بیوتکنولوژی جلبکبیوتکنولوژی صنعتیدیدگاه

استفاده از میکروجلبک‌ به عنوان مکمل‌ غذایی

میکروجلبک یک محصول مناسب برای تولید غذاهای رژیمی است و هزاران سال است که در رژیم غذایی انسان مصرف می‌شود. کشت میکروجلبک با زمین و منابع مورد نیاز برای کشت محصولات زراعی سنتی رقابت نمی‌کند و نسبت به محصولات زراعی زمینی، عملکرد بهتری دارد؛ بنابراین جایگزینی مناسب برای مکمل‌های غذایی برای سلامت انسان به‌حساب می‌آیند.


محتوای بالای پروتئین در میکروجلبک‌ها پتانسیل عظیمی برای برآورده کردن نیازهای غذایی جمعیت در حال رشد نشان داده است. جدای از منبع پروتئین، وجود ترکیبات مختلف فعال زیستی در میکروجلبک‌ها فواید زیادی برای سلامتی دارند. در این بررسی منابع مختلف پروتئینی و سایر ترکیبات فعال بیولوژیکی در گونه‌های مختلف میکروجلبک توصیف می‌شود.

رنگدانه‌ها به‌دلیل خاصیت ضد سرطانی، خاصیت آنتی اکسیدانی و ضد فشار خون، یکی از ترکیبات مورد مطالعه به‌عنوان مواد فعال زیستی هستند. در مقایسه با گونه‌های مختلف گیاهی و گل‌ها، میکروجلبک‌ها حاوی مقادیر زیادی رنگدانه هستند. پروتئین‌های گرفته شده از میکروجلبک دارای ساختارهای اسید آمینه‌ ضروری (EAA) هستند و میزان پروتئین آن‌ها از منابع معمولی مانند گوشت، مرغ و لبنیات بالاتر است. عدم آگاهی همراه با مشوق‌های ناچیز برای تولیدکنندگان منجر به نادیده گرفته شدن پتانسیل میکروجلبک‌ها می‌شود. در ادامه کاربرد ترکیبات گرفته شده از میکروجلبک به‌عنوان مکمل‌های غذایی و مواد مغذی کاملاً بحث شده است.

مطاله‌ای در نوامبر سال ۲۰۱۷ نشان داد که از میان ۷.۶ میلیارد جمعیت جهان، حدود ۸۱۵ میلیون نفر غذای کافی برای حفظ سلامتی خود ندارند. در این بین غذای یک سوم جمعیت جهان به‌طور مستقیم به فعالیت‌های کشاورزی و مشابه آن وابسته است‌. افزایش نمایی جمعیت جهان، امنیت تأمین غذای جهان را تهدید می‌کند.

هزاران سال است که میکروجلبک‌ها به‌عنوان غذا توسط انسان‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. تأمین غذا با کمک میکروجلبک‌ها استرس ناشی از تأمین غذای جهان توسط محصولات زمینی را کاهش می‌دهد. جلبک‌ها، یکی از قدیمی‌ترین گیاهان جهان به حساب می‌آیند. اولین حضور آن‌ها به حدود 3.5 میلیارد سال قبل باز می‌گردد. این گونه‌های فتوسنتزی شامل ساختار چند سلولی (ماکروجلبک) به طول 60 متر و ارگانیسم‌های تک‌سلولی (میکروجلبک) با ابعاد کوچک 0.2 میکرومتر هستند. میکروجلبک‌ها گروه بسیار متنوعی هستند که تعداد گونه‌های موجود آن‌ها از 200000 تا 800000 تخمین زده می‌شوند. برخی از این گونه‌ها در مقیاس صنعتی کشت می‌شوند تا ترکیبات فعال زیستی در مقیاس وسیع برای مصرف انسان و حیوان، صنایع آرایشی و سوخت‌های زیستی تولید کنند. در شکل زیر برخی مواد تولیدی از مواد زیستی استخراج شده از زیست‌توده میکروجلبک نشان داده شده است.

محصولات تولیدی از میکروجلبک‌ها
محصولات تولیدی از میکروجلبک‌ها

گزارش شده است که بسیاری از گونه‌های میکروجلبک در مقایسه با منابع پروتئین سنتی مانند شیر، سویا، تخم‌مرغ و گوشت حاوی مقدار مشابهی هستند. با این وجود، استخراج پروتئین از میکروجلبک‌ها دارای مزایای زیادی از نظر ارزش غذایی، کارایی و بهره‌وری است. میزان پروتئین تولیدی توسط میکروجلبک‌ها 4 الی 15 تن در هکتار در هر سال است، این در حالی است که محتوای پروتئین برخی محصولات زمینی مانند گندم، حبوبات و سویا به ترتیب 1.1 تن در هکتار، 1 الی 2 تن در هکتار و 0.6 الی 1.2 تن در هکتار در هر سال گزارش شده است. تولید محصولات زراعی زمینی از طریق کشاورزی تقریباً 75 درصد از کل آب شیرین جهان را مصرف می‌کند.

همچنین، برای تولید محتوای پروتئین معادل پروتئین تولیدی در منابع گیاهی از منابع حیوانی، تقریباً 100 برابر آب بیشتر نیاز است. علاوه بر این میکروجلبک‌های دریایی، بدون نیاز به آب شیرین و زمین قابل زراعت، قابلیت کشت دارند و باعث افزایش منابع مورد نیاز برای تولید محصولات غذایی می‌شوند. با توجه به شرایط سخت محیطی و رشد فتوتروفیک، میکروجلبک‌ها در معرض تنش‌های رادیکال آزاد و پراکسید قرار دارند. این باعث توسعه و افزایش اثربخشی میکروجلبک‌ها در ایجاد سیستم‌های محافظت‌کننده طبیعی با تولید آنتی اکسیدان‌ها و رنگدانه‌ها (مثل کلروفیل‌ها، کاروتنوئیدها و فیکوبیل‌پروتئین‌ها) شده است. این ترکیبات به‌عنوان مکمل‌هایی که بدن قادر به تولید آن‌ها نیست، دارای ارزش و اهمیت هستند. 

