MIKROALGE: ZNAČILNOSTI, RAZVRSTITEV IN UPORABA - BIOLOGIJA - 2026

V mikroalge so evkariontskih organizmov, photoautotrophs, tj pridobivanje energije iz svetlobe in sintetizirati svojo hrano. Vsebujejo klorofil in druge dodatne pigmente, ki jim dajejo veliko fotosintezno učinkovitost.

So enocelični, kolonialni, ko so ustanovljeni kot agregati in nitasti (samotni ali kolonialni). So del fitoplanktona, skupaj s cianobakterijami (prokarioti). Fitoplankton je niz fotosintetskih, vodnih mikroorganizmov, ki plavajo pasivno ali imajo zmanjšano gibljivost.

Slika 1. Volvox (sferični) Vir: Frank Fox, prek Wikimedia Commons

Mikroalge najdemo od kopenskega Ekvadorja do polarnih regij in so prepoznane kot vir biomolekul in presnovkov velikega gospodarskega pomena. So neposreden vir hrane, zdravil, krme, gnojil in goriv ter so celo kazalci kontaminacije.

značilnosti

Proizvajalci, ki kot vir energije uporabljajo sončno svetlobo

Večina mikroalg je zelene barve, ker vsebujejo klorofil (tetrakrolični rastlinski pigment), fotoreceptor svetlobne energije, ki omogoča izvajanje fotosinteze.

Vendar pa imajo nekatere mikroalge rdečo ali rjavo obarvanost, ker vsebujejo ksantofile (rumene karotenoidne pigmente), ki prikrijejo zeleno barvo.

Habitati

Naseljujejo različna sladka in slana, naravna in umetna vodna okolja (kot so bazeni in rezervoarji za ribe). Nekateri so sposobni rasti v tleh, v kislih habitatih in znotraj poroznih (endolitičnih) kamnin, na zelo suhih in zelo hladnih mestih.

Razvrstitev

Mikroalge predstavljajo zelo heterogeno skupino, saj so polifilitske, torej združujejo vrste potomcev različnih prednikov.

Za razvrstitev teh mikroorganizmov so bile uporabljene različne značilnosti, med katerimi so: vrsta njihovih klorofilov in snovi, ki vsebujejo energijo, zgradba celične stene in vrsta gibljivosti, ki jo predstavljajo.

Narava njegovih klorofilov

Večina alg ima klorofil tipa A in nekaj drugih, ki izhajajo iz nje.

Mnogi so obligacijski fototrofi in ne rastejo v temi. Vendar nekateri rastejo v temi in katabolizirajo preproste sladkorje in organske kisline v odsotnosti svetlobe.

Na primer, nekateri flagelati in klorofiti lahko uporabijo acetat kot vir ogljika in energije. Drugi asimilirajo preproste spojine v prisotnosti svetlobe (fotoheterotrofija), ne da bi jih uporabili kot vir energije.

Ogljikovi polimeri kot energetska rezerva

Kot proizvod fotosintetskega procesa mikroalge proizvajajo najrazličnejše ogljikove polimere, ki služijo kot rezerva energije.

Na primer, mikroalge v diviziji Chlorophyta ustvarjajo rezervni škrob (α-1,4-D-glukoza), zelo podoben škrobom višjih rastlin.

Struktura celične stene

Stene mikroalg imajo veliko različnih struktur in kemične sestave. Steno lahko sestavljajo celulozna vlakna, običajno z dodatkom ksilana, pektina, mannana, alginske kisline ali fucininske kisline.

V nekaterih apnenčastih ali koralnih algah se na celični steni kaže odlaganje kalcijevega karbonata, v drugih pa je hitin.

Na drugi strani imajo diatomi v svoji celični steni silicij, ki jim dodajo polisaharide in beljakovine, ki tvorijo lupine dvostranske ali radialne simetrije (frustules). Te lupine ostanejo nedotaknjene dlje časa in tvorijo fosile.

Euglenoidne mikroalge za razliko od prejšnjih nimajo celične stene.

Vrsta mobilnosti

Mikroalge imajo lahko flagele (kot so Euglena in dinoflagelati), vendar nikoli nimajo cilije. Po drugi strani pa nekatere mikroalge kažejo nepremičnost v svoji vegetativni fazi, vendar so njihove gamete lahko mobilne.

