A moszat vagy moszat az algák tömeges kultúráját jelenti ipari és kereskedelmi célokra. Ez a terület egyaránt vonatkozik a mikroalgákra (más néven fitoplanktonnak, mikrofitáknak, planktoni algáknak) és a makroalgákra (amelyre a francia moszat kifejezés is utal ).
A cél ennek akvakultúra tevékenység az, hogy az élelmiszerek (emberi vagy állati fogyasztásra), étrend-kiegészítők, állatorvosi és gyógyászati termékek, kozmetikumok , bio-műanyag, műtrágyák és még energiaforrások. Megújuló ( algofuel , biogáz ) vagy fitoremediáció . A legújabb felhasználások a nanobiotechnológiára vagy a géntechnológiára vonatkoznak .
Az algákat az emberiség az őskortól kezdve fogyasztotta. Az aztékok a XVI . Századi ehető Spirulina Arthrospira tengeri moszatot gyakorolták . Az egysejtű algák első kísérleti tenyésztését 1890-ben Beijerinck végezte Chlorella vulgaris törzzsel . 1919-ben Warburg először algakultúrát alkalmazott vizsgálati modellként a növényélettanban. Az algák tömeges, nyílt tavakban történő termesztésével kapcsolatos munkát német tudósok végezték a második világháború alatt . A korai 1950-es években a kutatók a Carnegie Institute in Washington arra érdekelt növekvő alga csökkenti a CO 2 szint , mi? . 1960-ban az Egyesült Államokban, Oswald és Golueke javasolt szennyvíz kezelésére tenyésztésével mikroalgák ott, és hogy visszaszerezze a biomassza kapott alakítani metán (biogáz).
Az 1970-es években az algabiomasszát fő termelő országok Izrael , Japán és Kelet-Európa voltak. Ezután az élelmiszerek számára nyitott medencékben lévő kultúrákról van szó. Afrikában és Mexikóban a Spirulina termesztése fejlődik ezzel a technikával a Csádi- tónál és a Texcoco-tónál .
1978-ban a csúcsolajválság arra késztette az Egyesült Államok Energetikai Minisztériumának Üzemanyag-fejlesztési Irodáját, hogy kezdje meg az algabiomassza-termelés és annak bioüzemanyaggá történő átalakításának munkáját. Ezt a munkát, amely 1978 és 1996 között zajlik, hirtelen megszakítják, mielőtt új fellendülést tapasztalna a megújuló energiák keresésével.
Míg az algák biomasszájának előállítása erőteljesen vonzotta az akvakultúrát, a farmakológia, a kozmetológia és az élelmiszeripar finom vegyületeinek előállítói iránti érdeklődésük egyre nagyobb figyelmet keltett az iparosok és a tudósok részéről. A fotobioreaktorok az 1990-es évek óta nagy érdeklődést és technikai fejlődést tapasztaltak az intenzívebb ellenőrzéseknek köszönhetően, amelyek lehetővé teszik az algatermelést a nyitott tavakhoz képest.
Az orvosi területet az algák is vonzzák. Számos aktív biomolekula jelenléte érdekes várakozást jelent a farmakológiai szempontból érdekes új vegyületek felkutatásában. Idézhetünk például vörös algák karragénjait , amelyek megakadályozhatják a vírusfertőzéseket vagy akár a breviseket , a Karenia brevis mérgező mikroalgák által termelt vegyületeket, és amelyek hatékony vegyületek lehetnek a cisztás fibrózis elleni küzdelemben.
A biotechnológia területe profitálhat a géntechnológiával módosított algák tömegtermeléséből. Így a géntechnológiának köszönhetően ezeknek a mikroorganizmusoknak a sejtmechanizmusa felhasználható érdekes fehérjék előállítására. A munka így lehetővé tette az IgG1 humán monoklonális antitest szintetizálását és helyes összeállítását a Chlamydomonas reinhardtii genetikailag módosított kloroplasztjaiban . Általánosságban elmondható, hogy a rekombináns vakcinák mikroalgák általi tömeges előállítása lehetséges, és lehetővé teszi az állati biotechnológiában rejlő biológiai paraziták szennyeződésének bizonyos kockázatainak elkerülését.