تولید غذا و مکمل‌های غذایی از میکروجلبک‌ها

در برخی از کشورهای توسعه‌یافته، مردم محلی به‌دلیل مشغله و زندگی مدرن، غذاهای پر کالری مصرف می‌کنند. این نتایج منجر به مشکلات مختلف سلامتی مانند چاقی، فشار خون بالا، دیابت و سایر بیماری‌های قلبی می‌شود. برای داشتن زندگی سالم، ترکیبی متعادل از آنتی اکسیدان‌ها، ویتامین‌ها و غیره مورد نیاز است. گونه‌های زیادی از میکروجلبک‌ها سرشار از مواد معدنی، کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و سایر ترکیبات فعال بیولوژیکی هستند. به گفته برخی محققان، میکروجلبک‌ها منابع عالی ویتامین‌های معدنی مانند ویتامین A ،B1 ،B2 ،B6 ،B12 ،C و E و مواد معدنی مانند آسپتاسیم، آهن، منیزیم، کلسیم و ید هستند.

در چین گونه‌های Nostoc از میکروجلبک‌ها در حدود 2000 سال به‌عنوان غذا مصرف می‌شدند و بعداً گونه‌های کلرلا و اسپیرولینا به‌عنوان غذاهای سالم عملکردی در تایوان، ژاپن و مکزیک مورد استفاده قرار گرفتند. در حال حاضر غذاهای تولید شده از میکروجلبک‌ها به‌صورت کپسول، قرص، پودر و مایع در صنعت موجود هستند. آن‌ها همچنین با شکلات، آدامس، اسنک‌ها، پاستا، نودل، غلات صبحانه، شراب و سایر نوشیدنی‌ها مخلوط می‌شوند.

برخی از گونه‌های میکروجلبک از جمله Spirulina plantesis ،Chlorella sp ،Dunaliella terticola ،Dunaliela saline و Aphanizomenon flosaquae به‌دلیل محتوای بالا پروتئین و ارزش غذایی بالا به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، در سال‌های اخیر گونه‌های کلرلا و اسپیرولینا به‌دلیل غنی بودن از مواد غذایی بر بازار جهانی میکروجلبک‌ها تسلط یافته‌اند؛ به‌طوری که در فروشگاه‌های مواد غذایی محبوبیت زیادی پیدا کرده‌اند. علاوه بر اینکه میکرو‌جلبک‌ها به‌عنوان مکمل غذایی برای انسان‌ها کاربرد دارند، منبع غذایی مفید برای بسیاری از گونه‌های آبزی، پستانداران، خوک‌ها، طیور و سایر حیوانات هستند. گزارش شده است که برخی گونه‌های میکروجلبک از جمله Spirulina ,Chlorella ,Tetraselmis Navicula ,Scenedesmus ,Crypthecodinium و Nannochloropsis Nitzchia به‌عنوان خوراک برای حیوانات خشکی و همچنین آبزیان استفاده می‌شوند. در جدول 1 ترکیب برخی از گونه‌های مهم میکروجلبک‌ نشان داده شده است.

جدول 1: ترکیب برخی از گونه‌های مهم میکروجلبک‌

(Composition (%dry matterMicroalgae Species
CarbohydratesLipidsProtein
25-304-743-56Anabena cylindrica
23362Aphanizomenon flos-aquae
271536Chaetoceros calcitrans
172148Chlamydomonas rheinhardii
12-1714-2251-58Chlorella vulgaris
26257Chlorella pyrenoidosa
32657Diacronema vlkianum
32657Dunaliela salina
4849Dunaliela bioculata
14-1822-3839-61Euglena gracilis
271548Haematococcus pluvialis
10-1712-1450-56Isochrysis galbana
40-579-1428-39Porphyridium cruentum
25-3322-3828-45Prymnesium parvum
10-1712-1450-56Scenedesmus obliquus
21-5216-408-18Scenedesmus dimorphus
21-521.947Scenedesmus quadricauda
33-6411-216-20Spirogyra sp
13-166-760-71Spirulina maxima
8-144-946-63Spirulina platensis
151163Synechococcus sp
15352Tetraselmis maculata

گونه کلرلا اغلب به‌عنوان غذای سالم به بازار عرضه می‌شود و به‌عنوان یک غذای کاربردی برای جلوگیری، معالجه یا کمک به بیماری‌های شایع و حاد مانند آلزایمر، سرطان و غیره تبلیغ می‌شود. با توجه به نگرانی‌های زیاد در مورد رژیم غذایی سالم و متعادل، فروش کلرلا رو به رشد بوده است و فروش کلرلا در سال 2016 برابر با 138 میلیون دلار بوده است. همچنین پیش‌بینی می‌شود تا سال 2021 مقدار فروش به 164 میلیون دلار برسد. علاوه بر این، گونه کلرلا منبع غذایی غنی از مواد مغذی برای گونه‌های آبزی، طیور و پستاندارن است. در حال حاضر، بیش از 70 شرکت صنعتی داخلی سالانه حدود 2000 تن کلرلا تولید می‌کنند. بزرگترین تولیدکننده صنعتی کلرلا در تایوان است که تولید سالانه 400 تن دارد، بعد از آن یک شرکت آلمانی با تولید 130 الی 150 تن در سال مطرح است.

