MIKROALGA: JELLEMZŐK, OSZTÁLYOZÁS ÉS ALKALMAZÁSOK - BIOLÓGIA - 2026

A mikroalgák eukarióta szervezetek, fotoautotrófok, azaz energiát nyernek a fényből és szintetizálják saját élelmüket. Klorofilt és más kiegészítő pigmenteket tartalmaznak, amelyek nagyfokú fotoszintézis hatékonyságot biztosítanak számukra.

Egysejtűek, gyarmati - ha aggregátumokként alakulnak ki, és rostos (magányos vagy gyarmati). A fitoplankton részei, a cianobaktériumokkal (prokariótákkal) együtt. A fitoplankton a fotoszintetikus, vízi mikroorganizmusok halmaza, amelyek passzív úton úsznak vagy csökkent mozgékonysággal rendelkeznek.

1. ábra: Volvox (gömb alakú) Forrás: Frank Fox, a Wikimedia Commons segítségével

A mikroalgákat Ecuadorból a szárazföldi régiókban találják meg, és biomolekulák és metabolitok forrásának tekintik őket, amelyek nagy gazdasági jelentőséggel bírnak. Közvetlen élelmiszerek, gyógyszerek, takarmány, műtrágya és üzemanyag forrásai, sőt a szennyeződés mutatói is.

jellemzők

Termelők, akik napfényt használnak energiaforrásként

A legtöbb mikroalga zöld színű, mivel klorofilt (tetrapirrol növényi pigment) tartalmaz, amely fényenergia fotoreceptor, amely lehetővé teszi a fotoszintézist.

Egyes mikroalgák színe azonban vörös vagy barna, mivel xantofillokat (sárga karotinoid pigmentek) tartalmaznak, amelyek elfedik a zöld színét.

élőhely

Különböző édes és sós, természetes és mesterséges vízi környezetben élnek (például uszodák és akváriumok). Néhányan képesek növekedni a talajban, savas élőhelyeken és porózus (endolitikus) kőzetekben, nagyon száraz és nagyon hideg helyeken.

Osztályozás

A mikroalgák rendkívül heterogén csoportot képviselnek, mivel polyphyletikusak, vagyis különféle ősök leszármazottait csoportosítják.

E mikroorganizmusok osztályozására különféle jellemzőket alkalmaztak, amelyek többek között a következők: klorofilljeik és energiatartalmuk anyagának természete, a sejtfal szerkezete és a jelen lévő mobilitás típusa.

A klorofillok jellege

Az algák többsége A típusú klorofill, néhányuk pedig belőle származó másik klorofillt tartalmaz.

Sokan kötelező fototrofok, és nem növekednek sötétben. Néhányan sötétben nőnek, és fény hiányában egyszerű cukrokat és szerves savakat katabolizálnak.

Például néhány flagellát és klorofit felhasználhatja az acetátot szén- és energiaforrásként. Mások asszimilálják az egyszerű vegyületeket fény jelenlétében (fotoheterotrófia) anélkül, hogy ezeket energiaforrásként használnák.

Szénpolimerek mint energiatartalék

A fotoszintézis eredményeként a mikroalgák sokféle szénpolimert termelnek, amelyek energiatartalékként szolgálnak.

Például a Chlorophyta osztódás mikroalka tartalékkeményítőt (α-1,4-D-glükózt) generál, nagyon hasonló a magasabb növények keményítőihez.

Sejtfal szerkezete

A mikroalgák falainak szerkezete és kémiai összetétele jelentős különbséggel rendelkezik. A fal cellulózrostokból állhat, általában xilán, pektin, mannán, alginsavak vagy furinsav hozzáadásával.

Egyes mész- vagy korallin algákban a sejtfal kalcium-karbonát lerakódást mutat, míg másokban kitint tartalmaz.

A diasztómák viszont szilíciumot tartalmaznak sejtfalukban, amelybe poliszacharidokat és proteineket adnak, két- vagy sugárirányú szimmetriájú héjakat képezve (frusztrák). Ezek a kagylók hosszú ideig érintetlenül maradnak, kövületeket képeznek.

Az Euglenoid mikroalgáknak, az előzőekkel ellentétben, nincs sejtfal.

A mobilitás típusa

A mikroalgáknak lehetnek flagella (például az Euglena és a dinoflagellate), de soha nem lehet cilia. Másrészről, néhány mikroalga vegetatív szakaszában mozgékonyságot mutat, azonban ivarsejtük mozgatható lehet.

