Name: Quantificação de Metais Pesados e outros contaminantes inorgânicos sobre a produtividade de Microalgas (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 20 s
Description: Aprenda a quantificar o impacto de metais pesados na produtividade de microalgas usando Nannochloropsis salina cultivada em fotobiorreatores. Este método avalia acúmulo de contaminantes e viabilidade para biocombustíveis.

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Os autores gostariam de agradecer o financiamento da National Science Foundation (prêmio # 1335550), Utah Water Research Laboratory, Professor Joan McLean e Tessa Guy por sua ajuda durante a análise de metal/metalóides. Os autores também agradecem a Laura Birkhold por seu apoio na coleta de dados e a Danna Olbright.

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</ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Saline microalgas N. salina pode ser cultivada com sucesso no sistema de crescimento projetado com resultados reprodutíveis e rendimentos elevados de biomassa. Airlift mistura permitiu uma cultura bem misturado suspenso com assentamento mínima ou incrustação biológica ao longo dos períodos de crescimento de 7 dias. A variabilidade luz mínima em todo o banco de luz fluorescente também é mostrado para não produzir diferenças notáveis ​​no crescimento. O estudo mostra heavy metal mídia...

Em comparação com as culturas tradicionais terrestres microalgas têm sido mostrados para alcançar maior rendimento de biomassa e lipídios, devido à eficiência de conversão de energia solar inerentes mais elevados 1,2. O cultivo de microalgas em altas taxas de produtividade requer o fornecimento de vários nutrientes, incluindo uma fonte externa de carbono. Espera-se que as instalações de crescimento em grande escala será integrada com correntes de resíduos industriais, tais como gás de combustão industrial, a fim de minimizar os custos de produção e, ao mesmo tempo, proporcionar a recuperação ambiental. De carbono de resíduos industriais é tipicamente na forma de dióxido de carbono gasoso e pode conter contaminantes que têm o potencial para impactar negativamente a produção de microalgas. Especificamente, o gás de combustão proveniente do carvão vai ter uma variedade de contaminantes, incluindo mas não se limitando a produtos de combustão de dióxido de carbono e água, bem como óxidos de enxofre e azoto, pó fino, contaminantes orgânicos, tais como dioxinas e furanos, e con inorgânicotaminants tais como metais pesados. O impacto da maioria destes contaminantes, incluindo compostos inorgânicos com alguns deles conhecidos como metais pesados ​​sobre a produtividade microalgas não tem sido explorado. Alguns destes elementos pode ser nutrientes para as concentrações adequadas, no entanto, em concentrações mais elevadas podem produzir disfunção celular e até mesmo a morte 3. A integração de microalgas com gás de combustão industrial tem o potencial para introduzir directamente os contaminantes inorgânicos em meio de crescimento. Gás de combustão com base de carvão tem uma variedade de elementos inorgânicos (por exemplo, As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V e Zn) em várias concentrações alguns dos quais, em baixo concentração, representam nutrientes para o crescimento de microalgas. Contaminantes inorgânicos têm uma elevada afinidade para se ligar a microalgas e ainda ser sorvido internamente através de transportadores de nutrientes. Alguns contaminantes inorgânicos (ie, Co, Cu, Zn e Mn) são nutrientes que fazem parte de enzimas envolvemd na fotossíntese, respiração e outras funções de 3,4. No entanto, em excesso de metais e metalóides podem ser tóxicos. Outros elementos, como Pb, Cd, Sn, Sb, Se, como e Hg, não são conhecidos por suportar a função celular em qualquer concentração e representam metais não-nutrientes que podem afetar negativamente o crescimento 3,5,6 cultura. A presença de qualquer destes contaminantes tem o potencial de produzir efeitos negativos sobre a função das células de microalgas. Além disso, a interacção de vários metais com microalgas complica dinâmica de crescimento e tem o potencial de influenciar o crescimento. Economia em larga escala têm sido directamente ligada à produtividade do sistema de cultivo 7-19. Além disso, reciclar médio no sistema de crescimento de microalgas tanto para tanques abertos de rolamento (ORP) ou fotobiorreatores (PBR) é fundamental uma vez que representa 99,9 e 99,4% da massa, respectivamente 20. A presença de contaminantes inorgânicos na mídia poderia finalmente limitar microalgae produtividade ea reciclagem de mídia devido à acumulação de contaminantes. Este estudo determinou experimentalmente o impacto de contaminantes inorgânicos 14 (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V e Zn), em concentrações esperadas a partir da integração de sistemas de cultivo de microalgas com carvão proveniente do gás de combustão, sobre a produtividade de N. salina crescido em PBRs de transporte aéreo. Os contaminantes usados ​​neste estudo foram mostradas para não só estar presente no gás de combustão à base de carvão, mas à base de resíduos de gases de combustão municipais, do resíduo baseada em gás de combustão, de águas residuais municipais, a água produzida, a água do mar e água subterrânea prejudicada 21-23. As concentrações usadas neste estudo são baseadas no que seria esperado se a sistemas de crescimento de microalgas foram integrados com uma base de CO 2 fonte de carvão com uma eficiência de absorção demonstrada em sistemas comerciais de PBR 20. Cálculos detalhados de apoio as concentrações dos metais pesados ​​e contaminantes inorgânicos estão apresentados na Napanet ai. foram utilizados 24 técnicas analíticas para compreender a distribuição da maioria dos metais nos meios de biomassa, e ambiente. Os métodos apresentados permitiu a avaliação do potencial de produtividade das microalgas sob estresse contaminante inorgânico e quantificação do seu destino final.