طی مطالعه‌ای که در سال 1940 توسط دو محقق به نام‌های یورگنسون و Convit بر روی 80 نفر از بیماران جذامی در ونزوئلا انجام شد، نشان داده شد که خوردن سوپ پلانکتون تهیه شده از گونه Chlorella sp به‌عنوان مکمل رژیم غذایی باعث افزایش انرژی، سلامتی و وزن بیماران می‌شود. این اولین مستند از میکروجلبک‌ها به‌عنوان یک مکمل بالقوه برای سلامتی است. بر اساس گفته محققان، عصاره استخراج شده از Chlorella sp دارای مزایای زیادی برای سلامتی انسان‌هاست. به‌عنوان مثال، chlorella sp دارای خاصیت محافظت‌کننده در طول سوءتغذیه و مسمومیت است، قند خون را کاهش داده و غلظت هموگلوبین را افزایش می‌دهد. همچنین Chlorella حاوی سیستم ایمنی فعال‌کننده 1-3-گلوکان است که باعث کاهش لیپیدهای خون شده و به‌عنوان یک محافظ رادیکال آزاد عمل می‌کند.

گونه Sppirulina sp نیز به‌عنوان یک غذای برتر شناخته می‌شود، که این عنوان توسط سازمان جهانی بهداشت داده شده است. این گونه یک گونه سبز-آبی فوتوتوتروفیکی از میکروجلبک‌های تک‌سلولی است. سلول‌های آن سرشار از پروتئین است که تا 70 درصد از وزن خشک سلول را شامل می‌شوند. این گونه از سال 1950 توسط مردم بومی مکزیک و آفریقا مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین یک منبع طبیعی عالی از ویتامین A ،B1 ،B2، B12، اسیدهای چرب ضروری و رنگدانه‌های مفید مانند زانتوفیل و کارتنوئیدها است. این ترکیبات فعال بیولوژیکی توسط بدن انسان سنتز نمی‌شوند، بنابراین کشت گونه‌های اسپیرولینا یا آرتروسپیرا دارای اهمیت است.

یک قاشق (7 گرم) از زیست‌توده خشک Spirulina تقریباً حاوی 4 گرم پروتئین، 1 گرم چربی مانند اسیدهای چرب امگا-3 و امگا-6 و به ترتیب 11، 15 و 4 درصد از ویتامین‌های B1  B2 و B3 است، که این معادل نیاز روزانه بدن انسان برای سلامتی است. همچنین به ترتیب حاوی 21 و 11 درصد مس و آهن است. علاوه بر این، مواد معدنی مختلف دیگری مانند منیزیم، منگنز و پتاسیم در مقادیر کم گزارش شده‌اند. بر اساس تحقیقات گزارش شده است که اسپیرولینا باعث کاهش سطح کلسترول و تری‌گلیسیرید می‌شود بنابراین فشار خون را پایین می‌آورد و قند خون را کنترل می‌کند.

همچنین، مکمل اسپیرولینا باعث افزایش سطح هموگلوبین گلبول‌های قرمز در افراد مسن و بهبود سیستم ایمنی بدن می‌شود. محققان اضافه کردن گونه Spirulina spp را به رژیم غذایی فضانوردان توصیه می‌کنند، زیرا این یک غذای ایده‌آل و کم‌حجم برای سفر در فضا است. این گونه حاوی طیف گسترده‌ای از مواد مغذی حتی در صورت جمع شدن در مقدار کمی است. گزارش شده است که اسپیرولینا حاوی پروتئین‌ به میزان 670 درصد بیشتر از سویا، کلسیم به میزان 180 درصد بیشتر از شیر، آهن به میزان 5100 درصد بیشتر از اسفناج و کارتنویئد به میزان 3100 درصد بیشتر از هویچ است.

رنگدانه‌ها (کلروفیل‌ها و کارتنوئیدها)

رنگدانه‌ها در اصل مولکول‌هایی هستند که قابلیت جذب نور از طیف مرئی را دارند. طول موجی که توسط این مولکول‌ها جذب نمی‌شود به چشم انسان می‌رسد، بنابراین مولکول‌ها به آن رنگ دیده می‌شوند. رنگدانه‌ها در صنعت‌های مختلف از جمله مواد افزودنی/رنگ کننده‌ها، آبزی‌پروری و دارویی استفاده می‌شوند. این رنگدانه‌ها در حال حاضر از طریق منابع مصنوعی تجدیدناپذیر مانند مواد نفتی، مواد شیمیایی معدنی و اسیدهای آلی در مقیاس صنعتی تولید می‌شوند. مواد اولیه و هزینه تولید با منابع مصنوعی ارزان‌تر است. هر چند، به‌دلیل ایمنی و نگرانی‌های زیست‌محیطی در ارتباط با رنگدانه‌های مصنوعی تولید شده، تقاضا برای رنگدانه‌های تولید شده به‌طور طبیعی افزایش یافته است.

صنایع غذایی به‌دلیل داشتن عناصر مضر موجود در منابع مصنوعی، بسیار علاقه‌مند به استفاده از رنگدانه‌های طبیعی است. منابع طبیعی تولید رنگدانه شامل انواع میوه‌، گل‌ها، سبزیجات، حشرات و میکروارگانیسم‌های فتوسنتزی مانند میکروجلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها می‌شود. میکروجلبک‌ها گونه‌های فتوسنتزی هستند که بسته به نوع و رنگ‌های مربوط به آن‌ها رنگدانه‌های مختلفی تولید می‌کنند. به‌عنوان مثال، میکروجلبک‌های سبز حاوی کلروفیل و میکروجلبک‌های قرمز و آبی دارای فیکوبیلین پروتئین‌ها هستند؛ در حالی که میکروجلبک‌های زرد، نارنجی و قرمز کارتنوئیدها را تولید می‌کنند.

