MIKROLEVÄT: OMINAISUUDET, LUOKITTELU JA SOVELLUKSET - BIOLOGIA

Mikrolevät ovat eukaryoottiorganismeilla, photoautotrophs eli saada energiaa valolta ja syntetisoimaan oman ruokansa. Ne sisältävät klorofylliä ja muita lisäpigmenttejä, jotka antavat heille suuren fotosynteettisen tehokkuuden.

Ne ovat yksisoluisia, siirtomaa - kun ne perustetaan aggregaattina - ja rihalliset (yksinäiset tai siirtomaa). Ne ovat osa kasviplanktonia yhdessä sinileväbakteerien (prokaryoottien) kanssa. Kasviplanktoni on joukko fotosynteettisiä vesieliöitä, jotka kelluvat passiivisesti tai joilla on liikuntarajoitteisuus.

Kuva 1. Volvox (pallomainen) Lähde: Frank Fox, Wikimedia Commonsin kautta

Mikroleviä löytyy maanpäällisestä Ecuadorista napa-alueille, ja ne tunnustetaan biomolekyylien ja metaboliittien lähteeksi, joilla on suuri taloudellinen merkitys. Ne ovat suora lähde ruoalle, lääkkeille, rehuille, lannoitteille ja polttoaineille ja ovat jopa saastumisen indikaattoreita.

ominaisuudet

Tuottajat, jotka käyttävät auringonvaloa energialähteenä

Suurin osa mikrolevästä on vihreää, koska ne sisältävät klorofylliä (tetrapyrrolic plant pigmenttiä), valoenergian valon reseptoreita, jotka mahdollistavat fotosynteesin.

Joillakin mikrolevillä on kuitenkin punainen tai ruskea väri, koska ne sisältävät ksantofyllioita (keltaisia karotenoidipigmenttejä), jotka peittävät vihreän värin.

elinympäristöjä

He asuvat erilaisissa makeissa ja suolaisissa, luonnollisissa ja keinotekoisissa vesiympäristöissä (kuten uima-altaat ja vesisäiliöt). Jotkut pystyvät kasvamaan maaperässä, happamissa elinympäristöissä ja huokoisten (endolyyttisten) kivien sisällä, erittäin kuivissa ja erittäin kylmissä paikoissa.

Luokittelu

Mikrolevät edustavat erittäin heterogeenistä ryhmää, koska se on monofyleettinen, eli se ryhmittelee eri esi-isien lajien jälkeläisiä.

Näiden mikro-organismien luokittelemiseksi on käytetty erilaisia ominaispiirteitä, joita ovat: niiden klorofyllien luonne ja niiden energiavarantoaineet, soluseinän rakenne ja niiden läsnäolon tyyppi.

Sen klorofyylien luonne

Suurimmassa osassa leviä esiintyy tyyppiä A klorofylliä ja harvoissa on siitä johdettua muun tyyppistä klorofylliä.

Monet ovat pakollisia valotyyppejä eivätkä kasva pimeässä. Jotkut kuitenkin kasvavat pimeässä ja katabolisoivat yksinkertaisia sokereita ja orgaanisia happoja ilman valoa.

Esimerkiksi jotkut flagellaatit ja klorofyytit voivat käyttää asetaattia hiilen ja energian lähteenä. Toiset rinnastavat yksinkertaiset yhdisteet valon läsnä ollessa (fotoheterotrofia) käyttämättä niitä energialähteenä.

Hiilipolymeerit energiavarauksena

Fotosynteettisen prosessin tuotteena mikrolevät tuottavat laajan valikoiman hiilipolymeerejä, jotka toimivat energiavarana.

Esimerkiksi Chlorophyta-jaon mikrolevät tuottavat varastotärkkelystä (a-1,4-D-glukoosi), hyvin samankaltaisia kuin korkeampien kasvien tärkkelykset.

Soluseinämän rakenne

Mikrolevien seinämillä on huomattava määrä rakenteita ja kemiallinen koostumus. Seinä voi muodostua selluloosakuiduista, yleensä lisäämällä ksylaania, pektiiniä, mannaania, algiinihappoja tai fusiinihappoa.

Joissakin kalkkipitoisissa tai koralliinileväsoluissa soluseinämä osoittaa kalsiumkarbonaatin laskeumia, kun taas toisissa on kitiini.

Diatomien toisaalta on piin soluseinämäänsä, johon polysakkaridit ja proteiinit lisätään, muodostaen kahden tai radiaalisen symmetrian kuoret (frustulit). Nämä kuoret pysyvät ehjinä pitkään, muodostaen fossiileja.

Euglenoidimikroleväistä, toisin kuin aikaisemmilla, puuttuu soluseinä.

Liikkuvuuden tyyppi

Mikrolevässä voi olla flagellaa (kuten Euglena ja dinoflagellates), mutta siinä ei koskaan voi olla silikoita. Toisaalta jotkut mikrolevät osoittavat liikkumattomuutta vegetatiivisessa vaiheessaan, mutta niiden sukusolut voivat olla liikkuvia.

