MIKROALGE: KARAKTERISTIKE, KLASIFIKACIJA I PRIMJENA - BIOLOGIJA - 2025

U mikroalgi su eukariotskih organizama, photoautotrophs, odnosno dobivanje energije iz svjetlosti i sintetizirati vlastite hrane. Sadrže klorofil i druge dodatne pigmente koji im daju izvrsnu fotosintetsku učinkovitost.

Oni su jednoćelijski, kolonijalni - kada se uspostavljaju kao agregati - i nitasti (solitarni ili kolonijalni). Dio su fitoplanktona, zajedno s cijanobakterijama (prokarioti). Fitoplankton je skup fotosintetskih, vodenih mikroorganizama koji pasiraju pasivno ili imaju smanjenu pokretljivost.

Slika 1. Volvox (sferični) Izvor: Frank Fox, putem Wikimedia Commonsa

Mikroalge se nalaze od zemaljskog Ekvadora do polarnih područja i prepoznate su kao izvor biomolekula i metabolita od velikog gospodarskog značaja. Oni su izravan izvor hrane, lijekova, stočne hrane, gnojiva i goriva, pa čak su i pokazatelji onečišćenja.

karakteristike

Proizvođači koji koriste sunčevu svjetlost kao izvor energije

Većina mikroalgi je zelene boje jer sadrže klorofil (tetrakrolični biljni pigment), fotoreceptor svjetlosne energije koji omogućava provođenje fotosinteze.

Međutim, neke mikroalge imaju crvenu ili smeđu boju, jer sadrže ksantofile (žute karotenoidne pigmente), koji maskiraju zelenu boju.

staništa

Naseljavaju razna slatka i slana, prirodna i umjetna vodena okruženja (poput bazena i spremnika za ribu). Neki su sposobni da rastu u tlu, u kiselim staništima i unutar poroznih (endolitičkih) stijena, na vrlo suhim i vrlo hladnim mjestima.

Klasifikacija

Mikroalge predstavljaju izrazito heterogenu skupinu, jer su polifiletne, to jest, u skupine vrsta potomaka različitih predaka.

Za razvrstavanje tih mikroorganizama korištene su različite karakteristike, među kojima su: priroda njihovih klorofila i supstanci energetskih rezervi, struktura stanične stijenke i vrsta pokretljivosti koju predstavljaju.

Priroda njegovih klorofila

Većina algi ima klorofil tipa A, a nekoliko drugih vrsta klorofila.

Mnogi su obligativni fototrofi i ne rastu u mraku. Međutim, neki rastu u mraku i kataboliziraju jednostavne šećere i organske kiseline u nedostatku svjetla.

Na primjer, neki flagellati i klorofiti mogu koristiti acetat kao izvor ugljika i energije. Drugi asimiliraju jednostavne spojeve u prisutnosti svjetlosti (fotoheterotrofija), ne upotrebljavajući ih kao izvor energije.

Ugljični polimeri kao energetska rezerva

Kao proizvod fotosintetskog procesa, mikroalge proizvode široku paletu ugljičnih polimera koji služe kao energetska rezerva.

Na primjer, mikroalge odjeljenja Chlorophyta stvaraju rezervni škrob (α-1,4-D-glukoza), vrlo sličan škrobu viših biljaka.

Struktura stanične stijenke

Zidovi mikroalgi imaju znatnu raznolikost struktura i kemijskog sastava. Zid se može sastojati od celuloznih vlakana, obično uz dodatak ksilana, pektina, mannana, alginskih kiselina ili fucininske kiseline.

U nekim vapnenastim ili koralnim algama stanična stijenka pokazuje taloženje kalcijevog karbonata, dok u drugima ima hitin.

Dijatomi, s druge strane, imaju silikon u staničnoj stijenki, kojoj se dodaju polisaharidi i proteini, tvoreći ljuske obostrane ili radijalne simetrije (frustule). Ove školjke ostaju netaknute dugo, tvoreći fosile.

Euglenoidnim mikroalgama za razliku od prethodnih nedostaje stanična stijenka.

Vrsta mobilnosti

Mikroalge mogu imati flagele (poput Euglene i dinoflagelata), ali nikad nemaju cilija. S druge strane, neke mikroalge pokazuju nepokretnost u svojoj vegetativnoj fazi, međutim njihove gamete mogu biti pokretne.

