Наши разработки » Спирулина

Если Вам необходима культура спирулины для некоммерческих целей, Вы можете взять её у нас (в Севастополе) бесплатно. У нас Вы можете получить консультации по выращиванию спирулины и других видов микроводорослей в домашних условиях и в промышленных масштабах.

E-mail: microalgae@mail.ru Тел. +38 050 836 03 27 Геворгиз Руслан Георгиевич

Спирулина — микроскопические водоросли, обитающие преимущественно в теплых водоемах. Спирулина является одним из самых древних видов на Земле, поэтому обладает чрезвычайной приспосабливаемостью к различным природным условиям. В процессе эволюции, проходя жесткие условия конкуренции, клетки спирулины приобрели способность к делению при благоприятных условиях с высочайшей скоростью (удвоение биомассы за 5 ч). Биомасса спирулины пригодна к употреблению как простейшими организмами, так и рыбами и животными. Более того, уникальность биохимического состава биомассы спирулины делает привлекательным возможность употребления спирулины людьми как источника важнейших компонентов, участвующих в обмене веществ. Возрастающая нехватка таких веществ в рационе человека, особенно для жителей больших городов и экологически неблагоприятных районов, приводит к различным нарушениям здоровья вплоть до летальных исходов. По многочисленным медицинским заключениям, чтобы не допустить подобных проявлений, врачи рекомендуют употребление биомассы спирулины в качестве пищевой добавки. Регулярное употребление спирулины (1-2 г в день) снижает риск многих заболеваний практически до нуля. Наиболее важным является тот факт, что спирулина, как пищевая добавка, является таким же организмом как и высшие растения (укроп и морковка), употребление которых в пищу, в отличие от искусственных препаратов, не влечет за собой никаких побочных эффектов. Из-за своей полезности биомасса спирулины более полувека является предметом бизнеса во многих странах мира. Поначалу сбор спирулины проводили непосредственно в природных водоемах Африки и Америки, в которых из-за их географического положения и химического состава воды сложились благоприятные условия для роста спирулины. В дальнейшем потребности в спирулине стали возрастать, что привело к разработке технологий выращивания спирулины в искусственных водоемах. На сегодняшний день на коммерческой основе биомассу спирулины производят и потребляют более чем в 60 странах мира: Мексике, России, Японии, Индии, Китае, Таиланде, США, — где производство спирулины превышает тысячи тонн в год.

Описание (научное) объекта

Биология и систематика

Spirulina (Arthrospira) platensis (Nordst.) Geitl.-филаментная планктонная цианобактерия. Согласно одной из наиболее распространенных современных микробиологических систем классификации, таксономическое положение Cyanobacteria отражает схема:

Царство (Kingdom) Prokaryotae (прокариоты) Домен (Domain) Bacteria (истинных бактерий, или эубактерий) Отдел (Division) Gracilicutes (грамотрицательных бактерий) Класс (Class) Oxyphotobacteria (оксигенных фотосинтези- рующих бактерий) Группы (Groups) Cyanobacteria (содержат фикобилипротены) Порядок (Order) Oscillatoriales Род (Genus) Arthrospira Вид (Species) Arthrospira platensis

Согласно альгологической системы классификации, таксономическое положение Spirulina (Arthrospira) platensis отражает схема: Царство (Kingdom) Prokaryotae (прокариоты) Monera (Bacteria) Класс (Class) Cyanophyceae Отдел (Division) Cyanophycota Порядок (Order) Nostocales Семейство (Family) Oscillatoriaceae Род (Genus) Arthrospira Вид (Species) Arthrospira platensis

Синонимами видового названия считаются Arthrospira platensis (Nordstedt) Gomont., Spirulina platensis (Nordstedt) Geitler (1925), Spirulina jenneri var. platensis Nordstedt. Spirulina. (A.) platensis, как все прокариоты, имеет низкий уровень клеточной дифференциации (отсутствуют хроматофоры, истинное ядро, ядрышки, вакуоли, митохондрии, эндоплазматическая сеть и т.д.). Неветвящиеся спиралеобразные трихомы (нити, или филаменты) из цилиндрических клеток окружены слизистым чехлом и способны к скользящему и вращательному движению. При воздействии различных физических и химических факторов филаменты могут распрямляться. Типичными пигментами, помимо хлорофилла а и каротиноидов, являются фикобилипротеины. Половой процесс у цианобактерий отсутствует. Размножается S.(A.) platensis при помощи гормогоний - короткоцепочечных, способных к движению, участков нитей, образующихся путем фрагментации материнских трихомов по некридиям (специализированным клеткам, подвергающимся лизису).