Biotechnológiai alkalmazások

Emberi és állati etetés

Az 1950-es években a német tudósok megkezdték a mikroalgák tömeges termesztését lipidek és fehérjék előállítása céljából, amelyek helyettesítik a hagyományos állati és növényi fehérjéket, az állatok és az emberek fogyasztásának fedezésére.

A közelmúltban a mikroalgák tömeges termesztését a világ éhínségének és az alultápláltság leküzdésének egyik lehetőségének tekintik.

A mikroalgák szokatlan tápanyagkoncentrációkkal rendelkeznek, amelyek magasabbak, mint bármelyik magasabb növényfajnál megfigyeltnél. A napi gramm mikroalga alternatívája a hiányos étrend kiegészítésének.

Élelmezésként történő alkalmazásának előnyei

A mikroalgák élelmezésként történő alkalmazásának előnyei között szerepel a következők:

• A mikroalga növekedésének nagy sebessége (hozamuk 20-szor nagyobb, mint a szójabab / egység terület).
• Kisebb napi adagok táplálékkiegészítőként történő fogyasztása esetén előnyeit generálja a „hematológiai profilban” és a fogyasztó „intellektuális állapotában”.
• Magas fehérjetartalom, összehasonlítva más természetes ételekkel.
• Magas vitamin- és ásványi anyag-koncentráció: napi 1-3 gramm mikroalga-melléktermék bevétele jelentős mennyiségű béta-karotint (A-provitamint), E- és B-vitamin-komplexet, vasat és nyomelemeket eredményez.
• Nagyon energiájú táplálékforrás (összehasonlítva a méhek ginzengjével és pollenjével).
• Nagy intenzitású edzéshez ajánlott.
• Koncentrációja, kis tömege és a könnyű szállítás miatt a mikroalgák száraz kivonata nem romlandó ételként alkalmas arra, hogy a vészhelyzet előrejelzésekor tárolja.

2. ábra. Az Arthrospira széles körben alkalmazott és tömegtenyésztett cianobaktérium. Forrás: Joan Simon, a Perdita (angol Wikipedia felhasználó) vágja le, a Wikimedia Commonson keresztül

Akvakultúra

A mikroalgákat táplálékként használják az akvakultúrában magas fehérjetartalmuk (szárazanyag-tartalom 40-65%) és képessége révén növelni a lazacfélék és rákfélék színét pigmentekkel.

Például táplálékként használják a kagylók számára minden növekedési szakaszukban; egyes rákfajok lárva stádiumaira és egyes halfajok korai szakaszaira.

Pigmentek az élelmiszeriparban

Néhány mikroalga-pigmentet takarmány-adalékanyagként használnak a csirkehús és a tojássárgája pigmentációjának fokozására, valamint a szarvasmarha termékenységének fokozására.

Ezeket a pigmenteket színezőanyagként használják olyan termékekben is, mint a margarin, majonéz, narancslé, fagylalt, sajt és pékáruk.

3. ábra. Tubularis fotobioreaktorok, amelyek nagy értékű vegyületek előállítására használhatók mikroalgákból. Forrás: IGV Biotech, a Wikimedia Commonsból

Emberi és állatgyógyászat

Az emberi és állatgyógyászat területén elismerik a mikroalgák potenciálját, mert:

• Csökkentik a különféle típusú rák, szív- és szemészeti betegségek kockázatát (luteintartalmuknak köszönhetően).
• Segítik a szívkoszorúér-betegség, a vérlemezke-aggregáció, a rendellenes koleszterinszint megelőzését és kezelését, valamint bizonyos mentális betegségek kezelésére (az omega-3-tartalomuk miatt) rendkívül ígéretesek.
• Antimutagén hatásúak, stimulálják az immunrendszert, csökkentik a magas vérnyomást és méregtelenítik.
• Antikoaguláns és baktericid hatásúak.
• Növelik a vas biohasznosulását.
• Terápiás és megelőző mikroalga-alapú gyógyszereket állítottak elő fekélyes vastagbélgyulladás, gyomorhurut és vérszegénység terén, többek között az állapotok között.

4. ábra: Lapos fotoreaktor: magas hozzáadott értékű mikroalgák melléktermékek előállításához és kísérletekhez használják. Forrás: IGV Biotech, a Wikimedia Commonsból

trágyák

A mikroalgákat bio-trágyázóként és talajjavító szerként használják. Ezek a fotoautotróf mikroorganizmusok gyorsan lefedik a zavart vagy elégetett talajokat, csökkentve az erózió kockázatát.

