بیوتکنولوژی صنعتیدیدگاهریزجلبک

تولید محصولات غیر سوختی از میکروجلبک ها

در سال‌های گذشته استفاده از میکروجلبک‌ها برای تولید روغن‌های زیستی یا سوخت‌های زیستی مورد توجه قرار گرفته است تا آن‌ها را به‌عنوان جایگزین منابع سوخت‌های فسیلی رایج معرفی کنند. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که تولید سوخت‌های زیستی مبتنی بر میکروجلبک‌ از نظر اقتصادی پایدار نیست. به همین دلیل، علاقه به بهره‌برداری از زیست‌توده میکروجلبک برای سایر کاربردهای زیستی یا ادغام با سایر فناوری‌ها برای جبران هزینه‌های فرآوری میکروجلبک‌ها در حال افزایش است.


میکروجلبک‌‌ موجودی منحصر به فرد با بیش از 50،000 گونه بر روی زمین است که می‌تواند در محیط‌های متنوع رشد کند. میکروجلبک‌ها به‌عنوان میکروارگانیسم‌های فتوسنتزی تک‌سلولی و چندسلولی طبقه‌بندی می‌شوند. میکروجلبک‌ها به دو صورت یوکاریوت و پروکاریوت وجود دارند. بر اساس زیستگاه، آن‌ها به‌عنوان جلبک‌های آب شیرین و دریایی طبقه‌بندی می‌شوند. جلبک‌های دریایی میکروارگانیسم‌های فتوسنتزی چندسلولی هستند که می‌توانند در مناطق ساحلی رشد کنند.

میکروجلبک‌ها در طول فتوسنتز از دی‌اکسید کربن استفاده می‌کنند و در طول رشد ماکرومولکول‌ها را تولید می‌کنند. آن‌ها می‌توانند از کربن آلی به‌عنوان منبع غذایی استفاده کنند. بنابراین کربن آلی موجود در فاضلاب منبعی مناسب برای رشد میکروجلبک‌ها محسوب می‌شود. میکروجلبک‌ها می‌توانند در آب دریا یا آب شیرین رشد کنند که شرایط رشد آن‌ها بر ترکیب زیست‌توده تولیدی تأثیر می‌گذارد. رشد میکروجلبک‌ها به چندین فاکتور غیرزیستی و زیستی از جمله دما، پی‌هاش، منبع نور، منبع کربن، ترکیب محیط کشت ​​و الگوی تهیه مواد مغذی بستگی دارد. تغییر در شرایط رشد بر کیفیت و کمیت ماکرومولکول‌های تولیدی از جمله کربوهیدرات، پروتئین و چربی تأثیر می‌گذارد.

استفاده نهایی از زیست‌توده میکروجلبک تا حد زیادی به ترکیب آن بستگی دارد. به‌عنوان مثال، زیست‌توده میکروجلبک غنی از لیپید برای تولید بیودیزل ترجیح داده می‌شود، در حالی که زیست‌توده غنی از پروتئین به‌عنوان یک مکمل غذایی استفاده می‌شود. 

در طول رشد میکروجلبک‌ها علاوه بر تولید ماکرومولکول‌ها، برخی متابولیت‌های دیگر نیز به مقدار کم تولید می‌شوند که به آن محصولات جانبی می‌گویند. در بین بسیاری از محصولات عمده قابل توجه‌ ترین آن‌ها شامل پلی‌ساکاریدها، کیتین، فوکوئیدان‌، آگار، کاراگینان، آلژینات، ترپنوئید، توکفرول‌، فلوروتانین‌ها، بتاکاروتنوئیدها، فیکوبیل‌پروتئین و اسیدهای چرب اشباع نشده است. این محصولات به‌عنوان مواد اولیه ارزشمندی برای صنایع دارویی، آرایشی و بیوشیمیایی در نظر گرفته می‌شوند.

یکی دیگر از جنبه‌های مورد مطالعه زیست‌توده میکروجلبک استفاده از آن به‌عنوان یک منبع غذایی و خوراکی است. مطالعات متعددی گزارش کرده‌اند که زیست‌توده میکروجلبک می‌تواند به‌عنوان خوراک حیوانات، دام و آبزی‌پروری استفاده شود. استفاده از میکروجلبک مزایای جالبی برای سلامت انسان نیز به همراه دارد. متأسفانه تمرکز تحقیقات کمی به چنین مواردی از زیست‌توده میکروجلبک اختصاص یافته است. در این مطالعه به تشریح کاربردهای اخیر میکروجلبک‌ها، پایداری اقتصادی آن‌ها و روند تحقیقات آینده برای تحقق اهمیت کارخانه زیستی میکروجلبک‌ها پرداخته شده است.

