Charakterystyka, klasyfikacja i zastosowania mikroalg



The mikroalgi są to eukariotyczne, fotoautotroficzne organizmy, to znaczy pozyskują energię ze światła i syntetyzują własne pożywienie. Zawierają chlorofil i inne dodatkowe pigmenty, które zapewniają im dużą skuteczność fotosyntezy.

Są jednokomórkowe, kolonialne, gdy są ustanowione jako agregaty i nitkowate (pojedyncze lub kolonialne). Są częścią fitoplanktonu wraz z sinicami (prokariotami). Fitoplankton to zestaw fotosyntetycznych mikroorganizmów wodnych, które pasywnie pływają lub mają ograniczoną mobilność.

Mikroalgi występują w ekwadorze lądowym w regionach polarnych i są uznawane za źródło biomolekuł i metabolitów o dużym znaczeniu gospodarczym. Są bezpośrednim źródłem pożywienia, leków, pasz, nawozów i paliwa, a nawet są wskaźnikami zanieczyszczenia.

Indeks

  • 1 Charakterystyka
    • 1.1 Producenci wykorzystujący światło słoneczne jako źródło energii
    • 1.2 Siedliska
  • 2 Klasyfikacja
    • 2.1 Charakter chlorofilów
    • 2.2 Polimery węglowe jako rezerwa energetyczna
    • 2.3 Struktura ściany komórkowej
    • 2.4 Rodzaj mobilności
  • 3 Zastosowania biotechnologiczne
    • 3.1 Żywność dla ludzi i zwierząt
    • 3.2 Zalety stosowania jako żywność
    • 3.3 Akwakultura
    • 3.4 Pigmenty w przemyśle spożywczym
    • 3.5 Medycyna ludzka i weterynaryjna
    • 3.6 Nawozy
    • 3.7 Kosmetyki
    • 3.8 Oczyszczanie ścieków
    • 3.9 Wskaźniki zanieczyszczenia
    • 3.10 Biogaz
    • 3.11 Biopaliwa
  • 4 odniesienia

Funkcje

Producenci wykorzystujący światło słoneczne jako źródło energii

Większość mikroglonów ma zielone zabarwienie, ponieważ zawierają chlorofil (tetrapirolowy barwnik roślinny), fotoreceptor energii świetlnej, który umożliwia przeprowadzenie fotosyntezy.

Jednak niektóre mikroalgi mają czerwone lub brązowe zabarwienie, ponieważ zawierają ksantofile (żółte pigmenty karotenoidowe), które maskują zielony kolor.

Siedliska

Zamieszkują różne środowiska wodne słodkie i słone, naturalne i sztuczne (takie jak baseny i zbiorniki rybne). Niektóre są w stanie rosnąć w glebie, w kwaśnych siedliskach oraz w porowatych skałach (endolitycznych), w bardzo suchych i bardzo zimnych miejscach.

Klasyfikacja

Mikroalgi reprezentują wysoce niejednorodną grupę, ponieważ są polifiletyczne, to znaczy grupują gatunki różnych przodków..

Aby sklasyfikować te mikroorganizmy, wykorzystano kilka cech, wśród nich: charakter ich chlorofilów i ich substancji rezerwy energii, strukturę ściany komórkowej i rodzaj mobilności, którą przedstawiają.

Charakter jego chlorofilów

Większość glonów ma chlorofil typu a, a kilka z nich ma inny typ chlorofilu.

Wielu jest obligatoryjnych fototrofów i nie rośnie w ciemności. Jednak niektóre rosną w ciemności i katabolizują cukry proste i kwasy organiczne przy braku światła.

Na przykład niektóre wiciowce i chlorofity mogą wykorzystywać octan jako źródło węgla i energii. Inni asymilują proste związki w obecności światła (fotoheterotrofia), nie używając ich jako źródła energii.

Polimery węglowe jako rezerwa energetyczna

Jako produkt procesu fotosyntezy mikroalgi wytwarzają wiele różnych polimerów węglowych, które służą jako rezerwa energii.

Na przykład mikroalgi z działu Chlorophyta generują rezerwową skrobię (α-1,4-D-glukozę), bardzo podobną do skrobi roślin wyższych.

Struktura ściany komórkowej

Ściany mikroglonów charakteryzują się dużą różnorodnością struktur i składu chemicznego. Ściana może być utworzona z włókien celulozowych, zwykle z dodatkiem ksylanu, pektyny, mannanów, kwasów alginowych lub kwasu fuksynowego.

W niektórych wodorostach zwanych wapiennymi lub koralowymi ściana komórkowa przedstawia osadzanie się węglanu wapnia, podczas gdy inne przedstawiają chitynę.

