Potential applications of microalgae

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper reviews the possibility for the sustainable production of amino acid-rich microalgal consortium biomass (Vischeria magna, Coelastrum proboscideum) in wastewater generated by the Syktyvkar timber-processing complex with the simultaneous purification of the wastewater from the main pollutants. The introduction of the microalgal consortium results in a reduction in the concentration of cadmium, barium, aluminium, ammonium, and nitrite nitrogen in comparison to the control. The concentration of amino acids accumulated by microalgae is found to be 84.98 % in sterile wastewater and 46.39 % in non-sterile wastewater.

About the authors

Alexander V. Gogonin

Institute of Biology, Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: gogonin@ib.komisc.ru
ORCID iD: 0000-0003-1401-7412

Candidate of Sciences (Biology), Leading Engineer at the Laboratory of Biochemistry and Biotechnology

Russian Federation, 28 Kommunisticheskaya st., 167982 Syktyvkar, Komi Republic

Tatiana N. Shchemelinina

Institute of Biology, Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: tatyanakomi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4052-6424
Scopus Author ID: 56711948200

Candidate of Sciences (Biology), Senior Researcher at the Laboratory of Biochemistry and Biotechnology

Russian Federation, 28 Kommunisticheskaya st., 167982 Syktyvkar, Komi Republic

Elena M. Anchugova

Institute of Biology, Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: anchugova@ib.komisc.ru
ORCID iD: 0000-0002-7912-3518
Scopus Author ID: 56711975900