1988 óta a kova a nanobiotechnológia területén is új vonzerőt mutat: ezeknek a mikroszkopikus algáknak a szilíciumdarabja képes elektronikus tulajdonságokat átvenni , vagy lehetővé teszi a gyógyszerek szervezetbe juttatását. Ezenkívül lehetőség van arra, hogy játsszon a frakció optoelektronikai tulajdonságain, például germánium beépítésével .
Végül a mikroalgák természetes szűrőként szolgálhatnak a nehézfémek és a mérgező részecskék összegyűjtésére, és felhasználhatók fitoremediációs programokban. Ennek egyik példája a kaliforniai Salton Sea-tó rehabilitációs programja, amelyet erősen szennyeznek a mezőgazdasági hulladékok.
2018-ban a tengeri moszattenyésztés az akvakultúra-termelés több mint egynegyedét jelenti tonnában. Ennek a termelésnek a piaci értéke 7,4 milliárd euró. A termelés 99% -a ázsiai.
Még nem minden algafaj termeszthető. Néhány makromagát így is a tengeren vagy a tengerparton gyűjtenek a természetes lerakódásokból. Másokat "tengeri mezőkön" termesztenek, például a Laminaria japonica (évi 4,9 millió tonna) és az Undaria pinnatifida (évi 2,7 millió tonna) barna algákat .
A mikroalgákat tömegesen lehet tenyészteni nyílt medencékben (tavak, lagúnák, természetes medencék vagy mesterséges építmények, például "versenypálya" medencék) vagy zárt fotobioreaktorokban.
Bizonyos makroalgákat "versenypálya" típusú medencében is tenyésztenek, mechanikus keveréssel ( Chondrus crispus ), vagy intenzív alacsony nyomású buborékolással ( Gracilaria , Palmaria ).
A nyitott medencék legfőbb előnyei továbbra is a könnyű építésük, valamint az a tény, hogy gyorsan működnek és produktívak. De a növényeket ott nehéz ellenőrizni, a CO 2 és a természetes fény légköri koncentrációjától függően , a termésmennyiség keveredésének hiánya miatt hosszú ideig nem termelékenyek, és könnyen parazitákkal vagy külső ragadozókkal szennyezhetik.
Ezzel szemben a fotobioreaktorok drágábbak és bonyolultabbak a felállításuk, de idővel jobb termésszabályozást és fenntarthatóbb termelést biztosítanak. Három fő típus létezik:
Azt is meg kell jegyezni, hogy a fotobioreaktor-tenyészet fénysugárzási problémáinak megoldására a tenyészet térfogatában fluoreszcens lámpákkal megvilágított rendszereket javasoltak. Ezeknek a rendszereknek az az előnye, hogy forrón és nyomás alatt sterilizálhatók, de külső környezetben továbbra is nehezen használhatók.
Néhány mikroalgát fény nélkül, heterotróf módon lehet termeszteni , tápanyagforrásként szerves szubsztrátumokat használva. Ezek a tenyésztési rendszerek lehetővé teszik nagy gyógyszerészeti szempontból érdekes vegyületek előállítását, és a klorella kereskedelmi kultúrái kevert fermentorokban gyakoriak. Javasoltak még bonyolultabb folyamatokat is, például a fotoszintetikus és heterotróf ciklusok létrehozására szolgáló nappali / éjszakai ciklusok váltakozását. Az Euglena gracilis mikroalga ezzel a módszerrel tenyészthető az a-tokoferol előállítása céljából .