ترکیبات فعال زیستی تولیدی توسط میکروجلبک‌ها

سطح زمین با 70 درصد اقیانوس‌ها پوشیده شده است که نشان‌دهنده بیش از 95 درصد زیست کره است. بنابراین دنیای دریایی سرشار از محصولات با ارزش است. در بین بسیاری از موجودات که در محیط دریایی در حال رشد هستند، جلبک‌های دریایی مانند گیاهان زراعی مورد توجه قرار گرفته‌اند. جلبک‌های دریایی به دو دسته میکروجلبک‌ و ماکروجلبک‌ طبقه‌بندی می‌شوند. جلبک‌های دریایی با توجه به ویژگی‌های وراثتی خود به جلبک‌های قرمز، قهوه‌ای و سبز تقسیم می‌شوند. آن‌ها متابولیت‌هایی را تولید می‌کنند که از نظر ساختاری متنوع و دارای فعالیت‌های زیستی متفاوت هستند. مولکول‌های آلی جدا شده از منابع طبیعی دریا به‌عنوان ترکیبات فعال زیستی نامیده می‌شوند.
 
تاکنون تقریباً 18000 ترکیب جدید از منابع اقیانوسی، به‌ویژه جلبک‌های دریایی استخراج شده‌اند. بیشتر آن‌ها هنوز شناسایی و استخراج نشده‌اند. از دو دهه، جستجوی ترکیبات جدید دریایی مشتق‌شده در کشورهای مختلف گسترش یافته است. میکروجلبک‌ها و جلبک‌های دریایی به‌عنوان منبع ترکیبات مختلف فعال زیستی شناخته شده‌اند که در سال‌های اخیر به شدت مورد توجه تحقیقات واقع شده‌اند. برخی از ترکیبات فعال زیستی در شکل 1 ارائه شده و در بخش زیر مورد بحث قرار گرفته است.
 
ترکیبات زیستی مختلف تولیدی از میکروجلبک
 
 

پلی‌ساکاریدها

پلی‌ساکاریدها از منابع جلبک دریایی استخراج می‌شوند. آن‌ها مزایای برجسته‌ای را برای سلامت انسان ارائه می‌دهند. از پلی‌ساکاریدها به‌عنوان منبع کاراگینان‌ها، آلژینات‌ها و آگارها استفاده می‌شود. بر اساس میزان حلالیت پلی‌ساکاریدها به دو دسته الیاف نامحلول و محلول طبقه‌بندی می‌شوند. فیبرهای نامحلول معمولاً به گالاکتانزهای سولفات مشهور هستند (کاراگینان، آگار، فلوریدن، ​​زایلان و نشاسته) که از جلبک‌های قرمز (رودوفیتا) به‌دست می‌آیند. الیاف محلول (فوکان، لامیناران‌ها و آلژینات‌ها) از جلبک‌های دریایی قهوه‌ای (Phaeophyta) استخراج می‌شوند. پلی‌ساکاریدهای زایلانس و نشاسته که دارای گروه‌های سولفات هستند از جلبک‌های سبز دریایی به‌دست می‌آیند. ترکیبات فعال زیستی مانند زایلوس، آرابینوز، گالاکتوز، رامنوز و اسیدهای اوریک نیز از جلبک‌های دریایی استخراج می‌شوند.

کیتین

کیتین دومین پلیمر طبیعی فراوان در جهان است. دیواره سلولی گیاهان، باکتری‌ها و قارچ‌ها حاوی کیتین است. گونه‌های میکروجلبکی همچنین دارای دیواره سلولی حاوی کیتین هستند. کیتین یک محصول بیولوژیکی با ارزش است و می‌تواند برای اهداف مختلف از جمله تصفیه فاضلاب و برداشت بیولوژیکی گازهای گلخانه‌ای و به‌عنوان خوراکی برای میکروجلبک‌ها مورد استفاده قرار گیرد. میکروجلبک‌های سبز حاوی کیتین مقدار زیادی رنگدانه از جمله کاروتنوئیدها را تولید می‌کنند.

فوکوئیدان‌ها

دیواره سلولی جلبک‌های دریایی قهوه‌ای حاوی پلی‌ساکاریدهای سولفاته فوکوئیدان است. این ترکیبات فعال زیستی دارای تعدادی ویژگی بیولوژیکی و فیزیولوژیکی هستند. از آن‌ها می‌توان به‌عنوان آنتی اکسیدان، ضد تومور، ضد ویروس و ضد انعقادکننده استفاده کرد. فوکوئیدان‌ها همچنین به‌عنوان یک مکمل رژیم غذایی و به‌عنوان یک آنتی اکسیدان نقش اصلی دارند.

