MICROALGE: CARACTERISTICI, CLASIFICARE ȘI APLICAȚII - BIOLOGIE - 2024

De Microalgele sunt organisme eucariote, photoautotrophs, adică obținerea de energie de lumină și de a sintetiza propria lor hrană. Conțin clorofilă și alți pigmenți accesorii care le conferă o eficiență fotosintetică deosebită.

Sunt unicelulare, coloniale - atunci când sunt stabilite ca agregate - și filamentoase (solitare sau coloniale). Ele fac parte din fitoplancton, împreună cu cianobacteriile (procariote). Fitoplanctonul este ansamblul microorganismelor fotosintetice, acvatice, care plutesc pasiv sau au mobilitate redusă.

Figura 1. Volvox (sferică) Sursa: Frank Fox, prin Wikimedia Commons

Microalge se găsesc din Ecuadorul terestru până în regiunile polare și sunt recunoscute ca o sursă de biomolecule și metaboliți de mare importanță economică. Sunt o sursă directă de alimente, medicamente, furaje, îngrășăminte și combustibil și sunt chiar indicatori de contaminare.

caracteristici

Producători care utilizează lumina solară ca sursă de energie

Cele mai multe microalge au culoarea verde, deoarece conțin clorofilă (pigment vegetal tetrapirrolic), un fotoreceptor de energie lumină care permite realizarea fotosintezei.

Cu toate acestea, unele microalge au culoare roșie sau maro, deoarece conțin xantofile (pigmenți galben de carotenoizi), care maschează culoarea verde.

habitate

Locuiesc în diverse medii acvatice dulci și sărate, naturale și artificiale (cum ar fi piscinele și rezervoarele de pește). Unele sunt capabile să crească în sol, în habitate acide și în roci poroase (endolitice), în locuri foarte uscate și foarte reci.

Clasificare

Microalge reprezintă un grup extrem de eterogen, deoarece este polifiletic, adică grupează descendenți de specii de strămoși diferiți.

Pentru clasificarea acestor microorganisme, au fost utilizate diferite caracteristici, printre care: natura clorofilelor și a substanțelor lor de rezervă de energie, structura peretelui celular și tipul de mobilitate pe care îl prezintă.

Natura clorofilelor sale

Majoritatea algelor prezintă clorofila de tip A și câteva prezintă un alt tip de clorofilă derivată din aceasta.

Mulți sunt fototrofe obligatorii și nu cresc la întuneric. Cu toate acestea, unele cresc la întuneric și catabolizează zaharuri simple și acizi organici în absența luminii.

De exemplu, unele flagelate și clorofite pot folosi acetatul ca sursă de carbon și energie. Alții asimilează compuși simpli în prezența luminii (fotoheterotrofie), fără a-i folosi ca sursă de energie.

Polimeri de carbon ca rezerva de energie

Ca produs al procesului fotosintetic, microalge produc o mare varietate de polimeri de carbon care servesc drept rezervă de energie.

De exemplu, microalge din divizia Chlorophyta generează amidon de rezervă (α-1,4-D-glucoză), foarte asemănătoare cu amidonurile plantelor superioare.

Structura peretelui celular

Pereții microalge au o varietate considerabilă de structuri și compoziție chimică. Peretele poate fi format din fibre de celuloză, de obicei cu adăugarea de xilan, pectină, mannan, acizi alginici sau acid fucinic.

În unele alge calcaroase sau coraline, peretele celular prezintă depuneri de carbonat de calciu, în timp ce altele au chitină.

Diatomele, pe de altă parte, au siliciu în peretele lor celular, la care se adaugă polizaharide și proteine, formând învelișuri de simetrie bilaterală sau radială (frustule). Aceste scoici rămân intacte mult timp, formând fosile.

Microalge Euglenoide, spre deosebire de cele anterioare, nu au perete celular.

Tipul de mobilitate

Microalge pot avea flageli (ca Euglena și dinoflagelate), dar nu au niciodată cili. Pe de altă parte, unele microalge prezintă imobilitate în faza lor vegetativă, cu toate acestea, gametii lor pot fi mobili.

