微細藻類中の脂肪酸含量および組成の分析

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Summary

機械的な細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、エステル交換、および定量化およびガスクロマトグラフィーを用いて脂肪酸の同定に基づく微細藻類中の脂肪酸含量および組成の決定のための方法が記載されている。 tripentadecanoin内部標準抽出及び不完全なエステル交換時の損失の可能性を補償するために使用される。

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Breuer, G., Evers, W. A., de Vree, J. H., Kleinegris, D. M., Martens, D. E., Wijffels, R. H., Lamers, P. P. Analysis of Fatty Acid Content and Composition in Microalgae. J. Vis. Exp. (80), e50628, doi:10.3791/50628 (2013).

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Abstract

微細藻類中に存在する全脂肪酸含量および組成を決定するための方法が記載されている。脂肪酸は、微細藻類バイオマスの主成分である。これらの脂肪酸は、異なるアシル脂質クラスに存在することができる。それらは輸送燃料、バルク化学品、栄養補助食品(ω-3脂肪酸)、および食料品の製造に使用することができるので、特にトリアシルグリセロール(TAG)中に存在する脂肪酸は、商業的関心がある。商業的なアプリケーションを開発するには、脂肪酸含量および組成物の定量のための信頼性のある分析方法が必要とされている。微細藻類は、剛性の細胞壁で囲まれた単一細胞である。脂肪酸分析法はすべて、アシル脂質および使用される抽出手順は、すべてのアシル脂質クラスを抽出することができる必要が遊離させるのに十分な細胞破壊を提供すべきである。

ここで紹介する方法では微細藻類中に存在するすべての脂肪酸は、正確かつ再現性のiDENすることができますtifiedおよびそれらが一部である試料の少量(5mg)を、それらの鎖長とは無関係に、不飽和度、又は脂質クラスを使用して定量した。

この方法は、異なる脂質クラスの相対量に関する情報を提供しないが、互いに脂質クラスを分離するために拡張することができる。

この方法は、機械的細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、脂肪酸メチルエステル(FAME)への脂肪酸のエステル交換、および定量化およびガスクロマトグラフィー(GC-FID)を用いて、脂肪酸メチルエステルの同定配列に基づいている。 TAG内部標準(tripentadecanoin)を抽出し、不完全なエステル交換時の損失を補正するために、分析手順の前に添加される。

Introduction

脂肪酸は、微細藻類バイオマスの主要構成成分の一つであり、典型的には細胞乾燥重量1〜3 5〜50%の間を構成する。彼らは主にグリセロ脂質の形で存在する。順番にこれらのグリセロ脂質は、主にリン脂質、糖脂質、およびトリアシルグリセロール(TAG)で構成されています。それらは輸送燃料、バルク化学品、栄養補助食品(ω-3脂肪酸)、および食料品3-6の製造のための資源として使用することができるため、特にTAGに存在する脂肪酸は、商業的関心がある。微細藻類は、海水基づく培養培地中で増殖することができる陸生植物よりもはるかに高い面積生産性を有することができ、おそらくはオフショア、農業に適していない箇所にフォトバイオリアクターで培養することができる。これらの理由のために、微細藻類は、多くの場合、バイオディーゼルおよび他のバルク生成物3-6の製造のための陸生植物に対する有望な代替手段と考えられている。潜在的に何農業リットルません及び又は新鮮な水を(閉鎖フォトバイオリアクターで培養または海洋微細藻類が使用されるときの場合)、それらの製造のために必要とされる。そのため、微細藻類由来し、バイオ燃料は、 3世代のバイオ燃料と考えられている。

脂肪酸(乾燥重量%)、脂質クラス組成物、ならびに脂肪酸の長さおよび飽和度の合計含有量は、微細藻類の細胞種間で高度に可変である。さらに、これらの特性は、栄養素利用性、温度、pH、光強度1,2培養条件によって変化する。窒素飢餓にさらされたときに、例えば、微細藻類はTAGを大量に蓄積することができる。最適な増殖条件下TAGは、典型的には、乾燥重量の2%未満を構成するが、窒素飢餓TAG含有量にさらされたときに、微細藻類の乾燥重量1の最大40%まで増加させることができる。

