本研究の一部は、財政的に科学技術の戦略的基礎研究（IWT-SBO）プロジェクト太陽光やバイオソーラーセルによるイノベーションの促進のための協会によってサポートされていました。エリック大胆かつBackKimグエンは、ビーズビーティング手順の最適化への貢献のために承認されます。

1。試料調製 1.1および1.2のステップとして、サンプル調製のための代替プロトコルが含まれる2つがあります。どちらの方法も同様に適しており、同様の結果を与えるが、藻類培養容量の限られた量が利用可能な場合は、この方法1.1が推奨されます。 NOTE：プロトコルのいずれかは、全体のプロトコルに従ってつの追加ビーズビーターチューブを調製、ブランクとして使用するためにそれらに藻類を追加せず。このように、使用される材料からの成分の抽出から得られたGCクロマトグラムのピークを同定し、定量することができる。 1.1。藻類培養の限られた量が利用可能な場合に推奨：準備プロトコルオプション1のサンプル<ol><li>ブロイヤーらによって記載されているように、たとえば、培養液中に藻の乾燥重量濃度（g / Lの）を決定します。1。 </li><li> 5〜10 mgの藻の乾燥重量が含まれている培養液の量を転送ガラス遠心管。ステップ1.1.1で決定したバイオマス濃度を使用して転送バイオマスの正確な量を計算します。 </li><li> 1,200×gで5分間遠心。 </li><li>上清の一部を破棄し、チューブ内を約0.25ミリリットルのままにしておきます。 </li><li>で、残りの上清中の藻を中断再優しく上下にペレットをピペットで200μlのピペットを用いてビーズビーターチューブに完全な細胞ペレットを転送します。 </li><li> ±0.15ミリリットルミリQ水で遠心チューブとガラスピペットを洗浄し、同じビーズビーターチューブに液体を移す。 </li><li>遠心分離機は、気泡がチューブの底に残っていないことを確認するために、最大回転数で1分間ビーターチューブビーズ。それは-80℃で密閉ビーズビーターチューブを記憶することが可能である</li><li>試料を含有するビーズビーターチューブを凍結乾燥。それは-80℃で密閉ビーズビーターチューブを記憶することが可能である</li></ol> 1.2。サンプル調製プロトコルオプション2 <ol><li>藻類培養液の不確定量を遠心分離し、上澄みを捨てる。なお、バイオマス濃度を決定するために使用されるか、体積を測定する必要はない。 </li><li>培養培地中に存在する主な塩の濃度を用いて培養培地の浸透圧を測定又は計算する。 </li><li>培養培地の浸透圧に近似ギ酸アンモニウム溶液から、ステップ1.2.1において使用されるように、同じ体積で細胞ペレットを再懸濁することにより細胞ペレットを洗浄する。 equiosmolarギ酸アンモニウム溶液は、細胞の洗浄中に細胞が溶解を防ぐことができます。 </li></ol> NOTE：細胞を洗浄する培養培地中に存在する塩を除去する必要がある。これは、それらの培養培地中の高塩濃度の海洋微細藻類中の脂肪酸分析のために特に重要である。塩が依然として存在することになる場合、これは後述のtで決定される細胞乾燥重量の量の過大評価を引き起こす彼のプロトコル。ギ酸アンモニウムは、この解決策は完全に凍結乾燥中に蒸発し、残留物を残さないので、細胞を洗浄するために使用されます。 <ol start="4"><li>遠心藻懸濁液および廃棄上清。 </li><li>細胞ペレットを凍結乾燥。 </li><li>ビーズビーターチューブに5〜10mgの凍結乾燥した微細藻類の粉末を秤量する。正確な重量を記録します。 </li></ol> 2。細胞を破砕した脂質抽出注：このセクションでは、広範な細胞破壊手順について説明します。おそらく、細胞破壊ステップのいくつかは冗長であり、あまり大規模な細胞破壊は、いくつかの微細藻類種または特定の培養条件に由来し、バイオマスも同じ結果が得られるかもしれません。しかし、これはそれぞれの特定の状況の検証が必要になります。そこで提案された大規模な混乱プロトコルは、すべての微細藻類材料に適した普遍的な方法として推奨されている。 <ol><li> tripentadecanoinの正確な量を計量（TR3 C15含むiacylglycerol：0脂肪酸を）、それは4時05分（V / V）のクロロホルムを正確に知られている量に追加する：メタノール。このようにしてtripentadecanoinの濃度が正確に知られている。 50ミリグラム/ Lの濃度を目指すTripentadecanoinは、脂肪酸定量のための内部標準として機能する。 </li><li>追加1ミリリットルのクロロホルム：メタノール4時05分（V / V）（試薬や機器の表で指定された）それぞれの鼓動チューブにtripentadecanoinを含む。ビードビーターチューブのキャップ内に残った何ビーズがないことを確認し、これはチューブの漏れが発生します。溶剤の正確な添加のための容積式ピペットを使用してください。 </li><li>ビーズは、ビーズビーター管は各鼓動間の内部120秒で、60秒間2,500 rpmで毎回8倍破った。 </li><li>テフロンインサートスクリューキャップできれいな耐熱15ミリリットルガラス遠心管にビーズビーターチューブから溶液を移す。だけでなく、ビーズビーターチューブから全てのビーズを転送するようにしてください。 </li><li>されていましたHビーズビーターチューブ、追加1ミリリットルのクロロホルム：メタノール4時05分（V / V）ビーズビーターチューブ、近いキャップと混合し、ステップ2.4​​から同一のガラス管に、このソリューションを転送するにtripentadecanoin含む。 （クロロホルム、合計4ミリリットル中：メタノール4時05分（V / V）を含むtripentadecanoinがサンプルごとに使用されている - 3回の洗浄工程のためのステップ2.2および3ミリリットルで追加1ミリリットル）のチューブを3回洗浄します。 </li><li> 10分間の超音波処理浴中で5秒間超音波処理用ガラスチューブをボルテックスする。 </li><li> 50 mMの2 - アミノ-2 - ヒドロキシメチル - プロパン-1,3 - ジオール（トリス）およびHCl溶液を用いてpHを7に設定されている1 MのNaClを含有する、ミリQ水2.5mlを添加する。水：これはクロロホルムとメタノールの相分離の原因となります。 1 MのNaClを、クロロホルム相に向かって脂質の平衡を向上させるために使用される。 </li><li> 5秒間ボルテックスした後、10分間超音波処理。 </li><li> 1,200×gで5分間遠心分離します。 </li><li>ガラスパスツールpipettを使用して清浄なガラス管に全体クロロホルム相（下相）を転送E。任意の中間相または上相を転送しないように注意してください。 </li><li>再抽出（メタノール含有する：水の溶液）を古いチューブに1mLのクロロホルムを添加して試料を。 </li><li> 5秒間ボルテックスした後、10分間超音波処理。 </li><li> 1,200×gで5分間遠心分離します。 </li><li>ステップ2.10からの最初のクロロホルム画のガラスパスツールピペットやプールを使用してクロロホルム相（下相）を収集。 </li><li>難しさは前のステップで全体のクロロホルム画分を収集する経験がある場合、繰り返して、2.11から2.14を繰り返します。そうでない場合はステップ2.16に進みます。 </li><li>窒素ガス気流中でチューブからクロロホルムを蒸発させる。このステップの後、試料を窒素ガス雰囲気下、-20℃で保存することができる。 </li></ol> 3。脂肪酸メチルエステルへのエステル交換<ol><li>乾燥した抽出した脂質（もともとクロロホルム画分を含むチューブ）を含むチューブに5％を含有するメタノール3ml（v / v）の硫酸を添加し、しっかりとチューブを閉じます。 </li><li> 5秒間ボルテックスする。 </li><li>ブロックヒーター又は水浴中で70°Cで3時間、サンプルをインキュベートする。定期的（30分ごとに±）のサンプルが沸騰（不適切に閉じられた蓋によって引き起こされる）と、渦管されていないことを確認してください。この反応中に脂肪酸は、それらの脂肪酸メチルエステル（FAME）にメチル化されている。 </li><li>クールなサンプル室温にし、3ミリリットルミリQ水と3ミリリットルのn-ヘキサンを加える。 </li><li> 5秒間ボルテックスし、試験管回転装置で15分間混合する。 </li><li> 1,200×gで5分間遠心分離します。 </li><li>ヘキサンの2ミリリットル（上）相を収集し、ガラスパスツールピペットを用いて、新鮮なガラス管に入れた。 </li><li>それを洗浄するために収集したヘキサン相に2ミリリットルミリQ水を加える。 </li><li> 1,200×gで5分間の5秒、遠心ボルテックス。このステップの後、窒素ガス雰囲気（相分離の必要がない）下で-20℃でサンプルを記憶することができる。 </li></ol> 4。脂肪酸メチルエステルのUの定量化ガスクロマトグラフィーを歌う<ol><li>ガラスパスツールピペットを用いてヘキサン相（上相）でのGCバイアルを埋める。 </li><li> GCバイアルにキャップを置きます。バイアルからの蒸発を防ぐため、キャップが完全に密封されており、オンにすることはできませんことを確認してください。 </li><li> GCの洗浄溶媒（ヘキサン）補充、廃棄物のバイアルを空にし、オートサンプラーにサンプルバイアルを置きます。 GCの上の実際のサンプルを実行する前に、最初の実行のGCにのみ、ヘキサンを含む2のブランク。 </li><li> Nukolカラム（×1.0〜30μmのMX 0.53ミリメートル）で、GC-FIDでサンプルを実行します。 250℃の入口温度を使用し、キャリアガス、81.7キロパスカルの圧力および0.1:1のスプリット比、総流量としてヘリウムを使用する：20 ml /分。 40ml /分のH 2流量400 ml /分の空気流量とHe 9.3 ml /分の流速で270°CのFID検出器温度。 1μL/サンプルに注入量を設定します。 n-ヘキサンで前後の洗浄インジェクター。初期オーブン温度は0.5分間90℃に設定した後、ウィットを提起している時間、20°C /分で200°Cのオーブン温度に達するまで。オーブン温度を次に39分間200℃に維持される。総実行時間は45分である。 </li></ol>

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著者らは、開示することは何もありません。

記載された方法は、コンテンツだけでなく、微細藻類バイオマス中に存在する全脂肪酸の組成を決定するために使用することができる。ストレージ（TAG）並びに膜脂質（リン脂質および糖脂質）を含むすべての脂質クラス由来の脂肪酸が検出される。微細藻類中に存在する全ての飽和脂肪酸鎖長および程度を検出し、区別することができる。この方法は、機械的細胞破壊、溶媒ベースの脂質?...

