Monitoring of Algae Growth by TOC Measurement

Význam tématu

Rostoucí zájem o alternativní paliva a udržitelnou výrobu biopaliv vedl k rozsáhlému výzkumu mikrořas. Díky své vysoké produktivitě a minimální konkurenci vůči zemědělské půdě představují mikrořasy perspektivní zdroj olejů a biomasy. Klíčové je sledování růstu a metabolických změn řasové biomasy pro optimalizaci produkčního procesu a maximalizaci výtěžku.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat využití spalovacího analyzátoru celkového organického uhlíku (TOC) Shimadzu TOC-LCPH k přímému měření organického uhlíku v suspenzi kultivovaných mikrořas bez předchozích přípravných kroků. Výsledkem má být kvantitativní sledování růstu buněčné hmoty a změn poměru organického a anorganického uhlíku během osmidenní kultivace.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Kultivace mikrořas po dobu 8 dnů při konstantních podmínkách.
• Každodenní odběr dvou vzorků: vzorek obsahující řasy (Sample 1) a vzorek po odstranění buněk sedimentací (Sample 2).
• Měření celkového uhlíku (TC), organického uhlíku (TOC = TC–IC) a anorganického uhlíku (IC) pomocí analyzátoru TOC.
• Kalibrace 1-bodovou křivkou s roztokem hydrogenftalátu draselného (1000 mg/L).
• Stanovení zákalu jako indikátor buněčné hmoty magnetickým mícháním.

Instrumentace:

• Analyzátor Shimadzu TOC-L CPH (spalovací metoda).
• Standardní katalyzátor pro úplnou oxidaci organických látek.

Hlavní výsledky a diskuse

Měření odhalilo denní změny TC, IC a TOC navázané na růst buněk.

• TC a TOC vykázaly nárůst v době aktivní fáze růstu, následovaný vyplývacím nárůstem IC při postupujícím odumírání nebo akumulaci solí.
• Poměr TOC/TC a IC/TC poskytl informace o dynamice metabolismu a změnách uhlíkového balancu během kultivace.

Data potvrzují, že TOC analyzátor umožňuje sledovat růst mikrořas v reálném čase a získávat klíčové údaje pro optimalizaci kultivačních podmínek.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost rychlého a přímého měření organického uhlíku bez složité přípravy vzorku.
• Aplikovatelné na laboratorní objemy 10–20 mL, vhodné pro experimentální a výzkumné účely.
• Podpora optimalizace kultivačního procesu mikrořas, určení optimální fáze sklizně a hodnocení kvality biomasy.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace modulu TNM-L pro simultánní stanovení celkového dusíku a uhlíko-dusíkového poměru.
• Vývoj automatizovaných systémů pro kontinuální monitorování kultivace v reálném čase.
• Rozšíření metody o sledování rozpuštěných plynů (CO₂) a dalších elementárních složek pro hloubkovou analýzu metabolismu.
• Aplikace v pilotních a průmyslových měřítcích pro udržitelné bioenergetické projekty.

Závěr

Spalovací analyzátor TOC Shimadzu TOC-LCPH se ukázal jako efektivní nástroj pro sledování růstu mikrořas a analýzu uhlíkového balancu v suspenzní kultuře bez nutnosti předchozích příprav. Metoda nabízí rychlé, citlivé a reprodukovatelné výsledky, usnadňující optimalizaci produkce biomasy a přispívající k rozvoji biopaliv.

Reference

Data poskytnuta laboratoří Shiraiwa, University of Tsukuba; Iharada T., Tanaka M., Application Note LAAN-A-TC-E026, Shimadzu Corporation, 2014.