در میان منابع مختلف، میکروجلبک‌ها به‌دلیل تولید رنگدانه‌های طبیعی در غلظت بالا نسبت به سایر منابع دارای برتری هستند. علاوه بر این، میکروجلبک‌ها را می‌توان در آب شور و یا فاضلاب‌ها با غلظت بالایی از فلزات سنگین کشت داد. میکروجلبک‌ها ضمن استفاده از مواد مغذی موجود در فاضلاب‌ها باعث تصفیه آن نیز می‌شوند. علاوه بر این، میکروجلبک‌ها 10 تا 50 برابر در جذب دی‌اکسید کربن و تابش نور خورشید برای فتوسنتز در مقایسه با گیاهان زمینی کارآمدتر هستند. مطالعات متعددی نشان داده‌اند که گونه‌های Scenedesmus sp و Clorella sp توانایی تحمل 10 تا 30 درصد دی‌اکسید کربن موجود در اتمسفر را دارند و از این رو می‌توانند مقادیر زیادی از گاز خروجی دودکش‌های نیروگاه‌های مجاور  را جذب کنند. نرخ رشد و بهره‌وری میکروجلبک در مقایسه با هر سیستم گیاهی بالاتر است. در شکل زیر میزان تولید کاروتنوئیدها در منابع طبیعی متعددی نشان داده شده است.

میزان تولید کارتنوئید در منابع طبیعی مختلف
میزان تولید کارتنوئید در منابع طبیعی مختلف

کاروتنوئیدها، رنگدانه‌هایی با ساختاری چربی‌دوست هستند که در ارگانیسم‌های غیرفتوسنتزی، میکروجلبک‌ها و گیاهان یافت می‌شوند. این رنگدانه‌ها به‌دلیل داشتن خاصیت ضد اکسیدانی قوی بر روی انسان و حیوان تأثیر درمانی دارند، بنابراین از ارگانیسم‌ها در برابر فشارهای اکسیداتیو و رادیکال‌های آزاد محافظت می‌کنند. کاروتنوئیدها به‌عنوان پروویتامین A در بدن انسان عمل می‌کنند و معمولاً 0.1 تا 0.2 درصد وزن خشک میکروجلبک‌ها را شامل می‌شوند. تخمین زده می‌شود که بازار جهانی کاروتنوئیدها در سال 2016 با 1.24 میلیارد دلار ارزش‌گذاری شده و پیش‌بینی می‌شود تا سال 2021 به 1/51 میلیارد دلار برسد، با این حال بیشتر تولیدات شامل مواد اولیه شیمیایی است.

کاروتنوئیدها با گروه‌های عملکردی خود طبقه‌بندی می‌شوند. کاروتنوئیدهایی که فقط دارای گروه هیدروکربنی هستند به‌عنوان کاروتن‌ها شناخته می‌شوند. آن‎هایی که دارای گروه‎های اپوکسی، هیدروکسیل و اکسو هستند، به‎عنوان زانتوفیل شناخته می‎شوند. با وجود بیش از 400 کاروتنوئید شناخته شده، تنها تولید کاروتن و آستاگزانتین در مقیاس وسیع تجاری شده‌ است. بتاکارتن به‌دلیل دارا بودن پروویتامین A، یک افزودنی مهم در مکمل‌ها و قرص‌های مولتی ویتامین به‌شمار می‌رود؛ همچنین کاروتن به‌عنوان رنگ خوراکی در کره، پنیر و مارگارین استفاده می‌شود. گزارش شده است که 10 الی 14 درصد وزن خشک گونه دونالیلا سالینا را کاروتن تشکیل می‌دهد. همچنین محققان موفق به شناسایی 24 نوع کاروتنوئید در گونه Phordiumumnale شده‌اند.

در میان انواع کارتنوئید، ترانس-کاروتن و ترانس-لوتئین و ترانس-زایاگزانتین به ترتیب با غلظت‌های 225.44 و 117.56 و 88.46 میکروگرم در هر گرم زیست‌توده نقش اصلی را دارند. به تازگی، مطالعات نشان داده‌اند که دستکاری شرایط کشت از جمله شوری زیاد، شدت نور زیاد، غلظت پایین مواد مغذی و دمای بالا می‌تواند تولید کاروتن را افزایش دهد. بهینه‌سازی شرایط محیط کشت باعث افزایش راندمان تولید بتاکاروتن و تولید بیشتر ایزومرهای cis-9 می‌شود. ایزومر cis-9 B از بتاکاروتن، نتایج مثبتی بر روی لیپیدهای پلاسما نشان داده است.

آستاگزانتین رنگدانه‌ای طبیعی است و در مقایسه با ویتامین‌های C و E یا هر کاروتنوئید دیگری مانند کاروتن، لوتئین، لیکوپن و زاکسانتین دارای خاصیت آنتی اکسیدانی قوی‌تری است. آستاگزانتین دومین رنگدانه مهم کاروتنوئیدی است و بیشتر از گونه Haematococcus pluvialis که یک میکروجلبک سبز آب شیرین است، استخراج می‌شود. آستاگرانتین 4 الی 5 درصد از وزن خشک گونه Haematococcus pluvialis را تشکیل می‌دهد. به جز گونه H. pluvalis، کلرلا zofingiensis نیز توانایی تولید آستاگزانتن را دارد. با این حال، میزان تولید آن پایین‌تر است و در شرایط قحطی نیتروژن، رادیکال‌های هیدروکسیل تولید می‌کند که وظیفه تولید آستاگزانتین را بر عهده دارند. این ماده به‌عنوان خوراک برای صنعت پرورش ماهی قزل‌آلا به بازار عرضه می‌شود. مصرف مواد غذایی سرشار از آستاگزانتین به‌عنوان یک مکمل مفید رژیم غذایی ترویج می‌شود، زیرا قدرت آنتی اکسیدانی آن نسبت به ماده توکوفیرول 100 برابر بیشتر است.