آگار

آگار محصول نهایی پلی‌ساکاریدها است که از آگرو پکتین و آگارز ساخته شده است. بر اساس ساختار و عملکرد، آن‌ها شباهت زیادی با کاراگینان دارند. عموماً پلی‌ساکاریدهای سولفاتی هستند و از خانواده Phaeophyceae، میکروجلبک‌ها (Gelidium sp و Gracilaria sp) استخراج می‌شوند. این ترکیب فعال زیستی تا حد زیادی در ژل‌سازی و مخلوط کردن برای تغییر خصوصیات ویسکوزیته مواد غذایی در مقیاس تجاری و در سطح علمی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
 
آگار با کیفیت پایین در مواد غذایی مختلفی از جمله مواد غذایی منجمد، آب میوه، نانوایی‌، بستنی و آب نبات‌ها استفاده می‌شود. آگار با کیفیت متوسط ​​معمولاً به‌عنوان بستر ژل در محیط کشت بیولوژیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از کیفیت خوب آگار (آگارز) در بیولوژی بین مولکولی برای تکنیک‌های مختلف جداسازی از جمله در ایمونودیفیوژن، ژل کروماتوگرافی و الکتروفورز استفاده می‌شود. از آگار برای جذب اشعه ماوراء بنفش نیز استفاده می‌شود. این می‌تواند سطح گلوکز خون را کاهش دهد و از اثراتی مانند ضد انباشتگی بر روی گلبول‌های قرمز استفاده کند.

کاراگینان

کاراگینان متعلق است به خانواده مالاکتانت‌های سولفات طبیعی که در آب محلول هستند و از واحدهای جایگزین a(1-4)-3, 6-anhydro-D-galactose و B(1-3)-D-galactose تشکیل شده است. این ماده به‌عنوان تثبیت‌کننده و امولسیفایر در مواد غذایی مختلف ​​به‌جای آگار استفاده می‌شود. استفاده از کاراگینان به‌دلیل تعلیق و خاصیت غلیظ بودن آن در محصولات تولیدی از شیر ​​مانند ژل، شکلات، مربا، شیر تبخیر شده، ژله، بستنی و … برجسته است.
 
از نظر دارویی دارای خاصیت ضد انعقاد، ضد تومور، تعدیل‌کننده سیستم ایمنی و فعالیت ضد ویروسی است. همچنین می‌تواند به‌عنوان ماده ضد انعقادی در مواد خوراکی و همچنین برای مدیریت مشکلات روده، یعنی یبوست و اسهال استفاده شود. ژل کاراگینان استخراج شده از گونه Chondrus crispuseextracted ممکن است انتشار ویروس‌های HIV (ویروس نقص ایمنی انسان) و STD (عفونت مقاربتی) مانند زگیل‌های تناسلی، ویروس‌های پیچیده تبخال و سوزاک را از بین ببرد.
 

آلژینات‌ها

اولین تولید آن در مقیاس صنعتی در سال 1929 در کالیفرنیا آغاز شد. این یک نام جمعی برای اجداد پلی‌ساکارید خطی است. دیواره سلولی جلبک‌های قهوه‌ای (Phaeophyceae) حاوی آلژینات‌ها، دارای اسید a-L-guluronic وB-D-mannuronic است. آن‌ها هتروپلی‌ساکاریدهای زنجیره‌ای هستند و به ترتیبی غیر منظم از بلوک‌ها ساخته شده‌اند.

آلژینات‌ها به شکل نمکی و اسیدی موجود هستند. دیواره سلولی گونه‌های جلبک قهوه‌ای دارای آلژینات نمکی است که 40 الی 47 درصد وزن خشک زیست‌توده جلبک را شامل می‌شوند، در حالی که شکل اسیدی آلژینات یک اسید پلی‌اورونیک خطی است که به اسید آلژنیک معروف است. آلژینات‌ها همچنین توانایی کاهش غلظت کلسترول را دارند و می‌توانند از جذب ماده بیوشیمیایی کشنده جلوگیری کنند. آن‌ها همچنین توانایی جذب کلسترول و از بین بردن آن از روده را دارند که منجر به پاسخ‌های هیپولیپیدمیک و هیپوکلسترومیک می‌شود.

ترپنوئیدها

ترپنوئیدها (ایزوپرونوئیدها) گروه متابولیت‌های ثانویه پراکنده هستند که عمدتاً در جلبک‌های آبزی وجود دارند. بسیاری از ترپنوئیدهای جدید از جمله جایگزین‌های برومو و کلروژن در گونه‌های میکروجلبک موجود هستند. ترپنوئیدها نقش مؤثری در پیشگیری و درمان سرطان‌های مختلف دارند. در جلوگیری از پیری زودرس پوست و درمان سرطان پوست نیز مفید هستند. ترپنوئیدها در فرمولاسیون مواد آرایشی به دلیل سمیت سیستمیک کم، سطح تحریک پایین‌تر و توانایی افزایش نفوذ، استفاده می‌شوند.