Biotehnološke aplikacije

Krmljenje ljudi in živali

V petdesetih letih prejšnjega stoletja so nemški znanstveniki začeli množično gojenje mikroalg za pridobivanje lipidov in beljakovin, ki bi nadomestile običajne živalske in rastlinske beljakovine, z namenom pokriti porabo živine in ljudi.

V zadnjem času je množično gojenje mikroalg predvideno kot ena od možnosti za boj proti lakoti in podhranjenosti v svetu.

Mikroalge imajo nenavadne koncentracije hranil, ki so višje od tistih, ki so jih opazili pri kateri koli višji rastlinski vrsti. Dnevni gram mikroalg je alternativa za dopolnitev pomanjkljive prehrane.

Prednosti njegove uporabe kot hrane

Med prednostmi uporabe mikroalg kot hrane imamo naslednje:

• Velika hitrost rasti mikroalg (imajo pridelek 20-krat večji od soje na enoto površine).
• Pri uživanju majhnih dnevnih odmerkov kot prehranskega dopolnila ustvarja koristi, merjene v "hematološkem profilu" in v "intelektualnem statusu" potrošnika.
• Visoka vsebnost beljakovin v primerjavi z drugimi naravnimi živili.
• Visoka koncentracija vitaminov in mineralov: zaužitje 1 do 3 gramov mikroalgatskih stranskih produktov na dan zagotavlja občutne količine beta karotena (provitamin A), vitaminov E in B kompleksa, železa in elementov v sledovih.
• Prehranski vir je zelo energijski (v primerjavi z ginsengom in cvetnim prahom, ki ga naberejo čebele).
• Priporočamo jih za visoko intenzivne treninge.
• Zaradi svoje koncentracije, majhne teže in enostavnega prevoza je suhi ekstrakt mikroalg primeren kot ne pokvarljivo živilo za shranjevanje v pričakovanju izrednih razmer.

Slika 2. Arthrospira je široko uporabljana in množično gojena cianobakterija. Vir: Joan Simon, ki ga je obrezal Perdita (angleški uporabnik Wikipedije), prek Wikimedia Commons

Ribogojstvo

Mikroalge se uporabljajo v hrani v ribogojstvu zaradi visoke vsebnosti beljakovin (od 40 do 65% v suhi teži) in njihove sposobnosti, da s svojimi pigmenti povečajo barvo salmonidov in rakov.

Na primer, uporablja se kot hrana za školjke v vseh njihovih fazah rasti; za ličinke nekaterih vrst rakov in za zgodnje faze nekaterih vrst rib.

Pigmenti v prehrambeni industriji

Nekateri pigmenti mikroalg se uporabljajo kot dodatki v krmi za povečanje pigmentacije piščančjega mesa in rumenjakov, pa tudi za povečanje plodnosti goveda.

Ti pigmenti se uporabljajo tudi kot barvila v izdelkih, kot so margarina, majoneza, pomarančni sok, sladoled, sir in pekovski izdelki.

Slika 3. Cevasti fotobioreaktorji, ki se uporabljajo za pridobivanje visokih vrednosti spojin iz mikroalg. Vir: IGV Biotech, iz Wikimedia Commons

Ljudska in veterinarska medicina

Na področju humane in veterinarske medicine je potencial mikroalg prepoznan, ker:

• Zmanjšujejo tveganje za različne vrste raka, srčne in oftalmične bolezni (zahvaljujoč njihovi vsebnosti luteina).
• Pomagajo pri preprečevanju in zdravljenju koronarne bolezni srca, agregaciji trombocitov, nenormalne ravni holesterola in so zelo obetavni tudi za zdravljenje nekaterih duševnih bolezni (zaradi vsebnosti omega-3).
• Imajo antimutageno delovanje, stimulirajo imunski sistem, zmanjšujejo hipertenzijo in razstrupljajo.
• Imajo antikoagulantno in baktericidno delovanje.
• Povečajo biološko uporabnost železa.
• Zdravila, ki temeljijo na terapevtskih in preventivnih mikroalgah, so med drugim nastala za ulcerozni kolitis, gastritis in anemijo.

Slika 4. Plošč fotobioreaktor: uporablja se za pridobivanje stranskih produktov mikroalg z visoko dodano vrednostjo in pri eksperimentiranju. Vir: IGV Biotech, iz Wikimedia Commons

Gnojila

Mikroalge se uporabljajo kot bio gnojila in sredstva za izboljšanje tal. Ti fotoavtrotrofni mikroorganizmi hitro prekrijejo motena ali požgana tla, kar zmanjša tveganje za nastanek erozije.