脂肪酸は、微細藻類バイオマスの主要構成成分の一つであり、典型的には細胞乾燥重量1〜3 5〜50％の間を構成する。彼らは主にグリセロ脂質の形で存在する。順番にこれらのグリセロ脂質は、主にリン脂質、糖脂質、およびトリアシルグリセロール（TAG）で構成されています。それらは輸送燃料、バルク化学品、栄養補助食品（ω-3脂肪酸）、および食料品3-6の製造のための資源として使用することができるため、特にTAGに存在する脂肪酸は、商業的関心がある。微細藻類は、海水基づく培養培地中で増殖することができる陸生植物よりもはるかに高い面積生産性を有することができ、おそらくはオフショア、農業に適していない箇所にフォトバイオリアクターで培養することができる。これらの理由のために、微細藻類は、多くの場合、バイオディーゼルおよび他のバルク生成物3-6の製造のための陸生植物に対する有望な代替手段と考えられている。潜在的に何農業リットルません及び又は新鮮な水を（閉鎖フォトバイオリアクターで培養または海洋微細藻類が使用されるときの場合）、それらの製造のために必要とされる。そのため、微細藻類由来し、バイオ燃料は、 第 3世代のバイオ燃料と考えられている。 脂肪酸（乾燥重量％）、脂質クラス組成物、ならびに脂肪酸の長さおよび飽和度の合計含有量は、微細藻類の細胞種間で高度に可変である。さらに、これらの特性は、栄養素利用性、温度、pH、光強度1,2培養条件によって変化する。窒素飢餓にさらされたときに、例えば、微細藻類はTAGを大量に蓄積することができる。最適な増殖条件下TAGは、典型的には、乾燥重量の2％未満を構成するが、窒素飢餓TAG含有量にさらされたときに、微細藻類の乾燥重量1の最大40％まで増加させることができる。 微細藻類は、主に16および18の鎖長を有する脂肪酸を生産炭素原子が、いくつかの種は、最大24個の炭素原子の脂肪酸を作ることができる。高度不飽和脂肪酸は、微細藻類により産生されるように両方、ならびに飽和。 6（ドコサヘキサエン酸、DHA）は野菜の選択肢が1,2,4,7の存在しないいる。し、C22 5（EPAエイコサペンタエン酸）：後者はC20のような栄養の利点（ω-3脂肪酸）との脂肪酸が含まれる。脂肪酸鎖長および飽和度（分布）は、藻類由来のバイオ燃料および食用油、4,8の特性および品質を決定する。 微細藻類由来の脂肪酸の商業的なアプリケーションを開発するには、脂肪酸含量および組成物の定量のための信頼性のある分析方法が必要とされている。 またRyckebosch らにより指摘された。9、微細藻類中の脂肪酸の分析は、他の基質（ 例えば、植物油、食品、動物組織など）と一線を画したようである原因1）微細藻類脂質抽出を複雑化、剛性の細胞壁で囲まれた単一細胞であり、2）微細藻類は、脂質クラスは、多種多様を含み、脂質クラスの分布は7非常に可変である。これらの異なる脂質クラスは、以下の化学構造および極性等の特性が多種多様を有する。また、アシル脂質以外の脂質クラスが生成される、3）微細藻類は、長さが12〜24個の炭素原子の範囲および飽和並びに高度不飽和脂肪酸の両方を含む、脂肪酸の多種多様を含む。従って、微細藻類以外の基板に脂肪酸を分析するために開発された方法は、微細藻類中の脂肪酸を分析するのに適しないかもしれない。 Ryckebosch ら 9によって検討したように、一般に使用される脂質抽出手順の主な違いは、使用される溶媒系である。そのため微細藻類に存在する脂質クラスの大規模な様々な、それぞれの極性が異なる、抽出された脂質量は、10月12日に使用溶媒によって変化します。これは文献9,10に示した脂質含量および組成が矛盾につながる。使用する溶媒系、例えば、ビーズビーティングまたは超音波処理を通じて細胞破壊することなく、溶媒抽出に基づく方法に応じて、いくつかの理由微細藻類種9,13の剛構造の全ての脂質を抽出しない場合があります。不完全な脂質抽出の場合には、異なる脂質クラスの抽出効率が14を変化させることができる。脂肪酸組成は、脂質クラス7の間で可変であるので、これはまた、測定された脂肪酸組成に影響を及ぼし得る。 我々の方法は、機械的細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、脂肪酸メチルエステル（FAME）への脂肪酸のエステル交換、および定量化及び難ionizaと組み合わせたガスクロマトグラフィーを用いて脂肪酸メチルエステルの同定配列に基づいているTiONから検出器（GC-FID）。トリアシルグリセロール（tripentadecanoin）の形で内部標準を前に分析手順に追加されます。抽出と不完全なエステル交換中の注意損失はその後のために補正することが可能となる。この方法は、コンテンツだけでなく、微細藻類バイオマス中に存在する脂肪酸の​​組成を決定するために使用することができる。ストレージ（TAG）並びに膜脂質（糖脂質、リン脂質）を含む異なるアシル - 脂質クラスに存在する全ての脂肪酸は、検出、同定し、試料のごく少量（5 mg）を使用して、この方法により、正確かつ再現可能に定量する。この方法は、異なる脂質クラスの相対量に関する情報を提供していません。しかしながら、この方法は、互いに1からの脂質クラスを分離するために拡張することができる。異なる脂質クラスの濃度および脂肪酸組成物は、次いで、個別に決定することができる。 文献に他のいくつかの方法があります微細藻類中の脂質を分析するために記載。他の方法は、全脂肪酸9,16に焦点を当て、一方、いくつかの方法は、親油性成分の総15に焦点を当てる。これらの選択肢は、総抽出した脂質の重量測定、クロマトグラフィーを用いて定量化と組み合わせた脂肪酸の直接エステル交換、及び親油性の蛍光色素で染色した細胞が含まれています。 クロマトグラフィーを用いて脂肪酸の定量に一般的に使用される代替案は、重量測定17,18を用いた脂質の定量化である。なぜなら、標準化された分析装置（ 例えばソックスレー）の利用可能性、プロシージャを設定するために緩和する。、重量測定の利点としては、ガスクロマトグラフなどの高度で高価な装置のための必要条件の欠如であり、重量測定は、より少ない時間のかかるよりもクロマトグラフィーに基づく方法。 OTHのクロマトグラフィーに基づく方法を使用することの主な利点小胞体の手がこのような方法では脂肪酸のみを測定することである。重量測定中の脂質を含有する非脂肪酸は、顔料またはステロイドのように、また決定に含まれている。これらの非脂肪酸含有脂質は総脂質の大部分（&gt; 50％）を構成することができます。一つは（バイオディーゼル用途のためなど）、脂肪酸含量のみに関心がある場合、重量測定を用いた場合には、過大評価されるであろう。また、重量測定で抽出された脂質を計量するために使用される化学天秤の精度を使用する必要があるサンプルサイズを決定する。この量は、典型的にはクロマトグラフィーを用いた場合に必要な量よりもはるかに多くなる。最後に、重量測定でのクロマトグラフィーを使用することの別の利点は、クロマトグラフィーは、脂肪酸組成に関する情報を提供することである。 私たちの提示方法を別の方法としては、直接のエステル交換16,19,20です。この方法でのFAMEへの脂質抽出と脂肪酸のエステル交換は、1つの工程で合成される。このメソッドは、別の抽出とエステル交換ステップよりも迅速であるが、これらのステップを組み合わせて抽出に用いることができる溶媒が制限されます。これは、負に抽出効率に影響を与える可能性がある。別個の脂質抽出およびエステル交換工程の別の利点は、これらのステップ1との間に追加の脂質クラスの分離を可能にすることである。直接エステル交換反応を使用した場合、これは不可能である。 微細藻類の脂質含量を決定するためのその他の一般的に使用される方法は、ナイルなどの親油性の蛍光染色剤で染色バイオマスを含む赤色またはBODIPY蛍光シグナルを測定する21,22。これらの方法の利点は、それらが別の方法よりも面倒であることである。これらの方法の欠点は、蛍光応答は、様々な理由のために、仕様の間で可変であることであるES、栽培条件、脂質クラス、および分析手順。一例として、これらの変化のいくつかは、微細藻類による色素の取り込みの差によって引き起こされる。別の定量法を用いたキャリブレーションは、したがって、好ましくは、すべての異なる栽培条件や成長段階に行わ、必要とされている。最後に、この方法は、脂肪酸組成についての情報を提供し、クロマトグラフィーに基づく方法よりも正確かつ再現可能ではありません。 提示された方法は、Lamers ら 23及びサントスら 24によって記載された方法に基づいており、また、様々な他の著者1,25-27によって適用されてきた。他の方法は、同じ原理に基づいてその利用可能であり、同様の結果を提供することができる9,28。

