Oroszország - Az Immanuel Kant Balti Szövetségi Egyetem és a Kemerovo Állami Egyetem tudósai közzétették a Biomolecules tudományos áttekintését, amely elemzi a biológiailag értékes anyagok elkülönítését a mikroalgáktól és értékeli azok biológiai aktivitását.
A mikroalgák termesztése iránti érdeklődés a kutatók körében megnövekedett, mivel különféle biológiailag aktív anyagokat képes szintetizálni, a biomassza gyors növekedése és kémiai összetételének a termesztési körülményektől függő módosítása miatt.
Jelenleg két fő terület különböztethető meg a mikroalgák felhasználásánál: a biomassza előállítása biológiailag aktív adalékanyagként, és a mikroalgák termesztése a biológiailag aktív anyagok későbbi izolálásához a biomasszából.
Biológiailag aktív anyagok
A mikroalgák gazdag tápanyagokban és biológiailag aktív anyagokban, például fehérjékben, poliszacharidokban, lipidekben, többszörösen telítetlen zsírsavakban, vitaminokban, pigmentekben, fikobiliproteinekben, enzimekben stb. A mikroalgák biológiailag aktív anyagai képesek antioxidáns, antibakteriális, vírusellenes, daganatellenes, regeneráló, magas vérnyomáscsökkentő, neuroprotektív és immunstimuláló hatásokat kifejteni.
Ezekre az anyagokra nagy szükség van a farmakológiában, az orvostudományban, a kozmetikában, a vegyiparban, a haltenyésztésben, az energiaiparban, a mezőgazdaságban, valamint a funkcionális élelmiszerek és takarmányok előállításában.
A biomassza-termelést befolyásoló tényezők
A biomassza felhalmozódásának szintje és a biológiailag aktív anyagok termelékenysége fontos mutató a mikroalgák egyik faja és törzse hatékonyságának szempontjából. Ezeket a paramétereket számos körülmény befolyásolja, beleértve a táptalaj összetételét, hőmérsékletet, pH-t, növekedési fázist, betakarítási módszert és megvilágítást.
A kutatók jelentése szerint az ajánlott tenyésztési hőmérséklet a különféle típusú mikroalgák maximális biomassza-termeléséhez 27 és 30 oC között van. A tenyésztési hőmérséklet 35 oC-ra emelkedésével a biomassza-termelés hirtelen csökken.
"A tenyészet 14. napján a biomassza jelentős felhalmozódása volt megfigyelhető az összes vizsgált mikroalgában" - emelik ki.
Az autotróf növekedési fázis során a mikroalgák oxigént termelnek és rögzítik a szén-dioxidot. A fix szén egy részét a sejtek és a növekedés fenntartására használják fel, míg a másik részét különféle módon tárolják, a különböző típusú mikroalgáktól függően.
A mikrolga esetében 1,8–2,0 kg CO2 szükséges 1,0 kg biomassza előállításához. Ennek a sztöchiometrikus összefüggésnek köszönhető, hogy a levegőben jelen lévő CO2 mennyisége (0,03%) nem elegendő a növény magas termőképességéhez. Így a fotoszintézis hatékonyságának növelése érdekében a mikroalgakultúrát tartalmazó táptalajt szénnel kell kiegészíteni, akár sók formájában, például bikarbonát formájában, akár CO2-dúsított levegő bevezetésével.
A kutatók olyan kutatásokat idéznek, amelyek azt mutatják, hogy amikor a fotobioreaktorba levegőt (600 ml/perc) juttattak, a mikroalgák optimális növekedést mutattak, akár 20% -os CO2-tartalommal a szállított levegőben.
„Ez lehetővé teszi az ipari égetésből származó CO2 átlagosan 5,0% -os CO2-termelését a mikroalgák termesztésében. Ez a megközelítés ötvözi a mikroalgák gazdaságos szénforrását és csökkenti a CO2-kibocsátást.
A kutatók hangsúlyozzák, hogy a mikroalgakultúrák CO2-ellátása növelheti a biomassza termelékenységét; ugyanakkor a vizes fázisban a CO2 rendelkezésre állásának növekedése miatti pH csökkenés megakadályozhatja bizonyos típusú mikroalgák növekedését.
Mikroalga-tenyésztési módszerek
A mikroalgák termesztésének feltételei három fő módszerre bonthatók: fotoautotróf, heterotróf és mixotróf.
A fotoautotróf az általánosan alkalmazott tenyésztési módszer. A mikroalgák a fényt (általában napenergiát) használják energiaforrásként és a szervetlen szént (például szén-dioxidot) energiaforrásként.
Heterotróf tenyészettel a mikroalgák szerves szenet is használhatnak fény hiányában. A sötétben való növekedés képességük miatt a heterotróf tenyésztés során növekedő mikroalgák a felület és a térfogat arányában sokkal kevésbé igényesek, mint az autotróf tenyészetben.
A mixotróf tenyésztés egy általánosított kétlépcsős mód, amelyben a mikroalgák kezdeti szerves széntartalma magas, de asztrofikus CO2 asszimilációra indukálják őket a szerves anyagok kimerülése és a fotoszintézis révén történő oxigéntermelés miatt.