Nekatere vrste so naklonjene fiksaciji dušika in so na primer omogočale, da je stoletja na poplavljenih zemljih gojil riž brez dodajanja gnojil. Druge vrste se uporabljajo za nadomestitev apna v kompostu.

Kozmetika

Izdelave mikroalg so bile uporabljene pri oblikovanju obogatenih zobnih past, ki izločajo bakterije, ki povzročajo zobni karies.

Kreme, ki vključujejo take derivate, so bile razvite tudi zaradi njihovih antioksidativnih in ultravijolično zaščitnih lastnosti.

Slika 5. Vzdrževanje mikroalg v bankah ali sevih. Vir: CSIRO

Čiščenje odplak

Mikroalge se uporabljajo v procesih preoblikovanja organskih snovi iz odpadne vode, ustvarjanju biomase in vode za namakanje. V tem procesu mikroalge zagotavljajo potreben kisik aerobnim bakterijam, ki razgrajujejo organska onesnaževala.

Kazalci onesnaževanja

Glede na ekološki pomen mikroalg kot primarnih proizvajalcev vodnega okolja so kazalci onesnaževanja okolja.

Poleg tega imajo veliko toleranco do težkih kovin, kot so baker, kadmij in svinec, pa tudi klorirane ogljikovodike, zato so lahko kazalci prisotnosti teh kovin.

Bioplin

Nekatere vrste (na primer Chlorella in Spirulina) so bile uporabljene za čiščenje bioplina, saj kot vir anorganskega ogljika porabljajo ogljikov dioksid, poleg tega pa hkrati nadzorujejo pH medija.

Biogoriva

Mikroalge biosintezirajo široko paleto komercialno zanimivih bioenergetskih stranskih proizvodov, kot so maščobe, olja, sladkorji in funkcionalne bioaktivne spojine.

Slika 6. Kultivatorji mikroalg z vrtiljaki, ki se uporabljajo pri množičnem gojenju mikroalg za kozmetično in živilsko industrijo. Vir: JanB46, iz Wikimedia Commons

Mnoge vrste so bogate z lipidi in ogljikovodiki, primernimi za neposredno uporabo kot visoko energijsko tekoče biogorivo, na ravneh, višjih od tistih, ki so prisotne v kopenskih rastlinah, in imajo tudi potencial nadomestitve rafinerijskih proizvodov iz fosilnih goriv. To ne preseneča, če verjamemo, da večina olja izvira iz mikroalg.

Ena vrsta, zlasti Botryococcus braunii, je bila obsežno raziskana. Dobitek olja iz mikroalg naj bi bil do 100-krat večji od kopenskih pridelkov, od 7.500-24.000 litrov olja na hektar na leto v primerjavi z oljno oljko in palmo na 738 oziroma 3690 litrov oz. .

Reference

1. Borowitzka, M. (1998). Komercialna proizvodnja mikroalg: ribniki, cisterne, gomolji in fermentorji. J. Biotech, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, užitni mikroorganizem. Mikrobiol. Rev., 47, 551–578.
3. Ciferri, O., & Tiboni, O. (1985). Biokemija in industrijski potencial Spiruline. Ann Rev. Microbiol., 39, 503–526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., et al. (1993). Proces čiščenja bioplina z intenzivnimi kulturami mikroalg. Biotehnika. Pisma, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, & Cañizares, RO (2003). Napredek v idejni zasnovi fotobioreaktorjev za gojenje mikroalg. Interciencia, 28 (8), 450–456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). Gojene mikroalge kot krma za ribogojstvo. J Mar Biotechnol, 7, 65–70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Sistemi in metode mikroalgalne množične kulture: njihova omejenost in potencial. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
8. Martínez Palacios, Kalifornija, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, in Abdo de la Parra, MI (1996). Nadomestni viri rastlinskih beljakovin kot nadomestek ribje moke za krmo iz ribogojstva. Dokument predstavljen v Zborniku tretjega mednarodnega simpozija o prehrani iz ribogojstva, Monterrey, Nuevo León, Mehika.
9. Olaizola, M. (2003). Komercialni razvoj mikroalgalske biotehnologije: od epruvete do tržnice. Biomolekularni inženiring, 20, 459–466.