微細藻類は、主に16および18の鎖長を有する脂肪酸を生産炭素原子が、いくつかの種は、最大24個の炭素原子の脂肪酸を作ることができる。高度不飽和脂肪酸は、微細藻類により産生されるように両方、ならびに飽和。 6(ドコサヘキサエン酸、DHA)は野菜の選択肢が1,2,4,7の存在しないいる。し、C22 5(EPAエイコサペンタエン酸):後者はC20のような栄養の利点(ω-3脂肪酸)との脂肪酸が含まれる。脂肪酸鎖長および飽和度(分布)は、藻類由来のバイオ燃料および食用油、4,8の特性および品質を決定する。

微細藻類由来の脂肪酸の商業的なアプリケーションを開発するには、脂肪酸含量および組成物の定量のための信頼性のある分析方法が必要とされている。

またRyckebosch により指摘された。9、微細藻類中の脂肪酸の分析は、他の基質( 例えば、植物油、食品、動物組織など)と一線を画したようである原因1)微細藻類脂質抽出を複雑化、剛性の細胞壁で囲まれた単一細胞であり、2)微細藻類は、脂質クラスは、多種多様を含み、脂質クラスの分布は7非常に可変である。これらの異なる脂質クラスは、以下の化学構造および極性等の特性が多種多様を有する。また、アシル脂質以外の脂質クラスが生成される、3)微細藻類は、長さが12〜24個の炭素原子の範囲および飽和並びに高度不飽和脂肪酸の両方を含む、脂肪酸の多種多様を含む。従って、微細藻類以外の基板に脂肪酸を分析するために開発された方法は、微細藻類中の脂肪酸を分析するのに適しないかもしれない。

Ryckebosch 9によって検討したように、一般に使用される脂質抽出手順の主な違いは、使用される溶媒系である。そのため微細藻類に存在する脂質クラスの大規模な様々な、それぞれの極性が異なる、抽出された脂質量は、10月12日に使用溶媒によって変化します。これは文献9,10に示した脂質含量および組成が矛盾につながる。使用する溶媒系、例えば、ビーズビーティングまたは超音波処理を通じて細胞破壊することなく、溶媒抽出に基づく方法に応じて、いくつかの理由微細藻類種9,13の剛構造の全ての脂質を抽出しない場合があります。不完全な脂質抽出の場合には、異なる脂質クラスの抽出効率が14を変化させることができる。脂肪酸組成は、脂質クラス7の間で可変であるので、これはまた、測定された脂肪酸組成に影響を及ぼし得る。

我々の方法は、機械的細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、脂肪酸メチルエステル(FAME)への脂肪酸のエステル交換、および定量化及び難ionizaと組み合わせたガスクロマトグラフィーを用いて脂肪酸メチルエステルの同定配列に基づいているTiONから検出器(GC-FID)。トリアシルグリセロール(tripentadecanoin)の形で内部標準を前に分析手順に追加されます。抽出と不完全なエステル交換中の注意損失はその後のために補正することが可能となる。この方法は、コンテンツだけでなく、微細藻類バイオマス中に存在する脂肪酸の​​組成を決定するために使用することができる。ストレージ(TAG)並びに膜脂質(糖脂質、リン脂質)を含む異なるアシル - 脂質クラスに存在する全ての脂肪酸は、検出、同定し、試料のごく少量(5 mg)を使用して、この方法により、正確かつ再現可能に定量する。この方法は、異なる脂質クラスの相対量に関する情報を提供していません。しかしながら、この方法は、互いに1から脂質クラスを分離するために拡張することができる。異なる脂質クラスの濃度および脂肪酸組成物は、次いで、個別に決定することができる。

文献に他のいくつかの方法があります微細藻類中の脂質を分析するために記載。他の方法は、全脂肪酸9,16に焦点を当て、一方、いくつかの方法は、親油性成分の総15に焦点を当てる。これらの選択肢は、総抽出した脂質の重量測定、クロマトグラフィーを用いて定量化と組み合わせた脂肪酸の直接エステル交換、及び親油性の蛍光色素で染色した細胞が含まれています。