<table><tbody><tr><td>Produtos Químicos</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cloreto de sódio</td><td>Fisher Scientific</td><td>S271-3</td><td></td></tr><tr><td>Cloreto de cálcio di-hidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>C79-500</td><td></td></tr><tr><td>Cloreto de potássio</td><td>Fisher Scientific</td><td>P217-500</td><td></td></tr><tr><td>Sódio meta-silicato nonahidratado&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>S408-500</td><td></td></tr><tr><td>Sulfato de magnésio heptahidratado&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>M63-500</td><td></td></tr><tr><td>Nitrato de potássio</td><td>EMD Chemical</td><td>PX1520-5</td><td></td></tr><tr><td>Fosfato de potássio monobásico&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>P285-500</td><td></td></tr><tr><td>Citrato férrico de amônio</td><td>Fisher Scientific</td><td>I72-500</td><td></td></tr><tr><td>Ácido bórico</td><td>Fisher Scientific</td><td>A73-500</td><td></td></tr><tr><td>Molibdato de sódio, di-hidratado</td><td>EMD Chemical</td><td>SX0650-2</td><td></td></tr><tr><td>Cloreto de manganês tetrahidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>M87-500</td><td></td></tr><tr><td>Sulfato de zinco heptahidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>Z68-500</td><td></td></tr><tr><td>Sulfato cúprico pentahidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>C489-500</td><td></td></tr><tr><td>Biotina&nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>230090010</td><td></td></tr><tr><td>Tiamina&nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>148990100</td><td></td></tr><tr><td>Vitamina B12&nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>405920010</td><td></td></tr><tr><td>Cloreto de Cobre (II) di-hidratado&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>221783-100G</td><td>Irritante, Perigoso para o Meio</td></tr><tr><td>Ambiente Cloreto de chumbo (II)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>268690-250G</td><td>Tóxico, Perigoso para o Meio</td></tr><tr><td>Ambiente Dicromato de Sódio di-hidratado&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>398063-100G</td><td>Oxidante, Altamente Tóxico, Perigoso para o Meio Ambiente</td></tr><tr><td>Cloreto de Cobalto (II) hexahidratado&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>255599-100G</td><td>Tóxico, Perigoso para o Meio Ambiente</td></tr><tr><td>Cloreto de Níquel (II) hexahidratado&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>223387-500G</td><td>Tóxico, Perigoso para o Meio Ambiente</td></tr><tr><td>Sódio (meta) arsenito&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>71287</td><td>Tóxico, Perigoso para o Meio Ambiente</td></tr><tr><td>Cloreto de cádmio&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>202908-10G</td><td>Altamente Tóxico, Perigoso para o Meio Ambiente</td></tr><tr><td>Cloreto de Mercúrio (II)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>215465-100G</td><td>Tóxico, Perigoso para o Meio Ambiente</td></tr><tr><td>Cloreto de Estanho (II) di-hidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>T142-500</td><td>Corrosivo. Adequado para análise de Hg. Muito perigoso.