تحليل الأحماض الدهنية المحتوى والتركيب في الطحالب الدقيقة

الأحماض الدهنية هي واحدة من المكونات الرئيسية للكتلة الحيوية الطحالب الدقيقة وجعل عادة ما بين 5-50٪ من الوزن الجاف الخلية ^1-3. كانت موجودة أساسا في شكل glycerolipids. هذه glycerolipids بدورها تتكون أساسا من الدهون الفوسفاتية، السكرية، والدهون الثلاثية (TAG). وخاصة الأحماض الدهنية الموجودة في TAG هي من مصلحة تجارية، لأنها يمكن أن تستخدم كمورد لإنتاج وقود النقل، والمواد الكيميائية السائبة، والمغذيات (ω-3 الأحماض الدهنية)، والسلع الغذائية ^3-6. الطحالب يمكن أن تنمو في المياه القائمة وسائل الاعلام زراعة البحر، يمكن أن يكون لها الإنتاجية المساحية أعلى بكثير من النباتات البرية، ويمكن زراعتها في photobioreactors في مواقع غير مناسبة لأغراض الزراعة، وربما حتى في الخارج. لهذه الأسباب، وغالبا ما تعتبر الطحالب بديلا واعدا للنباتات الأرضية لإنتاج وقود الديزل الحيوي وغيرها من المنتجات السائبة ^3-6. لا يحتمل لتر الزراعيةوأو المياه العذبة (عندما تزرع في photobioreactors مغلقة أو عندما يتم استخدام الطحالب البحرية) وهناك حاجة لإنتاجها. وبالتالي، تعتبر الوقود الحيوي المشتق من الطحالب الدقيقة 3 الوقود الحيوي من الجيل ^{الثالث.}

مجموع المحتويات الخلوية من الأحماض الدهنية (٪ من الوزن الجاف)، وتكوين الطبقة الدهنية، وكذلك طول الأحماض الدهنية ودرجة التشبع تختلف اختلافا كبيرا بين الأنواع الطحالب. علاوة على ذلك، هذه الخصائص تختلف مع ظروف زراعة مثل توافر المواد الغذائية، ودرجة الحرارة، ودرجة الحموضة، وشدة الضوء ^1،2. على سبيل المثال، عندما تتعرض لمجاعة النيتروجين، يمكن أن الطحالب تتراكم كميات كبيرة من TAG. في ظل ظروف النمو المثلى TAG يشكل عادة أقل من 2٪ من الوزن الجاف، ولكن عندما تتعرض لمجاعة النيتروجين المحتويات TAG يمكن أن تزيد لتصل إلى 40٪ من الوزن الجاف الطحالب الدقيقة ^1.

الطحالب أساسا إنتاج الأحماض الدهنية مع أطوال سلسلة من 16 و 18يمكن ذرات الكربون، ولكن بعض الأنواع تجعل الأحماض الدهنية لمدة تصل إلى 24 ذرات الكربون في الطول. كلا المشبعة، وكذلك يتم إنتاج الأحماض الدهنية غير المشبعة كبير من قبل الطحالب. وتشمل هذه الأخيرة الأحماض الدهنية مع الفوائد الغذائية (ω-3 الأحماض الدهنية) مثل C20: 5 (حمض الدهني؛ EPA) وC22: 6 (حمض الدوكوساهيكسانويك؛ DHA) التي لا وجود لها بدائل نباتية ^1،2،4،7. و(توزيع) الدهنية حمض طول السلسلة ودرجة التشبع يحدد أيضا خصائص ونوعية الوقود الحيوي المشتق من الطحالب والزيوت الصالحة للأكل ^4،8.

لتطوير التطبيقات التجارية من الطحالب الدقيقة المستمدة الأحماض الدهنية، وهناك حاجة إلى أساليب تحليلية موثوق بها لتقدير حجم المحتوى الأحماض الدهنية وتكوينها.

