Flow-through photometric cell for online determination of the biomass content of microalgae Nannochloropsis sp. in the cultural environment

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

One of the promising directions of carbon-neutral energy development is the development of technologies for biofuel production from microalgae. Eff ective control of biotechnological processes in the fi eld of cultivation of such microalgae requires express and eff ective methods of process control. In this study, a fl ow-through photometric cell has been designed and fabricated for online determination of the biomass content of the microalgae Nannochloropsis sp. in the culture medium. The microalgae biomass has been cultured in a custom-made photobioreactor. Using the fabricated cell, a series of photometric measurements of solutions of the grown biomass in the culture medium have been made. A linear dependence of absorbance on biomass content has been obtained from the results of measurements. The possibility of online determination of the biomass content of microalgae Nannochloropsis sp. in the culture medium using the developed fl ow-through photometric cell based on a laser with a working wavelength of 650 nm has been shown.

About the authors

Evgenii Vyatcheslavovitch Bazarnov

Samara State Technical University

ORCID iD: 0009-0002-5924-7297
443100, Samara Molodogvardeyskaya street, building №244

Error Yur'evich Error

Samara State Technical University

443100, Samara Molodogvardeyskaya street, building №244

References

  1. Кулапин А. И. Энергетический переход: Россия в глобальной повестке // Энергетическая политика. 2021. № 7 (161). С. 10–15. https://doi.org/10.46920/2409-5516_7161_10
  2. Смоляков А. Ф., Бандель А. Л. Биомасса: топливо и энергия // Научно-техническая конференция института технологических машин и транспорта леса по итогам научно-исследовательских работ 2018 года (30 января – 6 февраля 2019 г., Санкт-Петербург) : сб. ст. СПб. : Институт технологических машин и транспорта леса, 2019. С. 142–146.
  3. Muhammad U., Shamsuddin I., Danjuma A., RuS M., Dembo U. Biofuels as the starring substitute to fossil fuels // Petrol. Sci. and Eng., 2018. Vol. 2, № 1. P. 44–49. https://doi.org/10.11648/j.pse.20180201.17
  4. Aresta M., Dibenedetto A., Dumeignil F. Biorefineries: An Introduction. Berlin : De Gruyter, 2015. 348 р. https://doi.org/10.1515/9783110331585
  5. Mishra N., Mishra P., Gupta E., Singh P. Synergistic effects of nitrogen deprivation and high irradiance to enhance biomass and lipid production in Nannochloropsis // J. of Microbiol., Biotech. and Food Sci. 2023. Vol. 12, № 6. Art. 3632. https://doi.org/10.55251/jmbfs.3632
  6. Чернова Н. И., Киселева С. В., Калинина О. Ю. Биодизель из микроводорослей: методы индукции липидов и скрининга перспективныхштаммов // Альтернативная энергетика и экология. 2015. № 21 (185). С. 44–54. https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.21.006
  7. ГОСТ 31960-2012. Приложение Д.В.1. Вода. Методы определения токсичности по замедлению роста морских одноклеточных водорослей Phaeodactylum tricornutum Bohlin и Sceletonema costatum (Greville) Cleve. М. : Стандартинформ, 2014. 44 с.
  8. Lladó Maldonado S., Panjan P., Sun S., Rasch D., Sesay A. M., Mayr T., Krull R. A fully online sensor-equipped, disposable multiphase microbioreactor as a screening platform for biotechnological applications // Biotechnology and Bioengineering. 2019. Vol. 116, № 1. P. 65–75. https://doi.org/10.1002/bit.26831
  9. Bogomolov A., Grasser T., Hessling M. In line monitoring of Saccharomyces cerevisiae fermentation with a fluorescence probe: New approaches to data collection and analysis // Journal of Chemometrics. 2011. Vol. 25, № 7. P. 389–399. https://doi.org/10.1002/cem.1365
  10. Jorissen T., Oraby A., Recke G., Zibek S. A systematic analysis of economic evaluation studies of second generation biorefineries providing chemicals by applying biotechnological processes // Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2020. Vol. 14, № 5. P. 1028–1045. https://doi.org/10.1002/bbb.2102
  11. Трофимчук О. А., Малахов А. С. Автоматизированный фотобиореактор для культивирования микроводорослей Chlorella vulgaris // Современные техника и технологии : сборник трудов XXI международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Томск, 5–9 октября 2015 г.). Томск : Изд-во ТПУ, 2015. Т. 2. С. 85–87.
  12. Nguyen B., Rittmann B. Low-cost optical sensor to automatically monitor and control biomass concentration in micro-algal cultivation // Algal Res. 2018. Vol. 32. P. 101–106. https://doi.org/10.1016/j.algal.2018.03.013
  13. Cáceres I., Alsina J., Zanden J., Ribberink D., Sánchez-Arcilla A. The effect of air bubbles on optical backscatter sensor measurements under plunging breaking waves // Coast. Eng. 2020. Vol. 159. Art. 103721. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2020.103721
  14. Выучейская Д. С., Еремин Г. Б., Фридман К. Б. Возможности применения нефелометрии в качестве экспресс-метода вирусного загрязнения питьевой воды. Опыт зарубежных стран // Здоровье – основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения. 2018. Т. 13, № 2. С. 785–795.
  15. Жирнов А. А., Мецлер Э. А., Титов С. С., Павленко А. А., Кудряшова О. Б. Границы применимости высокоселективного турбидиметрического метода // Ползуновский вестник. 2016. № 4, ч. 1. С. 55–58.
  16. Bogomolov A. Multivariate process trajectories: Capture, resolution and analysis // Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 2011. Vol. 108, № 1. P. 49–63.
  17. Shah M. M. R., Alam M. J., Islam M. L., Khan M. S. A. Growth performance of three microalgae species in filtered brackish water with different inorganic media // Bangladesh Journal of Fisheries Research. 2003. Vol. 7, № 1. P. 69–76.
  18. Samsung : official site. URL: https://download.led.samsung.com/led/file/resource/2022/05/Data_Sheet_LM281B_Plus_RG_.pdf/ (дата обращения: 12.12.2024).
  19. ЧИП и ДИП : оф. сайт. URL: https://static.chipdip.ru/lib/303/DOC011303067.pdf/ (дата обращения: 12.12.2024).
  20. Itterheimová P., Foret F., Kubáň P. High-resolution Arduino-based data acquisition devices for microscale separation systems // Anal. Chim. Act. 2021. Vol. 1153. Art. 338294. https://doi.org/10.1016/j.aca.2021.338294
  21. Baroni É. G., Yap K. Y., Webley P. A., Scales P. J., Martin G. J. The effect of nitrogen depletion on the cell size, shape, density and gravitational settling of Nannochloropsis salina, Chlorella sp. (marine) and Haematococcus pluvialis // Algal Research. 2019. Vol. 39. Art. 101454. https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101454
  22. Sá M., Bertinetto C. G., Ferrer-Ledo N., Jansen J. J., Wijffels R., Crespo J. G., Barbosa M., Galinha C. F. Fluorescence spectroscopy and chemometrics for simultaneous monitoring of cell concentration, chlorophyll and fatty acids in Nannochloropsis oceanica // Scientific Reports. 2020. Vol. 10, № 1. Art. 7688.
  23. Shipman L. L., Cotton T. M., Norris J. R., Katz J. J. An analysis of the visible absorption spectrum of chlorophyll a monomer, dimer, and oligomers in solution // Journal of the American Chemical Society. 1976. Vol. 98, № 25. P. 8222–8230. https://doi.org/10.1021/ja00441a056

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».