اخیراً چندین مطالعه انجام شده است که ثابت می‌کند افزودن آستاگزانتین در رژیم غذایی انسان باعث کاهش التهاب، استرس اکسیداتیو و بهبود بیشتر سیستم ایمنی بدن بیماران مبتلا به مشکلات قلبی عروقی می‌شود. همچنین برخی محققان، گزارش کرده‌اند که مصرف هماتوکوکوس آستاگزانتین با سرکوب پراکسیداسیون لیپیدها منجر به جلوگیری از آسیب اکسیداتیو در افراد سیگاری شده است. جدول 2 فعالیت فنولیک و کاروتنوئید را در گونه‌های مختلف میکروجلبک نشان می‌دهد.

جدول 2: فعالیت فنولیک و کاروتنوئید در گونه‌های مختلف میکروجلبک

(Phenolic activity (mg GAE/g DE(Carotenoid activity (mg/g DEMicroalgae species
1.99±0.172.10±0.07Botryococcus brraunii  
11.9±0.281.9±0.2Chaetoceros sp 
8.1±0.160.3±0.04Chlorella sp
14.0±0.4310.8±2.02Dunaliella sp
19.3±0.703.8±1.30Dunaliella salina  
1.23±0.061.89±0.05Haematococcus pluviallis  
13.4±0.166.1±1.70Isochrysis sp
32.0±0.53.0±0.24Nannochloropsis gaditana  
16.8±0.336.3±0.10Phaeodactylum tricornutum  
1.94±0.160.44±0.06Scenedesmus obliquus  
25.5±1.504.6±0.90Tetraselmis sp

کلروفیل، یک منبع طبیعی از رنگدانه‌های سبز است که توسط همه گونه‌های میکروجلبکی فتوتروفیک سنتز می‌شود و حدود 0.5 الی 1.5 درصد از وزن خشک سلول‌ها را تشکیل می‌دهد. محققان نشان دادند که گونه Phordium autumnale دارای دو نوع کلروفیل به نام‌های کلروفیل a (با وزن 2.7 گرم از وزن خشک سلول) و کلروفیل b  (با وزن 0.7 گرم از وزن خشک سلول) است. مصرف کلروفیل پتانسیلی برای افزایش ترشح صفرا و تحریک بیشتر برای بهبود کبد را نشان داده است. این رنگدانه نیز دارای خواص آنتی اکسیدانی، ضد سرطان، آنتی ژنوتوکسیک و ضد جهش است.

کلروفیل به‌عنوان یک ماده سم‌زدا و یک ماده مغذی شناخته شده است. این محصول اثرات مثبتی بر تولید مثل انسان دارد و متابولیسم پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها و لیپیدها را در بدن انسان بهبود می‌بخشد. کلروفیل حاوی کلروفیلین (CHL) و محلولی از آب و نمک سدیم مس است که به‌راحتی توسط بدن انسان جذب می‌شود. افزودن CHL در رژیم غذایی می‌تواند از پیشرفت سرطان جلوگیری کند، زیرا چندین مسیر سرطان‌زا را هدف قرار داده و به چرخه سلولی آن‌ها حمله می‌کند.

فیکوبیل پروتئین‌ها مجتمع‌های پروتئینی محلول در آب و یا آب‌گریز هستند که انرژی نور را جذب می‌کنند و در نتیجه به فتوسنتز سیانوباکتری‌ها و سایر میکروجلبک‌های قرمز کمک می‌کنند. عمده‌ترین تولیدکنندگان این رنگدانه‌ها گونه‌های Porphydrium sp و Spirulia sp هستند. فیکوسیانین، فیکوبیلین پروتئین به رنگ آبی فلورسنت است که توسط گونه Spirulina sp تولید می‌شود. به‌عنوان یک رنگ طبیعی می‌توان از آن در تولید آدامس، شیرینی‌پزی، لبنیات و نوشابه‌ها استفاده کرد. با این حال، در صنعت مواد غذایی این رنگدانه‌ها به‌عنوان عوامل ضد التهابی، ضد اکسیدکننده، ضد ویروس، محافظت‌کننده از کبد و اعصاب شناخته می‌شوند.

پروتیئن‌ها و اسیدهای آمینه

پروتئین‌ها، به‌عنوان بلوک‌های سازنده بدن انسان شناخته شده‌اند و از مواد مغذی ضروری برای رشد انسان به‌شمار می‌آیند. به گفته ACSM، انجمن رژیم غذایی امریکا و متخصصان پزشکی کانادا، افراد با فعالیت روزانه متوسط، برای ترمیم و اضافه کردن بافت ماهیچه‌های بدن، به 1.3 الی 1.7 گرم پروتئین به ازای هر کیلوگرم وزن بدن در روز نیاز دارند. پروتئین‌ها از زنجیره‌های بلند اسیدهای آمینه ضروری و غیر ضروری با پیوندهای پپتیدی ساخته شده‌اند. اسیدهای آمینه ضروری (EAA) در بدن انسان سنتز نمی‌شوند بنابراین باید با مصرف مواد غذایی تأمین شوند. منابع متداول اسیدهای آمینه ضروری شامل تخم‌مرغ، گوشت مرغ، گوشت قرمز، لبنیات، سویا و ماهی است. با این حال، برای جمعیتی که تحت رژیم‌های گیاهی و گیاهی وگان قرار دارند، منابع کمی از اسیدهای آمینه ضروری وجود دارد زیرا بیشتر پروتئین‌های حاصل از گیاه مشخصات اسیدهای آمینه ضروری کامل را ندارند. از طرف دیگر میکروجلبک‌ها منبع عالی اسیدهای آمینه ضروری است؛ به‌طوری که 70 درصد جرم گونه‌های کلرلا و اسپیرولینا شامل پروتئین است که تعادل مناسبی از پروتیئن مورد نیاز بدن انسان ایجاد می‌کند. در جدول 3 به‌طور خلاصه محتوای پروتئین در وزن خشک برخی گونه‌های میکروجلبک نشان داده شده است.