クロマトグラフィーを用いて脂肪酸の定量に一般的に使用される代替案は、重量測定17,18を用いた脂質の定量化である。なぜなら、標準化された分析装置( 例えばソックスレー)の利用可能性、プロシージャを設定するために緩和する。、重量測定の利点としては、ガスクロマトグラフなどの高度で高価な装置のための必要条件の欠如であり、重量測定は、より少ない時間のかかるよりもクロマトグラフィーに基づく方法。 OTHのクロマトグラフィーに基づく方法を使用することの主な利点小胞体の手がこのような方法では脂肪酸のみを測定することである。重量測定中の脂質を含有する非脂肪酸は、顔料またはステロイドのように、また決定に含まれている。これらの非脂肪酸含有脂質は総脂質の大部分(> 50%)を構成することができます。一つは(バイオディーゼル用途のためなど)、脂肪酸含量のみに関心がある場合、重量測定を用いた場合には、過大評価されるであろう。また、重量測定で抽出された脂質を計量するために使用される化学天秤の精度を使用する必要があるサンプルサイズを決定する。この量は、典型的にはクロマトグラフィーを用いた場合に必要な量よりもはるかに多くなる。最後に、重量測定でのクロマトグラフィーを使用することの別の利点は、クロマトグラフィーは、脂肪酸組成に関する情報を提供することである。

私たちの提示方法を別の方法としては、直接のエステル交換16,19,20です。この方法でのFAMEへの脂質抽出と脂肪酸のエステル交換は、1つの工程で合成される。このメソッドは、別の抽出とエステル交換ステップよりも迅速であるが、これらのステップを組み合わせて抽出に用いることができる溶媒が制限されます。これは、負に抽出効率に影響を与える可能性がある。別個の脂質抽出およびエステル交換工程の別の利点は、これらのステップ1との間に追加の脂質クラスの分離を可能にすることである。直接エステル交換反応を使用した場合、これは不可能である。

微細藻類の脂質含量を決定するためのその他の一般的に使用される方法は、ナイルなどの親油性の蛍光染色剤で染色バイオマスを含む赤色またはBODIPY蛍光シグナル測定する21,22。これらの方法の利点は、それらが別の方法よりも面倒であることである。これらの方法の欠点は、蛍光応答は、様々な理由のために、仕様の間で可変であることであるES、栽培条件、脂質クラス、および分析手順。一例として、これらの変化のいくつかは、微細藻類による色素の取り込みの差によって引き起こされる。別の定量法を用いたキャリブレーションは、したがって、好ましくは、すべての異なる栽培条件や成長段階に行わ、必要とされている。最後に、この方法は、脂肪酸組成についての情報を提供し、クロマトグラフィーに基づく方法よりも正確かつ再現可能ではありません。

提示された方法は、Lamers 23及びサントス 24によって記載された方法に基づいており、また、様々な他の著者1,25-27によって適用されてきた。他の方法は、同じ原理に基づいてその利用可能であり、同様の結果提供することできる9,28。

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Protocol

1。試料調製

1.1および1.2のステップとして、サンプル調製のための代替プロトコルが含まれる2つがあります。どちらの方法も同様に適しており、同様の結果を与えるが、藻類培養容量の限られた量が利用可能な場合は、この方法1.1が推奨されます。

NOTE:プロトコルのいずれかは、全体のプロトコルに従ってつの追加ビーズビーターチューブを調製、ブランクとして使用するためにそれらに藻類を追加せず。このように、使用される材料からの成分の抽出から得られたGCクロマトグラムのピークを同定し、定量することができる。

1.1。藻類培養の限られた量が利用可能な場合に推奨:準備プロトコルオプション1のサンプル

  1. ブロイヤーによって記載されているように、たとえば、培養液中に藻の乾燥重量濃度(g / Lの)を決定します。1。
  2. 5〜10 mgの藻の乾燥重量が含まれている培養液の量を転送ガラス遠心管。ステップ1.1.1で決定したバイオマス濃度を使用して転送バイオマスの正確な量を計算します。
  3. 1,200×gで5分間遠心。
  4. 上清の一部を破棄し、チューブ内を約0.25ミリリットルのままにしておきます。
  5. で、残りの上清中の藻を中断再優しく上下にペレットをピペットで200μlのピペットを用いてビーズビーターチューブに完全な細胞ペレットを転送します。
  6. ±0.15ミリリットルミリQ水で遠心チューブとガラスピペットを洗浄し、同じビーズビーターチューブに液体を移す。
  7. 遠心分離機は、気泡がチューブの底に残っていないことを確認するために、最大回転数で1分間ビーターチューブビーズ。それは-80℃で密閉ビーズビーターチューブを記憶することが可能である
  8. 試料を含有するビーズビーターチューブを凍結乾燥。それは-80℃で密閉ビーズビーターチューブを記憶することが可能である

