Микроводоросль спирулина как объект биотехнологии

Эффективность преобразования солнечной энергии у спирулины намного выше, чем для традиционных продуктов табл.

Такое разнообразие морфологических форм у одной клоновой культуры ставит вопрос о надежности формы трихома в качестве основного диагностического признака в видовой дифференциации спирулин. Считается, что это связано с увеличением производства оксида азота сигнальной молекулы, которая помогает кровеносным сосудам расслабляться и расширяться.

Женщины племени собирали водоросли с поверхности озера с помощью специальных мелкоячеистых корзин-сеток, а после высушивали под солнцем, нанося изумрудную пасту толстым слоем на камни или прямо на песок. Витамин В5 участвует в белковом, жировом, углеводном обмене, обмене холестерина, синтезе ряда гормонов, гемоглобина, способствует всасыванию аминокислот и сахаров в кишечнике, поддерживает функцию коры надпочечников.

Название «спирулина» происходит от латинского слова, означающего «крошечная спираль».

Микроводоросль спирулина как объект биотехнологии

О спирулине мы постоянно слышим в рекламе, под разными названиями в зависимости от фирм-производителей нам ее предлагают как биологически активную добавку в аптеках. Спирулина – это синезеленая микроводоросль, так, по крайней мере, ее представляют производители. Изначально спирулина действигельно являлась объектом только альгологии, поскольку у нее оксигенный фотосинтез, она содержит хлорофилл, что свойственно растениям, у нее относительно большие размеры, и она, подобно другим водорослям, способна вызывать массовое цветение водоемов, т.е. ее экологическая роль соразмерна с эукариотическими водорослями. В первой части статьи и мы остановимся на этой позиции.

Известен многолетний научный и практический интерес к исследованию спирулины как источника высококачественной пищи, кормов, биологически активных веществ, а также как сырья для фармацевтических и косметических целей.

А что о спирулине известно в историческом плане? В 1940 г. малоизвестный журнал опубликовал сообщение французского альголога Dangeard об использовании местным населением в пищу «дихе» – лепешек из высушенной на солнце синезеленой водоросли, произраставшей в небольших прудах вокруг озера Чад в Африке. Этот ученый обнаружил, что эти же водоросли растут и в озерах рифтовой долины Восточной Африки, где также используются населением и, кроме того, служат основной пищей фламинго (у малых фламинго развился в клюве специальный фильтр для питания спирулиной). Однако это сообщение осталось незамеченным, и лишь 25 лет спустя, в 1965 г., бельгийская экспедиция волонтеров определила водоросли, растущие в озере Чад, и показала, что лепешки с местных рынков целиком состоят из одного вида водорослей – Spirulina platensis. Примерно в это же время в Мексике директор компании по добыче пищевой соды из озера Текскоко прочитал об этой водоросли и предположил, что эти же водоросли засоряют конечный продукт его производства. Позже было установлено, что в озере Текскоко росла практически в монокультуре микроводоросль Spirulina maxima. Таким образом, в щелочных озерах на разных континентах, разделенных более чем 10 тыс. км, доминировали два разных вида спирулины. Историческая литература свидетельствует, что ацтеки и инки еще до прихода испанских конкистадоров употребляли в пищу лепешки из спирулины под названием «текуитлатл», равно как и народы Африки, проживающие вокруг озера Чад и котловин Великой рифтовой долины Восточной Африки. Особенно широко исследованием этой микроводоросли занялись в 1960–1970-е гг. во Французском институте нефти. В результате были определены пищевая и кормовая ценность спирулины, причем длительное исследование ее на токсичность по всем международным стандартам качества и безопасности кормов и пищи показало, что она не токсична и безопасна.

Коммерческий интерес к спирулине определяется ее уникальным биохимическим составом (табл.1). Спирулина содержит до 70% высококачественного белка, представленного всеми незаменимыми аминокислотами, комплекс витаминов, в том числе -каротин (1 700 мг/кг), витамины группы В (B₁, B₂, B₃, B₅, B₅ и особенно B₁₂ ), большое количество макро- и микроэлементов в биодоступной органической форме. Усваиваемость белка спирулины составляет 85–90%, что выше, этого значение для молока. Спирулина содержит функциональные вещества – фикоцианин, полисахариды, -глюкан, сульфолипиды, полиненасыщенные жирные кислоты, среди которых особенно ценные линолевая (до 14 000 мг/кг),
-линоленовая (до 12 000 мг/кг), арахидоновая и эйкозопентаеновая.

