Production of DHA-rich oil by Aurantiochytrium limacinum on lignocellulosic sugars and crude glycerol

Abstract

The Omega-3 Polyunsaturated fatty acids (PUFAs) Docosahexaenoic (DHA, 22:6n-3) and Eicosapentaenoic (EPA, 20:5n-3) acid are essential nutrients for both fish and humans. These PUFAs cannot be synthesized in sufficient amounts by the beings themselves and must therefore be supplemented through the diet. The main sources of these PUFAs are fish oil and fishmeal, and aquaculture fish is both the biggest user and provider of fish oil for human consumption. However due to a stagnant supply from capture fisheries, a growing population and need for aquaculture volume the content of DHA and EPA have decreased drastically in fish feed. It is therefore required novel sources of these PUFAs. Production of microbial oils by fermentation of the oleaginous marine protists Thratochcytrids is a promising solution to this issue.

The Thratochcytrids strain Aurantiochytrium limacinum (A. limacinum) has shown to yield high titres lipids, and especially DHA. In addition, A. limacinum is able to grow on a variety of different substrates, in this study it was discovered that a medium consisting of the industrial by-products: spruce sugars (carbon source), and corn steep liquor (nitrogen source) generated decent biomass and lipid titres. There were conducted both batch fermentations (in shake flasks) and fed-batch fermentations (in bioreactors) of A. limacinum grown in this medium, where the shake flask cultivations lasted for 144 hours and generated an average biomass concentration of 26.5 g/L, where 51.4% of the biomass was lipids, and 36.1 % of the lipids where DHA. When the spruce sugar medium was used in bioreactors, it was generated a biomass concentration of 33.1 g/L, and a lipid content of 47.8%, with a DHA fraction of 33.1%. This result was achieved after 120 hours. It was concluded that this medium is promising for industrial fermentation of A.limacinum, and production of DHA, which in turn can be used in fish feed.

Omega-3 fettsyrene Dokosaheksaensyre (DHA, 22:6n-3) og Eikosapentaensyre (EPA, 20:5n-3) er essensielle næringsstoffer for både fisk og mennesker. Disse produseres i små mengder i kroppen til mennesker og enkelte fiskearter, men ikke nok til selvforsyning. Disse fettsyrene må derfor tilføres via kosten. Hovedkilden til disse fettsyrene er fiskeolje og fiskekjøtt, der akvakultur er både den største forbrukeren og produsenten. Paradoksalt nok er det et økende problem at innholdet av DHA og EPA i akvakulturfisk har sunket drastisk på grunn av en stillestående tilførsel av fiskeolje fra fangstfiskerier, i tillegg til økende etterspørsel etter akvakultur fisk. Det kreves derfor nye kilder til EPA og DHA. Produksjon av mikrobielle oljer via fermentering av marine protister kalt Thratochcytrids er en lovende løsning på dette problemet. Thratochcytrids stammen Aurantiochytrium limacinum (A. limacinum) har vist seg å være en effektiv produsent av lipider, og da spesielt DHA. Denne protiststammen kan i tillegg vokse i medier med et bredt utvalg substrater. I denne oppgaven ble det funnet ut at vekstmedie med lignocellulose hydrolysat av gran som karbonkilde, og «corn steep liquor» som nitrogenkilde genererte lovende biomasse og lipid konsentrasjoner. Det ble utført både batch fermenteringer (i ristekolber) og fed-batch fermenteringer (i bioreaktorer) av A.limacinum, med dette mediet. Det ga en gjennomsnittlig biomassekonsentrasjon på 26,5 g/L, hvor 51,4 % av biomassen var lipider, og 36,1 % av lipidene var DHA risteflaskeforsøkene (144 timer fermentering), og tilsvarende konsentrasjoner på 33,1 g/L biomasse, 47,8 % lipider, med en DHA-fraksjon på 33,1 %. I bioreaktor (120 timer kultivering). Det ble konkludert med at dette mediet er lovende for industriell fermentering av A.limacinum, og produksjon av DHA, som igjen kan brukes i fiskefôr.