Microalgae as a raw material for biofuel have remarkable strength, does not contribute to food shortages and is more productive than the second generation biofuels. In terms of biodiesel, the kind of renewable energy that can be used directly in existing engine system, the amount of lipid in microalgae quantify the productivity of the biodiesel. In order to overcome the incompatibility of high growth and high lipid content, additional step to accumulate lipid (called ‘lipid induction’) is encouraged after cultivation.
In this study, the change of lipid contents in Chlorella vulgaris (UTEX-265) was investigated when sodium bicarbonate ($NaHCO_3$) was added as a lipid inducer, compared with nitrogen starvation as a representative lipid induction method. $NaHCO_3$ has the possibility to change on lipid content in C. vulgaris due to acting as salinity stress and an additional carbon source and a precursor of lipid.
In order to analyze the lipid content of microalgae, Nile Red and Fatty Acid Methyl Ester (FAME) were measured. The Nile Red intensity, which is known to be related to the storage lipid content of microalgae, was higher as the added $NaHCO_3$ concentration increased. In the case of quantitative FAME analysis using gas chromatography, the highest increase was observed when 100mM $NaHCO_3$ was added, and the FAME content was 5% higher than nitrogen starvation, which was conventional lipid induction method. The Nile Red intensity and FAME content, which were complementary to each other, showed a similar tendency but showed a difference in the degree. Additional experiments to verify reproducibility showed a total lipid increase under 100mM $NaHCO_3$ greater than nitrogen starvation.
인류는 19세기 중반부터 지금까지 화석연료에 기반한 발전을 이뤄왔지만, 현재는 자원 고갈과 지구온난화등의 문제로 인해 대체에너지의 개발이 시급하다. 미세조류는 바이오연료의 3 세대 원료로서, 1 세대와 2 세대 원료인 작물이나 목질계 바이오매스와 달리 식량부족문제와 충돌하지 않을 뿐 아니라 높은 바이오연료 생산성으로 주목받고 있다. 바이오연료 생산에 있어 미세조류의 지질 함량은 연료 생산 효율이나 공정비용등을 결정하는 주요 요소이기 때문에 미세조류 지질 촉진에 대한 연구들이 활발히 진행중이다. 하지만 기존의 지질 유도 방법은 실제 공정 적용 또는 종에 따른 한계를 가지고 있기 때문에 새로운 지질 유도 방법의 개발이 필요하다.
본 연구에서는 미세조류에 중탄산나트륨($NaHCO_3$)을 salinity stress, 추가적 탄소 공급원, 지질유도체로 적용시켜 종에 관계없는 지질 유도 방법을 모색하였다. $NaHCO_3$를 첨가 하였을 때 Chlorella vulgaris(UTEX-265)의 지질 함량 변화를 조사하였으며 대표적 지질 유도법인 질소 고갈(nitrogen starvation)과 비교 하였다.
미세조류의 지질 함량을 분석하기 위해 실시간 측정이 가능한 Nile Red와 바이오디젤 예측량인 Fatty Acid Methyl Ester(FAME)를 측정 하였다. 미세조류의 저장 지질 함량과 관련됐다고 알려진 Nile Red intensity는 추가한 $NaHCO_3$의 농도가 높을수록 더욱 높은 값을 보였다. Gas chromatography를 이용한 FAME 정량 분석의 경우에도 100mM $NaHCO_3$를 추가하였을 때 가장 큰 증가를 보였고, 기존 유도 방법인 질소 고갈보다 5% 높은 FAME 함량을 나타냈다. 상호보완적으로 사용되었던 지질 분석 방법인 Nile Red와 FAME 함량은 비슷한 경향을 보였지만 그 정도에 있어서 차이를 보였다. 재연성 검증을 위한 추가 실험에서는 100mM의 $NaHCO_3$를 추가한 조건에서 nitrogen starvation 보다 뛰어난 total lipid 증가를 보였다.