Az alábbi táblázatok a kísérleti algakultúrák tudományos példáinak sorozatát mutatják be:
Medence mélysége (cm) | Elhelyezkedés | Hínár | Maximális termelékenység (g / l / nap) |
---|---|---|---|
13-15 | Izrael | Spirulina platensis | 0,18 |
1 | Cseh Köztársaság | Chlorella sp. | 2.5 |
Bioreaktor | Irányultság | Elhelyezkedés | Hínár | Maximális termelékenység (g / l / nap) |
---|---|---|---|---|
Cső alakú | vízszintes | Olaszország | Spirulina maxima | 0,25 |
Cső alakú | vízszintes | Izrael | Spirulina platensis | 1.6 |
Cső alakú | hajlamos | Szingapúr | Chlorella pyrenoidosa | 3.64 |
Oszlop | függőleges | Spanyolország | Phaeodactylum sp. | 0,69 |
Oszlop | függőleges | Izrael | Isochrysis galbana | 1.6 |
Tál | hajlamos | Izrael | Spirulina platensis | 4.3 |
Hínár | Maximális növekedési sebesség (h -1 ) | ||
---|---|---|---|
Fotoszintézis | Heterotrófia | Myxotrophia | |
Chlorella vulgaris | 0.11 | 0,098 (glükóz) | 0,198 (glükóz) |
Haematococcus pluvialis | 0,013 | 0,009 (glükóz) | 0,024 (glükóz) |
Scenedesmus acutus | 0,061 | 0,04 (glükóz) | 0,048 (glükóz) |
Spirulina platensis | 0,026 | 0,008 (glükóz) | 0,026 (glükóz) |
A makroalgák termelése az algák világtermelésének 88% -át teszi ki. A tengeri moszattenyésztés és a tenger gyümölcseinek tenyésztése óta számos fontos kereskedelmi faj fejlődése óta sokkal fontosabbá vált, mint az összegyűjtés : 2005-ben 14,8 millió tonna termelt, szemben az összegyűjtött 1,3 millió tonnával. E kultúrák szinte mindegyike Ázsiában zajlik. 2005-ben a barna algák termesztették a legszélesebb körben (7,8 millió tonna), majd a vörös algák következtek (4,8 millió tonna). A zöldalgák ekkor csak 13 000 tonnát tesznek ki. A produkció nagy része Ázsiában zajlik.
A leginkább termesztett barna algák a Saccharina japonica (évente 4,9 millió tonna) és az Undaria pinnatifida (évente 2,7 millió tonna). A vörös algák közül a Porphyra tenebra (1,39 millió tonna), az Euchema sp . (1,38 millió tonna) és a Gracilaria sp . (1,03 millió tonna).
Termelésüket elsősorban élelmiszer formájában értékesítik Kína, Dél-Korea és Japán piacain. Fikokolloidjaik miatt is termesztik őket : a vörös algából, a Chondrus crispusból kivont karragénok gélképző szerként szolgálnak, csakúgy, mint az agar-agar . Állati takarmányként süteményként is használják .
A mikroalgák nagyüzemi forgalmazása az 1960-as években kezdődött Japánban, a Chlorella termesztésével. A második példa a Spirulina szabadtéri kultúrájának létrehozása volt a Texcoco-tó mentén, a Sosa Texcoco SA által 1977-ben. Az 1980-as évek elején 46 nagy ázsiai telephely termelt több mint egy tonna mikroalgát havonta (főleg a Chlorella nemzetség ). A Dunaliella salina által gyártott ß-karotin már 1986-ban a világ harmadik legnagyobb kereskedelmi termelésévé vált ausztrál magán létesítmények létrehozásával, amelyet hamarosan izraeli és amerikai kezdeményezések követtek. 30 év alatt jelentősen fejlődött az algatenyésztés, hogy elérje az ezer tonnás éves termelést:
Hínár | Éves termelés | Ország | Alkalmazások és származékok |
---|---|---|---|
Spirulina ( Arthrospira ) | 3000 t (száraz tömeg) | Kína, India, USA, Burma, Japán | Emberi és állati táplálkozás, kozmetikumok, phycobiliproteins |
Chlorella | 2000 t (száraz tömeg) | Tajvan, Németország, Japán | Emberi táplálkozás, akvakultúra, kozmetika |
