Поскольку ни у каких водорослей нет корней, листьев и стеблей, они могут использовать углекислый газ и питательные вещества более эффективно, чем наземные растения, что позволяет им расти быстрее. Водоросли относительно легко выращивать и собирать для производства биомассы, которую можно использовать как пищу или для получения биотоплива, биопластика, пищевых добавок и косметики.
Хлорелла (Chlorophyta, Trebouxiophyceae), одна из наиболее изученных микроводорослей, в промышленных масштабах сегодня культивируется более чем 70 компаниями мира. Ежегодное производство биомассы хлореллы превышает 2000 тонн, в основном она используется для пищевых добавок и белково-витаминных концентратов, а незначительная доля предназначена для косметического рынка и аквакультуры.
Когда стали доступны молекулярные данные, стало ясно, что многие зеленые микроводоросли со схожими морфо-физиологическими характеристиками были ошибочно классифицированы как «хлорелла». Таксономия рода все еще находится в стадии пересмотра, но C.vulgaris и C.pyrenoidosa являются двумя наиболее культивируемыми видами в коммерческих масштабах.
Хлорелла хорошо растет в пресных или солоноватых водах, но известно и несколько морских штаммов. Важно избегать путаницы с так называемой «морской хлореллой», организмом, который пытались ввести в культуру в 1980-х годах — из-за высокого содержания в нем эйкозапентаеновой кислоты (это одна из ценных омега-3 полиненасыщенных жирных кислот. Больше всего этого вещества содержится в жирных сортах холодноводных рыб, таких как лосось). «Морская хлорелла» позже была правильно идентифицирована как нанохлоропсис, Nannochloropsis sp.
Использование в пищу и в качестве биотоплива
Хлорелла — одна из немногих микроводорослей (вместе с дуналиеллой, гематококком и спирулиной), широко используемых человеком в пищу. Она содержит много белка со сбалансированным аминокислотным составом, витаминов, минералов и полиненасыщенных жирных кислот, включая олеиновую и линолевую. Некоторые штаммы могут быть и богатым источником лютеина.
Хлорелла признана безопасным пищевым ингредиентом во всем мире, в основном она используется в качестве пищевой добавки: как краситель для выпечки, в качестве добавки для ферментированного молока и йогурта для повышения жизнеспособности бактериальных пробиотиков и включена в макаронные изделия и другие продукты для повышения питательной ценности. Гидролизат белка хлореллы также был испытан в качестве спортивной добавки.
В последнее десятилетие биотопливо из водорослей считается перспективным направлением. В этом смысле хлорелла представляет большой интерес, поскольку в условиях стресса (и в зависимости от штамма) она может накапливать большое количество липидов или синтезировать крахмал. Исследования, когда хлореллу помещали в условия азотного или фосфорного голодания, показали, что водоросль демонстрирует высокую липидную продуктивность (примерно до 50%). В оптимальных условиях удается получить содержание липидов до 25%. Некоторые хлореллы очень продуктивны и в отношении крахмала, таким образом, являются потенциальными заменителями богатых крахмалом наземных растений для производства биоэтанола. Извлеченная (делипидизированная) биомасса хлореллы, все еще богатая белками, углеводами, минералами и биологически активными соединениями, может служить сырьем для ценных пищевых продуктов и корма для скота.
Сложности использования хлореллы
Микроводоросли имеют ряд преимуществ перед традиционными культурами. Для их выращивания не требуется плодородная почва, и они очень эффективно используют питательные вещества, что позволяет избежать или ограничить загрязнение водоемов неиспользованными удобрениями. Некоторые водоросли можно выращивать в солоноватой, соленой или даже морской воде, поэтому они не конкурируют за истощающиеся ресурсы пресной воды.
Использование сточных вод в качестве источника питательных веществ тоже является привлекательной возможностью для выращивания хлореллы на биотопливо. Культуры микроводорослей могут питаться CO2 из дыма и смога; но необходимость отдельной подачи углекислого газа в резервуар выращивания может быть ограничением — если сравнивать с растениями, поглощающими СО2 прямо из воздуха.
