Ontwikkeling van bijproducten uit microalgen door fermentatie

Microalgen hebben veel voordelen. Een van de grootste is de opname van atmosferische CO2 en omzetting in biomassa en interessante moleculen. In het kader van het ALPO-project zijn twee soorten geselecteerd: Chlorella vulgaris die de capaciteit heeft om vetzuren op te slaan en Arthrospira platensis die polysacchariden ophoopt.

18 jun. 2020

#



Deze fracties zijn onderwerp van onderzoek binnen het ALPO-project en zullengevaloriseerdworden in de vorm van synthons voor de productie van biogebaseerdepolymeren (Nieuwsbrief 2). Verbindingen die niet betrokken zijn bij de synthese van polymeren worden gevaloriseerdviafermentatie. Het doel is om de milieu-impact en de kosten van het proces te verminderen. Gezien het vochtgehalte van de biomassa,lijkt fermentatie in een vloeibaar medium de meest interessante oplossing. Daarnaast is het mogelijk om via fermentatie, moleculen met een hoge toegevoegde waarde te produceren en kostbare stappen (energetisch en economisch) te vermijden om water uit het microalgensubstraat te verdampen.


Om in te spelen op de problemen die het substraat oplegt, is ervoor gekozen om te werken met oliehoudende gisten. Yarrowia lipolytica heeft een veelbelovende toekomst in bioraffinaderijen. Dit rechtvaardigt gedeeltelijk zijn keuze in het project (Adrio, 2017; Lopes et al., 2017). Deze soort maakt het mogelijk om de door microalgen geproduceerde vetzuren kwalitatief en kwantitatief aan te vullen. Bovendien is deze gist in staat om een grote verscheidenheid aan substraten te metaboliseren, variërend van suikers tot koolwaterstoffen, wat flexibiliteit mogelijk maakt bij de keuze van de techniek die wordt gebruikt om de verbindingen uit microalgen te extraheren.


De residuen van de extractie van lipiden van C. vulgaris werden onderworpen aan fermentatietesten (figuur 1). Deze residuen als voedingsbodemmaakten het mogelijk om een groei van Y. lipolytica te markeren. Er is ook aangetoond dat er geen significante verandering is in de groeiparameters van de gistin vergelijking met het referentiesubstraat. Er werd ook een betere dispersie van het substraat tijdens fermentatie opgemerkt,evenals een afname in grootte van de aggregaten van C. vulgaris (Fig 1). De op dit substraat aangelaaktelipiden met behulp van de gist, zijn vanuit kwalitatief oogpunt interessant. Nader onderzoek is gaande om het exacte vetgehalte te bepalen. Aangezien de productie van lipiden door de geteste gist-stam niet afdoende was, werd een genetisch gemodificeerde stam, afgeleid van de eerste stam, getest. De opbrengst aan lipideproductie was verbeterd zonder variatie van het lipidenprofiel tussen de twee stammen.


Om de monitoring van fermentatie van lipiden geproduceerd door oliehoudende gisten te verbeteren, is een protocol ontwikkeld voor het monitoren van lipiden door flowcytometrie. Het doel is om de besluitvorming over een interventie tijdens fermentatie te vergemakkelijken. Dit protocol maakt het mogelijk om de groei van gisten, hun fysiologische toestanden en hun vetgehalte op te volgen. Het verkrijgen van deze informatie gaat vlotter in vergelijking met traditionele analytische methoden zoals gaschromatografie in combinatie met een vlamionisatiedetector,wattijd bespaart. Ditzal ook helpen bij de samenstelling het medium om de productieopbrengst van lipiden te verbeteren. Een toevoeging van koolstofbron zoals glycerol (bijproduct van transverestering van microlagale triglyceriden) wordt overwogen.


Een proof of concept van fermentatie van een dergelijk residu is mogelijk. Het medium is niet rijk aan koolstof. Het is niet mogelijk om triglyceriden te verzamelen, tenzij door aanvullingmet een koolstofbron. Het gebruik van genetisch gemodificeerde organismen die zijn afgeleid van de geteste Yarrowia lipolytica-stam maakt het echter de productie van een groot aantal moleculen mogelijk, onder meer "bouwstenen" voor de synthese van polymeren zoals barnsteenzuur, citroenzuur, ...


Adrio, J.L., 2017. Oleaginous yeasts: Promising platforms for the production of oleochemicals and biofuels. Biotechnol. Bioeng. 114, 1915–1920. https://doi.org/10.1002/bit.26337

Lopes, M., Gomes, A.S., Silva, C.M., Belo, I., 2017. Microbial lipids and added value metabolites production by Yarrowia lipolytica from pork lard. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2017.11.007