Biotehnološke primjene

Hranjenje ljudi i životinja

1950-ih njemački znanstvenici su masovno počeli uzgajati mikroalge kako bi dobivali lipide i bjelančevine koje će zamijeniti konvencionalne životinjske i biljne bjelančevine s ciljem pokrivanja potrošnje stoke i ljudi.

U novije vrijeme, masovno uzgoj mikroalgi projiciran je kao jedna od mogućnosti za borbu protiv gladi i neuhranjenosti u svijetu.

Mikroalge imaju neobične koncentracije hranjivih sastojaka koje su veće od onih opaženih u bilo kojoj višoj biljnoj vrsti. Dnevni gram mikroalgi je alternativa kao dodatak nedostatnoj prehrani.

Prednosti njegove upotrebe kao hrane

Među prednostima korištenja mikroalgi kao hrane, imamo sljedeće:

• Velika brzina rasta mikroalgi (daju prinos 20 puta veći od soje po jedinici površine).
• To stvara koristi mjerene u "hematološkom profilu" i u "intelektualnom statusu" potrošača, kada konzumira male dnevne doze kao dodatak prehrani.
• Visok sadržaj proteina u usporedbi s drugim prirodnim namirnicama.
• Visoka koncentracija vitamina i minerala: Unos 1 do 3 grama mikroalgela nusproizvoda dnevno, daje uočljive količine beta-karotena (provitamin A), vitamina E i B kompleksa, željeza i elemenata u tragovima.
• Prehrambeni izvor vrlo energičan (u usporedbi s ginsengom i peludom koje sakupljaju pčele).
• Preporučuju se za trening visokog intenziteta.
• Zbog svoje koncentracije, male težine i lakoće transporta, suhi ekstrakt mikroalgi pogodan je kao nepropadljiva hrana za skladištenje u iščekivanju izvanrednih situacija.

Slika 2. Arthrospira je široko korištena i masovno uzgojena cijanobakterija. Izvor: Joan Simon, obrezao Perdita (Engleski Wikipedia korisnik), putem Wikimedia Commonsa

Akvakultura

Mikroalge se koriste kao hrana u akvakulturi zbog visokog udjela proteina (od 40 do 65% u suhoj težini) i njihove sposobnosti da svojim pigmentima povećavaju boju salmonida i rakova.

Na primjer, koristi se kao hrana za školjke u svim fazama njihovog rasta; za ličinke nekih vrsta rakova i za rane faze nekih vrsta riba.

Pigmenti u prehrambenoj industriji

Neki pigmenti mikroalgi koriste se kao dodaci u hrani za povećanje pigmentacije pilećeg mesa i žumanjka, kao i za povećanje plodnosti goveda.

Ovi pigmenti također se koriste kao bojila u proizvodima kao što su margarin, majoneza, sok od naranče, sladoled, sir i pekarski proizvodi.

Slika 3. Cjevasti fotobioreaktori, koji se koriste za dobivanje spojeva visoke vrijednosti iz mikroalgi. Izvor: IGV Biotech, iz Wikimedia Commons

Ljudska i veterinarska medicina

U području humane i veterinarske medicine prepoznat je potencijal mikroalgi zbog:

• Oni smanjuju rizik od različitih vrsta karcinoma, srčanih i oftalmičkih bolesti (zahvaljujući sadržaju luteina).
• Pomažu u prevenciji i liječenju koronarne srčane bolesti, agregaciji trombocita, abnormalnoj razini kolesterola, a također su vrlo obećavajući za liječenje određenih mentalnih bolesti (zbog sadržaja omega-3).
• Imaju antimutageno djelovanje, stimuliraju imunološki sustav, smanjuju hipertenziju i detoksikaciju.
• Imaju antikoagulantno i baktericidno djelovanje.
• Povećavaju bioraspoloživost željeza.
• Lijekovi koji se temelje na terapijskim i preventivnim mikroalgama stvorili su, među ostalim, za ulcerozni kolitis, gastritis i anemiju.

Slika 4. Ravni fotobioreaktor: koristi se za dobivanje nusproizvoda mikroalgi visoke dodane vrijednosti i u eksperimentima. Izvor: IGV Biotech, iz Wikimedia Commons

gnojiva

Mikroalge se koriste kao bio-gnojiva i sredstvo za poboljšanje tla. Ovi fotoautotrofni mikroorganizmi brzo prekrivaju uznemirena i spaljena tla smanjujući rizik od erozije.