Aplicații biotehnologice

Hrănirea umană și animală

În anii 1950, oamenii de știință germani au început cultivarea în masă a microalgei pentru a obține lipide și proteine ​​care ar înlocui proteinele convenționale de animale și plante, cu scopul de a acoperi consumul de animale și de oameni.

Recent, cultivarea masivă de microalge a fost proiectată ca una dintre posibilitățile de a combate foamea și malnutriția mondială.

Microalge au concentrații de nutrienți neobișnuite, care sunt mai mari decât cele observate la orice specie vegetală mai mare. Un gram zilnic de microalge este o alternativă pentru a suplimenta o dietă deficitară.

Avantajele utilizării sale ca aliment

Printre avantajele folosirii microalgei ca aliment, avem următoarele:

• Viteza mare de creștere microalgală (prezintă un randament de 20 de ori mai mare decât soia pe unitatea de suprafață).
• Acesta generează beneficii măsurate în „profilul hematologic” și în „statutul intelectual” al consumatorului, atunci când consumă mici doze zilnice ca supliment nutritiv.
• Conținut ridicat de proteine ​​în comparație cu alte alimente naturale.
• Concentrație ridicată de vitamine și minerale: ingestia de 1 până la 3 grame pe zi de subproduse microalgice, asigură cantități apreciabile de beta-caroten (provitamina A), complexe de vitamine E și B, fier și oligoelemente.
• Sursă nutritivă puternic energizantă (comparativ cu ginsengul și polenul colectat de albine).
• Sunt recomandate pentru antrenamente de mare intensitate.
• Datorită concentrației, a greutății reduse și a ușurinței de transport, extractul uscat de microalge este potrivit ca un aliment neperisabil pentru a fi depozitat în așteptarea situațiilor de urgență.

Figura 2. Artrospira este un cianobacterium utilizat pe scară largă și cultivat în masă. Sursa: Joan Simon, decupat de Perdita (utilizator Wikipedia Wikipedia), prin Wikimedia Commons

acvacultura

Microalge sunt utilizate ca hrană în acvacultură datorită conținutului ridicat de proteine ​​(de la 40 la 65% în greutate uscată) și capacității lor de a crește culoarea salmonidelor și a crustaceelor ​​cu pigmenții lor.

De exemplu, este folosit ca hrană pentru bivalve în toate etapele lor de creștere; pentru stadiile larvare ale unor specii de crustacee și pentru stadiile timpurii ale unor specii de pești.

Pigmenți din industria alimentară

Unii pigmenți microalge sunt folosiți ca aditivi în furaje pentru a crește pigmentarea cărnii de pui și a gălbenușurilor de ou, precum și pentru a crește fertilitatea bovinelor.

Acești pigmenți sunt de asemenea folosiți ca coloranți în produse precum margarină, maioneză, suc de portocale, înghețată, brânză și produse de panificație.

Figura 3. Fotobioreactorii tubulari, utilizați pentru obținerea compușilor cu valoare ridicată din microalge. Sursa: IGV Biotech, de la Wikimedia Commons

Medicină umană și veterinară

În domeniul medicinei umane și veterinare, potențialul microalgiului este recunoscut, deoarece:

• Acestea reduc riscul diferitelor tipuri de cancer, de inimă și de boli oftalmice (datorită conținutului lor de luteină).
• Acestea ajută la prevenirea și tratarea bolilor coronariene, agregării plachetare, nivelului anormal de colesterol și sunt, de asemenea, foarte promițătoare pentru tratamentul anumitor boli mintale (datorită conținutului de omega-3).
• Au acțiune antimutagenă, stimulând sistemul imunitar, reducând hipertensiunea și detoxifierea.
• Au acțiune anticoagulantă și bactericidă.
• Ele cresc biodisponibilitatea fierului.
• Medicamentele bazate pe microalge terapeutice și preventive au fost generate pentru colita ulceroasă, gastrită și anemie, printre alte afecțiuni.

Figura 4. Fotobioreactor plat: utilizat pentru obținerea de subproduse de microalge cu valoare adăugată ridicată și în experimentare. Sursa: IGV Biotech, de la Wikimedia Commons

îngrăşăminte

Microalge sunt utilizate ca biofertilizanți și balsamuri de sol. Aceste microorganisme fotoautotrofe acoperă rapid solurile perturbate sau arse, reducând riscul de eroziune.

