proteiinintuotanto määritettiin levämassan typpipitoisuuden perusteella. Ravinnepitoisuudet määritettiin spektrofotometrisesti. Betaiinin ja kobalamiinin pitoisuudet määritettiin nestekromatografian keinoin. TULOKSET E. gracilis kasvoi varsin hyvin suodatetussa emävedessä, mutta selvästi heikommin suodattamattomassa emävedessä. Kontrollikäsittelyyn verrattuna mikrolevä edisti typenpoistoa emävedestä. E. gracilis -mikrolevän proteiinintuotanto emävedessä oli verrattavissa keinotekoisella kasvualustalla kasvaneen levän proteiinintuotantoon. Betaiinin lisäys keinotekoiseen kasvualustaan paransi mikrolevän kasvua huomattavasti, mutta kobalamiinin tuotantoon se ei vaikuttanut. Suodattamattomassa emävedessä syntyi kobalamiinia riippumatta siitä, oliko siinä mikrolevää vai ei. JOHTOPÄÄTÖKSET Suodattamaton emävesi ei sovellu mikrolevän kasvatukseen mahdollisesti sen suuren sameuden vuoksi. Suodatettu emävesi sen sijaan soveltui E. gracilis -levän kasvatukseen, ja mikrolevää voidaan käyttää emäveden typpipitoisuuden alentamiseen. Emävedessä on mikrobitoimintaa, joka tuottaa kobalamiinia, mutta tuotanto ei ole riippuvaista mikrolevän läsnäolosta. Betaiinin vaikutusta mikrolevän kasvuun on syytä tutkia lisää, jotta voidaan selvittää perustuuko sen vaikutus ravinteiden tai varastoaineiden kerääntymiseen mikroleväsoluun vaiko johonkin muuhun ilmiöön. Emävesi on lupaava ravinnelähde mikrolevien kasvatukseen, erityisesti silloin, kun tarvitaan typpirikasta raaka-ainetta muiden ravinnelähteiden lisäksi ja erityisesti, jos löydetään tapoja tehokkaasti alentaa emäveden sameutta.PURPOSE AND GOALS Microalgae are unicellular eukaryotic organisms capable of photosynthesis. They harvest sunlight and efficiently take up carbon dioxide and nutrients such as nitrogen and phosphorus from their environment and use them for their growth. Due to these properties, their rapid growth and ability to survive in a variety of environments, microalgae have potential in biotechnological applications that promote nutrient recovery and recycling, water purification and the carbon neutral production of biochemicals and possibly biofuels. The purpose of this study was to investigate the suitability of a side stream water originating from the production of baker’s yeast (yeastwater) for the cultivation of a species of microalga called Euglena gracilis. The study aimed to determine the capacity of this water to support growth and protein production of E. gracilis as well as the capacity of E. gracilis to remove nutrients from the water. The effect of filtration of the water on these parameters was also studied. Yeastwater contains an organic molecule called betaine in relatively high concentrations. Betaine has previously been shown to boost the production of the important vitamin cobalamin in bacteria. The study aimed to determine the effect of betaine on the growth of E. gracilis and on the production of cobalamin in the algal-bacterial symbiosis. METHODS E. gracilis was cultured in laboratory scale photobioreactors. Its growth, protein production and nutrient uptake capacity was determined. Baker’s yeast production side stream water diluted with MQ-water was used as the growth medium either in filtered or unfiltered form. A control treatment was prepared where no microalgal inoculate was added to the photobioreactor. The same microalga was also grown in a synthetic nutrient medium with and without betaine. The uptake of betaine and biomass concentrations of cobalamin were determined. For the determination of microalgal growth, dry weight determination and flow cytometry analysis were used. Protein production was determined on the basis of total nitrogen concentration in the biomass. Spectrophotometric measuring kits were used for the determination of nutrient concentrations. Liquid chromatography techniques were used for the determination of betaine and cobalamin concentrations. RESULTS Significant microalgal growth was observed in filtered yeastwater, while growth in unfiltered yeastwater was very low. Nitrogen removal was higher in presence of E. gracilis compared to the control treatment. Protein production in yeastwater was comparable to that of microalgae grown in synthetic medium. E. gracilis grew much better in the synthetic media supplemented with betaine than without the addition. Betaine enrichment had no effect on cobalamin production. Cobalamin was produced in unfiltered yeastwater both with and without the presence of E. gracilis. CONCLUSIONS Unfiltered yeastwater does not support growth of E. gracilis possibly due to its high turbidity. Filtered yeastwater, on the other hand can support the production of E. gracilis biomass. E. gracilis can be used to reduce nitrogen concentrations in yeastwater. Yeastwater can support cobalamin production by bacteria, but this phenomenon did not benefit from the presence of the microalga. The effect of betaine on microalgal growth warrants further study to determine whether it is related to the accumulation of intracellular nutrients, storage compounds or to some other phenomenon. Yeastwater is a promising nutrient feedstock for microalgal biomass production. However, the role of filtration and possibility of using other methods for turbidity reduction needs to be further studied.
Subject: mikrolevä
jätevesi
sivuvirta
betaiini
kobalamiini
proteiini
Microalgae
wastewater
sidestream
betaine
cobalamin
protein


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Mercier_Leon_Pro_gradu_2018.pdf 1.508Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record