BİYOKÜTLE İÇİN MİKROALG VE SİYANOBAKTERİ’NİN BÜYÜK ÖLÇEKLİ ÜRETİMİ

Zeliha Demirel; Rüştü Tok; Işıl İlter; Saniye Akyıl; Ayşegül Erdoğan; Mehmet Koç; Figen Kaymak Ertekin; Meltem Conk Dalay

doi:10.3153/AR18008

EN TR

LARGE-SCALE PRODUCTION OF MICROALGAE AND CYANOBACTERIA FOR BIOMASS

Abstract

Microalgae and cyanobacteria have been used a natural source of high-value compounds for pharmaceutical, food and aquaculture industry for thousands of years, and the large-scale cultivation of microalgae has existed for over half a century. More recently novel species of microalgae and cyanobacteria have been identified and the cultivation of algal biomass for various products is transitioning to commercial-scale systems. Firstly, Arthrospira (Spirulina) platensis and Phaeodactylum tricornutum cultures grown in the sterile bottle (2L, 5L and 10L) in the laboratory conditions were studied by means of specific growth rate and chlorophyll-a analysis. Then, open and closed systems were installed for large scale production of cyanobacteria and microalgae biomass industry for commercial application. For the production of algae biomass, one open stir tank and two different types of closed-cultured systems or photobioreactors were used (Polypropylene bags and Plexiglas tubes) under environmental conditions. However, P. tricornutum has a good resistance to low temperature and they can grow even under low light intensity conditions. Comparing the performance of open pond systems, it was shown that the outdoor systems with integrated temperature regulation resulted in a biomass production similar to that for cultures grown in outdoor open ponds in regions with better climatic conditions. Grown in our country increasing microalgae and cyanobacteria biomass productivity of can be achieved by designing advanced and developing low cost technologies photobioreactors.

Keywords

Arthrospira (Spirulina) platensis,Phaeodactylum tricornutum,Biomass,Photobioreactor

BİYOKÜTLE İÇİN MİKROALG VE SİYANOBAKTERİ’NİN BÜYÜK ÖLÇEKLİ ÜRETİMİ

Öz

Mikroalgler ve siyanobakteriler, binlerce yıldır ilaç, gıda ve su ürünleri yetiştiriciliği endüstrisi için yüksek değerli bileşiklerin doğal bir kaynağı olarak kullanılmaktadır ve büyük ölçekli mikroalg yetiştirilmesi, yarım yüzyılı aşkın bir süredir yapılmaktadır. Yakın zamanda yeni mikroalg ve siyanobakteri türleri tanımlanmış ve çeşitli ürünler için algal biyokütle yetiştiriciliği ticari ölçekli sistemlere geçilmiştir. İlk olarak, steril şişede (2L, 5L ve 10L) laboratuvar koşullarında yetiştirilen Arthrospira (Spirulina) platensis ve Phaeodactylum tricornutum kültürlerinin spesifik büyüme hızları ve klorofil-a analizleri yapılmıştır. Ardından ticari uygulama için büyük ölçekli siyanobakterler ve mikroalg biyokütlesi üretimi için açık ve kapalı sistemler kuruldu. Alg biyokütlesi üretimi için çevresel koşullar altında bir açık karıştırma tankı ve iki farklı tipte kapalı-kültür sistemi veya fotobiyoteraktör (polipropilen torbalar ve plexiglas tüpleri) kullanıldı. Bununla birlikte, P. tricornutum, düşük sıcaklığa karşı iyi direnç göstermiş ve düşük ışık şiddeti koşullarında bile büyüyebilmiştir. Açık havuz sistemlerinin performansı karşılaştırıldığında, entegre sıcaklık düzenlemesine sahip dış mekan sistemlerinin, daha iyi iklim koşullarına sahip bölgelerdeki açık havuzlarda yetiştirilen kültürlere benzer bir biyokütle üretimi elde edildiği gösterilmiştir. Ülkemizde yetiştirilen mikroalg ve siyanobakterilerin biyokütle verimliliğinin arttırması, ileri teknikle tasarlanan ve düşük maliyetli teknolojilerle geliştirilen fotobiyoreaktör ile sağlanabilir.