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Reagent and equipment</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalogue number</td>
 <td>Comments (optional)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>tripentadecanoin (C15:0 TAG)</td>
 <td>Sigma Aldrich</td>
 <td>T4257</td>
 <td>CAS Number 7370-46-9</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TAG or FAME standards of all fatty acids expected in sample</td>
 <td>Sigma Aldrich </td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TAG or FAME standards of all fatty acids expected in sample</td>
 <td>Lipidox</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TAG or FAME standards of all fatty acids expected in sample</td>
 <td>Larodan</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Beadbeater</td>
 <td>Bertin Technologies</td>
 <td>Precellys 24</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>beadbeater tubes</td>
 <td>MP Biomedicals</td>
 <td>Lysing matrix E 
 116914500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>GC-FID</td>
 <td>Hewlett-Packer</td>
 <td>HP6871</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>GC column</td>
 <td>Supelco</td>
 <td>Nukol 25357</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Positive displacement pipette 100-1000&mu;l</td>
 <td>Mettler Toledo</td>
 <td>MR-1000</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Positive displacement pipet tips C-1000</td>
 <td>Mettler Toledo</td>
 <td>C-1000</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Pipetvuller, Pi-Pump 2 ml</td>
 <td>VWR</td>
 <td>612-1925</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>glass tubes</td>
 <td>VWR</td>
 <td>SCERE5100160011G1</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TUBE 16 X 100 MM BOROSILICATE 5.1 1 * 1.000</td>
 <td>VWR</td>
 <td>SCERE5100160011G1</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Teflon coated screw-caps</td>
 <td>VWR</td>
 <td>SCERKSSR15415BY10</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>STUART SCIENTIFIC SB2 test tube rotator</td>
 <td>VWR</td>
 <td>445-2101</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Heated Evaporator/Concentrator</td>
 <td>Cole-Parmer</td>
 <td>YO-28690-25</td>
 <td></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