</td></tr><tr><td>Cloreto de manganês tetrahidratado</td><td>Fisher Scientific</td><td>M87-500</td><td></td></tr><tr><td>Óxido de vanádio (V)</td><td>Acros Organics</td><td>206422500</td><td>Perigoso para o Meio Ambiente</td></tr><tr><td>Dióxido de carbono&nbsp;</td><td>Air Liquide</td><td>I2301S-1</td><td>Peróxido</td></tr><tr><td>de hidrogênio</td> comprimido <td>H325-500</td><td>Fisher Scientific</td><td>30% em água</td></tr><tr><td>Padrão ICP-MS ICP-MS-6020</td><td></td><td>Padrões</td><td></td>de alta pureza</tr><tr><td>Padrão de mercúrio</td><td>CGHG1-1</td><td>Inorganic Ventures</td><td>1000&plusmn; 6 &micro; g / mL em 5% de ácido nítrico</td></tr><tr><td>Argônio</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Comprimido</td></tr><tr><td>Hélio</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Comprimido,</td></tr><tr><td>hidrogênio</td><td>de ultra</td> alta pureza Líquido <td></td> Comprimido, ácido nítrico <td>de ultra alta pureza</td></tr><tr><td></td><td>Fisher Scientific</td><td>A509-P212</td><td>67-70% de ácido nítrico, traço de grau de metal. Cuidado: manipular sob a hotte.</td></tr><tr><td>Ácido clorídrico</td><td>Fisher Scientific</td><td>A508-P212</td><td>35% de ácido clorídrico, grau de metal traço. Cuidado: manipular sob a hotte.</td></tr><tr><td>Esterilizador de pré-vácuo científico</td><td>Steris</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr> 31626A SV-120 <tr><td>Centrífuga</td><td>Thermo Fisher</td><td>46910</td><td>RC-6 Plus</td></tr><tr><td>Espectrofotômetro</td><td>Shimadzu</td><td>1867</td><td>UV-1800</td></tr><tr><td>Controlador de pH</td><td>Hanna</td><td>BL981411</td><td>X4</td></tr><tr><td>Rotômetro, X5</td><td>Dwyer</td><td>RMA-151-SSV</td><td>T31Y</td></tr><tr><td>Rotômetro, X5</td><td>Dwyer</td><td>RMA-26-SSV</td><td>T35Y</td></tr><tr><td>Circulador de banho-maria</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-873-45A</td><td></td></tr><tr><td>Resfriador compacto</td><td>VWR</td><td>13270-120</td><td></td></tr><tr><td>Liofilizador</td><td>Labconco</td><td>7752020</td><td></td></tr><tr><td>Placa de agitação</td><td>Fisher Scientific</td><td>11-100-49S Eletrodo</td><td></td></tr><tr><td>de laboratório de pH</td><td>Phidgets Inc</td><td>3550</td><td></td></tr><tr><td>Espectrômetro de massa de plasma indutivamente acoplado</td><td>Agilent Technologies</td><td>Série 7700 ICP-MS</td><td>Conectado ao amostrador automático CETAC ASX-520</td></tr><tr><td>FIAS 100</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>B0506520</td><td></td></tr><tr><td>Espectrômetro de absorção atômica</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>AAnalyst 800</td><td></td></tr><tr><td>Aquecedor de células (quartzo)</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>B3120397</td><td></td></tr><tr><td>Microondas</td><td>Milestone</td><td></td><td>Programável, potência máxima 1.200 W</td></tr><tr><td>Rotor de microondas</td><td>Rotor Milestone</td><td></td><td>com recipientes de Teflon de 24-75 ml para digestão assistida por microondas de recipiente fechado.</td></tr><tr><td>Materiais</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>0.2 &#956; filtro de seringa m</td><td>Whatman</td><td>6713-0425</td><td></td></tr><tr><td>0.2 &#956; filtro de seringa m</td><td>Whatman</td><td>6713-1650</td><td></td></tr><tr><td>0.45 &#956; m filtro de seringa</td><td>Thermo Fisher</td><td>F2500-3</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de poliestireno</td><td>Evergreen</td><td>222-2094-050</td><td>17 x 100 mm c/tampa, 16 ml, poliesterino</td></tr><tr><td>Octogonal magnético&nbsp; mexer&nbsp; barras</td><td>Fisher scientific</td><td>14-513-60</td><td>Ímãs envoltos em fluoropolímero PTFE</td></tr></tbody></table>