جدول 3: محتوای پروتئین در وزن خشک برخی گونه‌های میکروجلبک

(Protein content (% dry matterFood origin
17.4Beef
19.2-20.6Fish
19-24Chicken
26Peanut
27Wheat Germ
36Parmesan Cheese
36Skimmed Milk powder
36Soybean flour
45Beer Yeast
47Whole egg
50-60Chlorella sp

جدول فوق به خوبی نشان‌دهنده پتانسیل بالای میکروجلبک‌ها در تولید پروتئین است که می‌توانند نیازهای تغذیه‌ای جمعیت را برآورده کنند. میکروجلبک‌ها به‌عنوان یک مکمل رژیم غذایی به شکل‌های قرص، پودر یا خمیر استفاده می‌شوند. در سال‌های اخیر، پروتئین‌های حاصل از میکروجلبک‌ها در تولید بیسکویت، شیرینی، نان، نودل، نوشیدنی و آبجو ترکیب شده‌اند. گونه Spirulin spp به‌دلیل داشتن پروتئین زیاد و افزودنی‌ متناسب برای مواد مغذی، به‌طور گسترده در سراسر جهان استفاده می‌شود. محتوای اسید آمینه در برخی از میکروجلبک‌ها از نظر محتوی با محتوی زیاد پروتئین قابل مقایسه است. اسیدهای آمینه مانند ایزولوسین، والین، لیزین، تریپتوفان، متیونین، ترئونین و هیستیدین در مقادیر قابل مقایسه و یا بیشتر  از منابع غنی از پروتئین مانند گلگون و سویا وجود دارند. در جدول 4 مشخصات اسیدهای آمینه از منابع پروتئین معمولی و میکروجلبک‌ها مقایسه شده است.

جدول 4: مشخصات اسیدهای آمینه از منابع پروتئین معمولی و میکروجلبک‌ها

Spirulina spDunaliella spChlorella VulgarisChlorella spSoybean Breast Egg 

 

Source

22.622.42.64.52.4Histidine 

5.84.54.75.34.46.63.24Isoleucine
99.48.89.27.76.48.8Leucine 
5.16.88.48.96.47.95.3Lysine 
2.92.42.22.21.32.53.2Methionine 
4.85.555.553.25.8Phenyl-alanine 
5.14.94.84.743.75Threonine 
2.11.41.7Tryptophan 
6.465.56.15.33.467.2Valine 
4.843.44.23.73.654.2Tyrosine 
7.46.87.98.354.7Alanine 
7.466.47.17.45.86.2Arginine 
7.69.299.41.37.811Asparagine 
16.113.811.612.91911.212.6Glutamic 
4.65.25.85.44.53.44.2Glycine 
3.38.34.84.85.33.24.2Proline 
4.84.24.145.83.46.9Serine 
0.30.11.40.41.91.12.3Cystine 

ویتامین‌ها

جدای از مواد مغذی مانند پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها و چربی‌ها، بدن انسان برای زنده ماندن به چندین ماده مغذی در مقیاس میکرو نیز نیاز دارد. این مواد به‌عنوان کوآنزیم و یا به‌عنوان یک حامل فعال الکترون/پروتون در فرایند تجزیه مواد مغذی فعالیت می‌کنند. از مهمترین این مواد، ویتامین‌ها هستند. کمبود ویتامین‌ها در انسان عامل بیماری‌های مختلفی مانند بربری، نرمی استخوان و غیره می‌شود.

ویتامین‌ها نقش مهمی در متابولیسم انرژی انسان‌ها دارند. ویتامین‌های B9 و B6 و B12 به‌طور مداوم آنزیم‌های میتوکندری را به منظور حفظ چرخه انتقال یک کربن میتوکندری در متابولیسم اسید آمینه تنظیم می‌کنند. مواد غذایی تولیدی از جلبک سرشار از ویتامین‌ها است. در سال 1990، مطالعه‌ای برای تعیین میزان ویتامین گونه‌های مختلف میکروجلبک انجام شد که نشان داد میکروجلبک‌ها دارای چهار ویتامین از جمله پروویتامین A، ویتامین E، ویتامین B1 و اسید فولیک در غلظت بالا هستند که در مقایسه با منابع غذایی معمولی این مقادیر بیشتر است. گونه Dunaliella tertiolecta قادر به سنتز ویتامین B12 (کوبالامین)، ویتامین B2 (ریبوفلاوین)، ویتامین E (توکوفرول) و پروویتامین a (- کاروتن) است. علاوه بر این، گونه Tetraselmis suecica منبع غیر عالی ویتامین B1 (تیامین)، ویتامین B3 (اسید نیکوتین)، ویتامین B5 (اسید اتیک)، ویتامین B6 (پیریدوکسین) و ویتامین C (اسید اسکوربیک) است. کلرلا spp نیز حاوی ویتامین B7 (بیوتین) در غلظت بالا است.

