Microalgenkenmerken, classificatie en toepassingen



de microalgen het zijn eukaryotische, foto-autotrofe organismen, dat wil zeggen dat ze energie uit licht verkrijgen en hun eigen voedsel synthetiseren. Ze bevatten chlorofyl en andere accessoire pigmenten die hen geweldige fotosynthetische efficiëntie geven.

Ze zijn eencellig, koloniaal - wanneer ze zijn gevestigd als aggregaten - en filamenteus (solitair of koloniaal). Ze maken deel uit van fytoplankton, samen met cyanobacteriën (prokaryoten). Fytoplankton is de set fotosynthetische, aquatische micro-organismen die passief zweven of een verminderde mobiliteit hebben.

Microalgen worden gevonden van terrestrische Ecuador tot de poolgebieden en worden erkend als een bron van biomoleculen en metabolieten van groot economisch belang. Ze zijn een directe bron van voedsel, medicijnen, veevoeder, meststoffen en brandstof en zijn zelfs indicatoren van vervuiling.

index

  • 1 Kenmerken
    • 1.1 Producenten die zonlicht gebruiken als energiebron
    • 1.2 Habitats
  • 2 Classificatie
    • 2.1 Aard van de chlorofylen
    • 2.2 Koolstofpolymeren als energiereserve
    • 2.3 Structuur van de celwand
    • 2.4 Type mobiliteit
  • 3 Biotechnologische toepassingen
    • 3.1 Menselijke en dierlijke voeding
    • 3.2 Voordelen van het gebruik als voedsel
    • 3.3 Aquacultuur
    • 3.4 Pigmenten in de voedingsmiddelenindustrie
    • 3.5 Menselijke en diergeneesmiddelen
    • 3.6 Meststoffen
    • 3.7 Cosmetica
    • 3.8 Afvalwaterzuivering
    • 3.9 Verontreinigingsindicatoren
    • 3.10 Biogas
    • 3.11 Biobrandstoffen
  • 4 Referenties

features

Producenten die zonlicht gebruiken als energiebron

De meeste microalgen hebben groene kleuring omdat ze chlorofyl (tetrapyrrolisch plantaardig pigment) bevatten, fotoreceptor van lichtenergie waarmee de fotosynthese kan worden uitgevoerd.

Sommige microalgen hebben echter een rode of bruine kleur, omdat ze xanthofylen (gele carotenoïde pigmenten) bevatten, die de groene kleur maskeren.

habitats

Ze bewonen verschillende aquatische omgevingen zoet en zout, natuurlijk en kunstmatig (zoals zwembaden en aquariums). Sommige kunnen groeien in de bodem, in zure habitats en in poreuze rotsen (endolithisch), op zeer droge en zeer koude plaatsen.

classificatie

De microalgen vormen een zeer heterogene groep, omdat het polyfyletisch is, dat wil zeggen, het groepeert soorten van verschillende voorouders..

Om deze micro-organismen te classificeren, zijn verschillende kenmerken gebruikt, waaronder: de aard van hun chlorofylen en hun energiereservestoffen, de structuur van de celwand en het type mobiliteit dat zij presenteren.

Aard van de chlorofylen

De meeste algen hebben chlorofyl type a en enkele hebben een ander type chlorofyl dat hiervan is afgeleid.

Velen zijn obligate phototrophs en groeien niet in het donker. Sommigen groeien echter in het donker en katalyseren eenvoudige suikers en organische zuren in afwezigheid van licht.

Sommige flagellaten en chlorofyten kunnen bijvoorbeeld acetaat gebruiken als een bron van koolstof en energie. Anderen assimileren eenvoudige verbindingen in de aanwezigheid van licht (fotoheterotrofie), zonder ze als energiebron te gebruiken.

Op koolstof gebaseerde polymeren als energiereserve

Als een product van het fotosyntheseproces produceren microalgen een grote verscheidenheid aan koolstofpolymeren die dienen als energiereserve.

De microalgen van de Chlorophyta-afdeling genereren bijvoorbeeld reservezetmeel (α-1,4-D-glucose), zeer vergelijkbaar met de zetmelen van hogere planten.

Structuur van de celwand

De wanden van de microalgen vertonen een aanzienlijke verscheidenheid aan structuren en chemische samenstelling. De wand kan worden gevormd door cellulosevezels, meestal met de toevoeging van xylan, pectine, mannanen, alginezuren of fuchsinezuur.

In sommige zeewieren, kalkhoudend of koraal genoemd, presenteert de celwand depositie van calciumcarbonaat, terwijl anderen chitine bevatten.

