تأثیر میدان مغناطیسی ایستا بر رشد ریزجلبک‌های گونه‌های Nannochloropsis و Spirulina در یک فتوبیوراکتور ستون حبابی و بررسی مدل‌های رشد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه بیوتکنولوژی و محیط زیست، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران.

چکیده

میدان‌های مغناطیسی با سیستم‌های زیستی تعامل دارند و بر متابولیسم میکروارگانیسم‌ها مانند ریزجلبک‌ها تأثیر می­گذارند. در واقع می‌توانند سرعت فتوسنتز و ترکیب درصد ماکرومولکول‌ها را درون سلول تغییر دهند. این میدان ­ها می‌توانند به سه‌صورت مهارکننده، تحریک‌کننده و بی اثر، رشد میکروارگانیسم‌ها را تحت تأثیر قرار دهند. بدین منظور، در پژوهش حاضر به بررسی میزان رشد و زیست‌توده ریزجلبک‌های Nannochloropsis oculata و Spirulina platensis تحت میدان مغناطیسی ایستا 2/5 میلی‌تسلا (mT) در فتوبیوراکتورهای ستون حبابی پرداخته شده است. تمام شرایط از جمله محیط کشت، میزان نوردهی، دما، pH و میزان تلقیح برای یک دوره 14 روزه برای همه فتوبیوراکتورها یکسان درنظر گرفته شد. نتایج به‌دست آمده نشان داد که میدان مغناطیسی ایستا با شدت 2/5 میلی‌تسلا محرک رشد بوده و موجب افزایش بهره‌وری زیست‌توده ریزجلبک‌های مورد مطالعه به میزان 34% و 10% شده است. همچنین مدل رشد گامپرتز در شرایطی که ریزجلبک‌ها تحت تأثیر میدان بوده‌اند انطباق بیشتری با داده ­های تجربی نشان داده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The effects of static magnetic field on the growth of microalgae Nannochloropsis and Spirulina in a bubble column photobioreactor and investigation on the growth models

نویسندگان [English]

  • Neda Nemani 1
  • Hossein Delavari Amrei 1
  • Mahdi Yazdani 2
1 Department of Biotechnology and Environment, Faculty of Chemical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Bojnord, Bojnord, Iran.
چکیده [English]

Magnetic fields interact with biological systems and affect the metabolism of microorganisms such as microalgae. In fact, it can change the rate of photosynthesis and the composition of macromolecules inside the algal cell. These fields can affect the growth of microorganisms in three ways: inhibiting, stimulating, and null. For this purpose, in this study, the growth of the microalgae, Nannochloropsis oculata and Spirulina platensis, under a static magnetic field of 2.5 mT in a bubble column photobioreactors have been investigated. All conditions, including culture medium, light intensity, temperature, pH and inoculation rate for a period of 14 days were considered the same for all photobioreactors. The results showed that the static magnetic field with the intensity of 2.5 mT is a growth stimulant and has increased the biomass productivity of the studied microalgae by 34% and 10%, respectively. Also, Gompertz growth model has shown more compliance with experimental data in the conditions where microalgae have been affected by the field.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnetic fields
  • Microalgae
  • Bubble column photobioreactor
  • Growth model

