Культивирование водорослей — это процесс выращивания микроскопических (микроводорослей) или макроскопических (морских) водорослей в контролируемых условиях для получения биомассы, которая используется в самых разных целях: от пищевых добавок и косметики до биотоплива и очистки сточных вод.
🔹 Условия культивирования
— Свет – источник энергии для фотосинтеза (естественный или искусственный).
— Питательная среда – включает азот, фосфор, микроэлементы, витамины.
— Температура – обычно 20–30 °C для микроводорослей.
— pH – в пределах 7–8, регулируется добавлением CO₂.
— Аэрация и перемешивание – предотвращает оседание клеток и улучшает газообмен.
🔹 Системы выращивания
— Открытые системы – пруды, расы, каналы с мешалками (дешево, но подвержено загрязнению).
— Закрытые системы (фотобиореакторы) – трубчатые, плоские или колонные установки (дороже, но дают высокое качество и стабильность).
🔹 Применение биомассы водорослей
— Пищевые и кормовые добавки (богаты белками, витаминами, омега-3 жирными кислотами).
— Фармацевтика и косметика (антиоксиданты, пигменты, полисахариды).
— Биотопливо (производство биодизеля, биоэтанола, биогаза).
— Очистка сточных вод (поглощают азот, фосфор, тяжелые металлы).
— Биоуглеродный цикл (фиксация CO₂, производство кислорода).
🔹 Примерные этапы процесса
— Подготовка питательной среды
— Посев стартовой культуры
— Рост и мониторинг параметров (освещённость, pH, плотность клеток)
— Сбор и отделение биомассы (фильтрация, центрифугирование)
— Сушка и переработка
Процессе углеродного секвестрирования — улавливание и хранение CO₂ для борьбы с изменением климата. Существуют два основных метода: геологический (закачка CO₂ под землю) и биологический (поглощение растениями и водорослями). Водоросли особенно эффективны — они поглощают до 400 раз больше CO₂, чем деревья, и могут выращиваться в фотобиореакторах. Компания Algasol разработала такие реакторы, где 1 кг биомассы водорослей связывает 1,8 кг CO₂. Полученная биомасса используется для производства биопластика, косметики, кормов и других продуктов, делая промышленность углеродно-отрицательной
1. Введение. Микроводоросли как основа биоэкономики
1.1. Определение и глобальное экологическое значение
Микроводоросли представляют собой гетерогенную группу микроскопических одноклеточных организмов, способных к фотосинтезу. Эти организмы, обитающие как в пресной, так и в соленой воде, являются фундаментальным компонентом глобальной экосистемы. Они составляют основу морских и пресноводных пищевых цепей, а их совокупная биомасса производит значительную долю кислорода на планете.
Особенно велико значение микроводорослей в контексте управления климатом. Благодаря быстрому росту, они способны фиксировать углекислый газ (CO₂) из атмосферы со скоростью, которая, по оценкам, в 10–50 раз превышает скорость фиксации, достигаемую наземными растениями. Эта уникальная способность делает их ключевым объектом для разработки устойчивых промышленных технологий, направленных на снижение выбросов CO₂.
Трихом цианобактерии Arthrospira platensis. Диаметр трихома примерно 12 мкм (Courtesy of Dr. Amha Belay)
1. Введение: Arthrospira platensis в мировой биоэкономике
Arthrospira platensis, широко известная под торговым названием Спирулина, является фотосинтезирующей нитчатой цианобактерией, относящейся к классу сине-зеленых микроводорослей. История ее использования в качестве источника пищи насчитывает тысячелетия, однако в последние десятилетия она приобрела значительную популярность как диетическая добавка и ключевой игрок в развивающейся мировой биоэкономике.
Спирулина занимает лидирующую позицию по годовому мировому объему производства микроводорослей, ежегодно производя около 10 000 тонн, что значительно превышает показатели ее главного конкурента, Хлореллы (4 000 тонн). В совокупности, Arthrospira и Chlorella обеспечивают более 90% глобальной биомассы микроводорослей. Быстро растущий спрос на рынке нутрицевтиков и пищевых добавок указывает на значительные экономические перспективы: по прогнозам, спрос на Спирулину достигнет $897,61 млн к 2027 году.
1. Биология хлореллы: Фундаментальный биохимический потенциал
Хлорелла (Chlorella) представляет собой род одноклеточных зеленых микроводорослей, принадлежащих к типу Chlorophyta. Наиболее изученным и широко используемым видом является Chlorella vulgaris. Эти организмы обладают исключительно высоким потенциалом для промышленного культивирования благодаря их способности к быстрому росту и высокой концентрации ценных питательных веществ. Скорость деления клеток Chlorella позволяет им удваивать биомассу в течение нескольких часов в оптимальных условиях, что обеспечивает высокую масштабируемость производства.
Астаксантин — это природный пигмент из группы каротиноидов, относящийся к ксантофиллам. Он придаёт розово-оранжевую окраску многим морским организмам, таким как лосось, креветки, фламинго и некоторые водоросли
1. Введение. Фундаментальное значение астаксантина в рыбоводстве
1.1. Астаксантин как ключевой питательный компонент и экономический драйвер
Астаксантин (Ax) представляет собой ксантофильный каротиноид (3,3′-дигидрокси-β,β′-каротин-4,4′-дион), являющийся жирорастворимым красным пигментом. В отличие от некоторых других каротиноидов, Ax не обладает провитаминной активностью A в организме человека. На протяжении более двух десятилетий этот пигмент занимает центральное место в индустрии аквакультуры, в частности, в питании лососевых (лосося и форели) и ракообразных, поскольку он придает мясу и панцирю характерный розовый или красный цвет. Эта эстетическая функция традиционно служила основным рыночным драйвером для Ax.
Обозначения E6, E18, E25 и E40 относятся к степени очистки фикоцианина, извлекаемого из спирулины. Буква E показывает оптическую чистоту пигмента, то есть соотношение его основного светопоглощения при 615 нм к поглощению белковых примесей при 280 нм. Чем выше число после E, тем чище и интенсивнее окрашен фикоцианин. Продукт с показателем E6 имеет низкую чистоту и используется как пищевой или косметический краситель, E18 — более чистый, ярко-синий, подходит для пищевых и косметических целей, E25 — высокоочищенный, применяется в косметике и фармацевтике, а E40 — лабораторного качества, с очень чистым голубым цветом, используется в биотехнологиях и как флуоресцентный маркер
I. Введение. Глобальная актуальность применения функциональных питательных соединений в аквакультуре
1.1. Аквакультура в XXI веке: вызовы и потребность в устойчивых решениях
Интенсификация аквакультурного производства, вызванная глобальным ростом спроса на водные биоресурсы, неизбежно приводит к созданию хронических стрессовых условий для гидробионтов. Такие факторы, как высокая плотность посадки, регулярные манипуляции, транспортировка, а также изменения абиотических факторов (температура, соленость, качество воды), вызывают значительный физиологический стресс.
Первичная реакция организма на стресс включает активацию гипоталамо-гипофизарно-интерренальной оси, что приводит к гормональному ответу и выбросу кортизола и катехоламинов. В свою очередь, эти вторичные и третичные ответы характеризуются метаболическими изменениями, гематологическими нарушениями и, что наиболее критично для промышленного производства, иммуносупрессией. В условиях стресса также активно генерируются реактивные формы кислорода (АФК), которые вызывают окислительное повреждение ДНК, белков и липидов. На уровне всего организма это проявляется в замедлении роста, нарушении репродуктивной функции и повышенной восприимчивости к заболеваниям.
