БІОТЕХНОЛОГІЯ - В. Г. Герасименко - 2006
Частина ІІ. Спеціальні біотехнології
Розділ 21. БІОТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА БІЛКА
21.8.ОДЕРЖАННЯ БІЛКА ОДНОКЛІТИННИХ ВОДОРОСТЕЙ
Одноклітинні водорості є одним із суттєвих резервів харчового і кормового білка.
На відміну від технології вирощування бактерій і дріжджів культивування мікроводоростей не належить до безперервних процесів, оскільки проходить за рахунок фотосинтезу. Ефективність виробництва біомаси водоростей залежить від умов освітлення, температури та складу живильного середовища, а сам процес потребує великих об’ємів води.
Вирощувати одноклітинні водорості можна як у природних умовах у прісних, солоних і лужних водоймищах, так і спеціальних фітобіологічних реакторах на штучних середовищах та гнойових стоках тваринницьких підприємств.
Крупнотоннажне культивування зелених водоростей здійснюється у багатьох країнах. Так, у Японії шляхом розмноження у прісних водоймищах одноклітинної водорості хлорели вдалось одержати близько 16 т білка з 1 га поверхні водоймища. Для порівняння - з 1 га посівів арахісу можна одержати лише 471 кг білка.
Вчені розробили фітобіологічні реактори, призначені для культивування морських водоростей. У спрощеному вигляді такий реактор являє собою скляну або пластикову трубу, в якій вирощують певний вид водоростей. Її щільність за допомогою ЕОМ і мікропроцесорів підтримується на оптимальному рівні, а вихід біомаси регулюється залежно від інтенсивності сонячного освітлення. Такий реактор може бути споруджений над морем. Він може бути використаний для виробництва великих кількостей кисню, необхідного для різних галузей промисловості. Вчені розрахували, що в такому реакторі може використовуватись до 14 % сонячної енергії. Для порівняння - у полі рослини засвоюють лише 1 % енергії.
В Орегонському університеті (США) проведені дослідження з вирощування мікроводоростей - хлорели, спіруліни, сценедесмус на гнойових стоках, які збирали зі свинарників по трубах у спеціальний басейн, в якому підтримували певні умови освітлення і температуру. Найкращий ріст хлорели спостерігався при температурі 35 С і вмісті в 1 л середовища 250 мг азоту.
У колишньому Радянському Союзі була також розроблена технологія вирощування хлорели на стоках свинарських комплексів з подальшим використанням біомаси тваринам.
В Україні в 50-60-х роках ХХ ст. була зроблена спроба вирощування хлорели у виробничих умовах. Досвід культивування цієї водорості показав, що її доцільно розмножувати з метою отримання кормової добавки для тварин і птиці. Проте значних успіхів у використанні хлорели досягти не вдалось, що пов’язано зі складнощами, які виникали під час концентрування біомаси та її нарощування.
Більш перспективною для одержання білка є синьо-зелена водорость спіруліна (Spirulina platensis, S. maxima), яка краще розмножується на штучних середовищах порівняно з хлорелою.
У комісії Європейського співтовариства розглянуто декілька ефективних і перспективних систем для вирощування біомаси спіруліни на кормові і харчові цілі: турбулярно-циліндрично-канальчата система Монтедісона; відкрита турбулярна система з розмноженням в лотках для заводських умов; система Е1 - Е6 для виробництва біомаси на стічних водах.
На інтенсивність росту і швидкість нагромадження біомаси та її хімічний склад значний вплив має температура, освітлення та склад живильного середовища і особливо концентрація в ньому азоту. У всіх водоростей зі зростанням рівня азотного живлення з 8 мг/л до 450 мг/л спостерігалось зростання інтенсивності нарощування біомаси та підвищення вмісту протеїну в біомасі з 8 до 54 %.
Оптимальною для вирощування спіруліни є температура 30-42 оС. Із подальшим зростанням температури інтенсивність росту водорості та кількість протеїну у біомасі знижується.
При культивуванні спіруліни в умовах нестачі сонячного випромінювання і в туманні дні інтенсивність росту спіруліни різко знижувалась.
На відміну від дріжджів та деяких інших видів мікроорганізмів спіруліна може інтенсивно розмножуватись у широких діапазонах концентрацій мінеральних речовин. Для культивування спіруліни найчастіше використовують середовище Заррука, в якому міститься значна кількість бікарбонату натрію (16,8 г/л), що створює рН на рівні 9,5.
Генетичне вдосконалення штамів спіруліни може значно підвищити інтенсивність росту і накопичення біомаси. В Мексиці методами генної інженерії були одержані штами, які росли на різноманітних лужних середовищах і в штучних умовах. Вихід біомаси спіруліни досягнув 10-20 т на 1 га.
Аналізи зразків Spirulina, одержаних у лабораторних умовах і зібраних у природі, проведені у Французькому інституті нафти, а також в Японії, Італії, Мексиці показали, що у ній міститься в середньому 65 % білків (значно більше, ніж у сої), 19 % вуглеводів, 6 % пігментів, 4 % ліпідів, 3 % волокон і 3 % золи. Клітинні оболонки краще перетравлюються, порівняно з хлорелою і сценедесмус.
В умовах збалансованості біогенними макро- і мікроелементами, достатнім рівнем забезпечення теплом і світлом спіруліна може синтезувати органічну речовину з високим вмістом протеїну (87-91 %), в тому числі 60-70 % білка, небілкових азотовмісних сполук 21-27 %, безазотистих екстрактивних речовин 8-10 % та 6-8 % золи. За рівнем збалансованості білків незамінними амінокислотами спіруліна займає проміжне положення між білками рослинного та тваринного походження (Кир’яченко С.П., 1997).
На кормові і харчові цілі можуть використовуватись три види продуктів, виготовлених зі спіруліни: пастоподібна суспензія після сепарування; суха зневоднена біомаса методом ліофільного висушування або висушена на барабанних сушарках та методом розпилювального сушіння в камерах; суха маса, отримана після ферментації і екстракції легкорозчинних речовин.