การพัฒนาปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงแบบคอลัมน์ฟองสำหรับเพาะเลี้ยงจุลสาหร่าย

Abstract

          เครื่องปฏิกรณ์ใช้แสงแบบคอลัมน์ฟอง (Bubble column photobioreactor, BCPBR) ถูกพัฒนาเพื่อการเพาะเลี้ยงจุลสาหร่ายสีเขียวที่ให้อัตราการเจริญเติบโตและผลผลิตจำเพาะและกรดไขมันสะสมสูง จุลสาหร่ายสีเขียวที่ศึกษาเป็นสายพันธุ์ Chlorococcum humicola (วว. TISTR 8551) BCPBR ทำจากคอลัมน์อะคริลิกใสทรงกระบอกปริมาตร 10 ลิตร อัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 4.0 โดยประมาณ สภาวะการเพาะเลี้ยงจุลสาหร่ายเป็นแบบกะและแบบกึ่งต่อเนื่องโดยใช้อาหารเหลวสูตร BG-11 ผสมสารละลายอาหารเสริม (Trace metal solution, TMS) 1 มิลลิลิตรต่อลิตรสารอาหารเหลว รักษาค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH) ไว้ที่ 6.5 – 8.5 และอุณหภูมิ 28 – 32 องศาเซลเซียส ความความขุ่นของเซลล์ (OD) เริ่มต้นของเซลล์จุลสาหร่ายเท่ากับ 0.1 ป้อนอากาศตลอด 24 ชั่วโมง ให้แสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์แสงสีขาวมีความเข้มของแสงโดยรวม 3,500 ลักซ์ ช่วงเวลาการให้แสงต่อมืดเท่ากับ 12 ชั่วโมง/12 ชั่วโมง ระยะเวลาในการเพาะเลี้ยงแบบกะ 14 วัน และแบบกึ่งต่อเนื่องที่มีการเปลี่ยนอาหารเหลวทุก 3, 5 และ 7 วัน ผลการทดลองพบว่าการเพาะเลี้ยงแบบกะมีอัตราการเจริญเติบโตจำเพาะของจุลสาหร่ายมากที่สุดเท่ากับ 0.162 วัน-1 โดยระยะเวลาในการเปลี่ยนสารอาหารเหลวมีผลกระทบต่อผลผลิตจำเพาะเฉลี่ยในช่วงที่มีเปลี่ยนสารอาหารเหลวเพียงเล็กน้อย ผลผลิตจำเพาะของจุลสาหร่ายจากการเพาะเลี้ยงแบบกะมีค่าเท่ากับ 0.742 กรัมต่อลิตรต่อวัน ซึ่งมากกว่าการเพาะเลี้ยงแบบกึ่งต่อเนื่องทุกเงื่อนไขเนื่องจากระยะเวลาเพาะเลี้ยงในช่วงเปลี่ยนสารอาหารไม่นานเพียงพอที่ทำให้จุลสาหร่ายเจริญเติบโตได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งแสดงให้เห็นว่าการเพาะเลี้ยงแบบกะมีความเหมาะสมมากกว่า อย่างไรก็ตามปริมาณกรดไขมันสะสมของจุลสาหร่ายที่ได้จากการเพาะเลี้ยงแบบกะ และแบบต่อเนื่องนั้นมีค่าแตกต่างกันเล็กน้อยโดยมีปริมาณเพียงร้อยละ 20 – 26 ของน้ำหนักเซลล์แห้งสะสม           A bubble column photo bioreactor (BCPBR) was developed to cultivate microalgae providing high specific growth rate, specific productivity and fatty acid content. Chlorococum humicola TISTR 8551 was obtained from TISTR. The BCPBR was fabricated from a clear acrylic column with a working volume of 10 L and a column height to diameter ratio of 4.0. The microalgae was grown under batch and semi-continuous cultivations in BG-11 mixed with trace metal solution (TMS) 1 mL/1 L of culture broth while pH was maintained within a range of 6.5 – 8.5 at 28-32 °C. An initial optical density of cell was 0.1 and air was fed into the BCPBR for 24 h. Light was obtained from cool-white fluorescence with an intensity of 3,500 lux with light and dark period of 12 h/12 h. The culture period of batch cultivation was 14 days and these for semi-continuous cultivation were three culture broth replaced length of 3, 5 and 7 days. It was found that the highest specific growth rate of 0.162 day-1 was obtained from batch cultivation. The length of culture broth replacement exhibited little effect on the specific growth rate during semi-continuous cultivations. The specific productivity of 0.742 g L-1 day-1 gained from batch cultivation was higher than those of semi-continuous cultivations. This was due to all the length of culture broth replacement periods were not long enough to provide the algae to growth efficiently. These experimental results indicated that the batch cultivation was better condition. However, an amount of accumulated fatty acid obtained from both batch and semi-continuous cultivations was slightly different with 20-26 percent of accumulated cell dry weight.