توکوفرول‌ها

ترکیبات محلول در چربی منابع اصلی ویتامین E در بدن هستند. یک گروه از هشت ترکیب شامل چهار توکوفرول کلیدی است و چهار توکوترینول کلیدی به ویتامین E اشاره دارند. توکوفرول‌ها دارای عملکرد آنتی‌اکسیدانی قوی هستند. یافته‌های مختلف نشان داد که توکوفرول‌ها از منابع جلبک دریایی به‌دست می آیند. ɑ-توکوفرول‌ها می‌توانند به‌عنوان یک عامل محافظ عمل کنند تا با قرار گرفتن مواد در معرض نور خورشید، باعث کاهش پیری ظاهری مواد شود.
 
عملکرد بیوتکنولوژی میکرو‌جلبک‌ها با غلظت‌ها و ترکیبات مختلف به‌عنوان توکوفرول در نظر گرفته می‌شود. وجود توکوفرول‌ها در گونه‌های مختلف میکروجلبک‌های اقیانوسی مانند Nannochloropsis oculata و Tetraselmis suecica گزارش شده است.

لیپیدها، اسیدهای چرب و استرول‌ها

 
بعضی از اسیدهای چرب مشهور امگا-3 و امگا-6 که به اسیدهای چرب ضروری معروف هستند که برای تأمین نیازهای انسان ضروری هستند. اسیدهای چرب ضروری برای انعطاف بافت‌ها (نرم و گوشتی) مورد نیاز هستند گونه‌های مختلف جلبک دریایی حاوی استرول‌های مختلفی هستند. جلبک دریایی سبز حاوی 28 آکو کلسترول، کلسترول ، 24 متیلن کلسترول و ب-سایتواسترول است، در حالی که جلبک‌های قهوه‌ای فوکوسترول، کلسترول و برزیکوسترول را در خود تولید می‌کنند. جلبک دریایی سرخ حاوی انواع مختلفی از استرول‌ها مانند دسموسترول، کلسترول، sitosterol ،fucosterol و chalinasterol است.
 

ترکیبات فنولیک

ترکیبات فنلی آنتی اکسیدانی مختلف در جلبک‌های دریایی یافت می‌شود. خوشه‌های ترکیبات فنولیک (phlorotannins) پایه‌ای برای پلیمرهای phloroglucinol فراهم می‌کنند. این ترکیبات از ساختار گروه‌های معروف مختلف جلبک قهوه‌ای مانند Sargassaceae ،Fucaceae و Alariaceae استخراج می‌شوند. ترپنوئیدها، رنگدانه‌های فنولی و برموفنول‌ها از دسته‌های اصلی فنل‌ها هستند که در منابع جلبک موجود در آب یافت می‌شوند. فلووتانین‌ها مهمترین گروه هستند و معمولاً در صنایع آرایشی از آن‌ها استفاده می‌شود. این ترکیبات فعال زیستی از جلبک‌های قهوه‌ای مانند Ecklonia cava Kjellman ،Fucus vesiculosus و Ascophyllum nodosum استخراج می‌شوند. وظیفه اصلی ترکیب فنلی فلوروتانین محافظت در برابر استرس فوتواکسیداتیو ناشی از اشعه ماوراء بنفش و نشان دادن اثرات بازدارندگی بر روی ملانوژنز است.
 

کاروتنوئیدها

جلبک‌ها و گیاهان ارگانیسم‌های فتوسنتزی هستند. کاروتنوئیدهای فتوسنتزی به‌عنوان رنگدانه‌های اساسی در برداشت نور در طول فاز نوری فتوسنتز عمل می‌کنند. آن‌ها همچنین با به دام انداختن انواع اکسیژن واکنش‌پذیر با اکسیژن منفرد و رادیکال‌های آزاد اضافی، از دستگاه فتوسنتزی در برابر نور اضافی محافظت می‌کنند.

آستاگزانتین به‌عنوان یک ترکیب زیستی فعال، سلامتی انسان را تحت تأثیر قرار می‌دهد. آن‌ها به دلیل فعالیت آنتی اکسیدانی قوی، دارای اثر ضد التهابی و محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش هستند. با این حال برخی از میکروجلبک‌های سبز مانند Haematococcus sp می‌توانند کاروتنوئیدهای زانتوفیل‌ را در سیتوپلاسم ذخیره کنند. ساخت زانتوفیل‌ها در سلول‌های جلبک می‌تواند تحت تأثیر محدودیت نیتروژن، دما، خوردگی، شدت نور و غلظت نمک‌ها باشد.