Таблица 1. Биохимический состав спирулины

Скорость роста спирулины и ее урожайность выше, чем у традиционных сельскохозяйственных культур в 5–10 раз, выход белка на единицу площади за единицу времени в десятки раз выше, чем у сои, и для производства 1 кг спирулинового белка требуется в 10–30 раз меньше площади; причем, можно использовать непригодные или требующие рекультивации земли. Эффективность преобразования солнечной энергии у спирулины намного выше, чем для традиционных продуктов (табл. 2, 3, 4).

Таблица 2. Урожайность традиционных культур и спирулины

Таблица 3. Площадь земли, необходимая для производства 1 кг белка

Таблица 4. Сравнение энергетической эффективности

Уникальным составом спирулины определяется ее терапевтический эффект.

– Снижение холестерина в крови и уменьшение риска ожирения.
– Иммуномодуляция за счет действия фикоцианина.
– Противораковый и противоопухолевый эффект за счет действия -каротина.
– Радиопротекторное действие.
– Уменьшение нефротоксичности при воздействии тяжелых металлов и лекарств.
– Значительное увеличение популяции лактобацилл и бифидобактерий в кишечнике.
– Снижение содержания сахара в крови при диабете.
– Оздоравливающее воздействие за счет -линоленовой кислоты.
– Действие против вируса СПИД за счет сульфолипидов.

Приведенные данные свидетельствуют о ценности спирулины, в связи с чем масштабы ее мирового производства растут (рис. 1).

Рис. 1. Мировое производство Spirulina (1980–2004 гг.)

Спирулину выращивают в открытых и закрытых фотокультиваторах. Существуют проекты по выращиванию спирулины в гигантских фермах на побережье морей и океанов, где в качестве энергоисточника для обслуживания плантации служат различные возобновляемые источники энергии (солнечные пруды, солнечные коллекторы и др.). В последние годы, например, предложено выращивать адаптированную к морской воде спирулину в интразональных биомах литоралей – мангровых лесах, формирующихся в приливно-отливной полосе морей и океанов. В этом случае спирулина выступает первым звеном трофических цепей в технологиях аква- и марикультуры по выращиванию креветок, моллюсков, сардин, тиляпии и других видов промысловых рыб.

В лаборатории возобновляемых источников энергии МГУ им. М.В. Ломоносова была разработана технология крупномасштабного выращивания микроводоросли спирулины. Опыты показали, что в умеренном климатическом поясе спирулину можно выращивать в теплицах в течение всего года при незначительных затратах низкопотенциального тепла (подогрев грунта) с продуктивность 7–12 г сухой биомассы с 1 м2/сутки. В субтропических и полупустынных зонах в течение 6–7 месяцев ее можно выращивать на открытом воздухе, а в зимние месяцы – переходить на выращивание в условиях теплиц.

А теперь рассмотрим таксономический статус спирулины и ее современное систематическое положение. В 1970-х гг. была установлена прокариотная природа синезеленых водорослей. Сформулировавшие теорию двух глобальных морфотипов – прокариот и эукариот – Стениер и Ван Нил предложили считать термины «прокариот» и «бактерия» эквивалентными. В рамках этой концепции была осуществлена не поддержанная ботаниками ревизия систематического положения синезеленых водорослей, которые с того момента стали рассматриваться как цианобактерии, подчиняющиеся Международному кодексу номенклатуры бактерий. В настоящий момент практикуется компромиссный статус оксигенных фототрофов: они подчинены одновременно бактериологическому и ботаническому кодексам номенклатуры и имеют двойное название – синезеленые водоросли–цианобактерии, а их положение в макросистематике продолжает оставаться предметом дискуссий. Кроме указанной проблемы и альгология, и бактериология имеют собственные трудности в таксономии цианей. Это касается как родовой принадлежности рассматриваемого объекта – спирулины, так и видовой дифференциации родов. В настоящее время не вызывает сомнения существование двух раздельных родов Spirulina и Arthrospira, и в двух параллельных классификационных системах – ботанической и бактериологической – они так и представлены. Исторически сложилось, что все «пищевые» штаммы вошли в род артроспира, но выращиваются в промышленном масштабе под названием «спирулина».

Таксономия рода артроспира в рамках ботанического кодекса довольно запутана. В систематике этой группы организмов отмечают большие трудности в идентификации видов. Причиной этого являются высокий полиморфизм артроспир, выраженный в вариациях размеров и форм спирали, вплоть до появления прямых трихомов как в природных условиях, так и в лабораторной культуре. Причем, полиморфизм связывают с изменяющимися условиями культивирования. Нами было установлено, что при выращивании клоновой культуры A. platensis в одинаковых условиях роста при многократных пассажах наряду с обычными рыхлыми спиралями (исходная культура, рис. 2, а) появляются другие морфологические варианты: прямые или слегка волнистые, слабо спиральные утолщенные (б), веретеновидные и гантелевидные спирали (в), спирали в виде «бухт», вкрапленные в слизистый субстрат.