quantificação de metais pesados ​​e outros contaminantes inorgânicos sobre a produtividade de microalgas

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

O aumento da demanda por combustíveis renováveis ​​tem pesquisadores que investigam a viabilidade de matérias-primas alternativas, como microalgas. Vantagens inerentes incluem alto potencial de rendimento, a utilização de terras não aráveis ​​e integração com fluxos de resíduos. Os requisitos nutricionais de um sistema de produção em grande escala de microalgas requer o acoplamento de sistemas de cultura com os recursos de resíduos industriais, tais como o dióxido de carbono do gás de combustão e nutrientes de águas residuais. Contaminantes inorgânicos presentes nesses resíduos podem potencialmente levar a bioacumulação na biomassa de microalgas impactar negativamente a produtividade e limitar o uso final. Este estudo centra-se na avaliação experimental do impacto eo destino de 14 contaminantes inorgânicos (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V e Zn) em Nannochloropsis crescimento salina . As microalgas foram cultivadas em fotobiorreactores iluminados à 984 umol m-2 s-1 e mantido a pH 7 num crescimento mEDIA poluídos com contaminantes inorgânicos em níveis esperados com base na composição encontrada em sistemas de gases de combustão de carvão comerciais. Os contaminantes presentes na biomassa e o meio no final de um período de crescimento de 7 dias foram quantificados analiticamente através de vapor frio a espectrometria de absorção atómica de Hg e através de espectrometria de massa com plasma de As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V e Zn. Os resultados mostram N. salina é uma estirpe sensível ao ambiente multi-metal com uma diminuição estatisticamente na biomassa yieldwith a introdução destes contaminantes. As técnicas aqui apresentados são adequados para quantificar o crescimento de algas e a determinação do percurso dos contaminantes inorgânicos.

Produção de biomassa Produção de N. Salina no sistema PBR utilizado neste estudo cresceram a partir de 1 g / L-1 a 8,5 ± 0,19 g / L-1 (N = 12) aos reactores de controlo e de 4,0 ± 0,3 g / L-1 (N = 12) para o multi-metálica contaminada em 7 dias. Os experimentos produziram dados reproduzíveis através de reatores em triplicado e vários lotes. A Figura 2A mostra a densidade média cultura, com muito pequeno erro padrão com base em amostr...

A integração do cultivo de microalgas com gás de combustão industrial acabará por introduzir metais pesados e outros compostos inorgânicos no meio de crescimento. Este estudo apresenta um procedimento utilizado para determinar o destino final e o impacto de metais pesados e contaminantes inorgânicos no crescimento de Nannochloropsis salina cultivada em fotobiorreatores.

Quantificação de Metais Pesados ​​e outros contaminantes inorgânicos sobre a produtividade de Microalgas

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

O objetivo geral deste procedimento é quantificar o impacto e o destino final de metais pesados introduzidos em sistemas de crescimento de microalgas como resultado do uso de dióxido de carbono proveniente de usinas termelétricas a carvão como fonte de carbono para o crescimento. Isso é realizado primeiramente compreendendo os níveis potenciais de contaminação com base na integração do carvão e do gás de chaminé. Na cultivação de microalgas, esses níveis são utilizados como referência de contaminação e são preparados caldos estoque.Em seguida, o inóculo necessário é cultivado e a plataforma de crescimento em larga escala é montada. Então, o sistema é inoculado e amostras são coletadas periodicamente para processamento. Por fim, a biomassa é isolada e o destino final dos contaminantes é quantificado.Por fim, a espectrometria de massas com plasma acoplado indutivamente, ou ICP-MS, é utilizada para determinar os metais absorvidos pela biomassa, e, combinada com medições de densidade óptica, permite compreender o impacto dos contaminantes no sistema. A principal vantagem dessa técnica em relação aos métodos existentes é a capacidade de quantificar diretamente o destino final de um sist

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Um método para a determinação do teor de ácidos gordos e composição de microalgas baseado em ruptura mecânica da célula, a extracção de lípidos à base de solvente, a transesterificação, e quantificação e identificação de ácidos gordos por cromatografia em fase gasosa é descrito. Uma norma interna tripentadecanoin é usado para compensar as possíveis perdas durante a extração e transesterificação incompleta.