1.2。サンプル調製プロトコルオプション2

  1. 藻類培養液の不確定量を遠心分離し、上澄みを捨てる。なお、バイオマス濃度を決定するために使用されるか、体積を測定する必要はない。
  2. 培養培地中に存在する主な塩の濃度を用いて培養培地の浸透圧を測定又は計算する。
  3. 培養培地の浸透圧に近似ギ酸アンモニウム溶液から、ステップ1.2.1において使用されるように、同じ体積で細胞ペレットを再懸濁することにより細胞ペレットを洗浄する。 equiosmolarギ酸アンモニウム溶液は、細胞の洗浄中に細胞が溶解を防ぐことができます。

NOTE:細胞を洗浄する培養培地中に存在する塩を除去する必要がある。これは、それらの培養培地中の高塩濃度の海洋微細藻類中の脂肪酸分析のために特に重要である。塩が依然として存在することになる場合、これは後述のtで決定される細胞乾燥重量の量の過大評価を引き起こす彼のプロトコル。ギ酸アンモニウムは、この解決策は完全に凍結乾燥中に蒸発し、残留物を残さないので、細胞を洗浄するために使用されます。

  1. 遠心藻懸濁液および廃棄上清。
  2. 細胞ペレットを凍結乾燥。
  3. ビーズビーターチューブに5〜10mgの凍結乾燥した微細藻類の粉末を秤量する。正確な重量を記録します。

2。細胞を破砕した脂質抽出

注:このセクションでは、広範な細胞破壊手順について説明します。おそらく、細胞破壊ステップのいくつかは冗長であり、あまり大規模な細胞破壊は、いくつかの微細藻類種または特定の培養条件に由来し、バイオマスも同じ結果が得られるかもしれません。しかし、これはそれぞれの特定の状況の検証が必要になります。そこで提案された大規模な混乱プロトコルは、すべての微細藻類材料に適した普遍的な方法として推奨されている。

  1. tripentadecanoinの正確な量を計量(TR3 C15含むiacylglycerol:0脂肪酸を)、それは4時05分(V / V)のクロロホルムを正確に知られている量に追加する:メタノール。このようにしてtripentadecanoinの濃度が正確に知られている。 50ミリグラム/ Lの濃度を目指すTripentadecanoinは、脂肪酸定量のための内部標準として機能する。
  2. 追加1ミリリットルのクロロホルム:メタノール4時05分(V / V)(試薬や機器の表で指定された)それぞれの鼓動チューブにtripentadecanoinを含む。ビードビーターチューブのキャップ内に残った何ビーズがないことを確認し、これはチューブの漏れが発生します。溶剤の正確な添加のための容積式ピペットを使用してください。
  3. ビーズは、ビーズビーター管は各鼓動間の内部120秒で、60秒間2,500 rpmで毎回8倍破った。
  4. テフロンインサートスクリューキャップできれいな耐熱15ミリリットルガラス遠心管にビーズビーターチューブから溶液を移す。だけでなく、ビーズビーターチューブから全てのビーズを転送するようにしてください。
  5. されていましたHビーズビーターチューブ、追加1ミリリットルのクロロホルム:メタノール4時05分(V / V)ビーズビーターチューブ、近いキャップと混合し、ステップ2.4​​から同一のガラス管に、このソリューションを転送するにtripentadecanoin含む。 (クロロホルム、合計4ミリリットル中:メタノール4時05分(V / V)を含むtripentadecanoinがサンプルごとに使用されている - 3回の洗浄工程のためのステップ2.2および3ミリリットルで追加1ミリリットル)のチューブを3回洗浄します。
  6. 10分間の超音波処理浴中で5秒間超音波処理用ガラスチューブをボルテックスする。
  7. 50 mMの2 - アミノ-2 - ヒドロキシメチル - プロパン-1,3 - ジオール(トリス)およびHCl溶液を用いてpHを7に設定されている1 MのNaClを含有する、ミリQ水2.5mlを添加する。水:これはクロロホルムとメタノールの相分離の原因となります。 1 MのNaClを、クロロホルム相に向かって脂質の平衡を向上させるために使用される。
  8. 5秒間ボルテックスした後、10分間超音波処理。
  9. 1,200×gで5分間遠心分離します。
  10. ガラスパスツールpipettを使用して清浄なガラス管に全体クロロホルム相(下相)を転送E。任意の中間相または上相を転送しないように注意してください。
  11. 再抽出(メタノール含有する:水の溶液)を古いチューブに1mLのクロロホルムを添加して試料を。
  12. 5秒間ボルテックスした後、10分間超音波処理。
  13. 1,200×gで5分間遠心分離します。
  14. ステップ2.10からの最初のクロロホルム画のガラスパスツールピペットやプールを使用してクロロホルム相(下相)を収集。
  15. 難しさは前のステップで全体のクロロホルム画分を収集する経験がある場合、繰り返して、2.11から2.14を繰り返します。そうでない場合はステップ2.16に進みます。
  16. 窒素ガス気流中でチューブからクロロホルムを蒸発させる。このステップの後、試料を窒素ガス雰囲気下、-20℃で保存することができる。

