2. NĂNG SUẤT LIPID VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA MÔI TRƢỜNG LÊN SỰ
2.2.1. Yếu tố nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hƣởng sâu sắc đến sự sinh trƣởng và sự tích lũy các thành phần hóa sinh trong tế bào vi tảo, đặc biệt là sự tích lũy lipid và sự thay đổi thành phần lipid nội bào.
Một ví dụ cụ thể đó là Chlorella vulgaris trong thí nghiệm của Attilio và
các cộng sự: loài vi tảo này đƣợc nuôi trong môi trƣờng cơ bản Bold, sử dụng CO2 có sẵn trong không khí (khoảng 300ppm) và NaNO3 là những nguồn cung cấp carbon và nitrogen duy nhất trong suốt quá trình thí nghiệm, nuôi cấy theo phƣơng thức quang tự dƣỡng trong 14 ngày dƣới ánh sáng liên tục có cƣờng độ 70µE/m2s, ở các nhiệt độ 25, 30, 35 và 380C [5].
Sự sinh trƣởng của C. vulgaris bị ảnh hƣởng mạnh mẽ khi nhiệt độ trên 300C. Ở 350C, loài vi tảo này bắt đầu bị ức chế, cụ thể là mức độ sinh trƣởng đặc trƣng đã giảm 17% so với ở 300
C. Khi tăng nhiệt độ lên cao hơn nữa (380
C), sự sinh trƣởng của C. vulgaris bị ngừng đột ngột, sau đó các tế bào vi tảo bị chết. Điều này rất dễ nhận biết vì các tế bào sẽ thay đổi màu sắc, chuyển từ màu xanh sang màu nâu, và mức độ sinh trƣởng của tế bào vi tảo có kết quả là số âm [5].
17
Khi nhiệt độ sinh trƣởng giảm từ 300C xuống còn 250C thì hàm lƣợng lipid trong tế bào C. vulgaris tăng, từ 5.9 lên 14.7%, trong khi đó mức độ sinh trƣởng vẫn duy trì không đổi. Kết quả năng suất lipid đã tăng từ 8 lên đến 20mg/L.ngày [5].
Bảng 2. 2: Sự sinh trƣởng và sản xuất lipid của C. vulgaris tại các nhiệt độ khác nhau [5] Nhiệt độ (0C) µ - Tốc độ sinh trƣởng đặc trƣng (1/ngày) Sản lƣợng lipid (glipid/100gsinh khối khô)
Năng suất lipid (mglipid/L.ngày) 25 0.14 ± 0.00 14.71 ± 0.30 20.22 ± 0.60
30 0.14 ± 0.00 5.90 ± 0.42 8.16 ± 0.65
35 0.12 ± 0.01 5.60 ± 0.59 8.21 ± 0.17
38 -0.01 ± 0.01 11.32 ± 0.20 -2.72 ± 1.62
Hình 2. 1: Phần trăm các loại FAME trên tổng lƣợng FAME (g/100gFAME)
của C. vulgaris tại các nhiệt độ sinh trƣởng khác nhau [A4]
(FAME: fatty acid methyl ester)
Sau quá trình chuyển vị ester, phân tích các FAME thì thấy lƣợng acid palmitic (C16:0) trong C. vulgaris chiếm 60% (mol/mol) trên tổng lƣợng lipid
[5].
Một điều đáng ghi nhận nữa là khi tăng nhiệt độ vƣợt quá nhiệt độ nuôi cấy tối ƣu (34-380C), hàm lƣợng acid oleic trong C. vulgaris sẽ tăng cao đáng kể [5].
Xem xét thêm các kết quả từ những nghiên cứu khác càng có thể chứng minh rằng nhiệt độ có một tầm tác động đáng kể trong quá trình nuôi cấy các loài vi tảo. Mỗi loài vi tảo thích ứng với một ngƣỡng nhiệt độ nhất định và ở các nhiệt độ khác nhau thì thành phần hóa sinh trong tế bào là khác nhau.
