Wachstum verschiedener Haematococcus pluvialis Stämme in unterschiedlichen Nährmedien und Entwicklung einer neuen Analyse zur Bestimmung des Astaxanthin-Gehaltes

Windisch, Jonas Michael

doi:10.21256/zhaw-24306

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Publication type:	Bachelor thesis
Title:	Wachstum verschiedener Haematococcus pluvialis Stämme in unterschiedlichen Nährmedien und Entwicklung einer neuen Analyse zur Bestimmung des Astaxanthin-Gehaltes
Authors:	Windisch, Jonas Michael
Advisors / Reviewers:	Refardt, Dominik Egloff, Sophia
DOI:	10.21256/zhaw-24306
Extent:	22
Issue Date:	2021
Publisher / Ed. Institution:	ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Publisher / Ed. Institution:	Winterthur
Language:	German
Subjects:	Haematococcus pluvialis; Astaxanthin; OHM; Bildanalyse; ImageJ Fiji
Subject (DDC):	579: Microbiology
Abstract:	Die weltweit verbreitete einzellige Grunalge Haematococcus pluvialis (Blutregenalge) bildet unter Stressbedingungen das Carotin Astaxanthin. Kommerziell wird Astaxanthin als Farbstoff in der Fischzucht, in der Kosmetikindustrie und als Nahrungserganzungsstoff verwendet. Fur eine moglichst effiziente Produktion ist es wichtig, optimale Wachstumsbedingungen zu schaffen und den besten Erntezeitpunkt mit dem grosstmoglichen Astaxanthin-Gehalt zu erkennen. Deswegen wurde in dieser Arbeit die Eignung vom Nahrmedium OHM (optimales Haematococcus Medium) fur die Kultivierung verschiedener H. pluvialis Stamme untersucht. Ausserdem wurde mittels einer Bildanalyse der Astaxanthin- Gehalt geschatzt und mit einer UV/VIS-Analyse verglichen werden. Dazu wurden vier H. pluvialis- Stamme (SAG 192.80, SAG 34-1B, CCAP 34/6, CCALA 793) wahrend 31 Tagen in den Nahrmedien OHM und in 3N-BBM+V kultiviert. Dabei konnte bestatigt werden, dass fur die Kultivierung von H. pluvialis das Nahrmedium OHM besser geeignet ist (dreimal besseres Wachstum) als 3N-BBM+V. Ausserdem zeigte sich, dass die Wahl des Stammes keinen Einfluss auf die maximale Zellzahl, die Wachstumsrate und die Verdoppelungszeit hat. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass sich der pH im OHM konstanter als im 3N-BBM+V verhalt. Bei den replizierten Kulturen des Stammes CCALA 793, die im OHM-Medium kultiviert wurden, wurde die Stressphase mittels nahrstoffarmen Mediums (ADaM) eingeleitet. Die Grossenverteilung der Zellen in der Kultur veranderte sich im Verlauf der Stressphase. Es kam zu einer Verschiebung der Zell-Durchmesser von kleinen Zellen zu grossen Zellen. Mit dem Programm Fiji konnte der Astaxanthin-Gehalt in Flachenprozent geschatzt werden. Anhand des Vergleichs mit der UV/VIS-Standardkurve konnte der genaue Astaxanthin-Gehalt in mg/g ermittelt werden. Der Rot-Anteil in Flachenprozent war ein guter Vorhersager fur den Astaxanthin-Gehalt von H. pluvialis-Zellen. Der lineare Zusammenhang konnte mit der folgenden Gleichung beschrieben werden: Astaxanthin-Gehalt [mg/g] = 5.9854 + 19.2006 × Rot-Anteil [Flachen-%]. The worldwide common single-celled green alga Haematococcus pluvialis produces the carotene astaxanthin under stressful conditions. Commercially, astaxanthin is used as a dye in fish farming, in the cosmetics industry and as a dietary supplement. For an efficient production, it is important to achieve optimal growth conditions and to record the best harvest time with the highest possible astaxanthin content. Therefore, the suitability of the nutrient medium OHM (optimal Haematococcus medium) for the cultivation of various H. pluvialis strains was investigated. In addition, the astaxanthin content was to be estimated by an image analysis and compared with an HPLC analysis. For this purpose, four H. pluvialis strains (SAG 192.80, SAG 34-1B, CCAP 34/6, CCALA 793) were cultivated for 31 days in the nutrient mediums OHM and in 3N-BBM+V. In summary, the culture medium OHM was more suitable (three times better growth) for the cultivation of H. pluvialis than 3N-BBM+V. It is also shown that the choice of the strain had no significant influence on the maximum cell count, the growth rate and the doubling time. Furthermore, the pH behaved more consistently in the OHM than in the 3N-BBM+V. In the replicated cultures of the CCALA 793 strain, which are cultivated in the OHM medium, the stress phase was initiated by a nutrient-poor medium (ADaM). The size distribution of cells in the culture changed during the stress phase. There was a shift of the cell diameters from small cells to large cells. With the open source image processing program Fiji, the astaxanthin content could be estimated as a percentage by area. Based on the comparison with the UV/VIS standard curve, the exact astaxanthin content in mg/g could be determined. The red content given as area percent was a good predictor for the astaxanthin content of H. pluvialis cells. The linear relationship could be described with the following equation: astaxanthin content [mg/g] = 5.9854 + 19.2006 × red content [area-%].
URI:	https://digitalcollection.zhaw.ch/handle/11475/24306
License (according to publishing contract):	CC BY 4.0: Attribution 4.0 International
Departement:	Life Sciences and Facility Management
Appears in collections:	Bachelorarbeiten Umweltingenieurwesen

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Windisch, J. M. (2021). Wachstum verschiedener Haematococcus pluvialis Stämme in unterschiedlichen Nährmedien und Entwicklung einer neuen Analyse zur Bestimmung des Astaxanthin-Gehaltes [Bachelor’s thesis, ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften]. https://doi.org/10.21256/zhaw-24306

Windisch, J.M. (2021) Wachstum verschiedener Haematococcus pluvialis Stämme in unterschiedlichen Nährmedien und Entwicklung einer neuen Analyse zur Bestimmung des Astaxanthin-Gehaltes. Bachelor’s thesis. ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. Available at: https://doi.org/10.21256/zhaw-24306.

J. M. Windisch, “Wachstum verschiedener Haematococcus pluvialis Stämme in unterschiedlichen Nährmedien und Entwicklung einer neuen Analyse zur Bestimmung des Astaxanthin-Gehaltes,” Bachelor’s thesis, ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Winterthur, 2021. doi: 10.21256/zhaw-24306.

WINDISCH, Jonas Michael, 2021. Wachstum verschiedener Haematococcus pluvialis Stämme in unterschiedlichen Nährmedien und Entwicklung einer neuen Analyse zur Bestimmung des Astaxanthin-Gehaltes. Bachelor’s thesis. Winterthur: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften

Windisch, Jonas Michael. 2021. “Wachstum verschiedener Haematococcus pluvialis Stämme in unterschiedlichen Nährmedien und Entwicklung einer neuen Analyse zur Bestimmung des Astaxanthin-Gehaltes.” Bachelor’s thesis, Winterthur: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. https://doi.org/10.21256/zhaw-24306.

Windisch, Jonas Michael. Wachstum verschiedener Haematococcus pluvialis Stämme in unterschiedlichen Nährmedien und Entwicklung einer neuen Analyse zur Bestimmung des Astaxanthin-Gehaltes. ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, 2021, https://doi.org/10.21256/zhaw-24306.