كما أشار أيضا بها Ryckebosch وآخرون. ^9، تحليل الأحماض الدهنية في الطحالب يميز نفسه عن ركائز أخرى (مثل الزيوت النباتية والمنتجات الغذائية والأنسجة الحيوانية الخ) يكونتسبب 1) هي خلايا الطحالب وحيدة الخلية محاطة بجدران صلبة، تعقيد استخراج الدهون؛ 2) الطحالب تحتوي على مجموعة متنوعة واسعة من الطبقات الشحمية وتوزيع الطبقة الدهنية متغير بدرجة كبيرة ^7. هذه الفئات المختلفة الدهون دينا تشكيلة واسعة من حيث التركيب الكيميائي والخصائص مثل قطبية. أيضا، والطبقات الدهون الأخرى من الدهون أسيل يتم إنتاجها؛ 3) الطحالب تحتوي على مجموعة متنوعة واسعة من الأحماض الدهنية، والتي تتراوح 12-24 ذرات الكربون في طول وتحتوي على كل المشبعة وكذلك الأحماض الدهنية غير المشبعة عالية. لذلك، وضعت وسائل لتحليل الأحماض الدهنية في ركائز أخرى من الطحالب الدقيقة، قد لا تكون مناسبة لتحليل الأحماض الدهنية في الطحالب.

كما استعرضتها Ryckebosch وآخرون. ^9، والفرق الرئيسي بين إجراءات استخراج الدهون شيوعا هو في أنظمة المذيبات التي يتم استخدامها. بسبب مجموعة كبيرة ومتنوعة من الطبقات الدهنية الموجودة في الطحالب، تختلف كل منها في قطبية، واستخراجوكمية الدهون تختلف مع المذيبات المستخدمة ^10-12. وهذا يؤدي إلى عدم الاتساق في محتوى الدهون وتكوينها المعروضة في الأدب ^9،10. اعتمادا على نظام المذيبات المستخدمة والأساليب القائمة على استخراج المذيبات دون انقطاع الخلية من خلال، على سبيل المثال، ضرب حبة أو صوتنة، قد لا استخراج كل الدهون بسبب بنية جامدة بعض الأنواع الطحالب ^9،13. في حالة استخراج الدهون غير مكتملة، لا يمكن للكفاءة الاستخراج من الطبقات الشحمية مختلفة تختلف ^14. وهذا يمكن أيضا أن يكون له تأثير على قياس تكوين الأحماض الدهنية، وذلك لأن تكوين الأحماض الدهنية غير متغير بين الطبقات الدهنية ^7.

ويستند أسلوب لدينا على سلسلة من اضطراب الميكانيكية الخلية، المذيبات استخراج الدهون مقرها، أسترة الأحماض الدهنية إلى استرات الأحماض الدهنية الميثيل (جوع)، وتقدير وتحديد جوع باستخدام كروماتوغرافيا الغاز في توليفة مع ioniza اللهبكشف نشوئها (GC-FID). يتم إضافة معيار الداخلية في شكل الدهون الثلاثية (tripentadecanoin) قبل إجراء التحليل. الخسائر المحتملة خلال استخراج والجزيئيات التبادلي غير مكتملة ومن ثم يمكن تصحيح ل. طريقة يمكن استخدامها لتحديد محتوى فضلا عن تكوين الأحماض الموجودة في الكتلة الحيوية الطحالب الدقيقة الدهنية. جميع الأحماض الموجودة في الطبقات الدهنية أسيل مختلفة، بما في ذلك التخزين (TAG)، وكذلك نسبة الدهون في غشاء (السكرية، الدهون الفوسفاتية)، يتم الكشف عن، حدد وكميا بدقة وبتكاثر بواسطة هذه الطريقة باستخدام كميات صغيرة فقط من عينة (5 ملغ) الدهنية . هذا الأسلوب لا يوفر المعلومات حول الوفرة النسبية للفئات الدهون المختلفة. ومع ذلك، ويمكن تمديد طريقة لفصل الطبقات الدهنية من بعضها البعض ^1. تركيز وتكوين الأحماض الدهنية من الطبقات الدهنية المختلفة ومن ثم يمكن تحديد بشكل فردي.

في الأدب العديد من الطرق الأخرىوصف لتحليل الدهون في الطحالب. تركز بعض الأساليب على مجموع مكونات محبة للدهون ^15، في حين تركز أساليب أخرى على مجموع الأحماض الدهنية ^9،16. وتشمل هذه البدائل تقرير الجاذبية من الدهون الكلية المستخرجة، مباشرة عبر الأسترة من الأحماض الدهنية جنبا إلى جنب مع الكمي باستخدام اللوني، وتلطيخ الخلايا مع الأصباغ الفلورية محبة للدهون.