18
Nhƣ trong thí nghiệm của Susan M. Renaud và các cộng sự, bốn loài vi tảo nhiệt đới Australian bao gồm tảo cát Chaetoceros (CS256), 2 loài cryptomonad:
Rhodomonas (NT15) và Crytomonas (CRF101) và 1 loài prymnesiophyte không
xác định (NT19) đƣợc nuôi ở 5 nhiệt độ khác nhau. Thí nghiệm đƣợc thiết kế theo môi trƣờng f/2 ở nhiệt độ 25, 27, 30, 33 và 350C
(nồng độ muối 25 ‰, pH 8.3, mật độ photon 80 μmol/m2.s; chu kỳ sáng : tối là 12 : 12 h) [62].
Ba loài Cryptomonas sp., Rhodomonas sp., và prymnesiophyte (NT19) đạt
mức sinh trƣởng tối ƣu vào khoảng nhiệt độ từ 250C đến 300
C, mức sinh trƣởng sẽ chậm hơn và số lƣợng tế bào giảm khi nhiệt độ vƣợt trên 300C. Điều này thì tƣơng đồng với các nghiên cứu trƣớc đây trên các loài tảo khác nhƣ Isochrysis
sp., Nitzshia closterium, N. paleacea [63], Ochoromas danica, Chaetocerso gracilis, Porphyridium cruentum, Chlorella sp., và Nannochloropsis sp. [62]. Cụ
thể là nhiệt độ tối ƣu vào khoảng 25-270C đối với loài Rhodomonas sp. (mức độ sinh trƣởng đặc trƣng, μ=0.27/ngày) và 27-300
C đối với prymnesiophyte NT19,
Cryptomonas sp., Chaetoceros sp., và Isochrysis sp. (μ=0.56, 0.33, 0.87 và
0.97/ngày). Khi nhiệt độ vƣợt quá 300C hoặc 330C thì tƣơng ứng Cryptomonas
sp. và Rhodomonas sp. sẽ rơi vào phase suy vong, các quá trình chuyển hóa trong tế bào bị ngừng đột ngột và tế bào vi tảo sẽ chết. Chỉ có Chaetoceros sp. có khả năng chịu đƣợc nhiệt độ cao, vẫn duy trì mức độ sinh trƣởng bình thƣờng ở 33 và 350C (μ>0.78/ngày). Tại 300
C Chaetoceros sp. có mật độ tế bào cao nhất, do đó lƣợng sinh khối cũng đạt cao nhất (0.17g/L) [62].
Khi tăng nhiệt độ môi trƣờng nuôi cấy, sự tổng hợp lipid của ba loài
Chaetoceros sp., Rhodomonas sp., và prymnesiophyte NT19 có xu hƣớng giảm,
lƣợng lipid giảm tuy nhỏ, nhƣng xét trên tỷ lệ thì lại rất đáng kể. Kết quả này tƣơng tự đối với Chaetoceros calcitrans, C. simplex [81] và Nitzschia sp. [63].
Tuy nhiên cũng có những kết quả phản ánh ngƣợc lại: đối với một số loài vi tảo khác sự tổng hợp lipid sẽ tăng khi ở nhiệt độ cao [81, 54].
Chaetoceros sp. có tỷ lệ về lipid cao nhất (16% DW; P<0.01) khi nuôi cấy
ở 25˚C, trong khi Rhodomonas sp., Cryptomonas sp., NT19 và Isochrysis sp. có
hàm lƣợng lipid cao đáng kể ở nhiệt độ trong khoảng 27-300
C (lần lƣợt là 15.5, 12.7, 21.4 và 21.7% DW, P<0.05) [62].
Từ đó thấy rằng việc lựa chọn nhiệt độ phù hợp cho sự sinh trƣởng và tích lũy lipid khi nuôi cấy vi tảo nhẳm sản xuất biodiesel là rất quan trọng.
19