Чтобы сделать биомассу микроводорослей экономически конкурентоспособной в качестве источника питания или биотоплива, нужно снижать стоимость системы культивирования. В частности, затраты на освещение, смешивание и охлаждение в закрытых системах очень высоки; их можно существенно сократить, например, выбирая штаммы с высокой плавучестью — или штаммы, способные расти при высоких температурах. Для устойчивого культивирования микроводорослей нужны штаммы, способные расти с высокой продуктивностью в морской или солоноватой воде.
Рынки продуктов питания и кормов требуют больших объемов биомассы с низкой себестоимостью (менее 1 евро/кг). В настоящее время затраты на производство водорослей превышают 4-5 евро/кг, и хотя экономические прогнозы предсказывают снижение до 1-2 евро/кг, коммерциализация хлореллы как пищевого продукта пока еще невозможна.
Бизнес по выращиванию хлореллы
Хлорелла производится в промышленных масштабах в фотоавтотрофных условиях (в основном, в открытых водоемах) или гетеротрофно, в ферментерах. Крупнейшей закрытой системой, используемой для автотрофного производства в промышленных масштабах, является трубчатый фотобиореактор объемом 700 м3, установленный в компании Roquette Klötze GmbH & Co. Он ежегодно производит около 100 тонн высококачественной биомассы хлореллы для рынка здоровой пищи.
Для культивирования хлореллы можно использовать как открытые, так и закрытые культиваторы — они продаются системно, в сборе. Открытые культиваторы не изолируют суспензию водорослей от атмосферы, что делает их дешевыми в изготовлении и простыми в конструкции. Однако, при использовании таких культиваторов трудно следить за оптимизацией и стабилизацией факторов роста водорослей, что приводит к получению суспензии с низкой плотностью.
Конструкции закрытого типа позволяют регулировать параметры выращивания и повышать урожай с единицы объема. Они также экономичнее в расходовании химикатов и углекислого газа, могут увеличивать плотность суспензии и улучшать ее качество вне зависимости от внешних условий.
Конструкции культиваторов для микроводорослей различны, но как правило состоят из реактора, системы освещения, компрессора для улучшения газообмена, системы термостабилизации для поддержания оптимальной температуры и устройства перемешивания суспензии. Реакторы могут иметь различные формы: кюветы, трубки, горизонтальные бассейны. Система питания поддерживает концентрацию питательных веществ в воде, чтобы рост микроводорослей не замедлялся.
Оборудование для культивирования хлореллы
В России есть предприятия, выпускающие и продающие оборудование по выращиванию хлореллы: как правило, это бизнес «под ключ» — установка оборудования, продажа культиваторов хлореллы, обучение биотехнологии культивирования, полное сопровождение процесса. Это, к примеру, установки серии КМК (культиватор маточной культуры) и установки серии ФБР (фото-биореактор), с разной производительностью. Стоимость КМК начинается от 250 тыс. рублей, ФБР — от 600 тыс. рублей. Комплект реактивов на год обойдется в среднем в 15 тыс. рублей. Надо учитывать, что культивация хлореллы будет требовать немалых затрат электричества — водоросли требуется яркое освещение для активного роста.
Культиватор хлореллы представляет собой емкость для суспензии хлореллы с погруженными в нее источниками света оригинальной конструкции. Также он снабжен другими устройствами, обеспечивающими оптимальные условия для размножения хлореллы в специальной питательной среде. В комплект установки также входит набор реактивов для приготовления питательной среды, суспензия маточной культуры хлореллы и др. Общий цикл работы культиватора — трое полных суток (до нарастания необходимой плотности клеток в суспензии).
Бизнес по выращиванию хлореллы может быть выгодным и перспективным, но требует тщательной подготовки, изучения рынка и создания эффективной технологии производства. Однако, при правильном подходе и организации, он может принести успех и прибыль.
Источник: https://proteintek.org…