Химический состав спирулины

Ниже приведен усредненный состав биомассы спирулины по органическим и неорганическим показателям Компонент % Белок 55–70 Углеводы 10–20 Жиры 5 Зольность 7 Нуклеиновые кислоты 6,5 Хлорофилл а 0,93 Влажность 6–8

Компонент г/100 г Азот 10,68 Фосфор 1,14 Натрий 1,74 Калий 1,88 Магний 0,35 Кальций 1,1 Сера 0,63

Компонент мг/кг Компонент мг/кг Железо 945 Медь 15 Марганец 64 Никель 5,8 Цинк 28 Кобальт 1,5 Хлор 5 Хром 5 Йод 100 Селен 7

Применение спирулины

Широкий спектр применимости спирулины складывается из двух основных направлений: использование самой биомассы и использование биомассы спирулины как сырья для получения каких-либо ценных веществ. Первое направление включает в себя разнообразные способы использования биомассы спирулины как пищевой добавки в рационе человека и животных, использование биомассы спирулины в медико-биологических процедурах лечебного и профилактического характера. Особое место занимает использование биомассы спирулины в качестве источника микроэлементов (йод, селен и пр.) крайне необходимых для полноценной жизнедеятельности человека. Биомасса спирулины, как готовый продукт к употреблению, используется в различных сферах человеческой деятельности: медицине, косметике, спорте, животноводстве, пчеловодстве, рыбоводстве, птицеводстве, ветеринарии и пр.

Второе направление является не менее важными - получение из биомассы микроводорослей каких-либо веществ как-то: аминокислы, протеины, разнообразные углеводы, липиды, пигменты, витамины и т.д. У спирулины на первое место выступают природные красители (пигменты) фикобилипротеины (фикоцианины). К счастью, содержание таких пигментов у спирулины достаточно высоко (около 10%), что всегда делает возможным использование биомассы как сырья для получения пигментов. Некоторые предприниматели находят мероприятие по получению фикоцианиа более рентабельным из-за высочайших цен на природные красители.

Для примера приведем краткий перечень предлагаемых товаров спирулины за рубежом.

Packing Distributor Retail Биомасса (порошок) 1 т $ 21,0 - Порошок флакон 0,1 кг $ 53,6 $ 109.9 Таблетки 500 шт по 500 мг $ 59,5 $ 131,9 Таблетки 200 шт по 500 мг $ 72,0 $ 159,9 Таблетки 100 шт по 500 мг $ 78,8 $ 175,0 Капсулы 300 шт по 500 мг $ 105,0 $ 233,1

Технология производства спирулины. Краткое описание

Для любых микробиологических объектов технологии получения биомассы схожи. Для сугубо специализированных целей микроводоросли выращивают в строго контролируемых условиях (управляемый биосинтез), в специальных культиваторах, с целью получения биомассы с заданным биохимическим составом. Наиболее проста в исполнении технология выращивания спирулины, поскольку, обладая высокой степенью приспосабливаемости, спирулина не требует дорогостоящего оборудования (специализированных культиваторов), обеспечивающих строго определенные условия для роста клеток. Там, где это возможно по экологическим и климатическим условиям, спирулину выращивают в прудах под открытым небом или в бассейнах в стандартных сельскохозяйственных теплицах. Важным преимуществом такого производства является использование естественного освещения (энергетический ресурс), что в значительной степени снижает себестоимость конечного продукта.

Опишем кратко основные этапы производства биомассы спирулины в обычной сельскохозяйственной теплице, которая легко поддается необходимому переоборудованию.

1.Подготовка. Строительство и установка бассейнов в теплице, при необходимости подготовка емкостей для воды, подготовка необходимого инструментария для сбора и промывки урожая, подготовка блока сушки биомассы. Чем больше общая площадь бассейнов, тем больший можно получить урожай, следовательно, от этого зависит и размеры блока сушки биомассы, расход воды, количество обслуживающего персонала и т.д.

2.Запуск производства. На этом этапе небольшой объём биомассы спирулины помещают в бассейн со специально приготовленной питательной средой. По мере нарастания биомассы сбор урожая не проводят, а заполняют другие бассейны. Таким образом поступаю до тех пор, пока не заполнятся все бассейны.

3.Сбор урожая. Поскольку скорость роста микроводорослей достаточно высока, сбор урожая проводят ежедневно. При достижении некоторой плотности в бассейнах часть биомассы спирулины всплывает на поверхность, что позволяет проводить сбор урожая непосредственно с поверхности.

4.Подкормка. По мере роста спирулины и сбора урожая, среда в которой растут микроводоросли приходит к истощению. Чтобы пополнить недостаток элементов питания, в среду периодически добавляют минеральные соли - источник азота, фосфора, железа, магия и пр.