analysis of fatty acid content and composition in microalgae

微細藻類中に存在する全脂肪酸含量および組成を決定するための方法が記載されている。脂肪酸は、微細藻類バイオマスの主成分である。これらの脂肪酸は、異なるアシル脂質クラスに存在することができる。それらは輸送燃料、バルク化学品、栄養補助食品（ω-3脂肪酸）、および食料品の製造に使用することができるので、特にトリアシルグリセロール（TAG）中に存在する脂肪酸は、商業的関心がある。商業的なアプリケーションを開発するには、脂肪酸含量および組成物の定量のための信頼性のある分析方法が必要とされている。微細藻類は、剛性の細胞壁で囲まれた単一細胞である。脂肪酸分析法はすべて、アシル脂質および使用される抽出手順は、すべてのアシル脂質クラスを抽出することができる必要が遊離させるのに十分な細胞破壊を提供すべきである。 ここで紹介する方法では微細藻類中に存在するすべての脂肪酸は、正確かつ再現性のiDENすることができますtifiedおよびそれらが一部である試料の少量（5mg）を、それらの鎖長とは無関係に、不飽和度、又は脂質クラスを使用して定量した。 この方法は、異なる脂質クラスの相対量に関する情報を提供しないが、互いに脂質クラスを分離するために拡張することができる。 この方法は、機械的細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、脂肪酸メチルエステル（FAME）への脂肪酸のエステル交換、および定量化およびガスクロマトグラフィー（GC-FID）を用いて、脂肪酸メチルエステルの同定配列に基づいている。 TAG内部標準（tripentadecanoin）を抽出し、不完全なエステル交換時の損失を補正するために、分析手順の前に添加される。

このプロセスを介して得られる典型的なクロマトグラムを図1に示す。 FAMEを用いるGCカラムおよびプロトコルによって、彩度の大きさ及び程度によって分離されている。短い鎖長脂肪酸およびそれ以上の飽和脂肪酸（より少ない二重結合）より短い保持時間を有する。使用されるGCカラムおよびプロトコルは、脂肪酸異性体（同じ鎖長および飽和度が、二重結合の位置が異なる）?...

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Analysis of Fatty Acid Content and Composition in Microalgae

機械的な細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、エステル交換、および定量化およびガスクロマトグラフィーを用いて脂肪酸の同定に基づく微細藻類中の脂肪酸含量および組成の決定のための方法が記載されている。 tripentadecanoin内部標準抽出及び不完全なエステル交換時の損失の可能性を補償するために使用される。

微細藻類中の脂肪酸含量および組成の分析

A method to determine the content and composition of total fatty acids present in microalgae is described. Fatty acids are a major constituent of ...

analysis-of-fatty-acid-content-and-composition-in-microalgae

Research

JoVE Journal

Environment

59.4K ビュー.  Wageningen University and Research Center. 機械的な細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、エステル交換、および定量化およびガスクロマトグラフィーを用いて脂肪酸の同定に基づく微細藻類中の脂肪酸含量および組成の決定のための方法が記載されている。 tripentadecanoin内部標準抽出及び不完全なエステル交換時の損失の可能性を補償するために使用される。 

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Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations

Flue gas from power plants can promote algal cultivation and reduce greenhouse gas emissions1. Microalgae not only capture solar energy more efficiently than plants3, but also synthesize advanced biofuels2-4. Generally, atmospheric CO2 is not a sufficient source for supporting maximal algal growth5. On the other hand, the high concentrations of CO2 in industrial exhaust gases have adverse effects on algal physiology. Consequently, both cultivation conditions (such as nutrients and light) and the control of the flue gas flow into the photo-bioreactors are important to develop an efficient &ldquo;flue gas to algae&rdquo; system. Researchers have proposed different photobioreactor configurations4,6 and cultivation strategies7,8 with flue gas. Here, we present a protocol that demonstrates how to use models to predict the microalgal growth in response to flue gas settings. We perform both experimental illustration and model simulations to determine the favorable conditions for algal growth with flue gas. We develop a Monod-based model coupled with mass transfer and light intensity equations to simulate the microalgal growth in a homogenous photo-bioreactor. The model simulation compares algal growth and flue gas consumptions under different flue-gas settings. The model illustrates: 1) how algal growth is influenced by different volumetric mass transfer coefficients of CO2; 2) how we can find optimal CO2 concentration for algal growth via the dynamic optimization approach (DOA); 3) how we can design a rectangular on-off flue gas pulse to promote algal biomass growth and to reduce the usage of flue gas. On the experimental side, we present a protocol for growing Chlorella under the flue gas (generated by natural gas combustion). The experimental results qualitatively validate the model predictions that the high frequency flue gas pulses can significantly improve algal cultivation.