Anahtar Kelimeler

Arthrospira (Spirulina) platensis,Phaeodactylum tricornutum,Biyokütle,Fotobiyoreaktör

References

Anonymus (2018a). Ege Üniversitesi Mikroalg Kültür Kolleksiyonu (2015). http://www.egemacc.com/cultures.php (accessed 10.01.2018)
Anonymus (2018b). Egert Doğal Ürünler Üretim Hayvancılık Gıda Yem İth. İhr. Paz. San. Tic Ltd. Şti. http://www.egert.com.tr/icerik/hakkimizda.aspx (accessed 5.01.2018)
Anonymus (2018c). T.C. Gıda Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı, Su Ürünleri Yetiştiricilik Tesisleri (2018). https://www.tarim.gov.tr/BSGM/Belgeler/Icerikler/Su%20%C3%9Cr%C3%BCnleri%20Yeti%C5%9Ftiricili%C4%9Fi/Su-%C3%9Cr%C3%BCnleri-Tesisleri-09022018.pdf (accessed 21.02.2018)
Anonymus (2018d). Astronot yiyeceğinden yoğurt üretilecek. http://www.hurriyet.com.tr/astronot-yiyeceginden-yogurt-uretilecek-30292463 (accessed 4.01.2018)
Anonymus (2018e). Üniversitede "yosunlu ayran" ürettiler. http://www.haber7.com/yalova/1622866-universitede-yosunlu-ayran-urettiler (accessed 4.01.2018)
Anonymus (2018f). Mikroalg Gıda Tarım Sanayi Anonim Şirketi. http://mikroalg.com/portfoy/urunler/terradoc/ (accessed 4.01.2018) Anonymus (2018g). GPA Mühendislik. http://gpamuhendislik.com/home-page/satis/ (accessed 4.01.2018)
Anonymus (2018h). Marin Biyoteknoloji Ürünleri ve Gıda San. Tic. Ltd. Şti. http://www.marinbio.com.tr/urunler/aquaculture (accessed 4.01.2018)
Anonymus (2018ı). AKUATİK Su Ürünleri ve Kozmetik Ltd. Şti. https://www.akuatik.com.tr/urunlerimiz (accessed 4.01.2018)

Anonymus (2018i). Ege Biyoteknoloji A.Ş. http://www.egebiyoteknoloji.com/icerik.php?SayfaId=59345317 (accessed 4.01.2018)
Anonymus (2018j). Polidaş Polietilen Mam. Kim. San. Tic. Ltd. Şti. http://polidas.com.tr/icerik/ozel-tasarim-ve-imalat/8 (accessed 4.01.2018)
Anonymus (2018k). Fibrolpol Cam Takviyeli Plastik İth. İhr. San ve Tic. Ltd. Şti. http://www.fibropol.com/urun/alg-uretim-tanklari/ (accessed 4.01.2018)
Anonymus (2018l). Pikolab Mühendislik Biyoteknolojik Ürünler ve Lab. Hiz. San. Tic. Ltd. Şti. http://www.pikolab.com/index.php?route=product/product&product_id=143 (accessed 4.01.2018)
Anonymus (2018m). Nanosis Laboratuvar ve Test Sistemleri San. ve Tic. Ltd. Şti. http://www.nanosis.com.tr/haber/21/mikro-alg-uretim-tesisi.htm (accessed 4.01.2018)
Benavides, A.M.S., Torzillo, G., Kopecký, J., Masojídek, J. (2013). Productivity and biochemical composition of Phaeodactylum tricornutum (Bacillariophyceae) cultures grown outdoors in tubular photobioreactors and open ponds. Biomass and bioenergy, 54, 115-122.
Boussiba, S., Vonshak, A., Torzillo, G. (2004). Applied course on production and monitoring of microalgal growth, EbiltemYayınları, İzmir, 82.
Cisneros, M., Rito-Palomares, M. (2004). A simplified strategy for the release and primary recovery of c-phycocyanin produced by Spirulina maxima. Chem Biochem Eng Q, 18(4), 385-90.
Eriksen, N. T. (2016). Research Trends in the Dominating Microalgal Pigments, β-carotene, Astaxanthin, and Phycocyanin Used in Feed, in Foods, and in Health Applications. Journal of Nutrition and Food Sciences, 6(3), 1-6. Guillard, R.R., Ryther, J.H. (1962). Studies of marine planktonic diatoms: I. Cyclotella Nana Hustedt, and Detonula Confervacea (CLEVE) Gran. Canadian Journal of Microbiology, 8(2), 229-239.
Güler, F., Gülmez, B., (2008). Spirulina sp. ve Kullanım Alanları Üzerine Bir Araştırma, Erzincan Üniversitesi AquaClub Su Ürünleri Araştırma ve Geliştirme Bilim Kulübü Kemaliye, 5.Geleneksel Su Ürünleri Bilimsel ve Kültürel Platformu (Ulusal) 31 Mayıs-1 Haziran 2008, Erzincan, Kemaliye.
Harun, R., Singh, M., Forde, G.M., Danquah, M.K. (2010). Bioprocess engineering of microalgae to produce a variety of consumer products. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(3), 1037-1047.
Kumar, M., Kulshreshtha, J., Singh, G.P. (2011). Growth and biopigment accumulation of cyanobacterium Spirulina platensis at different light intensities and temperature. Brazilian Journal of Microbiology, 42(3), 1128-1135.
Madkour, F.F., Kamil, A.E.W., Nasr, H.S. (2012). Production and nutritive value of Spirulina platensis in reduced cost media. The Egyptian Journal of Aquatic Research, 38(1), 51-57.
Papadaki, S., Kyriakopoulou, K., Tzovenis, I., Krokida, M. (2017). Environmental impact of phycocyanin recovery from Spirulina platensis cyanobacterium. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 44,217-223.
Schoepp, N.G., Stewart, R.L., Sun, V., Quigley, A.J., Mendola, D., Mayfield, S.P., & Burkart, M.D. (2014). System and method for research-scale outdoor production of microalgae and cyanobacteria. Bioresource Technology, 166, 273-281.
Seely, G.R., Duncan, M.J., Vidaver, W.E. (1972). Preparative and analytical extraction of pigments from brown algae with dimethyl sulfoxide. Marine Biology, 12(2), 184-188.
Tomaselli, L. (1997). Morphology, ultrastructure and taxonomy of Arthrospira (Spirulina) maxima and Arthrospira (Spirulina) platensis. Spirulina platensis (Arthrospira), Spirulina platensis (Arthrospira): physiology, cell-biology and biotechnology, 1-16.
Xia, S., Wang, K., Wan, L., Li, A., Hu, Q., Zhang, C. (2013). Production, characterization, and antioxidant activity of fucoxanthin from the marine diatom Odontella aurita. Marine Drugs, 11(7), 2667-2681.
Yongmanitchai, W., Ward, O.P. (1991). Growth of and omega-3 fatty acid production by Phaeodactylum tricornutum under different culture conditions. Applied and Environmental Microbiology, 57(2), 419-425.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Hydrobiology