نتیجه‌گیری این است که حدود 9 تا 18 درصد از گونه‌های کلرلا منبع غنی ویتامین B12 هستند. همچنین گزارش شده است که اگرچه گونه‌های اسپیرولینا قادر به سنتز ویتامین B12 هستند، اما گونه‌های کلرلا قابلیت بالاتری دارند. این امر کمبود ویتامین B12 را در بین افراد پیرو از رژیم گیاه‌خواری وگان توجیه می‌کند. بنابراین، غذاهای حاصل از میکروجلبک منبع اصلی ویتامین B12 را برای افرادی که از این رژیم‌ها پیروی می‌کنند تأمین می‌کند. مطالعات انجام شده نشان داده است که سبزیجات چندگانه مانند Gracilaria changii ،Himanthalia elongate و Porphyra umbilicalis از نظر میزان ویتامین C در مقایسه با سبزیجات رایج مانند کاهو و گوجه فرنگی شبیه هستند.

گرچه تولید ویتامین میکروجلبک با برخی میوه‌ها و سبزیجات قابل مقایسه است، اما اجرای روش‌های زیستی در استخراج مواد بیولوژیکی میکروجلبک به‌عنوان یک منبع برتر در مقایسه با منابع معمولی توصیف می‌شود. ویتامین‌های محلول در چربی حاصل از میکروجلبک‌ها برای جذب مؤثر بدن باید با مواد غذایی سرشار از لیپید مصرف شوند. 

آنتی اکسیدان‌ها

بدن انسان به‌طور مداوم رادیکال‌های آزاد یا گونه‌های اکسیژن واکنش‌پذیر (ROS) را در نتیجه عوامل خارجی مانند استعمال دخانیات، تنباکو و قرار گرفتن در معرض بیش از حد نور خورشید تولید می‌کند. برای مقابله با این رادیکال‌های آزاد، آنتی اکسیدان‌ها توسط سلول‌های انسانی تولید می‌شوند. علاوه بر این، بدن انسان بین نسبت اکسیدان و آنتی اکسیدان تعادل برقرار می‌کند و هرگونه اختلال در این تعادل منجر به تجمع رادیکال‌های آزاد خواهد شد. این پدیده به‌عنوان استرس اکسیداتیو شناخته می‌شود. استرس اکسیداتیو با بیماری‌های بی‌شماری از جمله دیابت، پیری، اختلال خود ایمنی، اختلال قلبی عروقی، نرمی استخوان، بیماری آلزایمر، بیماری نورون حرکتی و بیماری چشمی همراه است. استرس اکسیداتیو نقش مهمی در آسیب رساندن به سلول و بافت دارد که منجر به بیماری‌های مزمن مانند سرطان می‌شود. در آخرین مرحله سرطان، آنتی اکسیدان‌ها در جلوگیری از آسیب بیشتر به بدن انسان مفید هستند.

تولید آنتی اکسیدان‌ها در بدن انسان دو مسیر درونی و بیرونی را طی می‌کند. آنتی اکسیدان‌های تولید شده در داخل بدن به‌عنوان آنتی اکسیدان درونی شناخته شده‌اند. در حالی که آنتی اکسیدان‌هایی که به‌صورت غیرمستقیم یا خارج از بدن از طریق مکمل‌های غذایی مصرف می‌شوند، آنتی اکسیدان‌های برونی شناخته شده‌اند. آنتی اکسیدان‌های درونی توسط مسیرهای آنزیمی یا غیر آنزیمی سنتز می‌شوند.

در اینجا بر توانایی میکروجلبک‌ها در سنتز آنتی اکسیدان‌های بیرونی تأکید می‌شود. آنتی اکسیدان‌های تولید شده بیرونی، به‌دلیل ماهیت موجود در آن‌ها به‌عنوان اکسیدان‌های مغذی نیز شناخته شده‌اند. آن‌ها تشکیل‌دهنده کاروتنوئیدها، فلاونوئیدها، فلزات کمیاب (روی و سلنیوم)، ویتامین C و E و اسیدهای چرب (اسیدهای چرب -3 و -6) هستند. زیست‌توده میکروجلبک به‌دلیل داشتن ظرفیت تولید بالاتر در مقایسه با منابع گیاهی، منبع برتر آنتی اکسیدان‌های غذایی به‌حساب می‌آید. میکروجلبک‌ها همچنین قادر به تولید ترکیبات چندگانه در گونه‌های خاص هستند. برای نمونه، تجزیه و تحلیل ترکیبات گونه Chlorella Sorokiniana نشان داد که کل کاروتنوئید 69/0 درصد وزن خشک سلول و آلفا-توکوفرول، بتا-کاروتن و لوتئین به‌ترتیب 112، 600 و 4300 میکروگرم در هر گرم از وزن خشک سلول را شامل می‌شوند. این ترکیبات دارای خواص اصلاح رادیکال بالایی هستند.

ظرفیت آنتی اکسیدانی فیکوبیل پروتئین‌ها در گونه Phordium autumnale نیز 274 میکرومول به ازای هر گرم از وزن خشک زیست‌توده اندازه‌گیری شده است. همچنین گزارش شده است که آنتی‌اکسیدان‌های تولیدی توسط میکروجلبک مانند آستاگزانتین نسبت به منابعی مانند آلفا-کاروتن، بتا-کاروتن، لیکوپن، لوتئین و ویتامین E فعالیت آنتی اکسیدانی بیشتری دارند. اگرچه آنتی‌اکسیدان‌های تولیدی توسط میکروجلبک نسبت به آنتی اکسیدان‌های مصنوعی مانند بوتیلات هیدروکسیانیزول (BHA) و بیوتیلات هیدروکسی‌تولوئن (BHT) فعالیت آنتی‌اکسیدانی پایین‌تری دارند. با این حال، به‌دلیل آگاهی مصرف‌کنندگان، تقاضای زیادی برای آنتی اکسیدان‌های تولیدی از منابع طبیعی وجود دارد. علاوه بر این، از آن‌جا که این ترکیبات در غذاهای کاربردی و نوشیدنی‌هایی برای مصرف انسان گنجانده شده‌اند، استخراج آنتی اکسیدان‌های طبیعی در حال افزایش است. به‌عنوان نتیجه‌گیری، فعالیت زیستی آنتی‌ اکسیدان‌های طبیعی استخراج شده از میکروجلبک‌ها نسبت به منابع مصنوعی بالاتر بوده و محافظت بهتری دارند.