Okrzemki mają natomiast krzem w ścianie komórkowej, do której dodaje się polisacharydy i białka, tworząc skorupy o symetrii obustronnej lub promieniowej (frustule). Muszle te pozostają nienaruszone przez długi czas, tworząc skamieniałości.

Mikroglonów euglenoidowych, w przeciwieństwie do poprzednich, brakuje ściany komórkowej.

Rodzaj mobilności

Mikroalgi mogą przedstawiać wici (jak Euglena i wiciowce), ale nigdy nie przedstawiają rzęsek. Z drugiej strony, niektóre mikroalgi wykazują nieruchomość w fazie wegetatywnej, jednak ich gamety mogą być ruchome.

Zastosowania biotechnologiczne

Żywność dla ludzi i zwierząt

W latach 50. niemieccy naukowcy zaczęli masowo uprawiać mikroglony, aby uzyskać lipidy i białka, które zastąpiłyby konwencjonalne białka zwierzęce i roślinne, w celu pokrycia spożycia zwierząt i ludzi..

Niedawno przewiduje się, że ogromna uprawa mikroalg jest jedną z możliwości zwalczania głodu i globalnego niedożywienia.

Mikroalgi mają niezwykłe stężenia składników odżywczych, które są wyższe niż obserwowane u jakichkolwiek gatunków roślin wyższych. Codzienny gram mikroalg jest alternatywą dla uzupełnienia ubogiej diety.

Zalety jego stosowania jako żywności

Wśród zalet stosowania mikroalg jako pożywienia mamy następujące cechy:

  • Wysoka szybkość wzrostu mikroalg (mają 20 razy większą wydajność niż soja na jednostkę powierzchni).
  • Generuje mierzone korzyści w „profilu hematologicznym” i „statusie intelektualnym” konsumenta poprzez spożywanie małych dawek dziennych jako suplementu diety.
  • Wysoka zawartość białka w porównaniu do innych naturalnych produktów spożywczych.
  • Wysokie stężenie witamin i minerałów: spożycie od 1 do 3 gramów mikroalgalowych produktów ubocznych, zapewnia znaczne ilości beta-karotenu (prowitaminy A), kompleksu witamin E i B, żelaza i pierwiastków śladowych.
  • Wysoko energetyzujące źródło składników odżywczych (w porównaniu z żeń-szeniem i pyłkiem zebranym przez pszczoły).
  • Są zalecane do treningu o wysokiej intensywności.
  • Ze względu na koncentrację, niską wagę i łatwość transportu, suchy ekstrakt z mikroalg jest odpowiedni jako nie psująca się żywność do przechowywania w oczekiwaniu na sytuacje awaryjne.

Akwakultura

Mikroalgi są używane jako pokarm w akwakulturze ze względu na ich wysoką zawartość białka (40 do 65% suchej masy) i zdolność do zwiększenia barwy łososiowatych i skorupiaków wraz z ich pigmentami.

Na przykład jest używany jako pokarm dla małży na wszystkich etapach wzrostu; dla stadiów larwalnych niektórych gatunków skorupiaków i dla wczesnych stadiów niektórych gatunków ryb.

Pigmenty w przemyśle spożywczym

Niektóre pigmenty mikroglonów są stosowane jako dodatki do pasz w celu zwiększenia pigmentacji mięsa kurcząt i żółtek jaj, a także w celu zwiększenia płodności zwierząt gospodarskich.

Pigmenty te są również stosowane jako barwniki w produktach takich jak margaryny, majonezy, soki pomarańczowe, lody, sery i produkty piekarnicze..

Medycyna ludzka i weterynaryjna

W dziedzinie medycyny ludzkiej i weterynaryjnej uznaje się potencjał mikroalg, ponieważ:

  • Zmniejsz ryzyko różnych rodzajów nowotworów, chorób serca i chorób oczu (dzięki zawartości luteiny).
  • Pomagają zapobiegać i leczyć chorobę wieńcową, agregację płytek krwi, nieprawidłowe poziomy cholesterolu i są bardzo obiecujące w leczeniu niektórych chorób psychicznych (ze względu na ich zawartość kwasów omega-3).
  • Prezentują działanie antymutagenne, stymulując układ odpornościowy, zmniejszając nadciśnienie i detoksykację.
  • Prezentują działanie bakteriobójcze i przeciwzakrzepowe.
  • Zwiększ biodostępność żelaza.
  • Wytworzono leki oparte na terapeutycznych mikroalgach i profilaktyce wrzodziejącego zapalenia jelita grubego, zapalenia żołądka i niedokrwistości..