Diatomeeën, aan de andere kant, hebben silicium in hun celwand, waaraan polysacchariden en eiwitten worden toegevoegd, vormen schelpen van bilaterale of radiale symmetrie (frustules). Deze schelpen blijven heel lang intact en vormen fossielen.

De euglenoïde microalgen missen, in tegenstelling tot de vorige, een celwand.

Type mobiliteit

Microalgen kunnen flagella (als Euglena en dinoflagellaten), maar presenteer nooit cilia. Aan de andere kant vertonen sommige microalgen onbeweeglijkheid in hun vegetatieve fase, maar hun gameten kunnen mobiel zijn.

Biotechnologische toepassingen

Mens en dier voedsel

In de jaren vijftig begonnen Duitse wetenschappers microalgen in bulk te kweken om lipiden en eiwitten te verkrijgen die conventionele dierlijke en plantaardige eiwitten zouden vervangen, met als doel de consumptie van vee en mens te dekken..

Onlangs is de massale teelt van microalgen geprojecteerd als een van de mogelijkheden om honger en wereldwijde ondervoeding te bestrijden.

Microalgen hebben ongewone concentraties van voedingsstoffen, die hoger zijn dan die welke worden waargenomen bij soorten van een hogere plant. Een dagelijkse gram microalgen is een alternatief voor een slecht voedingspatroon.

Voordelen van het gebruik als voedsel

Onder de voordelen van het gebruik van microalgen als voedsel, hebben wij het volgende:

  • Hoge groeisnelheid van microalgen (ze hebben een 20 keer hogere opbrengst dan sojabonen per oppervlakte-eenheid).
  • Genereert gemeten voordelen in het "hematologisch profiel" en in de "intellectuele status" van de consument, door het consumeren van kleine dagelijkse doses als voedingssupplement.
  • Hoog eiwitgehalte in vergelijking met andere natuurlijke voedingsmiddelen.
  • Hoge concentratie aan vitamines en mineralen: de inname van 1 tot 3 gram per dag aan microalgenbijproducten, levert aanzienlijke hoeveelheden bètacaroteen (provitamine A), vitamine E- en B-complex, ijzer en sporenelementen op.
  • Zeer stimulerende voedingsbron (vergeleken met ginseng en pollen verzameld door bijen).
  • Ze worden aanbevolen voor intensieve training.
  • Vanwege de concentratie, het lage gewicht en het transportgemak is het droge extract van microalgen geschikt als niet-bederfelijk voedsel om op te slaan in afwachting van noodsituaties.

aquacultuur

Microalgen worden gebruikt als voedsel in de aquacultuur vanwege hun hoge eiwitgehalte (40 tot 65% droog gewicht) en het vermogen om de kleur van salmoniden en schaaldieren te vergroten met hun pigmenten.

Het wordt bijvoorbeeld gebruikt als voedsel voor bivalven in alle stadia van groei; voor larvale stadia van sommige schaaldieren en voor vroege stadia van sommige vissoorten.

Pigmenten in de voedingsmiddelenindustrie

Sommige microalgenpigmenten worden gebruikt als additieven in voeders om de pigmentatie van kippenvlees en eierdooiers te verhogen, evenals om de vruchtbaarheid van dieren te verhogen.

Deze pigmenten worden ook gebruikt als kleurstoffen in producten zoals margarines, mayonaises, sinaasappelsap, ijs, kaas en bakkerijproducten..

Menselijke en diergeneeskunde

Op het gebied van humane en diergeneesmiddelen wordt het potentieel van microalgen erkend, omdat:

  • Verminder het risico op verschillende soorten kanker, hart- en oogaandoeningen (dankzij het luteïnegehalte).
  • Ze helpen bij het voorkomen en behandelen van coronaire hartziekten, bloedplaatjesaggregatie, abnormale cholesterolwaarden en zijn veelbelovend voor de behandeling van bepaalde psychische aandoeningen (vanwege hun omega-3-gehalte).
  • Ze presenteren antimutagene werking, stimuleren het immuunsysteem, verminderen hypertensie en ontgiften.
  • Ze presenteren bacteriedodende en anticoagulante werking.
  • Verhoog de biologische beschikbaarheid van ijzer.
  • Medicijnen op basis van therapeutische microalgen en preventie van colitis ulcerosa, gastritis en bloedarmoede, zijn onder andere aandoeningen gegenereerd.

meststoffen

Microalgen worden gebruikt als biofertilizers en bodemverbeteraars. Deze foto-autotrofe micro-organismen bedekken snel de verwijderde of verbrande grond, waardoor het gevaar van erosie wordt verminderd.