تمایل و گرایش بازار

در سال‌های اخیر، مسائل مربوط به سلامتی رو به افزایش بوده و علاقه زیادی به مصرف غذاهای سالم یا غذاهای ممتاز وجود دارد. غذاهای ممتاز از نظر مواد مغذی دارای عملکردی متراکم هستند که فواید سلامتی آن را به همراه داشته و ممکن است مانع بروز برخی بیماری‌های مزمن و یا درمان آن‌ها شود. این موضوع فرصت‌های تحقیقاتی جدیدی را برای ارزیابی منابع مختلف در جهت تولید غذاهای سالم و کاربردی ایجاد کرده است. از میان محصولات تولیدی توسط میکروجلبک‌ها، گونه Spirulina spp با 12000 تن محصول در سال بالاترین میزان تولید محصول را دارد و به دنبال آن گونه‌های C. cohnii Haematococcus pluvalis ،A. flosaquae ،Dunaliella salina ،Chlorella spp و Shizochytrium به ترتیب با مقادیر 5000، 3000، 1500، 700، 500 و 20 تن در سال، در مراتب بعدی قرار دارند. با این حال، این مقادیر در مقایسه با محصولات زمینی مانند روغن پالم که میزان تولید آن در سال 40 میلیون تن است، بسیار پایین است. 

در گزارش اخیر بازار درباره قیمت و ارزش محصولات جلبک نشان داده شده است که نرخ رشد سالانه ترکیبی از محصولات مبتنی بر جلبک 5.2 درصد است و ارزش بازار تا سال 2023 به 44.6 میلیارد دلار خواهد رسید. با توجه به افزایش تقاضای میکروجلبک‌ها، به‌ویژه گونه اسپیرولینا برای کاربرد در لوازم آرایشی و رنگ‌های طبیعی، پیش‌بینی می‌شود که نرخ رشد سالانه در بازار جهانی اسپیرولینا تا سال 2026 حدود 10 درصد باشد. از سوی دیگر، پیش‌بینی می‌شود که نرخ رشد سالانه مواد تولیدی توسط گونه کلرلا 25.4 درصد باشد و تا سال 2022 به 700 میلیون دلار برسد. بازار جهانی منابع طبیعی آستاگزانتین در خوراک آبزیان، مواد آرایشی، مواد غذایی، نوشیدنی‌ها و مواد ضدعفونی‌کننده نیز پتانسیل استفاده از میکروجلبک‌ها را برای تأمین تقاضای بازار مربوطه نشان می‌دهد. شکل زیر برخی از نمونه‌ها و فواید میکروجلبک‌ها برای سلامت بشر را نشان می‌دهد.

برخی از نمونه‌ها و فواید میکروجلبک‌ها برای سلامت بشر
برخی از نمونه‌ها و فواید میکروجلبک‌ها برای سلامت بشر

نتیجه‌گیری

مواد غذایی و مواد مغذی حاصل از میکروجلبک‌ها دارای پتانسیل زیادی برای کاهش سرعت سوء‌تغذیه در کشورهای در حال توسعه هستند. فراوانی پروتئین‌ها و سایر مواد مغذی ضروری در میکروجلبک‌ها می‌تواند صنعت غذایی عظیم مبتنی بر جلبک‌ها را به سمت تجاری‌سازی غذاهای سالم و کاربردی توسعه دهد. جدا از مشخصات کامل اسیدهای آمینه ضروری، میکروجلبک‌ها حاوی ترکیبات مختلف فعال زیستی هستند که به‌عنوان عوامل آنتی اکسیدانی، ضد فشار خون و محافظت‌کننده کبدی فعالیت می‌کنند.

علاوه بر این، زیست‌توده مشتق شده از میکروجلبک برای اهداف دیگر مانند تولید سوخت‌های زیستی و خوراک برای حیوانات اهلی، مرغ و ماهی استفاده می‌شود. استفاده از محصولات گرفته شده از میکروجلبک‌ها در دهه‌های اخیر به‌صورت تصاعدی در حال رشد است. با این حال، به‌دلیل هزینه بالای مرتبط با مرحله برداشت میکروجلبک‌ها و استخراج ترکیبات، از غذاهای کاربردی مبتنی بر میکروجلبک تا ظرفیت بالقوه آن استفاده نشده است. مهمترین مانع موفقیت غذاهای گرفته شده از میکروجلبک‌ها، عدم ایجاد انگیزه برای تولید غذاهای مبتنی بر میکروجلبک همراه با آگاهی کم درباره فواید سلامتی آن است. با رفع این موانع، ادغام غذا و صنایع غذایی با میکروجلبک‌ها به نفع سلامتی و رفاه انسان‌ها خواهد بود. همچنین موضوعات مربوط به تغییرات آب و هوا را برطرف خواهد کرد و به‌طور بالقوه بر نیاز رژیم غذایی برای افزایش رو به رشد جمعیت جهانی غلبه خواهد کرد.

منبع
Food Science and Human Wellness
برچسب‌ها
نمایش بیشتر

مژگان محبی

اهل اصفهان | دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی - بیوتکنولوژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

نوشته‌های مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

+ پنـجاه سـه = شصـت یـک

دکمه بازگشت به بالا
EnglishIran
بستن
بستن