Nawozy

Mikroalgi są stosowane jako nawozy biologiczne i środki ulepszające glebę. Te fotoautotroficzne mikroorganizmy szybko pokrywają usunięte lub spalone gleby, zmniejszając niebezpieczeństwo erozji.

Niektóre gatunki sprzyjają utrwalaniu azotu i umożliwiły na przykład uprawę ryżu na terenach zalanych przez wieki, bez dodatku nawozów. Inne gatunki są używane do zastępowania wapna w nawozach wieloskładnikowych.

Kosmetyki

Pochodne mikroalg stosowane są w preparatach wzbogaconych past do zębów, które eliminują bakterię powodującą próchnicę.

Opracowano także kremy zawierające takie pochodne ze względu na ich właściwości przeciwutleniające i ochronne promieni ultrafioletowych.

Oczyszczanie ścieków

Mikroalgi są stosowane w procesach przemiany materii organicznej ze ścieków, wytwarzania biomasy i uzdatnionej wody do nawadniania. W tym procesie mikroalgi dostarczają niezbędnego tlenu do bakterii tlenowych, rozkładając zanieczyszczenia organiczne.

Wskaźniki zanieczyszczenia

Biorąc pod uwagę ekologiczne znaczenie mikroglonów jako głównych producentów środowiska wodnego, są one wskaźnikami zanieczyszczenia środowiska.

Ponadto mają dużą tolerancję na metale ciężkie, takie jak miedź, kadm i ołów, a także chlorowane węglowodory, które mogą być wskaźnikami obecności tych metali.

Biogaz

Niektóre gatunki (na przykład, Chlorella i Spirulina), zostały użyte do oczyszczania biogazu, ponieważ zużywają dwutlenek węgla jako źródło węgla nieorganicznego, oprócz jednoczesnego kontrolowania pH medium.

Biopaliwa

Mikroalgi biosyntetyzują wiele interesujących pod względem komercyjnym produktów bioenergetycznych, takich jak tłuszcze, oleje, cukry i funkcjonalne związki bioaktywne.

Wiele gatunków jest bogatych w lipidy i węglowodory nadające się do bezpośredniego stosowania jako wysokoenergetyczne biopaliwa ciekłe, na poziomach wyższych niż te występujące w roślinach lądowych, a także ma potencjał jako substytuty produktów rafineryjnych paliw kopalnych. Nie jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę, że większość oleju pochodzi z mikroalg.

Rodzaj, Botryococcus braunii, w szczególności był szeroko badany. Przewiduje się, że wydajność oleju z mikroalg będzie do 100 razy wyższa niż w przypadku upraw lądowych, z 7500-24000 litrów oleju na hektar rocznie, w porównaniu z rzepakiem i palmą, odpowiednio do 738 i 3690 litrów..

Referencje

  1. Borowitzka, M. (1998). Komercyjna produkcja mikroglonów: stawy, zbiorniki, bulwy i fermentory. J. of Biotech, 70, 313-321.
  2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, jadalny mikroorganizm. Microbiol. Rev., 47, 551-578.
  3. Ciferri, O., i Tiboni, O. (1985). Biochemia i potencjał przemysłowy Spiruliny. Ann. Ks. Microbiol., 39, 503-526.
  4. Count, J. L., Moro, L. E., Travieso, L., Sanchez, E. P., Leiva, A., i Dupeirón, R., et al. (1993). Proces oczyszczania biogazu z wykorzystaniem intensywnych kultur mikroalg. Biotech Listy, 15 (3), 317-320.
  5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, J. M., Flores-Cotera, L. B. i Cañizares, R. O. (2003). Postępy w projektowaniu koncepcyjnym fotobioreaktorów do uprawy mikroalg. Interciencia, 28 (8), 450-456.
  6. Duerr, E. O., Molnar, A. i Sato, V. (1998). Hodowane mikroalgi jako pasza dla akwakultury. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
  7. Lee, Y.-K. (2001). Systemy i metody hodowli masowej mikroalg: ich ograniczenia i potencjał. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
  8. Martínez Palacios, C. A., Chavez Sanchez, M. C., Olvera Novoa, M. A., i Abdo de la Parra, M. I. (1996). Alternatywne źródła białek roślinnych jako substytut mączki rybnej do pasz dla akwakultury. Referat przedstawiony w Proceedings of the Third International Symposium on Aquaculture Nutrition, Monterrey, Nuevo León, Mexico.
  9. Olaizola, M. (2003). Komercyjny rozwój biotechnologii mikroalg: od probówki po rynek. Inżynieria biomolekularna, 20, 459-466.