Induction of Microalgal Lipids for Biodiesel Production in Tandem with Sequestration of High Carbon Dioxide Concentration

There is no doubt that sufficient energy supply is indispensable for the fulfillment of our fossil fuel crises in a stainable fashion. There have been many attempts in deriving biodiesel fuel from different bioenergy crops including corn, canola, soybean, palm, sugar cane and vegetable oil. However, there are some significant challenges, including depleting feedstock supplies, land use change impacts and food use competition, which lead to high prices and inability to completely displace fossil fuel [1-2]. In recent years, use of microalgae as an alternative biodiesel feedstock has gained renewed interest as these fuels are becoming increasingly economically viable, renewable, and carbon-neutral energy sources. One reason for this renewed interest derives from its promising growth giving it the ability to meet global transport fuel demand constraints with fewer energy supplies without compromising the global food supply. In this study, Chlorella protothecoides microalgae were cultivated under different conditions to produce high-yield biomass with high lipid content which would be converted into biodiesel fuel in tandem with the mitigation of high carbon dioxide concentration. The effects of CO2 using atmospheric and 15% CO2 concentration and light intensity of 35 and 140 µmol m-2s-1 on the microalgae growth and lipid induction were studied. The approach used was to culture microalgal Chlorella protothecoides with inoculation of 1×105 cells/ml in a 250-ml Erlenmeyer flask, irradiated with cool white fluorescent light at ambient temperature. Using these conditions we were able to determine the most suitable operating conditions for cultivating the green microalgae to produce high biomass and lipids. Nile red dye was used as a hydrophobic fluorescent probe to detect the induced intracellular lipids. Also, gas chromatograph mass spectroscopy was used to determine the CO2 concentrations in each culture flask using the closed continuous loop system. The goal was to study how the 15% CO2 concentration was being used up by the microalgae during cultivation. The results show that the condition of high light intensity of 140 µmol m-2s-1 with 15% CO2 concentration obtain high cell concentration of 7 x 105 cells mL-1 after culturing Chlorella protothecoides for 9 to 10 day in both open and closed systems respectively. Higher lipid content was estimated as indicated by fluorescence intensity with 1.3 to 2.5 times CO2 reduction emitted by power plants. The particle size of Chlorella protothecoides increased as well due to induction of lipid accumulation by the cells when culture under these condition (140 µmol m-2s-1 with 15% CO2 concentration).

Physiology and biochemistry of the effect of abiotic stress on the autochthonous CTP4 strain, a candidate microalga for biofuel production in Algarve

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Production de biodiesel à partir de microalgues par catalyses homogène et hétérogène