Flue gas from power plants is a cheap CO2 source for algal growth. We have built prototype &#34;flue gas to algal cultivation&#34; systems and described how to scale up the algal cultivation process. We have demonstrated the use of a mass-transfer bio-reaction model to simulate and to design the optimal operation of flue gas for the growth of Chlorella sp. in algal photo-bioreactors.

計算機シミュレーションを通してフォトバイオリアクターで藻類の成長を促進するために排煙設定を最適化

Flue gas from power plants can promote algal cultivation and reduce greenhouse gas emissions1. Microalgae not only capture solar energy more efficiently ...

環境学

Quantification of Heavy Metals and Other Inorganic Contaminants on the Productivity of Microalgae

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages include high potential yield, use of non-arable land and integration with waste streams. The nutrient requirements of a large-scale microalgae production system will require the coupling of cultivation systems with industrial waste resources, such as carbon dioxide from flue gas and nutrients from wastewater. Inorganic contaminants present in these wastes can potentially lead to bioaccumulation in microalgal biomass negatively impact productivity and limiting end use. This study focuses on the experimental evaluation of the impact and the fate of 14 inorganic contaminants (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V and Zn) on Nannochloropsis salina growth. Microalgae were cultivated in photobioreactors illuminated at 984 &#181;mol m-2 sec-1 and maintained at pH 7 in a growth media polluted with inorganic contaminants at levels expected based on the composition found in commercial coal flue gas systems. Contaminants present in the biomass and the medium at the end of a 7 day growth period were analytically quantified through cold vapor atomic absorption spectrometry for Hg and through inductively coupled plasma mass spectrometry for As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V and Zn. Results show N. salina is a sensitive strain to the multi-metal environment with a statistical decrease in biomass yieldwith the introduction of these contaminants. The techniques presented here are adequate for quantifying algal growth and determining the fate of inorganic contaminants.

Integration of microalgal cultivation with industrial flue gas will ultimately introduce heavy metals and other inorganic compounds into the growth media. This study presents a procedure used to determine the end fate and impact of heavy metals and inorganic contaminants on the growth of Nannochloropsis salina grown in photobioreactors.

重金属や微細藻類の生産性に関するその他の無機汚染物質の定量

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages ...

Air-sampled Filter Analysis for Endotoxins and DNA Content

Outdoor aerosol research commonly uses particulate matter sampled on filters. This procedure enables various characterizations of the collected particles to be performed in parallel. The purpose of the method presented here is to obtain a highly accurate and reliable analysis of the endotoxin and DNA content of bio-aerosols extracted from filters. The extraction of high molecular weight organic molecules, such as lipopolysaccharides, from sampled filters involves shaking the sample in a pyrogen-free water-based medium. The subsequent analysis is based on an enzymatic reaction that can be detected using a turbidimetric measurement. As a result of the high organic content on the sampled filters, the extraction of DNA from the samples is performed using a commercial DNA extraction kit that was originally designed for soils and modified to improve the DNA yield. The detection and quantification of specific microbial species using quantitative polymerase chain reaction (q-PCR) analysis are described and compared with other available methods.

Two complementary analyses of atmospheric biological particles from air sampled filters are described herein: the extraction and detection of endotoxin, and of DNA.

エンドトキシンとDNAコンテンツのエアサンプリングフィルタ解析

Outdoor aerosol research commonly uses particulate matter sampled on filters. This procedure enables various characterizations of the collected particles ...

Extraction and Analysis of Microbial Phospholipid Fatty Acids in Soils

Phospholipid fatty acids (PLFAs) are key components of microbial cell membranes. The analysis of PLFAs extracted from soils can provide information about the overall structure of terrestrial microbial communities. PLFA profiling has been extensively used in a range of ecosystems as a biological index of overall soil quality, and as a quantitative indicator of soil response to land management and other environmental stressors.
The standard method presented here outlines four key steps: 1. lipid extraction from soil samples with a single-phase chloroform mixture, 2. fractionation using solid phase extraction columns to isolate phospholipids from other extracted lipids, 3. methanolysis of phospholipids to produce fatty acid methyl esters (FAMEs), and 4. FAME analysis by capillary gas chromatography using a flame ionization detector (GC-FID). Two standards are used, including 1,2-dinonadecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (PC(19:0/19:0)) to assess the overall recovery of the extraction method, and methyl decanoate (MeC10:0) as an internal standard (ISTD) for the GC analysis.

Phospholipid fatty acids provide information about the structure of soil microbial communities. We present methods for extraction from soil samples with a single-phase chloroform mixture, fractionation of extracted lipids using solid phase extraction columns, and methanolysis to produce fatty acid methyl esters, which are analyzed by capillary gas chromatography.