3。脂肪酸メチルエステルへのエステル交換

  1. 乾燥した抽出した脂質(もともとクロロホルム画分を含むチューブ)を含むチューブに5%を含有するメタノール3ml(v / v)の硫酸を添加し、しっかりとチューブを閉じます。
  2. 5秒間ボルテックスする。
  3. ブロックヒーター又は水浴中で70°Cで3時間、サンプルをインキュベートする。定期的(30分ごとに±)のサンプルが沸騰(不適切に閉じられた蓋によって引き起こされる)と、渦管されていないことを確認してください。この反応中に脂肪酸は、それらの脂肪酸メチルエステル(FAME)にメチル化されている。
  4. クールなサンプル室温にし、3ミリリットルミリQ水と3ミリリットルのn-ヘキサンを加える。
  5. 5秒間ボルテックスし、試験管回転装置で15分間混合する。
  6. 1,200×gで5分間遠心分離します。
  7. ヘキサンの2ミリリットル(上)相を収集し、ガラスパスツールピペットを用いて、新鮮なガラス管に入れた。
  8. それを洗浄するために収集したヘキサン相に2ミリリットルミリQ水を加える。
  9. 1,200×gで5分間の5秒、遠心ボルテックス。このステップの後、窒素ガス雰囲気(相分離の必要がない)下で-20℃でサンプルを記憶することができる。

4。脂肪酸メチルエステルのUの定量化ガスクロマトグラフィーを歌う

  1. ガラスパスツールピペットを用いてヘキサン相(上相)でのGCバイアルを埋める。
  2. GCバイアルにキャップを置きます。バイアルからの蒸発を防ぐため、キャップが完全に密封されており、オンにすることはできませんことを確認してください。
  3. GCの洗浄溶媒(ヘキサン)補充、廃棄物のバイアルを空にし、オートサンプラーにサンプルバイアルを置きます。 GCの上の実際のサンプルを実行する前に、最初の実行のGCにのみ、ヘキサンを含む2のブランク。
  4. Nukolカラム(×1.0〜30μmのMX 0.53ミリメートル)で、GC-FIDでサンプルを実行します。 250℃の入口温度を使用し、キャリアガス、81.7キロパスカルの圧力および0.1:1のスプリット比、総流量としてヘリウムを使用する:20 ml /分。 40ml /分のH 2流量400 ml /分の空気流量とHe 9.3 ml /分の流速で270°CのFID検出器温度。 1μL/サンプルに注入量を設定します。 n-ヘキサンで前後の洗浄インジェクター。初期オーブン温度は0.5分間90℃に設定した後、ウィットを提起している時間、20°C /分で200°Cのオーブン温度に達するまで。オーブン温度を次に39分間200℃に維持される。総実行時間は45分である。

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Representative Results

このプロセスを介して得られる典型的なクロマトグラムを図1に示す。 FAMEを用いるGCカラムおよびプロトコルによって、彩度の大きさ及び程度によって分離されている。短い鎖長脂肪酸およびそれ以上の飽和脂肪酸(より少ない二重結合)より短い保持時間を有する。使用されるGCカラムおよびプロトコルは、脂肪酸異性体(同じ鎖長および飽和度が、二重結合の位置が異なる)を分離するつもりはないが、これは、異なるGCカラムおよびプロトコルを使用して達成することができる。

脂肪酸濃度および組成は、GCピークの面積は、内部標準濃度(mg / L)(ステップ2.1)、サンプル量(mg)に加え、バイオマスの量は(ステップ1.1.2または1.2を用いて計算することができる。 6、試料調製プロトコルが選択されたかに応じて)。