Résumé : Au Canada, près de 80% des émissions totales, soit 692 Mt eq. CO[indice inférieur 2], des gaz à effet de serre (GES) sont produits par les émissions de dioxyde de carbone (CO[indice inférieur 2]) provenant de l’utilisation de matières fossiles non renouvelables. Après la Conférence des Nations Unies sur les changements climatiques, COP21 (Paris, France), plusieurs pays ont pour objectif de réduire leurs émissions de GES. Dans cette optique, les microalgues pourraient être utilisées pour capter le CO[indice inférieur 2] industriel et le transformer en biomasse composée principalement de lipides, de glucides et de protéines. De plus, la culture des microalgues n’utilise pas de terre arable contrairement à plusieurs plantes oléagineuses destinées à la production de biocarburants. Bien que les microalgues puissent être transformées en plusieurs biocarburants tels le bioéthanol (notamment par fermentation des glucides) ou le biométhane (par digestion anaérobie), la transformation des lipides en biodiesel pourrait permettre de réduire la consommation de diesel produit à partir de pétrole. Cependant, les coûts reliés à la production de biodiesel à partir de microalgues demeurent élevés pour une commercialisation à court terme en partie parce que les microalgues sont cultivées en phase aqueuse contrairement à plusieurs plantes oléagineuses, ce qui augmente le coût de récolte de la biomasse et de l’extraction des lipides. Malgré le fait que plusieurs techniques de récupération des lipides des microalgues n’utilisant pas de solvant organique sont mentionnées dans la littérature scientifique, la plupart des méthodes testées en laboratoire utilisent généralement des solvants organiques. Les lipides extraits peuvent être transestérifiés en biodiesel en présence d’un alcool tel que le méthanol et d’un catalyseur (catalyses homogène ou hétérogène). Pour la commercialisation du biodiesel à partir de microalgues, le respect des normes ASTM en vigueur est un point essentiel. Lors des essais en laboratoire, il a été démontré que l’extraction des lipides en phase aqueuse était possible afin d’obtenir un rendement maximal en lipides de 36% (m/m, base sèche) en utilisant un prétraitement consistant en une ébullition de la phase aqueuse contenant les microalgues et une extraction par des solvants organiques. Pour l’estérification, en utilisant une résine échangeuse de cations (Amberlyst-15), une conversion des acides gras libres de 84% a été obtenue à partir des lipides de la microalgue Chlorella protothecoïdes dans les conditions suivantes : température : 120°C, pression autogène, temps de réaction : 60 min, ratio méthanol/lipides: 0.57 mL/g et 2.5% (m/m) Amberlyst-15 par rapport aux lipides. En utilisant ces conditions avec une catalyse homogène (acide sulfurique) et une seconde étape alcaline avec de l’hydroxyde de potassium (température : 60°C ; temps de réaction : 22.2 min; ratio catalyseur microalgue : 2.48% (m/m); ratio méthanol par rapport aux lipides des microalgues : 31.4%), un rendement en esters méthyliques d’acides gras (EMAG) de 33% (g EMAG/g lipides) a été obtenu à partir des lipides de la microalgue Scenedesmus Obliquus. Les résultats démontrent que du biodiesel peut être produit à partir de microalgues. Cependant, basé sur les présents résultats, il sera necessaire de mener d’autre recherche pour prouver que les microalgues sont une matière première d’avenir pour la production de biodiesel.

Anaerobic Digestibility of Microalgae : Fate and Limitations of Long Chain Fatty Acids in the Biodegradation of Lipids

La digestion anaérobie est un processus biologique dans lequel un consortium microbien complexe fonctionnant en absence d’oxygène transforme la matière organique en biogaz, principalement en méthane et en dioxyde de carbone. Parmi les substrats organiques, les lipides sont les plus productifs de méthane par rapport aux glucides et aux protéines; mais leur dégradation est très difficile, en raison de leur hydrolyse qui peut être l’étape limitante. Les algues peuvent être une source importante pour la production de méthane à cause de leur contenu en lipides potentiellement élevé. L’objectif de cette étude était, par conséquent, d’évaluer la production en méthane des microalgues en utilisant la technique du BMP (Biochemical méthane Potential) et d’identifier les limites de biodégradion des lipides dans la digestion anaérobie. Le plan expérimental a été divisé en plusieurs étapes: 1) Comparer le potentiel énergétique en méthane des macroalgues par rapport aux microalgues. 2) Faire le criblage de différentes espèces de microalgues d’eau douce et marines afin de comparer leur potentiel en méthane. 3) Déterminer l'impact des prétraitements sur la production de méthane de quelques microalgues ciblées. 4) Identifier les limites de biodégradation des lipides algaux dans la digestion anaérobie, en étudiant les étapes limitantes de la cinétique des lipides et de chacun des acides gras à longues chaines. Les résultats ont montré que les microalgues produisent plus de méthane que les macroalgues. Les BMP des microalgues d'eau douce et marines n'ont montré aucune différence en termes de rendement en méthane. Les résultats des prétraitements ont montré que le prétraitement thermique (microonde) semblait être plus efficace que le prétraitement chimique (alcalin). Les tests de contrôle du BMP faits sur l'huile de palme, l’huile de macadamia et l'huile de poisson ont montré que l'hydrolyse des huiles en glycérol et en acides gras à longues chaines n'était pas l'étape limitante dans la production de méthane. L'ajout de gras dans les échantillons de Phaeodactylum dégraissée a augmenté le rendement de méthane et cette augmentation a été corrélée à la quantité de matières grasses ajoutées.