5.Промывка биомассы. Поскольку спирулина растет в воде с высоким содержанием различных неорганических солей (питательная среда), собранную биомассу обязательно подвергают промывке. Для этого биомассу помещают на сито и промывают обычной пресной водой.

6.Сушка биомассы. Отмытую биомассу спирулины сушат теплым воздухом при температуре не выше 60°С. Для этого биомассу наносят тонким слоем на полиэтилен и высушивают в течении 3-4 ч, не допуская попадание прямых солнечных лучей, поскольку интенсивный солнечный свет приводит к разрушению пигментов, что заметно снижает качество биомассы спирулины.

7.Хранение биомассы спирулины. Уже высушенную биомассу спирулины собирают в герметичную тару для хранения, например, полиэтиленовые мешки. Герметичность желательна, поскольку высушенная биомасса микроводорослей довольно гигроскопична. Хранят спи-рулину в темном месте при комнатной температуре. Крайне нежелательно попадении влаги на высушенную биомассу спирулины. В таких ситуациях биомасса не подлежит повторной сушке, поскольку высокое содержание белка и влага - наиболее благоприятная среда для развития бактерий. Порой достаточно нескольких минут бурной деятельности бактерий, чтобы биомасса спирулины приобрела характерный вид и запах испорченной продукции.

Преимущество нашей технологии над дргими

В лаборатории Управления биосинтезом микроводорослей отдела Биотехнологий и фиторесурсов (ИнБЮМ) разработана технология выращивания спирулины в обычных теплицах, которая обладает рядом преимуществ в сравнении с традиционными способами. Уже само увеличение урожая в 5–10 раз в сравнении с традиционными технологиями при неизменных материальных затратах, ставит наше предложение вне всякой конкуренции. Успех предлагаемой технологии заключается в том, что она основана на принципиально ином подходе к выращиванию микроводорослей. Кратко перечислим основные преимущества:

1.Технология основана на непрерывном способе выращивания. Другими словами, ежедневно проводят во всех бассейнах обмен некоторого объёма суспензии на свежую питательную среду. Некоторый объём суспензии сливают из бассейна, взамен в бассейн добавляют такой же объём свежей питательной среды. Сливаемый объём суспензии идет на сито для сбора урожая. Сбор урожая с поверхности бассейна и фильтрацией сливаемого объёма увеличивает показатели по сбору урожая на порядок.

2.Ежедневное добавление свежей питательной среды исключает нехватку каких-либо компонентов, необходимых для роста спи-рулины.

3.Состав питательной среды организован таким образом, чтобы истощение всех компонентов во время роста спирулины проходило равномерно. Это позволяет рационально расходовать дорогостоящие минеральные соли, которые необходимы для приготовления питательных сред.

4.Режим непрерывного выращивания микроводорослей позволяет легко создавать оптимальную температуру в бассейнах посредством изменения объёма в бассейне. Причём резкое снижение или увеличение объёма не снижает скорости роста микроводорослей, поскольку спирулина адаптирована к условиям ежедневного обмена в бассейне части суспензии на питательную среду.

5.Регулярное перемешивание суспензии в бассейнах значительно повышает скорость роста спирулины, поскольку перемешивание приводит к удалению из суспензии избыточной концентрации кислорода. Известно, что высокие концентрации кислорода угнетают рост любых растений, т.к. кислород является побочным продуктом фотосинтеза.

Готовность к внедрению

Предлагаемая технология неоднократно использовалась на предприятиях Украины и России, достаточно упомянуть предприятие «Агро-Виктория» (г. Сочи), производство биомассы спирулины которого в год превышает 5 т. Разработан полный пакет документации, включающей технически и технологические инструкции культивирования спирулины в теплице. Наработан опыт подготовки технологов и будущих работников. Практика внедрения показала, что даже в тех случаях, когда будущие работники не имеют специального биологического образования, необходим достаточно непродолжительный срок (1-2 месяца), чтобы они уловили суть дела и могли самостоятельно вести весь технологический процесс.

Описание технологической схемы

Кратко приведём описание технологической схемы на примере обычного трудового дня, предполагая, что все подготовительные работы по устройству теплицы, бассейнов, блока сушки и пр. уже проведены, а также заселены спирулиной все бассейны.

8-30 Поверхностный сбор урожая.

9-00 по 13-30 Перемешивание культуры в бассейнах. Перемешивание осуществляется на протяжении всего рабочего дня с интервалами не более 1-2 ч.

14-30 Поверхностный сбор урожая.

15-00 Процедура обмена и мероприятия по фильтрации, промывке и сушке биомассы.

18-00 Сбор и упаковка высушенной биомассы.

18-00 Подготовительные процедуры для работы следующего дня: приготовление питательных сред, подготовка блока сушки и пр.

Замечание. Временные рамки могут уточнятся или изменятся в связи со спецификой конкретного производства.