Рис. 2. Морфологические варианты клоновой культуры A. platensis

Такое разнообразие морфологических форм у одной клоновой культуры ставит вопрос о надежности формы трихома в качестве основного диагностического признака в видовой дифференциации спирулин. В настоящее время активно проводятся исследования по поиску дополнительных, в том числе хемотаксономических, критериев.

Широкое промышленное производство биомассы спирулины и расширение спектра ее применения выдвигают ряд задач перед микробиологами и биотехнологами в области поиска высокопродуктивных штаммов и оптимизации условий ее культивирования.

Калькулятор продукта

Большинство продуктов не может содержать полный набор витаминов и минералов. Поэтому важно употреблять в пищу разннообразные продукты, чтобы восполнять потребности организма в витаминах и минералах.

Cоотношение белков, жиров и углеводов:

Зная вклад белков, жиров и углеводов в калорийность можно понять, насколько продукт или рацион соответсвует нормам здорового питания или требованиям определённой диеты. Например, Министерство здравоохранения США и России рекомендуют 10-12% калорий получать из белков, 30% из жиров и 58-60% из углеводов. Диета Аткинса рекомендует низкое употребление углеводов, хотя другие диеты фокусируются на низком потреблении жиров.

Если энергии расходуется больше, чем поступает, то организм начинает тратить запасы жира, и масса тела уменьшается.

Получите дополнительную информацию и осуществите задуманное, изучив наш бесплатный интерактивный курс.

Узнайте свой дополнительный расход калорий на тренировки и получите уточнённые рекомендации абсолютно бесплатно.

Полезные свойства МОРСКИЕ ВОДОРОСЛИ СПИРУЛИНА, СУШЕНЫЕ

Морские водоросли спирулина, сушеные богат такими витаминами и минералами, как: витамином B1 - 158,7 %, витамином B2 - 203,9 %, холином - 13,2 %, витамином B5 - 69,6 %, витамином B6 - 18,2 %, витамином B9 - 23,5 %, витамином C - 11,2 %, витамином E - 33,3 %, витамином K - 21,3 %, витамином PP - 64,1 %, калием - 54,5 %, кальцием - 12 %, магнием - 48,8 %, фосфором - 14,8 %, железом - 158,3 %, марганцем - 95 %, медью - 610 %, селеном - 13,1 %, цинком - 16,7 %