Electronegative LDL induction of apoptosis in macrophages: Involvement of Nrf2

The aim of this study was to determine the apoptotic pathways and mechanisms involved in electronegative LDL [LDL(-)]-induced apoptosis in RAW 264.7 macrophages and the role of Nrf2 in this process. Incubation of RAW 264 7 macrophages with LDL(-) for 24 11 resulted in dose-dependent cell death. Activated caspases were shown to be involved in the apoptosis induced by LDL(-): incubation with the broad caspase inhibitor z-VAD prevented apoptosis in LDL(-)-treated cells CD95 (Fas), CD95 ligand (FasL). CD36 and the tumor necrosis factor (TNF) ligand Tnfsf10 were overexpressed in LDL(-)-treated cells However, Bax, Bcl-2 and Mcl-1 protein levels remained unchanged after LDL(-) treatment. LDL(-) promoted hyperpolarization of the mitochondrial membrane, elevated reactive oxygen species (ROS) production and translocation of Nrf2 to the nucleus, a process absent in cells treated with native LDL Elicited peritoneal macrophages from Nrf2-deficient mice exhibited an elevated apoptotic response after challenge with LDL(-), together with an increase in the production of ROS in the absence of alterations in CD36 expression These results provide evidence that CD36 expression induced by LDL(-) is Nrf2-dependent. Also, it was demonstrated that Nrf2 acts as a compensatory mechanism of LDL(-)-induced apoptosis in macrophages. (C) 2009 Elsevier B V. All rights reserved

Lipids, Mitochondria and Cell Death: Implications in Neuro-oncology

Polyunsaturated fatty acids (PUFAs) are known to inhibit cell proliferation of many tumour types both in vitro and in vivo. Their capacity to interfere with cell proliferation has been linked to their induction of reactive oxygen species (ROS) production in tumour tissues leading to cell death through apoptosis. However, the exact mechanisms of action of PUFAs are far from clear, particularly in brain tumours. The loss of bound hexokinase from the mitochondrial voltage-dependent anion channel has been directly related to loss of protection from apoptosis, and PUFAs can induce this loss of bound hexokinase in tumour cells. Tumour cells overexpressing Akt activity, including gliomas, are sensitised to ROS damage by the Akt protein and may be good targets for chemotherapeutic agents, which produce ROS, such as PUFAs. Cardiolipin peroxidation may be an initial event in the release of cytochrome c from the mitochondria, and enriching cardiolipin with PUFA acyl chains may lead to increased peroxidation and therefore an increase in apoptosis. A better understanding of the metabolism of fatty acids and eicosanoids in primary brain tumours such as gliomas and their influence on energy balance will be fundamental to the possible targeting of mitochondria in tumour treatment.

Supercritical carbon dioxide extraction of bioactive compounds from microalgae and volatile oils from aromatic plants

A discussion of the most interesting results obtained in our laboratories, during the supercritical CO(2) extraction of bioactive compounds from microalgae and volatile oils from aromatic plants, was carried out. Concerning the microalgae, the studies on Botryococcus braunii and Chlorella vulgaris were selected. Hydrocarbons from the first microalgae, which are mainly linear alkadienes (C(23)-C(31)) with an odd number of carbon atoms, were selectively extracted at 313 K increasing the pressure up to 30.0 MPa. These hydrocarbons are easily extracted at this pressure, since they are located outside the cellular walls. The extraction of carotenoids, mainly canthaxanthin and astaxanthin, from C. vulgaris is more difficult. The extraction yield of these components at 313 K and 35.0 MPa increased with the degree of crushing of the microalga, since they are not extracellular. On the other hand, for the extraction of volatile oils from aromatic plants, studies on Mentha pulegium and Satureja montana L were chosen. For the first aromatic plant, the composition of the volatile and essential oils was similar, the main components being the pulegone and menthone. However, this volatile oil contained small amounts of waxes, which content decreased with decreasing particle size of the plant matrix. For S. montana L it was also observed that both oils have a similar composition, the main components being carvacrol and thymol. The main difference is the relative amount of thymoquinone, which content can be 15 times higher in volatile oil. This oxygenated monoterpene has important biological activities. Moreover, experimental studies on anticholinesterase activity of supercritical extracts of S. montana were also carried out. The supercritical nonvolatile fraction, which presented the highest content of the protocatechuic, vanilic, chlorogenic and (+)-catechin acids, is the most promising inhibitor of the enzyme butyrylcholinesterase. In contrast, the Soxhlet acetone extract did not affect the activity of this enzyme at the concentrations tested. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Produção de biomassa aquática como fonte de lípidos para biocombustíveis