Unele specii favorizează fixarea azotului și au făcut posibilă, de exemplu, cultivarea orezului pe pământ inundat timp de secole, fără adăugarea de îngrășăminte. Alte specii sunt folosite pentru a înlocui varul în compost.

Produse cosmetice

Derivații de microalge au fost utilizați în formularea pastelor de dinți îmbogățite, care elimină bacteriile care provoacă carii dentare.

Cremele care includ astfel de derivați au fost, de asemenea, dezvoltate pentru proprietățile lor antioxidante și protectoare la ultraviolete.

Figura 5. Întreținerea microalgei în bănci sau tulpini. Sursa: CSIRO

Tratarea apelor uzate

Microalge sunt aplicate în procesele de transformare a materiei organice din apele uzate, generând biomasă și apă tratată pentru irigare. În acest proces, microalge oferă oxigenul necesar bacteriilor aerobe, degradând poluanții organici.

Indicatori de poluare

Dată fiind importanța ecologică a microalgei ca producători primari de medii acvatice, acestea sunt organisme indicatoare ale poluării mediului.

În plus, aceștia au o mare toleranță la metalele grele, cum ar fi cuprul, cadmiul și plumbul, precum și hidrocarburile clorurate, motiv pentru care pot fi indicatori ai prezenței acestor metale.

biogazul

Unele specii (de exemplu, Chlorella și Spirulina), au fost utilizate pentru purificarea biogazului, deoarece consumă dioxid de carbon ca sursă de carbon anorganic, pe lângă controlul simultan al pH-ului mediului.

biocombustibilii

Micro-algele biosintetizează o gamă largă de subproduse bioenergetice interesante din punct de vedere comercial, cum ar fi grăsimile, uleiurile, zaharurile și compușii bioactivi funcționali.

Figura 6. Cultivatoare de microalge de tip carusel, utilizate în cultivarea în masă a microalgei pentru industria cosmetică și alimentară. Sursa: JanB46, de la Wikimedia Commons

Multe specii sunt bogate în lipide și hidrocarburi potrivite pentru utilizare directă ca biocombustibili lichizi cu energie mare, la niveluri mai mari decât cele prezente în plantele terestre și au, de asemenea, potențial ca înlocuitori pentru produsele de rafinare ale combustibililor fosili. Acest lucru nu este surprinzător, având în vedere că se crede că cea mai mare parte a uleiului provine din microalge.

O specie, în special, Botryococcus braunii, a fost studiată pe larg. Se estimează că randamentul de ulei din microalge va fi de până la 100 de ori mai mare decât al culturilor terestre, de la 7.500-24.000 litri de ulei pe acre pe an, comparativ cu rapița și palmierul, la 738 și respectiv 3690 litri. .

Referințe

1. Borowitzka, M. (1998). Producția comercială de microalge: iazuri, rezervoare, tuberculi și fermentatoare. J. din Biotech, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, Microorganismul comestibil. Microbiol. Rev., 47, 551-578.
3. Ciferri, O., și Tiboni, O. (1985). Biochimia și potențialul industrial al Spirulinei. Ann. Rev. Microbiol., 39, 503-526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., și colab. (1993). Procesul de purificare a biogazului folosind culturi intense de microalge. Biotech. Scrisori, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, & Cañizares, RO (2003). Avansuri în proiectarea conceptuală a fotobioreactorilor pentru cultivarea microalgei. Interciencia, 28 (8), 450-456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). Microalge cultivate ca furaj pentru acvacultură. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Sisteme și metode de cultură de masă microalgală: limitarea și potențialul acestora. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
8. Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, & Abdo de la Parra, MI (1996). Surse alternative de proteine ​​vegetale ca substitut pentru făina de pește pentru furajarea acvaculturii. Lucrare prezentată în Proceedings of the Third Symposium International on Aquaculture Nutrition, Monterrey, Nuevo León, Mexic.
9. Olaizola, M. (2003). Dezvoltarea comercială a biotehnologiei microalgice: de la eprubetă la piață. Inginerie biomoleculară, 20, 459-466.