Neke vrste favoriziraju fiksaciju dušika i omogućile su, na primjer, stoljećima uzgajanje riže na poplavljenoj zemlji bez dodavanja gnojiva. Ostale vrste koriste se za zamjenu vapna u kompostu.

Kozmetika

Derivati ​​mikroalgi korišteni su u formulaciji obogaćenih pasta za zube koje eliminiraju bakterije koje uzrokuju zubni karijes.

Također su razvijene kreme koje uključuju takve derivate zbog njihovih antioksidativnih i ultraljubičasto-zaštitnih svojstava.

Slika 5. Održavanje mikroalgi u bankama ili sojevima. Izvor: CSIRO

Obrada kanalizacije

Mikroalge se primjenjuju u procesima transformacije organske tvari iz otpadnih voda, stvaranju biomase i obrađene vode za navodnjavanje. U ovom procesu, mikroalge pružaju potreban kisik aerobnim bakterijama, razgrađujući organska onečišćenja.

Indikatori zagađenja

S obzirom na ekološku važnost mikroalgi kao primarnih proizvođača vodenog okoliša, oni su pokazatelji organizma zagađenja okoliša.

Osim toga, imaju veliku toleranciju na teške metale poput bakra, kadmija i olova, kao i na klorirane ugljikovodike, zbog čega mogu biti pokazatelji prisutnosti ovih metala.

bioplin

Neke vrste (na primjer, Chlorella i Spirulina) korištene su za pročišćavanje bioplina, jer konzumiraju ugljični dioksid kao izvor anorganskog ugljika, uz istodobnu kontrolu pH sredstva.

biogoriva

Mikroalge biosintetiziraju širok spektar komercijalno zanimljivih bioenergetskih nusproizvoda, poput masti, ulja, šećera i funkcionalnih bioaktivnih spojeva.

Slika 6. Kultivatori mikroalgi vrste tipa karusela, koji se koriste u masovnom uzgoju mikroalgi za kozmetičku i prehrambenu industriju. Izvor: JanB46, iz Wikimedia Commons

Mnoge su vrste bogate lipidima i ugljikovodicima pogodnim za izravnu uporabu kao visokoenergetska tekuća biogoriva, u razinama višim od onih prisutnih u zemaljskim postrojenjima, a imaju potencijal i nadomjestak rafinerijskim proizvodima fosilnih goriva. To i ne čudi s obzirom da se vjeruje da većina ulja potiče iz mikroalgi.

Jedna vrsta, posebno Botryococcus braunii, detaljno je proučavana. Procjenjuje se da će prinos ulja iz mikroalgi biti do 100 puta veći od kopnenih kultura, od 7.500-24.000 litara ulja po jutru godišnje u odnosu na uljanu repicu i palmu, na 738 i 3690 litara, respektivno,

Reference

1. Borowitzka, M. (1998). Komercijalna proizvodnja mikroalgi: ribnjaci, rezervoari, gomolji i fermentori. J. Biotech, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, jestivi mikroorganizam. Microhiol. Otk. 47, 551-578.
3. Ciferri, O., i Tiboni, O. (1985). Biokemija i industrijski potencijal Spiruline. Ann. Rev. Microbiol., 39, 503-526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., et al. (1993). Proces pročišćavanja bioplina koristeći intenzivne kulture mikroalgi. Biotech. Pisma, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, & Cañizares, RO (2003). Napredak u idejnom dizajnu fotobioreaktora za uzgoj mikroalgi. Interciencia, 28 (8), 450-456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., i Sato, V. (1998). Uzgojene mikroalge kao hrana za akvakulturu. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Sustavi i metode mikroalgonskih masovnih kultura: njihovo ograničenje i potencijal. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
8. Martínez Palacios, Kalifornija, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, i Abdo de la Parra, MI (1996). Alternativni izvori biljnih bjelančevina kao zamjena za riblje brašno za hranu za akvakulturu. Rad predstavljen u Zborniku Trećeg međunarodnog simpozija o prehrani akvakulture u Monterreyu, Nuevo León, Meksiko.
9. Olaizola, M. (2003). Komercijalni razvoj mikroalganske biotehnologije: od epruvete do tržišta. Biomolekularno inženjerstvo, 20, 459-466.