وثمة بديل استخداما لتقدير الأحماض الدهنية باستخدام اللوني هو التقدير الكمي للدهون باستخدام تقرير الجاذبية ^17،18. مزايا وجود تقرير الجاذبية هي عدم وجود متطلبات لمعدات متقدمة ومكلفة مثل اللوني الغاز؛ تخفيف لإعداد الإجراء، نظرا لتوافر المعدات التحليلية موحدة (على سبيل المثال سوكسليت)؛ وتقرير الجاذبية هو أقل استهلاكا للوقت من اللوني الأساليب القائمة. والميزة الرئيسية لاستخدام أساليب اللوني استنادا إلى الغيرإيه اليد هو أنه في مثل هذا الأسلوب يتم قياس فقط الأحماض الدهنية. في تقرير الجاذبية حمض غير الدهنية التي تحتوي على الدهون، مثل الصبغات أو المنشطات، وترد أيضا في تقرير. ويمكن لهذه الأحماض الدهنية غير المحتوية على الدهون تشكل نسبة كبيرة (> 50٪) من إجمالي الدهون. إذا كان أحد لا يهتم إلا في محتوى الأحماض الدهنية (على سبيل المثال للتطبيقات وقود الديزل الحيوي)، وسوف يتم المبالغة في تقدير ذلك عند استخدام تقرير الجاذبية. بالإضافة إلى ذلك، في تقرير الجاذبية دقة التوازن التحليلية المستخدمة لوزن الدهون المستخرجة يحدد حجم العينة التي تحتاج إلى استخدامها. هذه الكمية هي عادة أكثر بكثير من المبلغ المطلوب عند استخدام اللوني. أخيرا، ميزة أخرى لاستخدام اللوني على تقرير الجاذبية هو أن اللوني يوفر معلومات حول تكوين الأحماض الدهنية.

بديل آخر لدينا وسيلة قدم هو ^16،19،20 الأسترة المباشرة.في هذه الطريقة يتم الجمع بين استخراج الدهون وأسترة الأحماض الدهنية لجوع في خطوة واحدة. هذا الأسلوب هو أسرع من خطوة الاستخراج والجزيئيات التبادلي منفصلة، ​​ولكن الجمع بين هذه الخطوات يحد من المذيبات التي يمكن استخدامها لاستخراج. وهذا قد يؤثر سلبا على كفاءة الاستخراج. ميزة أخرى لخطوة منفصلة استخراج الدهون والجزيئيات التبادلي هو أنه يتيح لفصل الطبقة الدهنية إضافية بين هذه الخطوات ^1. هذا غير ممكن عند استخدام الأسترة المباشرة.

وتشمل الأساليب الأخرى المستخدمة عادة لتحديد محتوى الدهون في الطحالب تلطيخ الكتلة الحيوية مع البقع الفلورية محبة للدهون مثل النيل الأحمر أو BODIPY وقياس إشارة مضان ^21،22. ميزة هذه الطرق هي أنها أقل شاقة من الطرق البديلة. والعيب من هذه الأساليب هو أن استجابة الفلورسنت، لأسباب مختلفة، بين متغير SPECIوفاق، وظروف زراعة، والطبقات الدهنية، والإجراءات التحليلية. على سبيل المثال، هي سبب العديد من هذه الاختلافات الاختلافات في امتصاص الصبغة من الطحالب. وبالتالي هناك حاجة المعايرة باستخدام طريقة أخرى الكمي، ويفضل أن يؤديها لجميع الشروط وزراعة مختلف مراحل النمو. أخيرا، هذا الأسلوب لا يوفر معلومات حول تكوين الأحماض الدهنية وأقل دقة وقابلة للتكرار من الطرق اللوني القائم.

ويستند أسلوب عرضها على طريقة وصفها امرز وآخرون ²³ وسانتوس وآخرون ²⁴ وكما تم تطبيقها من قبل مختلف الكتاب الآخرين ^1،25-27. أيضا طرق أخرى المتاحة التي تقوم على نفس المبادئ ويمكن أن توفر نتائج مماثلة ^9،28.