فیکوبیل‌پروتئین‌ها

فیکوبیل‌پروتئین‌ها رنگدانه‌های محلول در آب هستند که در خانواده جلبک‌های قرمز وجود دارند (رودوفیت‌ها، کریپتومونادها و گلوکوسیستوفی‌ها).  برخی از فیکوبیل‌پروتئین‌ها شامل ترکیبات فیکوئریتین (PE)، فیکوسیانین (PC) و ترکیبات آلوفیکوسیانین (APC) هستند. این رنگدانه‌ها به‌صورت هترولیگومر بوده و در سایت‌های مختلفی به نام فیکوبیلیزوم قرار گرفته‌اند. آن‌ها در کاربردهای مختلف بیوتکنولوژی به‌عنوان رنگ‌های طبیعی و به‌عنوان ماده مغذی مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

فیکوبیلین‌ها (فیکورترین و فیکوسیانین) معمولاً در استروما کلروپلاست‌های جلبک‌های قرمز (رودوفیتا)، سیانوباکتری‌ها، برخی از کریپتومونات‌ها و گلوکوفیت‌ها وجود دارند. کلیه کلروفیت‌ها از جمله جلبک‌های سبز به‌طور طبیعی کروموفور تولید نمی‌کنند. از نظر شیمیایی، آن‌ها تتراپیرول‌های زنجیره باز را که اساساً با رنگدانه‌های صفرا پستانداران در ارتباط هستند، سازمان می‌دهند. رنگدانه‌های آبی مانند فیکوسیانین در درجه اول در سیانوباکتری‌ها وجود دارند، در حالی که فیکوآترین از نظر شخصیتی مسئول رنگ‌آمیزی قرمز در جلبک‌های قرمز است. در بین همه رنگدانه‌های شناخته شده از لکه‌های فتوسنتزی ، فیکوبیلین‌ها منحصر به فرد هستند زیرا دارای پیوند فیکوبیل‌پروتئین‌ها (پروتئین‌های محلول در آب) هستند. کار اصلی آن انتقال انرژی نوری جمع شده به کلروفیل‌ها برای فتوسنتز است. از این رو کاروتنوئیدها نیز به‌عنوان رنگدانه‌های برداشت نوری ثانویه عمل می‌کنند.

فلورسانس فیکوبیلین اغلب به‌عنوان برچسب‌های شیمیایی در طول موج خاصی استفاده می‌شود. در روش‌های ایمنی فلورسانس، از فلورسانس فیکوبیلین در اتصال فیکوبیل‌پروتئین‌ها به آنتی‌بادی‌ها استفاده می‌شود. بنابراین فیکوبیل‌پروتئین‌ها دارای بیشترین ارزش در بازار هستند زیرا محصولات مشتق‌شده از جلبک محسوب می‌شوند. علاوه بر این با استفاده از برچسب‌های شیمیایی تولیدی از فیکوبیلین به دلیل اثرات رنگ‌آمیزی زیاد در مواد آرایشی و به‌عنوان رنگ‌های غذایی استفاده می‌شود. جلبک‌های دریایی همچنین حاوی انواع مختلف ترکیبات فعال زیستی دیگر مانند فوکان، فیکوسیانین، آلوفیکوسیانین و دیاسیل گلیسرول و … هستند که در جدول 1 زیر ذکر شده است.

جدول 1: ترکیبات زیستی فعال در جلبک‌های دریایی

Bioactive CompoundSpecies Name
Fucophloroethol, fucodiphloroethol
Fucotriphloroethol
Phlorofucofuroeckol bieckol/dieckol

Fucus vesiculosus

Cystoseira nodicaulis
Cystoseira tamariscifolia
Cystoseira usneoides
Ecklonia cava

Fucoidans, fucans
Highly sulfated galactan

Porphyridium sp

Costaria costata
Ulva lactuca
Cylindrotheca closterium

b-type heteropolysaccharideIsochrysis galbana
R-Phycoerythrin
Phycocyanin
Allophycocyanin

Gracilaria gracilis

Spirulina platensis
Porphyridium sp

ß-Carotene

Dunaliella salina

Haematococcus sp

Lutein

D. salina

Chlorella sorokiniana

Zeaxanthin

Synechocystis sp

Chlorella saccharophila

Zeaxanthin, ɑ-b-carotene
Lutein, anteraxanthin
Porphyra sp
b-Carotene, zeaxanthin, neoxanthin
anteraxanthin, violaxanthins
siphonein
siphonaxanthin

D. salina

U. lactuca

Astaxanthin

Haematococcus pluvialis

Chlorella zofingiensis
Chlorococcum sp

Fucoxanthin

Sargassum siliquastrum

Chaetoceros sp
Odontella aurita

Eicosapentaeonic, docosahexaeonic
eicosatetraenoic, polyunsaturated
fatty acids

Tetraselmis sp

Nannochloropsis sp
Porphyridium sp
Cyanobacteria
Spirulina platensis

Monogalactosyldiacylglyceride
digalactosyldiacylglyceride
sulfoquinovosyl diacylglycerol