バイオマスの個々の脂肪酸の量(mg脂肪酸/ g乾燥重量)の含有量は、bとを決定することができる Y

式(1)
C15の面積、GCクロマトグラムの積分( 図1)によって決定されるように、個々のFAMEの面積を有する:0 FAME GCクロマトグラム( 図1)の積分により決定される;

式2
クロロホルム中のtripentadecanoinの濃度[IS]:メタノール溶液ステップ2.1で決定されるように、MW C15:0 FA C15の分子量:0脂肪酸(242.4グラム/モル); MW C15:0 TAGが 、分子量tripentadecanoinの(765.24グラム/モル);

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C15の濃度:[校正液中の0 FAME C15]:で、試料中に予想されるすべての個々の脂肪酸の0名声とのFAME:0名声を、GCでの校正ソリューションを実行しているC15の混合物から出て構成することにより決定される校正液量(mg / L)、[キャリブレーション溶液内の個々のFAME】校正液量(mg / L)中の個々のFAMEの濃度と、エリア較正溶液のGCクロマトグラムの積分によって決定される。

全脂肪酸含有量は、全ての個々の脂肪酸の合計として計算することができる。各脂肪酸の相対量は、全脂肪酸含有量によって個々の各脂肪酸の濃度を割ることによって計算することができる。

両方の窒素満ち下セネデスムス斜 UTEX393(緑藻)の脂肪酸組成と内容や条件を枯渇で図2に示す。脂肪酸組成および含有量は非常に窒素飢餓の影響を受けている。 S.斜、C16:0(パルミチン酸)およびC18:1(オレイン酸)は、二つの最も豊富な脂肪酸である。

両方の窒素充満下海洋性珪藻 UTEX640(珪藻)の脂肪酸組成および含有量および条件を枯渇図3に示されている。 Sに似て 、脂肪酸含量および組成物は、高度に窒素飢餓の影響を受けている。P. 5(エイコサペンタエン酸、EPA)、ならびに超長鎖脂肪酸(リグノセリン酸、C24:0)、この方法で検出することができるトリコルヌーツムはまた、C20のような高度不飽和脂肪酸の実質的な量を生成する。

図1 < BR /> 図1。代表的なGC-FIDクロマトグラムを窒素飢餓に露出セネデスムス斜由来の試料を用いた。クロマトグラムの最初の20分が示されている。 20分後にはピークがこのサンプルでは検出されなかった。

図2
図2。両方の窒素十分な(黒棒)および窒素奪わ培養条件(白色バー)の下でセネデスムス斜 (緑藻類) 脂肪酸組成物(脂肪酸の相対存在量)が総脂肪酸含量は(8.6±0.5%および44.7±1.7%であった窒素下で乾燥重量の%)、十分な窒素がそれぞれ、栽培条件を奪った。エラーバーは、2回の反復分析の最高値と最低値を示している。

常に ">:「キープtogether.withinページ= FO」10トン図3
図3の両方に十分な窒素(黒棒)および窒素奪わ培養条件(白色バー)の下で海洋性珪藻 (珪藻)の脂肪酸組成物(脂肪酸の相対量)。総脂肪酸含有量は、それぞれ11.7±0.9%、窒素、十分な窒素を奪わ栽培条件の下で30.5±1.1%(乾燥重量%)であった。エラーバーは、2回の反復分析の最高値と最低値を示している。

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Discussion

記載された方法は、コンテンツだけでなく、微細藻類バイオマス中に存在する全脂肪酸の組成を決定するために使用することができる。ストレージ(TAG)並びに膜脂質(リン脂質および糖脂質)を含むすべての脂質クラス由来の脂肪酸が検出される。微細藻類中に存在する全ての飽和脂肪酸鎖長および程度を検出し、区別することができる。この方法は、機械的細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、脂肪酸メチルエステルへの脂肪酸のエステル交換、および水素炎イオン化検出(GC-FID)と組み合わせたガスクロマトグラフィーを用いて脂肪酸メチルエステルの定量化に基づいている。この方法は、少量のサンプル(5 mg)を必要とする正確で再現され、微細藻類種が多種多様の間で使用することができる。この方法は、分析目的のために使用されることが意図され、具体的には、小さなサンプルサイズを使用するために調整される。この方法は大を抽出するためのアップスケーリングして使用することを意図するものではない微細藻類脂肪酸の量。この方法の制限は、それが面倒であり、それは、結果を得るまでの手順を開始から数日かかることができるということです。特に工業微細藻類脂肪酸を製造するためのプロセス監視の場合、これは、限定考えられるかもしれない。より高速な結果が必要な場合は、このような親油性の蛍光色素で染色するなど、他のオプションは、より適しているかもしれません。以下の推奨事項は、分析手順を実行することに関連して行われます。