Sommige soorten begunstigen de fixatie van stikstof en hebben bijvoorbeeld de rijstteelt mogelijk gemaakt in landen die eeuwenlang onder water staan, zonder toevoeging van meststoffen. Andere soorten worden gebruikt om kalk in samengestelde meststoffen te vervangen.

schoonheidsmiddel

Microalgalederivaten zijn gebruikt in de formulering van verrijkte tandpasta's, die de bacterie die tandcariës veroorzaakt elimineert.

Er zijn ook crèmes ontwikkeld die dergelijke derivaten omvatten vanwege hun antioxiderende en beschermende eigenschappen van ultraviolette stralen.

Afvalwaterzuivering

Microalgen worden toegepast in processen van transformatie van organisch materiaal uit afvalwater, het genereren van biomassa en behandeld water voor irrigatie. In dit proces leveren microalgen de nodige zuurstof aan aerobe bacteriën, die organische vervuilende stoffen afbreken.

Vervuilingsindicatoren

Gezien het ecologische belang van microalgen als primaire producenten van watermilieus, zijn dit indicatoren voor milieuvervuiling.

Bovendien hebben ze een grote tolerantie voor zware metalen zoals koper, cadmium en lood, evenals gechloreerde koolwaterstoffen, die indicatoren kunnen zijn voor de aanwezigheid van deze metalen..

biogas

Sommige soorten (bijvoorbeeld, Chlorella en spirulina), zijn gebruikt om biogas te zuiveren, omdat ze koolstofdioxide verbruiken als een bron van anorganische koolstof, naast het tegelijkertijd beheersen van de pH van het medium.

biobrandstoffen

Microalgen biosynthetiseren een breed scala van commercieel interessante bio-energetische bijproducten, zoals vetten, oliën, suikers en functionele bioactieve stoffen.

Veel soorten zijn rijk aan lipiden en koolwaterstoffen die geschikt zijn voor direct gebruik als hoogenergetische vloeibare biobrandstoffen, op hogere niveaus dan die aanwezig zijn in terrestrische planten, en hebben ook potentieel als substituut voor fossiele brandstofraffinageproducten. Dit is niet verrassend, aangezien de meeste olie afkomstig is van microalgen.

Een soort, Botryococcus braunii, in het bijzonder is het uitgebreid bestudeerd. Er wordt voorspeld dat de olieopbrengst van microalgen tot 100 keer hoger zal zijn dan die van landgewassen, van 7500-24000 liter olie per acre per jaar, in vergelijking met koolzaad en palm, tot respectievelijk 738 en 3690 liter..

referenties

  1. Borowitzka, M. (1998). Commerciële productie van microalgen: vijvers, tanks, knol en fermentoren. J. of Biotech, 70, 313-321.
  2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, het eetbare micro-organisme. Microbiol. Rev., 47, 551-578.
  3. Ciferri, O., & Tiboni, O. (1985). De biochemie en het industriële potentieel van Spirulina. Ann. Rev. Microbiol., 39, 503-526.
  4. Graaf, J. L., Moro, L.E., Travieso, L., Sanchez, E.P., Leiva, A., & Dupeirón, R., et al. (1993). Biogaszuiveringsproces met intensieve microalgenculturen. Biotech. brieven, 15 (3), 317-320.
  5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, J.M., Flores-Cotera, L. B., & Cañizares, R. O. (2003). Vooruitgang in het conceptuele ontwerp van fotobioreactoren voor de kweek van microalgen. Interscience, 28 (8), 450-456.
  6. Duerr, E. O., Molnar, A., & Sato, V. (1998). Gekweekte microalgen als aquacultuurvoeding. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
  7. Lee, Y.-K. (2001). Microalgale massacultuursystemen en -methoden: hun beperking en potentieel. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
  8. Martínez Palacios, C.A., Chavez Sanchez, M.C., Olvera Novoa, M.A., en Abdo de la Parra, M.I. (1996). Alternatieve bronnen van plantaardige eiwitten als vervanging voor vismeel voor aquacultuurvoeding. Paper gepresenteerd in de Proceedings of the Third International Symposium on Aquaculture Nutrition, Monterrey, Nuevo León, Mexico.
  9. Olaizola, M. (2003). Commerciële ontwikkeling van microalgenbiotechnologie: van de reageerbuis tot de markt. Biomolecular Engineering, 20, 459-466.