Stephanodiscus sp

Aminocyclohexenone type
Aminocyclohexene imine type

Porphyra sp

Catenella repens
Chlamydomonas hedleyi
Padina crassa
Desmarestia aculeatia

استفاده از زیست‌توده میکروجلبک

میکروجلبک‌ها به‌دلیل توانایی منحصر به فرد در ارائه خدمات اکولوژی و زیست‌محیطی در چند سال اخیر مورد توجه چشمگیری قرار گرفته‌اند. میکروجلبک‌ها می‌توانند دی‌اکسید کربن اتمسفر را تثبیت کنند و طیف گسترده‌ای از ترکیبات فعال زیستی به‌عنوان منابع غذایی تولید کنند. آن‌ها مواد بیوشیمیایی مختلفی را در طول رشد خود جمع می‌کنند که می‌توانند به‌عنوان مواد اولیه برای کاربردهای متنوع در کارخانه‌های زیستی مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از زیست‌توده میکروجلبک برای تولید سوخت‌های زیستی به‌طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال، استفاده از آن‌ها به‌عنوان یک منبع غذایی و خوراکی مورد مطالعه گسترده قرار نگرفته است.

از میکروجلبک‌ها می‌توان به‌عنوان مکمل‌های غذایی برای تغذیه انسان استفاده کرد. محصولات میکروجلبک‌های Spirulina (سیانوباکتر) و Chlorella (جلبک‌های سبز) با موفقیت مورد استفاده قرار می‌گیرند. زیست‌توده میکروجلبک می‌تواند به‌عنوان منبع بتاکاروتن، اسیدهای چرب امگا-3، بیوپلیمرهای آستاگزانتین، بیوپلاستیک، مواد مغذی و داروها (به‌عنوان مثال لوتئین و زاکسانتین) استفاده شود. از میکروجلبک‌ها به‌عنوان منبع رنگدانه‌ها نیز استفاده می‌شود.

رنگدانه به رنگ سبز معروف به کلروفیل در جلبک‌ها و گیاهان سیانوباکتری وجود دارد زیرا نقش مهمی در فتوسنتز دارد. در طیف الکترومغناطیسی، کلروفیل نور را بیشتر در ناحیه آبی و کمی در ناحیه قرمز دریافت می‌کند. میکروجلبک Chlorella sp (میکروجلبک سبز) گونه‌ای معروف برای تولید کلروفیل است زیرا دارای تولید سطح بسیار بالایی از کلروفیل سبز است. گونه میکروجلبک Chlamydomonas به‌طور گسترده برای تولید رنگدانه‌های طبیعی مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین گونه Haematococcus برای تولید انواع رنگدانه‌های منحصر به فرد به‌ویژه آستاگزانتین استفاده می‌شود.

با توجه به ظرفیت بالای آنتی اکسیدانی، آستاگزانتین از مزایای سلامتی بالایی برخوردار است. تولید آستاگزانتین از گونه Hemematococcus بسیار با ارزش است. عمدتاً از گونه‌های جلبک مانند گونه‌های Hemematococcus و Chlorella zofingiensis (گونه‌های کلرلا) در تولید آستاگزانتین استفاده می‌شود. علاوه بر این از رنگدانه‌های میکروجلبک در صنایع نیز برای شکل دادن کرم‌های ضد جوش، بازسازی و یا طراوت کالاهای نگهدارنده برای ترمیم و بهبود پوست فاسد شده با رژیم‌های غذایی استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال میکروجلبک Haematococcus pluvialis یک پایه طبیعی برای تولید کتو کاروتنوئید آستاگزانتین است. رنگدانه قرمز آستاگزانتین ذره‌ای از ویتامین A است که نقش مهمی در تولید مثل سلولی، آبزی‌پروری و رشد طیور دارد.

لوتئین یک کاروتنوئید ضروری است که به‌طور عمده در سرم و غذاهای انسان یافت می‌شود. همچنین در لنز و شبکیه چشم وجود دارد. این ماده نه تنها به‌عنوان یک ماده رنگ کننده در مواد غذایی و مواد آرایشی مفید است بلکه به‌عنوان رنگ خوراکی در غذاها استفاده می‌شود. مطالعات مختلف ارزیابی کرده‌اند که لوتئین اکنون به‌عنوان یک عامل مؤثر در درمان بیماری‌های مختلف انسانی در نظر گرفته شده است. مقدار زیادی لوتئین در گونه‌های Scenedesmus almeriensis و Muriellopsis sp در شرایط دمایی مطلوب یافت می‌شود.

مقدار لوتئین به دلیل تغییر در مقادیر پی‌هاش در پروتئین‌ گونه‌های اکسینوکلورلا (کلرلا)، دونالیلا سالینا و Chlamydomonas zofingiensis تحت تأثیر قرار می‌گیرد. تاکنون از میکروجلبک‌ها برای تولید تجاری لوتئین استفاده نشده است. اگرچه گونه‌های Muriellopsis sp و Scenedesmus برای تولید مقیاس تجاری لوتئین در فضای باز کشت می‌شوند.