土壌中の微生物のリン脂質脂肪酸の抽出と分析

Phospholipid fatty acids (PLFAs) are key components of microbial cell membranes. The analysis of PLFAs extracted from soils can provide information about ...

Composition and Properties of Aquafaba: Water Recovered from Commercially Canned Chickpeas

Chickpea and other pulses are commonly sold as canned products packed in a thick solution or a brine. This solution has recently been shown to produce stable foams and emulsions, and can act as a thickener. Recently interest in this product has been enhanced through the internet where it is proposed that this solution, now called aquafaba by a growing community, can be used a replacement for egg and milk protein. As aquafaba is both new and being developed by an internet based community little is known of its composition or properties. Aquafaba was recovered from 10 commercial canned chickpea products and correlations among aquafaba composition, density, viscosity and foaming properties were investigated. Proton NMR was used to characterize aquafaba composition before and after ultrafiltration through membranes with different molecular weight cut offs (MWCOs of 3, 10, or 50 kDa). A protocol for electrophoresis, and peptide mass fingerprinting is also presented. Those methods provided valuable information regarding components responsible for aquafaba functional properties. This information will allow the development of practices to produce standard commercial aquafaba products and may help consumers select products of superior or consistent utility.

Aquafaba is a viscous juice from canned chickpea that, when stirred vigorously, produces a relatively stable white froth or foam. The primary research goal is to identify the components of aquafaba that contribute viscosifying/thickening properties using nuclear magnetic resonance (NMR), ultrafiltration, electrophoresis, and peptide mass fingerprinting.

Aquafaba の組成と性質: 市販缶詰のヒヨコ豆から水が回復しました。

Chickpea and other pulses are commonly sold as canned products packed in a thick solution or a brine. This solution has recently been shown to produce ...

The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees

Water transport and storage through the soil-plant-atmosphere continuum is critical to the terrestrial water cycle, and has become a major research focus area. Biomass capacitance plays an integral role in the avoidance of hydraulic impairment to transpiration. However, high temporal resolution measurements of dynamic changes in the hydraulic capacitance of large trees are rare. Here, we present procedures for the calibration and use of capacitance sensors, typically used to monitor soil water content, to measure the volumetric water content in trees in the field. Frequency domain reflectometry-style observations are sensitive to the density of the media being studied. Therefore, it is necessary to perform species-specific calibrations to convert from the sensor-reported values of dielectric permittivity to volumetric water content. Calibration is performed on a harvested branch or stem cut into segments that are dried or re-hydrated to produce a full range of water contents used to generate a best-fit regression with sensor observations. Sensors are inserted into calibration segments or installed in trees after pre-drilling holes to a tolerance fit using a fabricated template to ensure proper drill alignment. Special care is taken to ensure that sensor tines make good contact with the surrounding media, while allowing them to be inserted without excessive force. Volumetric water content dynamics observed via the presented methodology align with sap flow measurements recorded using thermal dissipation techniques and environmental forcing data. Biomass water content data can be used to observe the onset of water stress, drought response and recovery, and has the potential to be applied to the calibration and evaluation of new plant-level hydrodynamics models, as well as to the partitioning of remotely sensed moisture products into above- and belowground components.

The hydraulic capacitance of biomass is a key component of the vegetation water budget, which serves as a buffer against short and long-term drought stresses. Here, we present a protocol for the calibration and use of soil moisture capacitance sensors to monitor water content in the stems of large trees.

木の幹の水分量を監視するための校正と静電容量センサーの使用

Water transport and storage through the soil-plant-atmosphere continuum is critical to the terrestrial water cycle, and has become a major research focus ...

Combining Eye-tracking Data with an Analysis of Video Content from Free-viewing a Video of a Walk in an Urban Park Environment

As individuals increasingly live in cities, methods to study their everyday movements and the data that can be collected becomes important and valuable. Eye-tracking informatics are known to connect to a range of feelings, health conditions, mental states and actions. But because vision is the result of constant eye-movements, teasing out what is important from what is noise is complex and data intensive. Furthermore, a significant challenge is controlling for what people look at compared to what is presented to them.
The following presents a methodology for combining and analyzing eye-tracking on a video of a natural and complex scene with a machine learning technique for analyzing the content of the video. In the protocol we focus on analyzing data from filmed videos, how a video can be best used to record participants&#39; eye-tracking data, and importantly how the content of the video can be analyzed and combined with the eye-tracking data. We present a brief summary of the results and a discussion of the potential of the method for further studies in complex environments.

The objective of the protocol is to detail how to collect video data for use in the laboratory; how to record eye-tracking data of participants looking at the data and how to efficiently analyze the content of the videos that they were looking at using a machine learning technique.

都市公園環境における歩行の映像を自由に視聴する映像コンテンツの分析とアイトラッキングデータを組み合わせる

As individuals increasingly live in cities, methods to study their everyday movements and the data that can be collected becomes important and valuable. ...