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

Sustainability Evaluation of Biodiesel Produced from Microalgae Chlamydomonas sp Grown in Brewery Wastewater

This study performs a sustainability evaluation of biodiesel from microalga Chlamydomonas sp. grown in 20 % (v/v) of brewery’s wastewater, blended with pentose sugars (xylose, arabinose or ribose resulting from the hydrolysis of brewer’s spent grains (BSG). The life cycle steps considered for the study are: microalgae cultivation, biomass processing and lipids extraction at the brewery site, and its conversion to biodiesel at a dedicated external biofuel’s plant. Three sustainability indicators (LCEE, FER and GW) were considered and calculated using experimental data. Literature data was used, whenever necessary, to complement life cycle data, thus allowing a more accurate sustainability evaluation. A comparative analysis of the biodiesel life cycle steps was also conducted, with the main goal of identifying which steps need to be improved. Results show that biomass processing, especially cell harvesting, microalgae cultivation, and lipids extraction are the main process bottlenecks. It is also analysed the influence on the microalgae biodiesel sustainability of adding each pentose sugar to the cultivation media, concluding that it strongly influences the biomass and lipid productivity. In particular, the addition of xylose is preferable in terms of lipid productivity, but from a sustainability point of view, ribose is the best, though the difference from xylose is not significant. Nevertheless, culture without pentose addition presents the best sustainability results.

Enrichment of bioactive compounds in microalgae for aquaculture

Microalgae are promising microorganisms for the production of food and fine chemicals. Several species of microalgae are used in aquaculture with the purpose of transfer bioactive compounds up to the aquatic food chain. The main objective of this project was to develop a stress–inducement strategy in order to enhance the biochemical productivity of Nannochloropsis gaditana, Rhodomonas marina and Isochrysis sp. for aquaculture purposes having in account their growth and organizational differences. In this regard, two experiments were design: the first one consisted on the alteration of overall nutrient availabilities in growth medium; and the second one comprised changes in nitrogen and sulfur concentrations maintaining the concentrations of the other nutrients present in a commercial growth medium (Nutribloom plus), which is frequently used in aquaculture. Microalgae dried biomass was characterized biochemically and elemental analysis was also performed for all samples. In first experimental design: linear trends between nutrient availability in growth media and microalgae protein content were obtained; optimum productivities of eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic acids (DHA) were attained for both R. marina and N. gaditana in growth media enriched with 1000 L L-1 of nutrient solution whereas for Isochrysis sp. the double of Nutribloom plus was needed; the decrease of glucans and total monosaccharides with nutrient availability for R. marina and Isochrysis sp. showed the occurrence of a possible depletion of carbohydrates towards lipids and proteins biosynthesis. Second experimental desing: N. gaditana exhibited the highest variation in their biochemical composition against the applied perturbation; variations observed for microalgae in their biochemical composition were reflected in their elemental stoichiometry; in N. gaditana the highest nitrogen concentrations lead to overall maximum productivities of the biochemical parameters. The results of the present work show two stress-inducement strategies for microalgae that may constitute a base for further investigations on their biochemical enhancement.

Determination of microalgae cellular composition after phycoremediation of swine wastewaters.