Bioteknologiset sovellukset

Ihmisten ja eläinten ruokinta

1950-luvulla saksalaiset tutkijat alkoivat kasvattaa mikroleviä irtotavarana lipidien ja proteiinien saamiseksi, jotka korvaavat tavanomaiset eläin- ja kasviproteiinit, jotta voitaisiin kattaa karjan ja ihmisten kulutus.

Viime aikoina mikrolevien massiivisen viljelyn on arvioitu olevan yksi mahdollisuus torjua maailman nälkää ja aliravitsemusta.

Mikrolevässä on epätavallisia ravinnepitoisuuksia, jotka ovat korkeampia kuin mitä korkeammissa kasvilajeissa havaitaan. Päivittäinen gramma mikroleviä on vaihtoehto täydentämään puutteellista ruokavaliota.

Sen käyttö elintarvikkeina

Mikrolevien ruuan käytön eduista ovat seuraavat:

Mikrolevien kasvun nopea nopeus (niiden sato on 20 kertaa suurempi kuin soijapapu pinta-alayksikköä kohti).
Se tuottaa etuja, jotka mitataan "hematologisessa profiilissa" ja "kuluttajan" älyllisessä tilassa ", kun kulutetaan pieniä päivittäisiä annoksia ravintolisäaineena.
Korkea proteiinipitoisuus verrattuna muihin luonnollisiin ruokia.
Korkea pitoisuus vitamiineja ja mineraaleja: 1 - 3 grammaa päivässä mikrolevien sivutuotteita nauttii huomattavia määriä beetakaroteenia (provitamiini A), E- ja B-vitamiinikomplekseja, rautaa ja hivenaineita.
Erittäin energinen ravintolähde (verrattuna ginsengiin ja mehiläisten keräämiin siitepölyihin).
Niitä suositellaan korkean intensiteetin harjoitteluun.
Pitoisuudestaan, pienestä painosta ja kuljetuksen helppoudesta johtuen mikrolevien kuivauute soveltuu pilaantuvaan ruokaan varastoitavaksi hätätilanteiden varalta.

Kuvio 2. Arthrospira on laajalti käytetty ja massaviljelty sinilevä. Lähde: Joan Simon, rajaa Perdita (englanninkielinen Wikipedian käyttäjä) Wikimedia Commonsin kautta

vesiviljely

Mikroleviä käytetään elintarvikkeina vesiviljelyssä johtuen niiden korkeasta proteiinipitoisuudesta (kuivapainosta 40 - 65%) ja niiden kyvystä lisätä lohen- ja äyriäisten väriä pigmentteineen.

Esimerkiksi sitä käytetään ruuana simpukoihin niiden kaikissa kasvuvaiheissa; joidenkin äyriäisten lajien toukkavaiheiden ja joidenkin kalalajien alkuvaiheissa.

Elintarviketeollisuuden pigmentit

Joitakin mikroleväpigmenttejä käytetään rehujen lisäaineina kananlihan ja munankeltuaisten pigmentaation lisäämiseksi sekä nautakarjan hedelmällisyyden lisäämiseksi.

Näitä pigmenttejä käytetään myös väriaineina tuotteissa, kuten margariini, majoneesi, appelsiinimehu, jäätelö, juusto ja leipomotuotteet.

Kuva 3. Putkimaiset valoreaktorit, joita käytetään arvokkaiden yhdisteiden saamiseksi mikrolevästä. Lähde: IGV Biotech, Wikimedia Commonsista

Ihmis- ja eläinlääketiede

Ihmis- ja eläinlääketieteessä mikrolevien potentiaali tunnustetaan, koska:

Ne vähentävät erityyppisten syöpien, sydän- ja silmäsairauksien riskiä (luteiinipitoisuutensa ansiosta).
Ne auttavat estämään ja hoitamaan sepelvaltimo sydänsairauksia, verihiutaleiden aggregaatiota, epänormaaleja kolesterolitasoja ja ovat myös erittäin lupaavia tiettyjen mielisairauksien hoidossa (niiden omega-3-pitoisuuden vuoksi).
Niillä on antimutageenista vaikutusta, stimuloimalla immuunijärjestelmää, vähentämällä verenpainetta ja vieroitushoitoa.
Heillä on antikoagulantti- ja bakterisidinen vaikutus.
Ne lisäävät raudan hyötyosuutta.
Terapeuttisiin ja ehkäiseviin mikroleviin perustuvia lääkkeitä on kehitetty muun muassa haavaisen koliitin, gastriitin ja anemian hoitoon.

Kuva 4. Tasainen fotoreaktori: käytetään korkeaa lisäarvoa saavien mikrolevien sivutuotteiden saamiseen ja kokeiluihin. Lähde: IGV Biotech, Wikimedia Commonsista

lannoitteet

Mikroleviä käytetään biolannoitteina ja maanparannusaineina. Nämä fotoautotrofiset mikro-organismit peittävät nopeasti häiriintyneet tai palaneet maaperät vähentäen eroosion riskiä.

Jotkut lajit suosivat typen kiinnittymistä ja ovat mahdollistaneet esimerkiksi riisin viljelyn tulvalle maalle vuosisatojen ajan ilman lannoitteita. Muita lajeja käytetään korvaamaan kalkki kompostissa.

Kosmetiikka

Mikroleväjohdannaisia on käytetty rikastettujen hammastahnojen formuloinnissa, jotka poistavat hampaiden kariesta aiheuttavat bakteerit.

Voiteita, jotka sisältävät tällaisia johdannaisia, on myös kehitetty niiden antioksidantti- ja ultraviolettiä suojaavien ominaisuuksien vuoksi.

Kuva 5. Mikrolevien ylläpito pankeissa tai kannoissa. Lähde: CSIRO

Jätevedenpuhdistus

Mikroleviä käytetään orgaanisen aineen muutosprosesseissa jätevesistä, jolloin syntyy biomassaa ja käsiteltyä vettä kastelua varten. Tässä prosessissa mikrolevät tarjoavat tarvittavan hapen aerobisille bakteereille, hajottaen orgaanisia pilaavia aineita.

Saastumisen indikaattorit

Kun otetaan huomioon mikrolevien ekologinen merkitys vesiympäristön ensisijaisina tuottajina, ne ovat ympäristön pilaantumisen indikaattoreita.

Lisäksi niillä on suuri sietokyky raskasmetalleihin, kuten kupariin, kadmiumiin ja lyijyyn sekä kloorattuihin hiilivetyihin, minkä vuoksi ne voivat olla indikaattoreita näiden metallien läsnäolosta.

biokaasu

Joitakin lajeja (esimerkiksi Chlorella ja Spirulina) on käytetty biokaasun puhdistamiseen, koska ne kuluttavat hiilidioksidia epäorgaanisen hiilen lähteenä sen lisäksi, että ne säätävät samanaikaisesti väliaineen pH: ta.

biopolttoaineet

Mikrolevät biosyntetisoivat laajan valikoiman kaupallisesti mielenkiintoisia bioenergeettisiä sivutuotteita, kuten rasvat, öljyt, sokerit ja funktionaaliset bioaktiiviset yhdisteet.

Kuva 6. Karuselli-tyyppiset mikroleväviljelylaitteet, joita käytetään mikrolevien massaviljelyyn kosmetiikka- ja elintarviketeollisuudelle. Lähde: JanB46, Wikimedia Commonsista

Monissa lajeissa on runsaasti lipidejä ja hiilivetyjä, jotka soveltuvat suoraan käytettäväksi korkeaenergisina nestemäisinä biopolttoaineina, korkeammilla tasoilla kuin maanpäällisissä kasveissa, ja ne voivat myös korvata fossiilisten polttoaineiden jalostustuotteita. Tämä ei ole yllättävää, kun otetaan huomioon, että suurimman osan öljystä uskotaan olevan peräisin mikrolevästä.

Yhtä lajia, erityisesti Botryococcus braunii, on tutkittu laajasti. Mikrolevien öljysaannon ennustetaan olevan jopa 100-kertainen maan viljasatoihin saakka, 7500 - 24 000 litraa öljyä hehtaaria kohti vuodessa, rypsin ja palmujen suhteen, vastaavasti 738 ja 3690 litraa..

Viitteet

Borowitzka, M. (1998). Mikrolevien kaupallinen tuotanto: lammikot, säiliöt, mukulat ja fermentoijat. J. of Biotech, 70, 313-321.
Ciferri, O. (1983). Spirulina, syötävä mikro-organismi. Microbiol. Rev., 47, 551 - 578.
Ciferri, O., ja Tiboni, O. (1985). Spirulinan biokemia ja teollisuuspotentiaali. Ann. Rev. Microbiol., 39, 503-526.
Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., ja Dupeirón, R., et ai. (1993). Biokaasun puhdistusprosessi, jossa käytetään intensiivisiä mikroleväviljelmiä. Biotech. Letters, 15 (3), 317-320.
Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, ja Cañizares, RO (2003). Edistys fotolevyttelijöiden konseptisuunnittelussa mikrolevien viljelyä varten. Interciencia, 28 (8), 450 - 456.
Duerr, EO, Molnar, A., ja Sato, V. (1998). Viljellyt mikrolevät vesiviljelyrehuna. J Mar Biotechnol, 7, 65 - 70.
Lee, Y.-K. (2001). Mikrolevämassan viljelyjärjestelmät ja menetelmät: Niiden rajoitus ja potentiaali. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, ja Abdo de la Parra, MI (1996). Vaihtoehtoiset kasviproteiinilähteet vesiviljelyrehujen kalajauhon korvaamiseksi. Kirja esiteltiin vesiviljelyravintoa käsittelevän kolmannen kansainvälisen symposiumin julkaisussa, Monterrey, Nuevo León, Meksiko.
Olaizola, M. (2003). Mikroleväbioteknologian kaupallinen kehittäminen: koeputkesta markkinoille. Biomolecular Engineering, 20, 459 - 466.

MIKROLEVÄT: OMINAISUUDET, LUOKITTELU JA SOVELLUKSET - BIOLOGIA - 2026