Composition and Distribution Analysis of Bioaerosols Under Different Environmental Conditions

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, we described a protocol for multiple analyses of the biological compositions in environmental PM. Five experiments are presented: (1) PM number monitoring by using a laser particle counter; (2) PM collection by using a cyclonic aerosol sampler; (3) PM collection by using a high-volume air sampler with filters; (4) culturable microbes collection by the Andersen six-stage sampler; and (5) detection of biological composition of environmental PM by bacterial 16SrDNA and fungal ITS region sequencing. We selected hazy days and a livestock farm as two typical examples of the application in this protocol. In this study, these two sampling methods, cyclonic aerosol sampler and filter sampler, showed different sampling efficiency. The cyclonic aerosol sampler performed much better in terms of collecting bacteria, while these two methods showed the same efficiency in collecting fungi. Filter samplers can work under low temperature conditions while cyclonic aerosol samplers have a sampling limitation for temperature. A solid impacting sampler, such as an Andersen six-stage sampler, can be used to sample bioaerosols directly into the culture medium, which increases the survival rate of culturable microorganisms. However, this method mainly relies on culture while more than 99% of microbes cannot be cultured. DNA extracted from the culturable bacteria collected by the Andersen six-stage sampler and samples collected by cyclonic aerosol sampler and filter sampler were detected by bacterial 16S rDNA and fungal ITS region sequencing.All the methods above may have wide application in many fields of study, such as environmental monitoring and airborne pathogen detection. From these results, we can conclude that these methods can be used under different conditions and may help other researchers further explore the health impacts of environmental bioaerosols.

Understanding the biological composition of environmental particulate matter is important for the study of its significant impacts on human health and disease spread. Here, we used three types of bioaerosol sampling methods and a biological analysis of airborne microbes to better explore airborne microbial communities under different environmental conditions.

組成と異なる環境条件下におけるバイオエアロゾルの分布解析

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, ...

Cultivation of Green Microalgae in Bubble Column Photobioreactors and an Assay for Neutral Lipids

There is significant interest in the study of microalgae for engineering applications such as the production of biofuels, high value products, and for the treatment of wastes. As most new research efforts begin at laboratory scale, there is a need for cost-effective methods for culturing microalgae in a reproducible manner. Here, we communicate an effective approach to culture microalgae in laboratory-scale photobioreactors, and to measure the growth and neutral lipid content of that algae. Instructions are also included on how to set up the photobioreactor system. Although the example organisms are species of Chlorella and Auxenochlorella, this system can be adapted to cultivate a wide range of microalgae, including co-cultures of algae with non-algae species. Stock cultures are first grown in bottles to produce inoculum for the photobioreactor system. Algae inoculum is concentrated and transferred to photobioreactors for cultivation in batch mode. Samples are collected daily for the optical density readings. At the end of the batch culture, cells are harvested by centrifuge, washed, and freeze dried to obtain a final dry weight concentration. The final dry weight concentration is used to create a correlation between the optical density and the dry weight concentration. A modified Folch method is subsequently used to extract total lipids from the freeze-dried biomass and the extract is assayed for its neutral lipid content using a microplate assay. This assay has been published previously but protocol steps were included here to highlight critical steps in the procedure where errors frequently occur. The bioreactor system described here fills a niche between simple flask cultivation and fully-controlled commercial bioreactors. Even with only 3-4 biological replicates per treatment, our approach to culturing algae leads to tight standard deviations in the growth and lipid assays.

Here, we present a protocol to construct lab-scale bubble column photobioreactors and use them to culture microalgae. It also provides a method for the determination of the culture growth rate and neutral lipid content.

中性脂質のバブル列フォトバイオリアクターとアッセイで緑の微細藻類の栽培

There is significant interest in the study of microalgae for engineering applications such as the production of biofuels, high value products, and for the ...

Manufacturing Simple and Inexpensive Soil Surface Temperature and Gravimetric Water Content Sensors

Quantifying temperature and moisture at the soil surface is essential for understanding how soil surface biota respond to changes in the environment. However, at the soil surface these variables are highly dynamic and standard sensors do not explicitly measure temperature or moisture in the upper few millimeters of the soil profile. This paper describes methods for manufacturing simple, inexpensive sensors that simultaneously measure the temperature and moisture of the upper 5 mm of the soil surface. In addition to sensor construction, steps for quality control, as well as for calibration for various substrates, are explained. The sensors incorporate a Type E thermocouple to measure temperature and assess soil moisture by measuring the resistance between two gold-plated metal probes at the end of the sensor at a depth of 5 mm. The methods presented here can be altered to customize probes for different depths or substrates. These sensors have been effective in a variety of environments and have endured months of heavy rains in tropical forests as well as intense solar radiation in deserts of the southwestern U.S. Results demonstrate the effectiveness of these sensors for evaluating warming, drying, and freezing of the soil surface in a global change experiment.

Accurately measuring temperature and water content of the upper 5 mm of the soil surface can improve our understanding of environmental controls on biological, chemical, and physical processes. Here we describe a protocol for manufacturing, calibrating, and conducting measurements with soil surface temperature and moisture sensors.

シンプルで安価な土壌表面温度と重力水分センサの製造

Quantifying temperature and moisture at the soil surface is essential for understanding how soil surface biota respond to changes in the environment. ...