Journal Section

Research Article

Authors

Zeliha Demirel ^*
Ege Üniversitesi, Mühendislik Fa-kültesi, Biyomühendislik Bölümü, İzmir
0000-0003-3675-7315
Türkiye

Rüştü Tok
Egert Doğal Ürünler Üretim Hayvancılık Gıda Yem İth. İhr. Paz. San. Tic Ltd. Şti., İzmir
0000-0003-2577-8700
Türkiye

Işıl İlter
Ege Üniversitesi, Mühendislik Fa-kültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, İzmir
0000-0002-7501-8198
Türkiye

Saniye Akyıl
Ege Üniversitesi, Mühendislik Fa-kültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, İzmir
0000-0002-1743-7677
Türkiye

Ayşegül Erdoğan
Ege Üniversitesi, Merkez Araştır-ma Test ve Analiz Laboratuvarı Uyg. ve Araş. Merkezi, İzmir
0000-0002-3174-7970
Türkiye

Mehmet Koç
Adnan Menderes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Gıda Mü-hendisliği Bölümü, Aydın
0000-0002-0911-1546
Türkiye

Figen Kaymak Ertekin
Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, İzmir
0000-0001-5042-3659
Türkiye

Meltem Conk Dalay
Ege Üniversitesi, Mühendislik Fa-kültesi, Biyomühendislik Bölümü, İzmir
0000-0002-1718-7292
Türkiye

Publication Date

March 1, 2018

Submission Date

February 5, 2018

Acceptance Date

February 26, 2018

Published in Issue

Year 2018 Volume: 1 Number: 2

DOI

https://doi.org/10.3153/AR18008

IZ

https://izlik.org/JA33RU64GJ

Cite

RIS / Bibtex

APA

Demirel, Z., Tok, R., İlter, I., Akyıl, S., Erdoğan, A., Koç, M., Kaymak Ertekin, F., & Conk Dalay, M. (2018). BİYOKÜTLE İÇİN MİKROALG VE SİYANOBAKTERİ’NİN BÜYÜK ÖLÇEKLİ ÜRETİMİ. Aquatic Research, 1(2), 64-76. https://doi.org/10.3153/AR18008