گونه‌های میکروجلبک Dunaliella sp. ،Scenedesmus sp. ،Chlorella sp. و سویه‌های سیانوباکتریایی (Nostoc sp و Spirulin sp) به‌عنوان منبع ترکیبات و مکمل‌های غذایی مصرف می‌شوند. برای سنتز زیستی ویتامین A، بتاکاروتن به‌عنوان مولکول نشان‌دهنده میزان ویتامین A در بدن انسان اندازه‌گیری می‌شود و نقش اصلی آن ایجاد رنگ نارنجی در زرده تخم‌مرغ است. تولید بتاکاروتن از گونه تحت تنش دونالیلا سالینا به دلیل دارا بودن بالاترین میزان کاروتنوئید (10 درصد از زیست‌توده خشک) نسبت به سایر گونه‌ها ارجحیت دارد. گونه Chlorella sp به دلیل دارا بودن کلروفیل به میزان 7 درصد از زیست‌توده که پنج برابر بیشتر از کلروفیل در گونه اسپیرولینا است، دارای اهمیت است.

میکروجلبک‌ها به‌عنوان خوراک دام

از میکروجلبک‌ها می‌توان به‌عنوان خوراک دام استفاده کرد. گونه‌های مختلف جلبک برای ترکیبات آلی آن‌ها (مولکولی یا ساختاری) مورد بررسی قرار گرفته‌اند تا میزان مناسب بودن آن‌ها برای خوراک دام را ارزیابی کنند. گونه اسپیرولینا حاوی ترکیبات مواد مغذی مانند پروتئین‌ها، مواد معدنی، ویتامین‌های کمپلکس B، آنتی‌اکسیدان‌ های فوق‌العاده (یعنی ویتامین E، بتاکاروتن، عناصر کمیاب)، اسید g-linolenic و ترکیبات مختلف بیوشیمیایی است. گونه Spirulin sp نسبت به سایر گونه‌ها مزایای از جمله رشد در شرایط قلیایی بالا و آب شور دارد.

اسپیرولینا به‌عنوان یک مکمل می‌تواند وزن بدن و رشد گوسفندان استرالیایی را افزایش دهد. این تحقیقات نشان داد که اسپیرولینا به‌عنوان مکمل رژیم غذایی حاوی اسیدهای چرب غیر اشباع در وعده غذایی ماهی و گاوهای شیری برای تقویت تولید شیر بدون تغییر در ساختار شیر استفاده می‌شود. علاوه بر این جلبک‌های قهوه‌ای (مانند Hizikia fusiforme ،Laminaria sp و Undaria sp) و جلبک‌های قرمز (علف‌های هرز دریایی مانند Kappaphycus sp.  Porphyra sp و Gracilaria sp) در رژیم غذایی انسان مورد استفاده قرار می‌گیرند. از پتانسیل آن‌ها می‌توان استفاده به‌عنوان خوراک دام را نیز نام برد. گونه‌های Grateloupia sp. ،Kappaphycus sp. ،Gracilaria sp و Porphyra sp می‌توانند برای افزایش بازدهی محصولات خاص در مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرند.

همچنین میکروجلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها می‌توانند به‌عنوان خوراک در صنعت طیور استفاده شوند. استفاده از گونه Arthrospira sp به‌دلیل ترکیبات عملکردی معمولی (پروتئین‌ها) در رژیم غذایی بسیار غنی است و تأثیر آن در رشد مرغ‌های گوشتی چشمگیر است. میکروجلبک‌ها با محتوی اسیدهای چرب امگا 3 نیز به‌عنوان مکمل غذایی در طیور استفاده می‌شوند.

میکروجلبک‌ها به‌عنوان خوراک در آبزی‌پروری

استفاده از میکروجلبک‌ها به‌عنوان مکمل در آبزی‌پروری ممکن است به‌صورت مستقیم یا غیرمستقیم بر ارزش‌های غذایی موجودات مختلف آبزی مانند ماهی تأثیر داشته باشد. برخی از گونه‌های ماهی‌ به‌طور مستقیم از میکروجلبک‌ها به‌عنوان غذا استفاده می‌کنند. میکروجلبک‌ها می‌توانند به صورت غیرمستقیم به‌عنوان خوراک زئوپلانکتون‌‌ها استفاده شوند. برخی از آبزیان به‌طور خاص از ترکیبات آلی میکروجلبک‌ها به‌عنوان مواد مغذی ضروری استفاده می‌کنند و در بازیافت مواد مغذی برای برخی ماهی‌ها نقش دارند.

گونه Chlorella sp به‌عنوان یک نمونه متنوع مورد بررسی قرار گرفته است و نقش مهمی در فعالیت‌های ضد میکروبی ایفا می‌کند. از این ماده به‌عنوان یک ماده ضد میکروبی مانند فعالیت‌های ضد قارچ، ضد باکتری و ضد ویروس در برابر بیماری‌های مرتبط با آبزی‌پروری استفاده می‌شود و خطر انتقال آن به ماهی‌ها را کاهش می‌دهد.