Egyes fajok kedvelik a nitrogénrögzítést, és lehetővé tették például, hogy évszázadok óta rizst terítsenek az elárasztott területeken műtrágyák hozzáadása nélkül. Más fajokat használnak a mész pótlására a komposztban.

kozmetikum

A mikroalga-származékokat dúsított fogkrémek készítésére használják, amelyek kiküszöbölik a fogszuvasodást okozó baktériumokat.

Az ilyen származékokat tartalmazó krémeket antioxidáns és ultraibolya-védő tulajdonságaikkal is kifejlesztették.

5. ábra. A mikroalgák fenntartása bankokban vagy törzsekben. Forrás: CSIRO

Szennyvíztisztító

A mikroalgákat alkalmazzák a szennyvízből a szerves anyag átalakulása során, biomasszát és kezelt vizet generálva öntözésre. Ebben a folyamatban a mikroalgák biztosítják a szükséges oxigént az aerob baktériumok számára, lebontva a szerves szennyező anyagokat.

A szennyezés mutatói

Tekintettel a mikroalgák ökológiai jelentőségére, mint a vízi környezet elsődleges termelőire, ezek a környezetszennyezés mutató szervezetei.

Ezen túlmenően nagy toleranciával bírnak a nehézfémekkel, mint például a réz, kadmium és ólom, valamint a klórozott szénhidrogének ellen, ezért mutathatják ezeknek a fémeknek a jelenlétét.

biogáz

Néhány fajt (például Chlorella és Spirulina) használtak a biogáz tisztítására, mivel ezek szén-dioxidot fogyasztanak szervetlen szénforrásként, amellett, hogy a közeg pH-ját egyidejűleg szabályozzák.

A bioüzemanyagok

A mikroalgák a kereskedelemben érdekes bioenergetikai melléktermékek, például zsírok, olajok, cukrok és funkcionális bioaktív vegyületek széles skáláját bioszintetizálják.

6. ábra. Karusszel típusú mikroalga-kultivátorok, amelyeket mikroalgák kozmetikai és élelmiszeriparban történő tömeges termesztésére használnak. Forrás: JanB46, a Wikimedia Commonsból

Számos faj gazdag lipidekben és szénhidrogénekben, amelyek közvetlenül felhasználhatók nagy energiájú folyékony bioüzemanyagként, magasabb szinten, mint a szárazföldi növényekben, és potenciálisan helyettesítik a fosszilis tüzelőanyagok finomító termékeit is. Ez nem meglepő, figyelembe véve azt, hogy az olaj nagy része feltételezhetően mikroalgákból származik.

Egy fajt, különösen a Botryococcus braunii-t széles körben vizsgálták. A mikroalgákból származó olajtermelés az előrejelzések szerint a szárazföldi növények hozamának 100-szorosa lesz, évente 7500–24 000 liter olaj / hektár, repcemaghoz és tenyérhez viszonyítva, 738, illetve 3690 literre..

Irodalom

1. Borowitzka, M. (1998). Mikroalgák kereskedelmi előállítása: tavak, tartályok, gumók és fermentorok. J., Biotech, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, az ehető mikroorganizmus. Microbiol. Rev., 47, 551-578.
3. Ciferri, O. és Tiboni, O. (1985). A Spirulina biokémiai és ipari potenciálja. Ann. Rev. Microbiol., 39, 503-526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., és Dupeirón, R., et al. (1993). Biogáz tisztítási folyamat intenzív mikroalgatenyészetek felhasználásával. Biotech. Letters, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, és Cañizares, RO (2003). Előrelépés a mikrobák termesztésére szolgáló fotobioreaktorok koncepcionális tervezésében. Interciencia, 28 (8), 450-456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., és Sato, V. (1998). Tenyésztett mikroalga akvakultúra-takarmányként. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Mikroalga tömegtenyésztési rendszerek és módszerek: Korlátozásuk és potenciáljuk. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
8. Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, és Abdo de la Parra, MI (1996). A növényi fehérjék alternatív forrásai az akvakultúra-takarmányban alkalmazott haldara helyettesítésére. Előadás a Nemzetközi Akvakultúra-táplálkozási Szimpóziumban, Monterrey, Nuevo León, Mexikó.
9. Olaizola, M. (2003). A mikroalga biotechnológia kereskedelmi fejlesztése: a kémcsőből a piacra. Biomolecular Engineering, 20, 459-466.