Análise do conteúdo de ácidos graxos e composição em Microalgas

Uma metodologia experimental é apresentado para comparar o desempenho de pequena (100 L) e grandes (1.000 L) escala reatores projetados para remediação algas das águas residuais aterro. características do sistema, incluindo a área de superfície em relação ao volume, tempo de retenção, a densidade da biomassa, e concentrações de alimentação de águas residuais, pode ser ajustada com base na aplicação.

Comparação de Scale em um sistema de reactores fotossintético de algas Remediação de Águas Residuais

O cultivo axenic da bancada-escala facilita a caracterização microalgal e a optimização da produtividade antes da escala subseqüente do processo-acima. Os fotobiorreatores fornecem o controle necessário para experimentos microais confiáveis e reprodutíveis e podem ser adaptados para cultivar microalgas com segurança com os gases corrosivos (CO2,SO2,NO2)das emissões de combustão municipal ou industrial.

Cultivo de microalgas e quantificação de biomassa em um fotobiorreator em escala de banco com gases corrosivos de flue

Demonstramos testes de toxicidade de algas para substâncias difíceis (por exemplo, substâncias coloridas ou nanomateriais) usando uma configuração iluminada verticalmente com um LED.

Uma configuração em pequena escala para testes de toxicidade de algas de nanomateriais e outras substâncias difíceis

Um protocolo é descrito para utilizar o dióxido de carbono no gás de usina de gás natural para cultivar microalgas em lagoas abertas de pista. A injeção de gás de flue é controlada com um sensor de pH, e o crescimento das microalgas é monitorado com medições em tempo real da densidade óptica.

Acoplamento da captura de carbono de uma usina com lagoas abertas semi-automatizadas para cultivo de microalgas

Este protocolo demonstra o uso de uma plataforma tecnológica de microarray fenotipo (PM) para definir os requisitos metabólicos de Chlamydomonas reinhardtii, uma microalga verde, e refinar um modelo de rede metabólica existente.

Perfil metabólico de alta produtividade para refinamentos de modelo de microalgas

Esta publicação descreve o desenho de fotobioreatores laboratoriais (PBRs) com regimes de luz personalizáveis. O crescimento de cianobactérias ou microalgas, usando bicarbonato como fonte de carbono, é monitorado continuamente pela medição da produção volumétrica de oxigênio. Esses PBRs facilitam comparações rápidas e replicadas de crescimento laboratorial com pouca intervenção do usuário durante os experimentos.

Operação de Fotobioreatores laboratoriais com Medições de Crescimento Online e Regimes de Luz Personalizáveis

A poluição do ar impacta a qualidade de vida de todos os organismos. Aqui, descrevemos o uso da biotecnologia de microalgas para o tratamento de biogás (remoção simultânea de dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio) e a produção de biometano através de lagoas de algas semi-industriais abertas de alta taxa e subsequente análise da eficiência do tratamento, pH, oxigênio dissolvido e crescimento de microalgas.

Purificação de Biogás através do Uso de um Sistema Microalga-Bacteriano em Lagoas Semi-Industriais de Algas de Alta Taxa

O presente estudo destaca as vantagens de empregar o método desenvolvido por Jeffrey e Humphrey para extrair e quantificar pigmentos lipossolúveis de microalgas. Este método serve como uma ferramenta valiosa para avaliar a influência dos fatores de crescimento na produção de clorofila e no conteúdo celular nesses organismos.

Avaliação do Efeito dos Fatores de Crescimento na Produção de Clorofilas a e b a partir de Microalgas

De gases de combustão das usinas é um barato CO 2 fonte para o crescimento de algas. Nós construímos "gás de combustão para cultivo de algas" protótipo sistemas e descreveu como para ampliar o processo de cultivo de algas. Demonstrámos a utilização de um modelo bio-reacção de transferência de massa para simular e conceber o funcionamento óptimo do gás de combustão para o crescimento de Chlorella sp. em algas foto-biorreatores.

Otimizar Configurações de gases de combustão para promover o crescimento de microalgas em fotobiorreatores via simulações de computador

Aprenda a quantificar o impacto de metais pesados na produtividade de microalgas usando Nannochloropsis salina cultivada em fotobiorreatores. Este método avalia acúmulo de contaminantes e viabilidade para biocombustíveis.

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