Junior Researcher at the Laboratory of Biochemistry and Biotechnology

Russian Federation, 28 Kommunisticheskaya st., 167982 Syktyvkar, Komi Republic

References

  1. A multidisciplinary review of Tetradesmus obliquus: a microalgae suitable for large-scale biomass production and emerging environmental applications / C. Y. B. Oliveira, C. D. L. Oliveira, R. Prasad [et al.] // Reviews in Aquaculture. – 2021. – Vol. 13. – P. 1594–1618. – doi: 10.1111/raq.12536
  2. Ahmad, F. The potential of Chlorella vulgaris for wastewater treatment and biodiesel production / F. Ahmad, A. U. Khan, A. Yaşar // Pakistan Journal of Botany. – 2013. – Vol. 45. – P. 461–465.
  3. Bazhukova, N. V. Ispol’zovanie mikrovodoroslej Eustigmatos magnus, Dictyococcus varians i Pseudococcomyxa simplex kak ob”ektov perspektivnyh dlya biotekhnologii [Utilization of microalgae Eustigmatos magnus, Dictyococcus varians and Pseudococcomyxa simplex as objects promising for biotechnology / N. V. Bazhukova, I. V. Novakovskaya, N. V. Matistov // Biotekhnologiya. Vzglyad v budushchee: Tez. II-j Mezhdunar. virtual’noj internet konf. [Biotechnology. A View to the Future: Theses of the II Int. Virtual Internet Conf.] – Kazan, 2013. – P. 11–13. – http://www.paxgrid.ru/conference/index.php?c=biotech2013&lang=rus
  4. Reuse of effluent water from municipal wastewater treatment plant in microalgae cultivation for biofuel production / S. Cho, T. T. Luong, D. Lee [et al.] // Bioresource Technology. – 2011. – Vol. 102. – P. 8639–8645. – doi: 10.1016/j.biortech.2011.03.037
  5. Choi, H.-J. Parametric study of brewery wastewater effluent treatment using Chlorella vulgaris microalgae / H.-J. Choi // Environmental Engineering Research. – 2016. – Vol. 21, iss. 4. – P. 401–408. – doi: 10.4491/eer.2016.024
  6. Shchemelinina, T. N. Kompleksnaya biotekhnologiya ochistki neftezagryaznyonnoj pochvy [Integrated biotechnology for oil-polluted soil cleanup] / Т. N. Shchemelinina, Е. М. Anchugova // Povolzhskij ekologicheskij zhurnal [Povolzhskiy Journal of Ecology]. – 2023. – N 2. – P. 246–256. – doi: 10.35885/1684-7318-2023-2-246-256
  7. Orlova, T. N. Himiya prirodnyh i promyshlennyh vod : uchebnoe posobie [Chemistry of natural and industrial waters : textbook] / Т. N. Orlova, D. A. Bazlov, V. Yu. Orlov. – Yaroslavl : Yaroslavsky State University, 2013. – 120 p.
  8. Gigienicheskie normativy i trebovaniya k obespecheniyu bezopasnosti i (ili) bezvrednosti dlya cheloveka faktorov sredy obitaniya : postanovlenie ot 28 yanvarya 2021 goda № 2 Ob utverzhdenii sanitarnyh pravil i norm SanPiN 1.2.3685-21 [Hygienic norms and requirements to ensure safety and (or) harmlessness to humans of habitat factors: [Resolution dated 28 January 2021 No. 2 On Approval of Sanitary Rules and Norms SanPiN 1.2.3685-21]. – 2021. – 636 p.
  9. Gogonin, A. V. Konsorcium mikrovodoroslej dlya ochistki stochnyh vod lesopromyshlennogo kompleksa [Microalgae consortium for the treatment of wastewater from the forestry sector]: abstract of diss … cand. sci. (Biology) / Gogonin A. V. – Obolensk, 2023. – 24 p.
  10. Gogonin, A. V. Ocenka ispol’zovaniya stochnoj vody v kachestve pitatel’noj sredy dlya nakopleniya biomassy mikrovodoroslej [Utilization of wastewaters as a nutrient medium for the accumulation of microalgal biomass] / A. V. Gogonin, Т. N. Shchemelinina, Е. М. Anchugova // Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya [Theoretical and Applied Ecology]. – 2022. – N 2. – P. 68–74. – doi: 10.25750/1995-4301-2022-2-109-115
  11. Rai, V. K. Role of amino acids in plant responses to stresses / V. K. Rai // Biologia Plantarum. – 2002. – Vol. 45, iss. 4. – P. 481–487. – doi: 10.1023/A:1022308229759
  12. Composting parameters and compost quality: a literature review / K. Azim, B. Soudi, S. Boukhari [et al.] // Organic Agriculture. – 2018. – Vol. 8. – P. 141–158. – doi: 10.1007/s13165-017-0180-z
  13. Davydov, D. A. Vodorosli i cianoprokarioty na uchastkah samozarastaniya zoloshlakootvalov TEC goroda Apatity (Murmanskaya oblast’) [Algae and cyanoprokaryotes on naturally overgrowing ash dumps of the Apatity thermal power station (Murmansk region)] / D. A. Davydov, V. V. Redkina // Trudy Karel’skogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk [Proceedings of the Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences]. – 2021. – P. 51–68. – doi: 10.17076/bg1270
  14. Safiullina, L. M. Tolerantnost’ pochvennyh vodoroslej Eustigmatos magnus (B.Petersen) Hibberd (Eustigmatophyta) i Hantzschia amphioxys (Ehrenberg) Grunow in Cleve et Grunow (Bacillariophyta) k vozdejstviyu tyazhelyh metallov [Tolerance of the soil algae Eustigmatos magnus (B.Petersen) Hibberd (Eustigmatophyta) and Hantzschia amphioxys (Ehrenberg) Grunow in Cleve et Grunow (Bacillariophyta) to heavy metal exposure / L. M. Safiullina, A. I. Fazlutdinova, G. R. Bakieva // Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State University]. – 2009. – P. 42–44.
  15. Tsarenko, P. M. Kratkij opredelitel’ hlorokokkovyh vodoroslej Ukrainskoj SSR : uchebnoe posobie [Brief identifier of chlorococcal algae of the Ukrainian SSR : textbook] / P. M. Tsarenko. – Kiev : Naukova Dumka, 1990. – 208 p.
  16. Topachevskiy, A. V. Presnovodnye vodorosli Ukrainskoj SSR : uchebnoe posobie [Freshwater algae of the Ukrainian SSR : textbook] / А. V. Topachevskiy, N. P. Masyuk // Kiev : Vishcha shkola, 1984. – 336 p.
  17. Metodika vypolneniya izmerenij pH v vodah potenciometricheskim metodom. PND F 14.1:2:3:4.121-97 (FR.1.31.2007.03794) [Methodology for performing measurements of pH in waters by potentiometric method. PND F 14.1:2:3:4.121-97 (FR.1.31.2007.03794)]. – Syktyvkar : Institute of biology of Komi science center of Ural Department of RAS, 2004.