Phycoremediation of swine wastewaters has been widely reported as an attractive tertiary treatment system, that effectively removes the excessive nutrient loadswhilst offering a valuable source of feedstock biomass. Digestate from an upflow anaerobic sludge blanket (UASB, 6%v/v) and a nitrification reactor (NR; 50% v/v) were used as culturing media to microalgae. Experiments were carried out in lab scale photobioreactors (PBRs) using a consortia of Chlorella and Scenedesmus. Ammonia (44 to 90%) and phosphorus (77%) were efficiently removed from both effluents tested after 4 days. Microalgae biomass harvested from the UASB effluent showed 57, 34 and 1% of proteins, carbohydrates and lipids, respectively. Comparatively, the cellular composition of microalgae grown on NR effluent had lower protein (43%) but higher carbohydrate (42%) contents. Negligible difference in lipid fraction was observed independently of the effluents tested. The results suggest that the biomass harvested from phycoremediation of swine wastewaters can offer a valuable protein and carbohydrate feedstock for nutritional and biotechnological applications.

Coupling of palmitate to ovalbumin inhibits the induction of oral tolerance

Oral tolerance is a phenomenon that may occur in animals exposed to protein antigens for the first time by the oral route. They become unable to produce immune responses at the levels normally observed when they are immunized parenterally with antigen in the presence of adjuvants. Lipids have been used as adjuvants for both parenteral and oral immunization. In the present study we coupled ovalbumin with palmitate residues by incubating the protein with the N-hydroxysuccinimide palmitate ester and tested the preparation for its ability to induce oral tolerance. This was performed by giving 20 mg of antigen to mice by the oral route 7 days prior to parenteral immunization in the presence of Al(OH)3. Mice were bled one week after receiving a booster that was given 2 weeks after primary immunization. Specific antibodies were detected by ELISA. Despite the fact that the conjugates are as immunogenic as the unmodified protein when parenterally injected in mice, they failed to induce oral tolerance. This discrepancy could be explained by differences in the intestinal absorption of the two forms of the antigen. In fact, when compared to the non-conjugated ovalbumin, a fast and high absorption of the lipid-conjugated form of ovalbumin was observed by "sandwich" ELISA.

Characterization of microalgae native to Quebec for biofuel production.