• Витамин В1 входит в состав важнейших ферментов углеводного и энергетического обмена, обеспечивающих организм энергией и пластическими веществами, а также метаболизма разветвленных аминокислот. Недостаток этого витамина ведет к серьезным нарушениям со стороны нервной, пищеварительной и сердечно-сосудистой систем.
• Витамин В2 участвует в окислительно-восстановительных реакциях, способствует повышению восприимчивости цвета зрительным анализатором и темновой адаптации. Недостаточное потребление витамина В2 сопровождается нарушением состояния кожных покровов, слизистых оболочек, нарушением светового и сумеречного зрения.
• Холин входит в состав лецитина, играет роль в синтезе и обмене фосфолипидов в печени, является источником свободных метильных групп, действует как липотропный фактор.
• Витамин В5 участвует в белковом, жировом, углеводном обмене, обмене холестерина, синтезе ряда гормонов, гемоглобина, способствует всасыванию аминокислот и сахаров в кишечнике, поддерживает функцию коры надпочечников. Недостаток пантотеновой кислоты может вести к поражению кожи и слизистых.
• Витамин В6 участвует в поддержании иммунного ответа, процессах торможения и возбуждения в центральной нервной системе, в превращениях аминокислот, метаболизме триптофана, липидов и нуклеиновых кислот, способствует нормальному формированию эритроцитов, поддержанию нормального уровня гомоцистеина в крови. Недостаточное потребление витамина В6 сопровождается снижением аппетита, нарушением состояния кожных покровов, развитием гомоцистеинемии, анемии.
• Витамин В9 в качестве кофермента участвуют в метаболизме нуклеиновых и аминокислот. Дефицит фолатов ведет к нарушению синтеза нуклеиновых кислот и белка, следствием чего является торможение роста и деления клеток, особенно в быстро пролифелирующих тканях: костный мозг, эпителий кишечника и др. Недостаточное потребление фолата во время беременности является одной из причин недоношенности, гипотрофии, врожденных уродств и нарушений развития ребенка. Показана выраженная связь между уровнем фолата, гомоцистеина и риском возникновения сердечно-сосудистых заболеваний.
• Витамин С участвует в окислительно-восстановительных реакциях, функционировании иммунной системы, способствует усвоению железа. Дефицит приводит к рыхлости и кровоточивости десен, носовым кровотечениям вследствие повышенной проницаемости и ломкости кровеносных капилляров.
• Витамин Е обладает антиоксидантными свойствами, необходим для функционирования половых желез, сердечной мышцы, является универсальным стабилизатором клеточных мембран. При дефиците витамина Е наблюдаются гемолиз эритроцитов, неврологические нарушения.
• Витамин К регулирует свёртываемость крови. Недостаток витамина К приводит к увеличению времени свертывания крови, пониженному содержанию протромбина в крови.
• Витамин РР участвует в окислительно-восстановительных реакциях энергетического метаболизма. Недостаточное потребление витамина сопровождается нарушением нормального состояния кожных покровов, желудочно- кишечного тракта и нервной системы.
• Калий является основным внутриклеточным ионом, принимающим участие в регуляции водного, кислотного и электролитного баланса, участвует в процессах проведения нервных импульсов, регуляции давления.
• Кальций является главной составляющей наших костей, выступает регулятором нервной системы, участвует в мышечном сокращении. Дефицит кальция приводит к деминерализации позвоночника, костей таза и нижних конечностей, повышает риск развития остеопороза.
• Магний участвует в энергетическом метаболизме, синтезе белков, нуклеиновых кислот, обладает стабилизирующим действием для мембран, необходим для поддержания гомеостаза кальция, калия и натрия. Недостаток магния приводит к гипомагниемии, повышению риска развития гипертонии, болезней сердца.
• Фосфор принимает участие во многих физиологических процессах, включая энергетический обмен, регулирует кислотно-щелочного баланса, входит в состав фосфолипидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот, необходим для минерализации костей и зубов. Дефицит приводит к анорексии, анемии, рахиту.
• Железо входит в состав различных по своей функции белков, в том числе ферментов. Участвует в транспорте электронов, кислорода, обеспечивает протекание окислительно- восстановительных реакций и активацию перекисного окисления. Недостаточное потребление ведет к гипохромной анемии, миоглобиндефицитной атонии скелетных мышц, повышенной утомляемости, миокардиопатии, атрофическому гастриту.
• Марганец участвует в образовании костной и соединительной ткани, входит в состав ферментов, включающихся в метаболизм аминокислот, углеводов, катехоламинов; необходим для синтеза холестерина и нуклеотидов. Недостаточное потребление сопровождается замедлением роста, нарушениями в репродуктивной системе, повышенной хрупкостью костной ткани, нарушениями углеводного и липидного обмена.
• Медь входит в состав ферментов, обладающих окислительно-восстановительной активностью и участвующих в метаболизме железа, стимулирует усвоение белков и углеводов. Участвует в процессах обеспечения тканей организма человека кислородом. Дефицит проявляется нарушениями формирования сердечно-сосудистой системы и скелета, развитием дисплазии соединительной ткани.
• Селен - эссенциальный элемент антиоксидантной системы защиты организма человека, обладает иммуномодулирующим действием, участвует в регуляции действия тиреоидных гормонов. Дефицит приводит к болезни Кашина-Бека (остеоартроз с множественной деформацией суставов, позвоночника и конечностей), болезни Кешана (эндемическая миокардиопатия), наследственной тромбастении.
• Цинк входит в состав более 300 ферментов, участвует в процессах синтеза и распада углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот и в регуляции экспрессии ряда генов. Недостаточное потребление приводит к анемии, вторичному иммунодефициту, циррозу печени, половой дисфункции, наличию пороков развития плода. Исследованиями последних лет выявлена способность высоких доз цинка нарушать усвоение меди и тем способствовать развитию анемии.

Употребление спирулины: как принимать для максимальной пользы

Медь входит в состав ферментов, обладающих окислительно-восстановительной активностью и участвующих в метаболизме железа, стимулирует усвоение белков и углеводов. Известен многолетний научный и практический интерес к исследованию спирулины как источника высококачественной пищи, кормов, биологически активных веществ, а также как сырья для фармацевтических и косметических целей.

Фикоцианин может бороться со свободными радикалами и подавлять выработку воспалительных сигнальных молекул, обеспечивая впечатляющие антиоксидантные и противовоспалительные эффекты. Недостаточное потребление сопровождается замедлением роста, нарушениями в репродуктивной системе, повышенной хрупкостью костной ткани, нарушениями углеводного и липидного обмена.

Благодаря высокому содержанию растительного белка добавка способствует быстрому росту мышечной массы и повышению выносливости организма при сильных физических нагрузках. Одной из таких добавок стала спирулина, полезные свойства и противопоказания которой обсуждаются не только сторонниками здорового образа жизни учёные и врачи тоже проявляют заметный интерес.

В идеале выращивание должно быть в контролируемой среде, без пестицидов и удобрений, вдали от загрязнителей. Старайтесь выбирать производителей с хорошей репутацией.