مراجع

Andrade B.B., Cardoso L.G., Assis D.J., Costa J.A.V., Druzian J.I., Lima S.T.C. 2019. Production and characterization of Spirulina sp. LEB 18 cultured in reused Zarrouk’s medium in a raceway-type bioreactor. Bioresource Technology 284, 340-348.
Bauer L.M., Costa J.A.V., Rosa A.P.C., Santos L.O. 2017. Growth stimulation and synthesis of lipids, pigments and antioxidants with magnetic fields in Chlorella kessleri cultivations. Bioresource Technology 244, 1425-1432.
Chisti Y. 2007. Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances 25(3), 294-306.
Deamici K.M., Santos L.O., Costa J.A.V. 2018. Magnetic field action on outdoor and indoor cultures of Spirulina: Evaluation of growth, medium consumption and protein profile. Bioresource Technology 249, 168-174.
Decostere B., Craene J.D., Van Hoey S., Vervaeren H., Nopens I., Van Hulle S.W.H. 2016. Validation of a microalgal growth model accounting with inorganic carbon and nutrient kinetics for wastewater treatment. Chemical Engineering Journal 285, 189-197.
Delavari Amrei H., Nasernejad B., Ranjbar R., Rastegar S. 2014. An integrated wavelength-shifting strategy for enhancement of microalgal growth rate in PMMA- and polycarbonate-based photobioreactors. European Journal of Phycology 49(3), 324-331.
Dini L., Abbro L. 2004. Bioeffects of moderate-intensity static magnetic fields on cell cultures. Micron 36(3), 195-217.
Huo S., Chen X., Zhu F., Zhang W., Chen D., Jin N., Cobb K., Cheng Y., Wang L., Ruan R. 2020. Magnetic field intervention on growth of the filamentous microalgae Tribonema sp. in starch wastewater for algal biomass production and nutrients removal: Influence of ambient temperature and operational strategy. Bioresource Technology 303, 122884.
Khoobkar Z., Delavari Amrei H. 2021. Effect of photo, hetero and mixotrophic conditions on the growth and composition of Anabaena variabilis: An Energy Nexus approach. Energy Nexus 2, 100010.
Lam M., Yusoff M.I., Uemura Y., Lim J. W., Khoo C.G., Lee K.T., Ong H.C., 2017. Cultivation of Chlorella vulgaris using nutrients source from domestic wastewater for biodiesel production: Growth condition and kinetic studies. Renewable Energy 103, 197-207.
Li Z.Y., Guo S.Y., Li L., Cai M.Y. 2007. Effects of electromagnetic field on the batch cultivation and nutritional composition of Spirulina platensis in an air-lift photobioreactor. Bioresource Technology 98(3), 700-705.
Liu J., Song Y., Qiu W. 2017. Oleaginous microalgae Nannochloropsis as a new model for biofuel production: Review & analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews 72, 154-162.
Mansouri M. 2017. Predictive modeling of biomass production by Chlorella vulgaris in a draft-tube airlift photobioreactor. Advances in Environmental Technology 2(3), 119-126.
Moon J.D., Chung H.S. 2000. Acceleration of germination of tomato seed by applying AC electric and magnetic fields. Journal of Electrostatics 48(2), 103-114.
Mularczyk M., Michalak I., Marycz K. 2020. Astaxanthin and other nutrients from haematococcus pluvialis - Multifunctional applications. Marine Drugs 18(9), 459.
Pilla A.A., Muehsam D.J., Markor M.S. 1997. A dynamical systems larmor precession model for weak magnetic field bioeffects: ion binding and orientation of bound water molecules. Bioelectrochemistry and Bioenergetics 43(2), 239-249.
Qaisar S., Panhwar A., Perwez Z., Complex L., Farms M. 2016. Assessment of suitable media for the culture of an edible microalgae spirulina platensis: biomass production culture medium. Pakistan Journal of Marine Science 25, 187-193.
Rammuni M.N., Ariyadasa T.U., Nimarshana P.H.V., Attalage R.A. 2018. Comparative assessment on the extraction of carotenoids from microalgal sources: Astaxanthin from H. pluvialis and β-carotene from D. salina. Food Chemistry 277, 128-134.
Rusanowska P., Zieli ́nski M., D ̨ebowski M. 2017. Impact of static magnetic field on efficiency of fine-bubble aeration of liquid. Inżynieria Ekologiczna 18(2), 130-135.
Santos L.O., Deamici K.M., Menestrino B.C., Garda-Buffon J., Costa J.A.V. 2017. Magnetic treatment of microalgae for enhanced product formation. World Journal of Microbiology and Biotechnology 33, 169.
Shao W., Ebaid R., Abomohra A.E.F., Shahen M. 2018. Enhancement of Spirulina biomass production and cadmium biosorption using combined static magnetic field. Bioresource Technology 265, 163-169.
Small D.P., Hüner N.P.A., Wan W. 2012. Effect of static magnetic fields on the growth, photosynthesis and ultrastructure of Chlorella kessleri microalgae. Bioelectromagnetics 33(4), 298-308.
Teng H.C. 2005. A Puzzle of the Effect of Magnetic Field on Biological Cells. Life Science Journal 2(1), 16-21.
Xu Y., Boeing W.J. 2014. Modeling maximum lipid productivity of microalgae: Review and next step. Renewable and Sustainable Energy Reviews 32, 29-39.
Yang G., Wang J., Mei Y., Luan Z. 2011. Effect of Magnetic Field on Protein and Oxygen-production of Chlorella Vulgaris. Mathematical and Physical Fisheries Science 9, 116-126.
مجله علوم آبزی پروری
دوره 10، شماره 2
مهر 1401
صفحه 47-57

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار