MIKROALGER: EGENSKAPER, KLASSIFICERING OCH TILLÄMPNINGAR - BIOLOGI - 2025

De mikroalger är eukaryota organismer, photoautotrophs, det vill säga få energi från ljus och syntetisera sin egen mat. De innehåller klorofyll och andra tillbehörspigment som ger dem stor fotosyntetisk effektivitet.

De är unicellulära, koloniala - när de är etablerade som aggregat- och filamentösa (ensamma eller koloniala). De är en del av fytoplankton, tillsammans med cyanobakterier (prokaryoter). Fytoplankton är uppsättningen fotosyntetiska, vattenlevande mikroorganismer som flyter passivt eller har nedsatt rörlighet.

Bild 1. Volvox (sfärisk) Källa: Frank Fox, via Wikimedia Commons

Mikroalger finns från den markbundna Ecuador till de polära regionerna och erkänns som en källa till biomolekyler och metaboliter av stor ekonomisk betydelse. De är en direkt källa till mat, medicin, foder, gödselmedel och bränsle och är till och med indikatorer på förorening.

egenskaper

Producenter som använder solljus som energikälla

De flesta mikroalger är gröna i färg eftersom de innehåller klorofyll (tetrapyrrolic växtpigment), en fotoreceptor av ljusenergi som gör det möjligt att utföra fotosyntes.

Vissa mikroalger har dock röd eller brun färg, eftersom de innehåller xantofyller (gula karotenoidpigment), som maskerar den gröna färgen.

Livsmiljöer

De bor i olika söta och salta, naturliga och konstgjorda vattenmiljöer (som simbassänger och fiskbehållare). Vissa kan växa i jorden, i sura livsmiljöer och i porösa (endolytiska) bergarter, på mycket torra och mycket kalla platser.

Klassificering

Mikroalger representerar en mycket heterogen grupp, eftersom den är polyfyletisk, det vill säga den grupperar arter som är avkomlingar till olika förfäder.

För att klassificera dessa mikroorganismer har olika egenskaper använts, bland vilka: karaktären av deras klorofyler och deras energireservämnen, cellväggens struktur och typen av rörlighet de presenterar.

Klorofyllens natur

De flesta av algerna innehåller klorofylltyp A och några få presenterar en annan typ av klorofyll härrörande från den.

Många är obligatoriska fototrofer och växer inte i mörkret. Vissa växer emellertid i mörkret och kataboliserar enkla sockerarter och organiska syror i frånvaro av ljus.

Till exempel kan vissa flagellater och klorofyter använda acetat som en källa till kol och energi. Andra assimilerar enkla föreningar i närvaro av ljus (fotoheterotrofi) utan att använda dem som energikälla.

Kolpolymerer som energireserv

Som en produkt av den fotosyntetiska processen producerar mikroalger en mängd olika kolpolymerer som fungerar som en energireserv.

Till exempel genererar mikroalgerna i Chlorophyta-divisionen reservstärkelse (a-1,4-D-glukos), mycket lik stärkelserna från högre växter.

Cellväggstruktur

Väggarna i mikroalger har en betydande variation av strukturer och kemisk sammansättning. Väggen kan bestå av cellulosafibrer, vanligtvis med tillsats av xylan, pektin, mannan, alginsyror eller fucinsyra.

I vissa kalkhaltiga eller korallina alger visar cellväggen kalciumkarbonatavsättning, medan andra har kitin.

Diatomer, å andra sidan, har kisel i sin cellvägg, till vilka polysackarider och proteiner läggs, och bildar skal av bilateral eller radiell symmetri (frustuler). Dessa skal förblir intakt under lång tid och bildar fossil.

Euglenoid-mikroalger, till skillnad från de tidigare, saknar en cellvägg.

Typ av rörlighet

Mikroalger kan ha flagella (som Euglena och dinoflagellates), men har aldrig flimmer. Å andra sidan uppvisar vissa mikroalger rörlighet i sin vegetativa fas, men deras gameter kan vara rörliga.

Bioteknologiska tillämpningar

Utfodring av människor och djur

Under 1950-talet började tyska forskare massodling av mikroalger för att få lipider och proteiner som skulle ersätta konventionella djur- och växtproteiner med syftet att täcka konsumtionen av boskap och människor.

Nyligen har den enorma odlingen av mikroalger planerats som en av möjligheterna att bekämpa hunger och undernäring i världen.

Mikroalger har ovanliga näringskoncentrationer, som är högre än de som observeras i någon högre växtart. Ett dagligt gram mikroalger är ett alternativ att komplettera en bristfällig kost.

Fördelar med dess användning som mat

Bland fördelarna med att använda mikroalger som mat har vi följande:

• Hög hastighet på mikroalgal tillväxt (de ger ett utbyte som är 20 gånger högre än sojabönor per areaenhet).
• Det genererar fördelar uppmätta i den "hematologiska profilen" och i konsumentens "intellektuella status" när de konsumerar små dagliga doser som ett näringstillskott.
• Högt proteininnehåll jämfört med andra naturliga livsmedel.
• Hög koncentration av vitaminer och mineraler: förtäring av 1 till 3 gram per dag av mikroalgala biprodukter ger avsevärda mängder betakaroten (provitamin A), vitamin E- och B-komplex, järn och spårämnen.
• Mycket energigivande näringskälla (jämfört med ginseng och pollen som samlats in av bin).
• De rekommenderas för högintensiv träning.
• På grund av dess koncentration, låg vikt och lätthet att transportera är det torra extraktet av mikroalger lämpligt som en icke-förgänglig mat att lagra i väntan på nödsituationer.

Figur 2. Arthrospira är ett allmänt använt och massodlat cyanobakterium. Källa: Joan Simon, beskuren av Perdita (engelsk Wikipedia-användare), via Wikimedia Commons

vattenbruk

Mikroalger används som mat i vattenbruk på grund av deras höga proteininnehåll (från 40 till 65% i torrvikt) och deras förmåga att öka färgen på laxfiskar och kräftdjur med sina pigment.

Till exempel används det som livsmedel för tivaler i alla deras tillväxtstadier; för larvstadier av vissa arter av kräftdjur och för tidiga stadier av vissa fiskarter.

Pigment i livsmedelsindustrin

Vissa mikroalgpigment används som tillsatser i foder för att öka pigmenteringen av kycklingkött och äggulor, samt för att öka nötkreaturens fertilitet.

Dessa pigment används också som färgämnen i produkter såsom margarin, majonnäs, apelsinjuice, glass, ost och bageriprodukter.

Figur 3. Rörformiga fotobioreaktorer som används för att erhålla högvärdesföreningar från mikroalger. Källa: IGV Biotech, från Wikimedia Commons

Human- och veterinärmedicin

Inom området human- och veterinärmedicin erkänns mikroalgens potential, eftersom:

• De minskar risken för olika typer av cancer, hjärta och oftalmiska sjukdomar (tack vare deras luteininnehåll).
• De hjälper till att förebygga och behandla koronar hjärtsjukdom, blodplättaggregering, onormala kolesterolnivåer och är också mycket lovande för behandling av vissa psykiska sjukdomar (på grund av deras omega-3-innehåll).
• De har antimutagen verkan, stimulerar immunförsvaret, minskar hypertoni och avgiftar.
• De har antikoagulant och bakteriedödande verkan.
• De ökar biotillgängligheten för järn.
• Läkemedel baserade på terapeutiska och förebyggande mikroalger har genererats för ulcerös kolit, gastrit och anemi, bland andra tillstånd.

Figur 4. Platt fotobioreaktor: används för att erhålla mikroalgerbiprodukter med högt mervärde och i experiment. Källa: IGV Biotech, från Wikimedia Commons

Gödsel

Mikroalger används som biogödselmedel och jordbalsam. Dessa fotoautotrofa mikroorganismer täcker snabbt de störda eller brända jordarna, vilket minskar risken för erosion.