  18. Metodika vypolneniya izmerenij pH v vodah potenciometricheskim metodom. PND F 14.1:2:3:4.121-97 (FR.1.31.2007.03794) [Procedure for measuring the mass concentration of ammonia and ammonium ions in drinking, natural and waste waters by photometric method with Nessler’s reagent. PND F 14.1:2:4.276-2013, (FR.1.31.2013.16660)] – Syktyvkar : Institute of biology of Komi science center of Ural Department of RAS. – 2013.
  19. Metodika vypolneniya izmerenij massovoj koncentracii elementov v probah pit’evoj, prirodnyh, stochnyh vod i atmosfernyh osadkov metodom atomno-emissionnoj spektrometrii s induktivno-svyazannoj plazmoj. PND F 14.1:2:4.135-98 [Methodology for measuring the mass concentration of elements in samples of drinking, natural, waste water and atmospheric precipitation by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. PND F 14.1:2:4.135-98]. – Syktyvkar : Institute of biology of Komi science center of Ural department of RAS, 2008.
  20. Metodika vypolneniya izmerenij massovoj koncentracii elementov v probah pit’evoj, prirodnyh, stochnyh vod i atmosfernyh osadkov metodom atomno-emissionnoj spektrometrii s induktivno-svyazannoj plazmoj. PND F 14.1:2:4.135-98 [Methodology for performing measurements of the amino acid content of plant proteins by liquid chromatography on ion-exchange resins, Measurement Procedure No. 88-17641-97-2010 (AH/1/31/2014/17660).]. – Syktyvkar : Institute of biology of Komi science center of Ural department of RAS, 2010.
  21. Gogonin, A. V. Sozdanie konsorciuma mikrovodoroslej s optimal’nym sostavom i titrom kletok [Creating a consortium of microalgae with optimal composition and cell titre] / A. V. Gogonin, I. V. Novakovskaya // Materialy dokladov III Vserossijskoj (XVIII) molodezhnoj nauchnoj konferencii «Molodezh’ i nauka na Severe» (s elementami nauchnoj shkoly). – [Proceedings of the III All-Russian (XVIII) Youth Scientific Conference «Youth and Science in the North» (with elements of the scientific school)]. – Syktyvkar, 2018. – P. 80–81.
  22. Markou, G. Microalgal and cyanobacterial cultivation: the supply of nutrients / G. Markou, D. Vandamme, K. Muylaert // Water Research. – 2014. – Vol. 65. – P. 186–202. – doi: 10.1016/j.watres.2014.07.025
  23. Andersen, R. A. The microalgal cell. In A. Richmond & Q. Hu (Eds.) / R. A. Andersen // Handbook of Microalgal Culture : Applied Phycology and Biotechnology. – 2013. – P. 3–20.
  24. Barsanti, L. Algae: anatomy, biochemistry, and biotechnology / L. Barsanti, P. Gualtieri // Boca Raton : CRC Press, 2006. – 301 p. – doi: 10.1002/9781118567166.ch1
  25. Priyadarshini, E. Heavy metal resistance in algae and its application for metal nanoparticle synthesis / E. Priyadarshini, S. S. Priyadarshini, N. Pradhan // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2019. – Vol. 103. – P. 3297–3316. – doi: 10.1007/s00253-019-09685-3
  26. Microalgae: a potential alternative to health supplementation for humans / A. K. Koyande, K. W. Chew, K. Rambabu [et al.] // Food Science and Human Wellness. – 2019. – Vol. 8. – P. 16–24. – doi: 10.1016/j.fshw.2019.03.001
  27. FAO/WHO. Report of a Joint FAO/WHO Expert Committee. In: Food and Agriculture Organization (ed) Energy and Protein Requirements. 1973.
  28. Amino acids, fatty acids, and peptides in microalgae biomass harvested from phycoremediation of swine wastewaters / W. Michelon, M. L. B. da Silva, A. Matthiensen [et al.] // Biomass Conversion and Biorefinery. – 2022. – Vol. 12. – P. 869–880. – doi: 10.1007/s13399-020-01263-2
  29. Chemical composition of cyanobacteria grown in diluted, aerated swine wastewater / R. O. Canizares-Villanueva, A. R. Dominguez, M. S. Cruz, E. Rios-Leal // Bioresource Technology. – 1995. – Vol. 51. – P. 111–116.
  30. Microalgae, soil and plants: A critical review of microalgae as renewable resources for agriculture / A. L. Alvarez, S. L. Weyers, H. M. Goemann [et al.] // Algal Research. – 2021. – Vol. 54. – 102200. – doi: 10.1016/j.algal.2021.102200
  31. Effect of elements availability on the decomposition and utilization of S-containing amino acids by microorganisms in soil and soil solutions / Q. Ma, R. Yao, X. Liu [et al.] // Plant and Soil. – 2024. – doi: 10.1007/s11104-024-06864-8
  32. Competition for two sulphur containing amino acids (cysteine and methionine) by soil microbes and maize roots in the rhizosphere / D. Wang, J. Wang, D. R. T. Ge Chadwick, D. L. Jones // Biology and Fertility of Soils. – 2023. – Vol. 59. – P. 697–704. – doi: 10.1007/s00374-023-01724-6
  33. Amino acids in the root exudates of Agave lechuguilla Torr. favor the recruitment and enzymatic activity of nutrient-improvement rhizobacteria / G. M. la Rosa, F. García-Oliva, C. Ovando-Vázquez [et al.] // Microbial Ecology. – 2023. – Vol. 86. – P. 1176–1188. – doi: 10.1007/s00248-022-02162-x
  34. Protein-restricted diet balanced for lysine, methionine, threonine, and tryptophan for nursery pigs elicits subsequent compensatory growth and has long term effects on protein metabolism and organ development / Y. Sun, T. Teng, G. Bai, Sh [et al.] // Animal Feed Science and Technology. – 2020. – Vol. 270. – 114712. – doi: 10.1016/j.anifeedsci.2020.114712
  35. Siegert, W. The relevance of glycine and serine in poultry nutrition: a review / W. Siegert, M. Rodehutscord // British Poultry Science. – 2019. – Vol. 60, N 5. – P. 579–588. – doi: 10.1080/00071668.2019.1622081
  36. He, W. Amino acid nutrition and metabolism in chickens / W. He, P. Li, G. Wu // Advances in Experimental Medicine and Biology. – 2021. – Vol. 1285. – P. 109–131. – doi: 10.1007/978-3-030-54462-1_7
  37. Yang, Z. Physiological effects of dietary amino acids on gut health and functions of swine / Z. Yang, S. F. Liao // Frontiers in Veterinary Science. – 2019. – Vol. 6. – P. 1–13. – doi: 10.3389/fvets.2019.00169

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».