La production de biodiésel par des microalgues est intéressante à plusieurs niveaux. Dans le premier chapitre, un éventail de pour et contres concernant l’utilisation de microalgues pour la production de biocarburant sont ici révisés. La culture d’algues peut s'effectuer en utilisant des terres non-arables, de l’eau non-potable et des nutriments de base. De plus, la biomasse produite par les algues est considérablement plus importante que celle de plantes vasculaires. Plusieurs espèces on le contenu lipidique en forme de triacylglycérols (TAGs), qui peut correspondre jusqu'à 30% - 40% du poids sec de la biomasse. Ces proportions sont considérablement plus élevées que celui des huiles contenues dans les graines actuellement utilisées pour le biodiésel de première génération. Par contre, une production pratique et peu couteuse de biocarburant par des microalgues requiert de surpasser plusieurs obstacles. Ceci inclut le développement de systèmes de culture efficace à faible coût, de techniques de récupération requérant peu d’énergie, et de méthodes d’extraction et de conversion de l’huile non-dommageables pour l’environnement et peu couteuses. Le deuxième chapitre explore l'une des questions importantes soulevées dans le premier chapitre: la sélection d'une souche pour la culture. Une collection de souches de microalgues d'eau douce indigène au Québec a été établi et examiné au niveau de la diversité physiologique. Cette collection est composée de cent souches, que apparaissaient très hétérogènes en terme de croissance lorsque mises en culture à 10±2 °C ou 22±2 °C sur un effluent secondaire d’une usine municipale de traitement des eaux usées (EU), défini comme milieu Bold's Basal Medium (BBM). Des diagrammes de dispersion ont été utilisés pour étudier la diversité physiologique au sein de la collection, montrant plusieurs résultats intéressants. Il y avait une dispersion appréciable dans les taux de croissance selon les différents types de milieux et indépendamment de la température. De manière intéressante, en considérant que tous les isolats avaient initialement été enrichis sur milieu BBM, la distribution était plutôt symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, suggérant que l’enrichissement sur BBM n’a pas semblé biaiser la croissance des souches sur ce milieu par rapport aux EU. Également, considérant que les isolats avaient d’abord été enrichis à 22°C, il est assez surprenant que la distribution de taux de croissance spécifiques soit aussi symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, avec grossièrement des nombres égaux d’isolats de part et d’autre. Ainsi, l’enrichissement à 22°C ne semble pas biaiser les cellules vers une croissance à cette température plutôt que vers 10°C. Les diagrammes de dispersion obtenus lorsque le pourcentage en lipides de cultures sur BBM ont été comparées à des cultures ayant poussé sur EU soit à 10°C ou 22°C rendent évident que la production de lipides est favorisée par la culture sur EU aux deux températures, et que la production lipidique ne semble pas particulièrement plus favorisée par l’une ou l’autre de ces températures. Lorsque la collection a été examinée pour y déceler des différences avec le site d’échantillonnage, une analyse statistique a montré grossièrement que le même degré de diversité physiologique était retrouvé dans les échantillons des deux différents sites. Le troisième chapitre a poursuivi l'évaluation de la culture d'algues au Québec. L’utilisation de déchets industriels riches en nutriments minéraux et en sources de carbone pour augmenter la biomasse finale en microalgues et le produit lipidique à faible coût est une stratégie importante pour rendre viable la technologie des biocarburants par les algues. Par l’utilisation de souches de la collection de microalgues de l’Université de Montréal, ce rapport montre pour la première fois que des souches de microalgues peuvent pousser en présence de xylose, la source de carbone majoritairement retrouvée dans les eaux usées provenant des usines de pâte et papier, avec une hausse du taux de croissance de 2,8 fois par rapport à la croissance photoautotrophe, atteignant jusqu’à µ=1,1/jour. En présence de glycérol, les taux de croissance atteignaient des valeurs aussi élevées que µ=1,52/jour. La production lipidique augmentait jusqu’à 370% en présence de glycérol et 180% avec le xylose pour la souche LB1H10, démontrant que cette souche est appropriée pour le développement ultérieur de biocarburants en culture mixotrophe. L'ajout de xylose en cultures d'algues a montré certains effets inattendus. Le quatrième chapitre de ce travail a porté à comprendre ces effets sur la croissance des microalgues et la production de lipides. Quatre souches sauvages indigènes ont été obersvées quotidiennement, avant et après l’ajout de xylose, par cytométrie en flux. Avec quelques souches de Chlorella, l’ajout de xylose induisait une hausse rapide de l’accumulation de lipide (jusqu’à 3,3 fois) pendant les premières six à douze heures. Aux temps subséquents, les cellules montraient une diminution du contenu en chlorophylle, de leur taille et de leur nombre. Par contre, l’unique membre de la famille des Scenedesmaceae avait la capacité de profiter de la présence de cette source de carbone sous culture mixotrophe ou hétérotrophe sans effet négatif apparent. Ces résultats suggèrent que le xylose puisse être utilisé avant la récolte afin de stimuler l’augmentation du contenu lipidique de la culture d’algues, soit en système de culture continu ou à deux étapes, permettant la biorestauration des eaux usées provenant de l’industrie des pâtes et papiers. Le cinquième chapitre aborde une autre déché industriel important: le dioxyde de carbone et les gaz à effet de serre. Plus de la moitié du dioxyde de carbone qui est émis dans l'atmosphère chaque jour est dégagé par un processus stationnaire, soit pour la production d’électricité ou pour la fabrication industrielle. La libération de CO2 par ces sources pourrait être atténuée grâce à la biorestauration avec microalgues, une matière première putative pour les biocarburants. Néanmoins, toutes les cheminées dégagent un gaz différent, et la sélection des souches d'algues est vitale. Ainsi, ce travail propose l'utilisation d’un état de site particulier pour la bioprospection de souches d'algues pour être utilisé dans le processus de biorestauration. Les résultats montrent que l'utilisation d'un processus d'enrichissement simple lors de l'étape d'isolement peut sélectionner des souches qui étaient en moyenne 43,2% mieux performantes dans la production de biomasse que les souches isolées par des méthodes traditionnelles. Les souches isolées dans ce travail étaient capables d'assimiler le dioxyde de carbone à un taux supérieur à la moyenne, comparées à des résultats récents de la littérature.