  1. 抽出およびエステル交換手順は、内部標準としてトリアシルグリセロール(tripentadecanoin)を用いて標準化されている。内部標準の使用は、一般に、ガスクロマトグラフィーを用いて試料中のFAMEの定量のために使用されているが、ほとんどの場合FAME内部標準が使用される。それは、タグ内​​部標準ではなく、FAME内部標準を使用するようにして細胞を破砕した溶媒抽出の前にそれを追加することをお勧めします。脂質EXTR中の注意損失それは同様の損失は、内部標準に起こることが予想されるので、アクションまたは不完全なエステル交換は、その後、補正することができる。内部標準は、微細藻類によって生成脂肪酸との共溶出しないことを使用する必要があります。微細藻類は、偶数の炭素数を有する脂肪酸を生成するので、奇数個の炭素原子を有する脂肪酸を含むTAGは良い候補である。 GCカラムおよびプロトコルは、不飽和偶数番号の脂肪酸と飽和奇数番号の脂肪酸が仮にできた共溶出、鎖長にだけでなく、不飽和度に分離しないという理由だけで。それが使用される内部標準は、サンプル中に天然に存在する脂肪酸と共溶出しないことを検証する必要があります。様々な微細藻類の経験では、tripentadecanoin(3 C15含むタグ:0脂肪酸は、)微細藻類中に天然に存在する脂肪酸との共溶出しません。
  2. 飽和および高度不飽和脂肪酸は、(異なるGC-FID応答を与える同一の濃度でのピーク面積)。このためのFAMEの規格は、代表的な結果セクションに記載したように、個々の脂肪酸の相対応答因子の較正及び測定のために使用されるべきである。脂肪酸メチルエステルの標準規格は、個々の脂肪酸の保持時間を決定するために使用することができる。あるいはまた、GC-MSは、脂肪酸の識別のために使用することができる。
  3. 個々の脂肪酸の保持時間および相対応答因子の両方は、GC装置年齢と共に変化する。保持時間と相対感度係数の頻繁なキャリブレーションは、したがって、お勧めします。
  4. 機械的な細胞破壊は、この方法の重要なステップである。これは、凍結乾燥、ビードビーティング及び超音波処理の組合せによって実現される。細胞破壊することなく、それがすべてではない脂質が9,13を抽出している可能性があります。場合によっては、細胞破壊工程の一部(例えば、より短いビード叩解時間)が同じ再を生じる可能性があり、冗長未満広範な細胞破壊であるいくつかの微細藻類種または特定の培養条件から派生バイオマスことによって流れます。したがって、これは提案された大規模な混乱プロトコルが推奨されているが、それぞれの特定の状況の検証が必要になります。
  5. 分析手順の間に、使用される溶媒は、使用されるプラスチックチューブとピペットチップから成分を抽出可能性があります。これらの抽出された成分をGC-FIDを用いて、脂肪酸メチルエステルの検出を妨害する可能性があります。特に、ビーズビーティング中のロングビーズビート時間と高い温度が部品を汚染することになります。我々の経験では、ビーズビート管から抽出された成分は、GC-FIDクロマトグラムのいくつかの追加のピーク、藻類派生のFAME(主に飽和脂肪酸)とそのオーバーレイの一部になるということです。提案された方法が実行されると、これが全ピーク面積の1〜2%を超えることはない。ビーズビーティングサンプルあたりのバイオマスを多量に使用した時にビーズビーター管の冷却は、相対的なピークが減少しますこれらのプラスチック由来するピークの面積。これは、プロトコル全体で可能な限りガラスピペットとガラス管を使用することをお勧めします。さらに、チェックして正しいプラスチックから抽出された成分のためだけでなく、例えば使用される溶媒に汚染をチェックし、修正するためにするためのブランクを使用することが推奨される。
  6. ビーズ叩解工程の間に、ビーズビーターおよびビーズビーター管の両方が熱くなる。ときは、はるかに長い時間や、この方法で提案するよりもはるかに高い回転のためのビーズビーティング、無冷却の間に印加されていない場合、これは溶剤の沸点とチューブの最終的破壊につながることができます。これは、サンプルの損失をもたらすであろう。 6,000 rpmで以上6分間ビーズ打つとき我々の経験では、このような状況が発生します。
  7. 微細藻類は、酸化する傾向があることができる、高度不飽和脂肪酸を生成することができる。 Ryckebosch 9は、不飽和のfの酸化による脂肪酸組成に変化は認められなかっ種々の抽出手順の間に代理人酸。これは、天然に微細藻類中に存在する抗酸化剤は、酸化からこれらの不飽和脂肪酸を保護することが提案された。それは酸化が発生する可能性があることが疑われる場合、可能性があれ酸化防止剤は脂肪酸メチルエステルと共溶出し、そして限り、酸化防止剤の使用量は干渉しないようにしないように、例えばブチルヒドロキシトルエン(BHT)などの合成酸化防止剤を添加することであるー9。長期保存中の酸化を防止するためには、窒素ガス雰囲気下、-80℃で試料を保存することが推奨される。
  8. 微細藻類に存在するリパーゼは、潜在的な分析手順の間脂質を加水分解し、したがって、結果に影響を与えることができます。 Ryckebosch 9は、凍結乾燥は、リパーゼを不活性化することがわかった。また、リパーゼは脂肪酸を分解しないが、ちょうどグリセロ脂質のグリセロールグループからそれらを切り離す。従って、リパーゼ活性は、脂肪アシ提示を妨害してはならないDプロトコル。コエンザイムA上の脂肪酸分解作用に関与する酵素は、脂肪酸を活性化し、抽出中にこのような劣化が発生する可能性は、このようには思えない。それはグリセロ脂質からの脂肪酸の酵素的分解が結果に影響する可能性があることが疑われる場合には、それにもかかわらず、可能性は限り阻害剤は、分析手順自体9と干渉しないように、例えば、イソプロパノールなどのリパーゼ阻害剤を添加することであろう。