A fotoszintézis termelékenységében és a gazdasági hatékonyságban meghatározó szerepet játszik a mikroalga-tenyésztési rendszer kialakítása és működtetése. A tervezés során figyelembe kell venni a fény rövid útját, a folyadék optimális térfogatát a fény megfelelő keveréséhez és diszpergálásához.
A mikroalgák előállítására nagyüzemi tenyésztési rendszereket fejlesztettek ki. Általában fotoautotróf körülmények között működnek, és két fő csoportra oszthatók: nyitott vagy zárt rendszerek. A mikroalgák biomassza-termelésének 90% -a világszerte nyílt gazdálkodási rendszereken keresztül valósul meg.
A nyitott rendszerek jellemzően sekély, 2–10 m széles és 15–30 cm mély csatornákból álló tavakat használnak egyszerű áramkörök formájában, ahol a keverést forgó járókerekek biztosítják. Ezek a reaktorok könnyen bővíthetők, és a beruházási és üzemeltetési költségek viszonylag alacsonyak.
A nyílt termesztési rendszerek fő hátránya a folyamatszabályozás összetettsége, valamint a folyamatos növekvő folyamatok megszervezésének képtelensége. Magas érzékenység a más mikroalgák és mikroorganizmusok általi szennyeződésekre, az időjárási viszonyoktól való függőség és a napi hőmérséklet-ingadozások alkalmatlanná teszik a nyílt rendszert nagyüzemi termesztésre.
Zárt fotobioreaktorokat terveztek a nyitott rendszerek hátrányainak leküzdésére. Ezek a rendszerek lehetővé teszik a folyamatos működést, és magasabb biomassza termelékenységet és minőséget, valamint magasabb fotoszintetikus hatékonyságot kínálnak. A párolgás a zárt rendszer használatával minimálisra csökken. Ezeket a rendszereket azonban bonyolult felépítésük miatt nehéz méretezni, és a fény behatolásának csökkenése a sejtszint koncentrációjának növekedésével és a fotorezpiráció során keletkező oxigén eltávolítása komoly problémát jelent.
A mikroalgák anyagainak biológiai aktivitása
Daganatellenes aktivitás
Az elmúlt években kutatások kimutatták, hogy a mikroalgák alginátjai, fukoidánjai, zoszterin, egyedi szulfatált poliszacharidok, enzimek és peptidek tumorellenes aktivitással rendelkeznek.
A kutatók a kanadai vizekből származó mikroalgák vizes kivonatának daganatellenes aktivitását értékelték a különféle rákos sejtvonalakkal szemben, beleértve a tüdő, a prosztata, a gyomor, az emlő, a hasnyálmirigy és az oszteoszarkóma rákját. A szerzők elemezték a mikroalgakivonat azon képességét, hogy gátolja a kolóniák képződését a rákos sejtekben. Az in vitro mikroalgakivonat kifejezett kolóniaellenes aktivitást mutatott.
Antimikrobiális aktivitás
A mikroalgák számos antimikrobiális, vírusellenes és gombaellenes tulajdonságú metabolit szintetizálására képesek. Ismert, hogy sok mikrolga képes kémiai védelmi rendszert szintetizálni annak érdekében, hogy túlélje a versenykörnyezetet. A mikroalgákból izolált lutein és ferulinsav, többszörösen telítetlen szerves és zsírsavak, aktív metabolitok és más egyedülálló biológiailag aktív anyagok antimikrobiális hatást mutatnak.
Antioxidáns aktivitás
Az antioxidáns egy biológiai molekula, amely gyökök hatására megvédi a testet vagy a létfontosságú vegyületeket az oxidációs folyamattól. Számos természetes antioxidánst gyakran tartalmaznak a különféle kozmetikumok, mint hatóanyagok, és védik összetevőiket az oxidációs folyamatoktól. A mikroalgákból izolált egyedi karotinoidok, dimetilszulfoxid, nitrogénvegyületek és fenolok antioxidáns aktivitással rendelkeznek.
Következtetések
A kutatók szerint a mikroalgák sokfélesége, a nagy metabolikus rugalmasság és a változatos tenyésztési körülmények miatt valódi potenciáljukat még nem értékelték teljes mértékben. A mikroalgákkal foglalkozó kutatóknak a következő feladatokkal kell szembenézniük:
a) a fotobioreaktorok fejlesztése;
b) a törzsek termelékenységének javítása (szelekciós módszerek és géntechnológia);
c) új tulajdonságokkal rendelkező törzsek keresése;
d) a tenyésztési körülmények hatásának vizsgálata a sejtekben található biológiailag aktív anyagok tartalmára;
e) a termesztési folyamatok optimalizálása (alacsonyabb költségek és magasabb termékhozam);
f) a termelés környezetbarátabbá tétele (zárt termelési ciklusok bevezetése, a hulladék csökkentése, a hasznos komponensek teljesebb felhasználása);
g) a termelés növelésének környezeti, gazdasági és orvosi kockázatainak értékelése.
A cikk ezen része csak előfizetőink számára áll rendelkezésre. Kérem kattints ide feliratkozni egy tervre, és elérheti a teljes cikket.