Vissa arter föredrar kvävefixering och har gjort det till exempel möjligt att odla ris på översvämmade mark i århundraden utan tillsats av gödselmedel. Andra arter används för att ersätta kalk i kompost.

kosmetika

Mikroalgerivat har använts i formuleringen av anrikade tandkräm, vilket eliminerar bakterierna som orsakar tandkärl.

Krämer som inkluderar sådana derivat har också utvecklats för sina antioxidanter och ultraviolettskyddande egenskaper.

Bild 5. Underhåll av mikroalger i banker eller stammar. Källa: CSIRO

Avloppsrening

Mikroalger används i processer för omvandling av organiskt material från avloppsvatten, generering av biomassa och behandlat vatten för bevattning. I denna process tillhandahåller mikroalgerna det nödvändiga syre till aeroba bakterier, nedbrytande organiska föroreningar.

Föroreningsindikatorer

Med tanke på den ekologiska betydelsen av mikroalger som primära producenter av vattenmiljöer är de indikatororganismer för miljöföroreningar.

Dessutom har de stor tolerans mot tungmetaller som koppar, kadmium och bly, samt klorerade kolväten, varför de kan vara indikatorer på närvaron av dessa metaller.

Biogas

Vissa arter (till exempel Chlorella och Spirulina) har använts för att rena biogas, eftersom de konsumerar koldioxid som en källa till oorganiskt kol, förutom att samtidigt kontrollera pH i mediet.

biobränslen

Mikroalgbiosynteser ett brett utbud av kommersiellt intressanta bioenergiska biprodukter, såsom fetter, oljor, sockerarter och funktionella bioaktiva föreningar.

Figur 6. Mikroalgodlare av karuseltyp, som används vid massodling av mikroalger för kosmetik- och livsmedelsindustrin. Källa: JanB46, från Wikimedia Commons

Många arter är rika på lipider och kolväten som är lämpliga för direkt användning som flytande biodrivmedel med hög energi, i högre nivåer än de som finns i markanläggningar, och har också potential som ersättare för raffinaderiprodukter av fossila bränslen. Detta är inte förvånande med tanke på att de flesta av oljan tros ha sitt ursprung i mikroalger.

En art, särskilt Botryococcus braunii, har studerats omfattande. Oljeavkastningen från mikroalger beräknas vara upp till 100 gånger landgrödorna, från 7 500–24 000 liter olja per tunnland per år, jämfört med raps och palm, på 738 respektive 3690 liter. .

referenser

1. Borowitzka, M. (1998). Kommersiell produktion av mikroalger: dammar, tankar, knölar och jäsningsmedel. J. of Biotech, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, Den ätliga mikroorganismen. Microbiol. Rev., 47, 551-578.
3. Ciferri, O., & Tiboni, O. (1985). Spirulinas biokemi och industriella potential. Ann. Rev. Microbiol., 39, 503-526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., et al. (1993). Biogasreningsprocess med intensiva mikroalgkulturer. Biotech. Letters, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, & Cañizares, RO (2003). Framsteg i konceptuell design av fotobioreaktorer för odling av mikroalger. Interciencia, 28 (8), 450-456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). Odlade mikroalger som vattenbruksfoder. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Mikroalgala masskultursystem och metoder: Deras begränsning och potential. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
8. Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA och Abdo de la Parra, MI (1996). Alternativa källor till vegetabiliska proteiner som ersättning för fiskmjöl för vattenbruksfoder. Uppsats presenterat i Proceedings of the Third International Symposium on Aquaculture Nutrition, Monterrey, Nuevo León, Mexico.
9. Olaizola, M. (2003). Kommersiell utveckling av mikroalgal bioteknik: från provröret till marknaden. Biomolecular Engineering, 20, 459-466.