در مدت زمان طولانی گلوکان‌ها به‌عنوان ترکیبات فعال زیستی، ترکیبات واکسن و مواد افزودنی خوراکی مورد استفاده بوده‌اند. آن‌ها به‌طور طبیعی به‌عنوان اجزای دیواره سلولی در میکروجلبک‌ها، باکتری‌ها، گیاهان و مخمرها وجود دارند. از میکروجلبک‌ها به دلیل داشتن ارزش غذایی غنی (اسیدهای آمینه حیاتی، چربی‌ها، ذخایر ویتامین‌ها و اسیدهای چرب حیاتی) می‌توان در خوراک آبزیان استفاده کرد. آزمایشات تغذیه‌ای بر روی آبزیان نشان می‌دهد که از میکروجلبک‌های مختلف برای رشد، سرعت بقا و تغذیه استفاده می‌شود.

تحقیقات نشان می‌دهد که کشت یکپارچه میگو و میکروجلبک بر کیفیت آب و عملکرد رشد میگو تأثیر معنی‌داری دارد. سه گونه میکروجلبک دریایی (Chlorella vulgaris ،Chaetoceros muelleri و Platymonas helgolandica) با گونه میگو Litopenaeus vannamei (میگو سفید) در محصولات زراعی کشت داده می‌شوند، زیرا تأثیر زیادی در کیفیت آب و عملکرد میگو تولیدی دارند. اخیراً تحقیقات بر استفاده از میکروجلبک‌ها به‌عنوان منبع متابولیت برای فعالیت‌های ضد میکروبی متمرکز شده است. گونه Dunaliella sp برای تولید بتاکاروتن شناسایی شده است که از ابتلا به عفونت از عوامل بیماری‌زا ثانویه برای بهبود سیستم ایمنی نابالغ در میگو جلوگیری می‌کند. 

از میکروجلبک‌ها به‌عنوان خوراک میگو برای موجودات زنده در آبزی‌پروری استفاده می‌شود. سطح بهینه مواد مغذی میکروجلبک‌ها (لیپیدها، کربوهیدرات‌ها و پروتئین) در کاهش آلودگی آب و هزینه خوراک کاملاً مؤثر است. رشد موجودات آبزی بستگی به سطح مواد مغذی میکروجلبک‌ها و گونه‌های آن‌ها دارد. استفاده از گونه‌های مختلف میکروجلبک به‌عنوان ماده غذایی در کشت میگوهای مونودون Penaeus تأثیر چشمگیری بر مشخصات بیوشیمیایی آن‌ها دارد.

روند پیشرفت میکروجلبک

میکروجلبک‌ها به منظور راهی برای افزایش بی‌اثر کردن کربن موجود در اتمسفر و تأثیر مثبت بر اقتصاد زیستی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. میکروجلبک‌ها دارای خصوصیات مفید بسیار زیادی هستند اما تاکنون عمدتاً از منظر قابلیت تولید سوخت‌های زیستی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. با این حال فناوری‌های تجاری مرتبط با کشت میکروجلبک‌ها از لحاظ اقتصادی پشتیبانی نمی‌شوند. برای افزایش امکان تجاری‌سازی کشت میکروجلبک‌ها به یافتن کاربردهای جایگزین از میکروجلبک‌ها و ادغام آن با سایر فناوری‌های نزدیک به این مسئله نیاز است.

مفهوم اساسی این تحقیق باید افزایش بهره‌برداری از زیست‌توده میکروجلبک به‌عنوان محصولات تولیدی غیر سوختی را گسترش دهد. استفاده از میکروجلبک‌ها به‌عنوان یک منبع غذایی و خوراکی جذابیت خاصی دارد و می‌تواند بازار خوبی را به وجود آورد. تجزیه و تحلیل جامع فنی و اقتصادی می‌تواند سطح فناوری آن را ارزیابی کند که می‌تواند انتخاب استفاده از زیست‌توده میکروجلبک را برای محصولات زیستی جایگزین دیکته کند. محور کردن تمرکز تحقیق از تولید سوخت‌های زیستی به محصولات غیر سوختی، برای تحقق پتانسیل در مقیاس بزرگ، بسیاری از اقدامات آینده‌نگر را می‌طلبد. استفاده از فرایندهای زیستی می‌تواند یک انتزاع قدرتمند برای منطقی‌سازی پتانسیل تحقیقاتی میکروب‌ها و متناسب با تقاضای بازار باشد.

 
منبع
Microalgae Cultivation for Biofuels Production
برچسب‌ها
نمایش بیشتر

نوشته‌های مشابه

پاسخی بگذارید

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

+ چهـل = چهـل سـه

دکمه بازگشت به بالا
EnglishIran
بستن
بستن