この方法は、ステップ2(脂質抽出)し、ステップ3(エステル交換の間の固相抽出(SPE)分離工程を使用して、脂肪酸、中性脂質(TAG)の組成物及び極性脂質(リン脂質、糖脂質)の定量化を決定するために拡張することができる)などに記載されているようにブロイヤー 1。 Wangとベ28によって記載されるように代替的には、薄層クロマトグラフィー(TLC)工程は、例えば、種々の極性脂質クラスを分離するために使用することができる。

この方法は、例えば、植物、動物組織、および他の微生物において使用されるように拡張することができる。なぜなら細胞破壊を重視のため、この方法は抽出が非常に困難である材料中の脂肪酸の分析のために主に適している。

メソッドの抽出部(1および2を繰り返し)顔料および他の親油性成分23,25の抽出に使用することができる。細胞破壊手順(水を含む)、他の溶媒系を使用して、例えば、デンプンまたは炭水化物のような他の成分の抽出に使用することができる。

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Disclosures

著者らは、開示することは何もありません。

Acknowledgments

本研究の一部は、財政的に科学技術の戦略的基礎研究(IWT-SBO)プロジェクト太陽光やバイオソーラーセルによるイノベーションの促進のための協会によってサポートされていました。エリック大胆かつBackKimグエンは、ビーズビーティング手順の最適化への貢献のために承認されます。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
tripentadecanoin (C15:0 TAG) Sigma Aldrich T4257 CAS Number 7370-46-9
TAG or FAME standards of all fatty acids expected in sample Sigma Aldrich
TAG or FAME standards of all fatty acids expected in sample Lipidox
TAG or FAME standards of all fatty acids expected in sample Larodan
Beadbeater Bertin Technologies Precellys 24
beadbeater tubes MP Biomedicals Lysing matrix E
116914500
GC-FID Hewlett-Packer HP6871
GC column Supelco Nukol 25357
Positive displacement pipette 100-1000μl Mettler Toledo MR-1000
Positive displacement pipet tips C-1000 Mettler Toledo C-1000
Pipetvuller, Pi-Pump 2 ml VWR 612-1925
glass tubes VWR SCERE5100160011G1
TUBE 16 X 100 MM BOROSILICATE 5.1 1 * 1.000 VWR SCERE5100160011G1
Teflon coated screw-caps VWR SCERKSSR15415BY10
STUART SCIENTIFIC SB2 test tube rotator VWR 445-2101
Heated Evaporator/Concentrator Cole-Parmer YO-28690-25

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