Screening Spirulina stranins for protein productivity based on cultivation under photobioreactor conditionsy

Abstract

Spirulina is an industrially produced algae for consumption as a nutritional supplement owing to its exceptionally high protein content. The delivery of the desired metabolite profiles highly depends on selecting the correct strains for growth. In this regard, the information in the literature is limited as the strains cultivated industrially are unknown, and the strains of academic research were mostly locally isolated or procured from local sources. The current study is the first step of research activities planned to assess the large-scale production potential of Spirulina in Izmir. Thus in this work, Spirulina platensis 2340, Spirulina maxima 84.79, Spirulina platensis 85.79, Spirulina platensis 86.79, and Spirulina platensis 29 were screened for biomass and protein productivity during cultivation under standardized process conditions of a bubble column photobioreactor. The final biomass concentrations were strain specific and ranged from 1.2 to 1.9 g/L. An inverse relationship existed between the logistic model-based final biomass concentrations and the production rate constants. Thus, the peak productivities were more evenly distributed and ranged between 0.15 to 0.20 g/L-day. SP 29 had the ideal protein content vs. cultivation time profile as it was consistently high and varied in the narrow range of 60 to 64%. Higher protein contents could be reached with the other strains, but they also had higher variations during the growth period. The final protein concentrations varied from 0.4 g/L to 1.4 g/L. The highest peak productivity obtained was about 0.11 g/L-day, which could be obtained by three of the strains. The results clearly show the importance of strain selection for sustaining protein-rich biomass production with Spirulina.

Spirulina, yüksek derecede yüksek protein içeriği sayesinde besin takviyesi olarak tüketim için endüstriyel olarak üretilen bir fotosentetik alg türüdür. Endüstriyel üretim için doğru suş seçimi, istenilen metabolit profillerinin elde edilebilmesi için büyük bir öneme sahiptir. Bu bağlamda, endüstriyel olarak yetiştirilen suşların bilinmemesi ve akademik araştırma suşlarının çoğunlukla yerel olarak izole edilmesi veya yerel kaynaklardan temin edilmesi nedeniyle literatürdeki bilgiler sınırlıdır. Mevcut çalışma, Spirulina'nın İzmir'deki büyük ölçekli üretim potansiyelini değerlendirmek için planlanan araştırma faaliyetlerinin ilk adımıdır. Bu nedenle, bu çalışmada, Spirulina platensis 2340, Spirulina maxima 84.79, Spirulina platensis 85.79, Spirulina platensis 86.79, and Spirulina platensis 29, bir kabarcık kolon fotobiyoreaktörde standartlaştırılmış işlem koşulları altında yetiştirme sırasında biyokütle ve protein üretkenliği açısından incelenmiştir. Nihai biyokütle konsantrasyonlarının suşa özgün olduğu ve 1,2 ila 1,9 g/L arasında değiştiği gözlemlenmiştir. Lojistik modele dayalı nihai biyokütle konsantrasyonları ile üretim hızı sabitleri arasında ters bir ilişki tespit edilmiştir. Bundan dolayı, maksimum üretkenlikler daha eşit bir şekilde dağılmış ve 0,15 ile 0,20 g/L-gün arasında değişmiştir. SP 29, protein içeriği diğer suşlara kıyasla daha yüksek ve nispeten az (%60 ile %64 arasında) değişim gösterdiği için, zamana karşı elde edilen protein miktarı suşlar içinde ideal olandır. Diğer suşlarla daha yüksek protein içeriklerine ulaşılabilmesine rağmen, protein içeriğinde ki değişim miktarlarının fazla olduğu gözlemlenmiştir. Nihai protein konsantrasyonları 0,4 g/L ila 1,4 g/L arasında değişkenlik göstermiştir. Elde edilen en yüksek üretkenlik yaklaşık 0.11 g/L-gün olup, büyütülen suşların üçü bu üretkenliğe ulaşabilir. Sonuçlar, Spirulina ile protein açısından zengin biyokütle üretimini sürdürmek için suş seçiminin önemini açıkça göstermektedir.