Enrichment of bioactive compounds in microalgae for aquaculture

Microalgae are promising microorganisms for the production of food and fine chemicals. Several species of microalgae are used in aquaculture with the purpose of transfer bioactive compounds up to the aquatic food chain. The main objective of this project was to develop a stress–inducement strategy in order to enhance the biochemical productivity of Nannochloropsis gaditana, Rhodomonas marina and Isochrysis sp. for aquaculture purposes having in account their growth and organizational differences. In this regard, two experiments were design: the first one consisted on the alteration of overall nutrient availabilities in growth medium; and the second one comprised changes in nitrogen and sulfur concentrations maintaining the concentrations of the other nutrients present in a commercial growth medium (Nutribloom plus), which is frequently used in aquaculture. Microalgae dried biomass was characterized biochemically and elemental analysis was also performed for all samples. In first experimental design: linear trends between nutrient availability in growth media and microalgae protein content were obtained; optimum productivities of eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic acids (DHA) were attained for both R. marina and N. gaditana in growth media enriched with 1000 L L-1 of nutrient solution whereas for Isochrysis sp. the double of Nutribloom plus was needed; the decrease of glucans and total monosaccharides with nutrient availability for R. marina and Isochrysis sp. showed the occurrence of a possible depletion of carbohydrates towards lipids and proteins biosynthesis. Second experimental desing: N. gaditana exhibited the highest variation in their biochemical composition against the applied perturbation; variations observed for microalgae in their biochemical composition were reflected in their elemental stoichiometry; in N. gaditana the highest nitrogen concentrations lead to overall maximum productivities of the biochemical parameters. The results of the present work show two stress-inducement strategies for microalgae that may constitute a base for further investigations on their biochemical enhancement.

Microcystis aeruginosa lipids as feedstock for biodiesel synthesis by enzymatic route

The cyanobacterium Microcystis aeruginosa strain NPCD-1, isolated from sewage treatment plant and characterized as a non-microcystin producer by mass spectrometry and molecular analysis, was found to be a source of lipid when cultivated in ASM-1 medium at 25 degrees C under constant white fluorescent illumination (109 mu mol photon m(-2) s(-1)). In these conditions, biomass productivity of 46.92 +/- 3.84 mg L-1 day(-1) and lipid content of 28.10 +/- 1.47% were obtained. Quantitative analysis of fatty acid methyl esters demonstrated high concentration of saturated fatty acids (50%), palmitic (24.34%) and lauric (13.21%) acids being the major components. The remaining 50% constituting unsaturated fatty acids showed higher concentrations of oleic (26.88%) and linoleic (12.53%) acids. The feasibility to produce biodiesel from this cyanobacterial lipid was demonstrated by running enzymatic transesterification reactions catalyzed by Novozym (R) 435 and using palm oil as feedstock control. Batch experiments were carried out using tert-butanol and iso-octane as solvent. Results showed similarity on the main ethyl esters formed for both feedstocks. The highest ethyl ester concentration was related to palmitate and oleate esters followed by laurate and linoleate esters. However, both reaction rates and ester yields were dependent on the solvent tested. Total ethyl ester concentrations varied in the range of 44.24-67.84 wt%, corresponding to ester yields from 80 to 100%. Iso-octane provided better solubility and miscibility, with ester yield of 98.10% obtained at 48 h for reaction using the cyanobacterium lipid, while full conversion was achieved in 12 h for reaction carried out with palm oil. These results demonstrated that cyanobacterial lipids from M. aeruginosa NPCD-1 have interesting properties for biofuel production. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.