Dunaliella salina | 1200 t (száraz tömeg) | Ausztrália, Izrael, USA, Kína | Emberi táplálkozás, kozmetikumok, ß-karotinok |
Aphanizomenon flos-aquae | 500 t (száraz tömeg) | USA | Az emberi táplálkozás |
Haematococcus pluvialis | 300 t (száraz tömeg) | USA, India, Izrael | Akvakultúra, asztaxantin |
Crypthecodinium cohnii | 240 t (DHA olaj) | USA | DHA olaj |
Shizochytrium | 10 t (DHA olaj) | USA | DHA olaj |
Az aquafeed egy akvakultúra-takarmányozásra szánt vegyület. A mikroalgák és makroalgák (agro-) élelmiszer-, kozmetikai vagy táplálkozási célú felhasználása mellett ezeknek az organizmusoknak is megvan a helyük az akvakultúra-táplálkozásban. Az algák (makro- és mikroalgák) ezen a területen való használata egy ideje kutatások tárgyát képezi. Noha a mikroalgákat széles körben használják az akvakultúra műveleteinek táplálkozási rendszereiben (haltenyésztés, kagylótenyésztés, asztakultúra / tenyésztés), ez a felhasználás inkább a lárva és a fiatalkorú szakaszára jellemző, mint a felnőttek etetésére. A makroalgákkal kapcsolatban tanulmányok folynak azzal a céllal, hogy orvosolják az európai szabályozás szempontjából aggodalomra okot adó állati liszt (hal) felhasználását. A szarvasmarhák szivacsos agyvelőbántalma (BSE vagy „őrült tehén betegség”) válsága óta az Európai Parlament 2001-ben szigorú szabályokat vezetett be az állati eredetű liszt és zsír felhasználására (999 / EK / EK rendelet). / 2001 és a2006. július 18). Ezen túlmenően az Élelmezési és Mezőgazdasági Szervezet ( FAO ) kiemelte a természeti erőforrások túlzott kihasználását . A legtöbb vízi táplálékot azonban halászati termékekből és melléktermékekből nyerik.
Éppen ezért elengedhetetlen olyan új vegyületek felkutatása, amelyek lehetővé teszik az egészséges, biztonságos és minőségi termékek biztosítását, valamint a természeti erőforrások megőrzését.
Az akvakultúrában kizsákmányolt fajok többségéhez fehérjék, lipidek, vitaminok, ásványi anyagok és antioxidánsok szükségesek. A szénhidrátok esetében a bevitelt a faj táplálékának megfelelően kell ellenőrizni. Ezen túlmenően bizonyos vegyületeket adnak az élelmiszerek, például színezékek és tartósítószerek összetételéhez, amelyek főként a késztermék vizuális megjelenésének és megőrzésének javításában játszanak szerepet.
Az algák számos olyan táplálkozási tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek kielégítik az akvakultúra-fajok igényeit a fehérjék, lipidek, vitaminok, ásványi anyagok, antioxidánsok és rostok tekintetében. Ezenkívül egyes fajoknak vannak pigmentjeik, például a Haematococcus pluvialis, amely a lazac, a pisztráng és a garnélarák rózsaszínű színezésére szolgáló asztaxantint termel. Az algák tehát alternatívának tűnnek a jelenleg használt liszt és állati zsírok helyett.
Nemrégiben tanulmányokat végeztek a makrogák (granulátum vagy liszt formájában) felhasználásáról tenyésztett halak vagy puhatestűek takarmányában. Az LMP Valente és csapata értékelte a Gracilaria bursa-pastoris , az Ulva rigida és a Gracilaria cornea (granulált) felhasználását a tengeri kagyló ( Dicentrarchus labrax ) takarmányának összetevőjeként . A 2005-ös vizsgálat eredményei azt mutatták, hogy a Gracilaria bursa-pastoris és az Ulva rigida (az étrendben legfeljebb 10%) alkalmazása nem befolyásolta az állat növekedési teljesítményét, tápanyag-felhasználását vagy összetételét. A Gracilaria cornea esetében csak az étrend 5% -áig tehető be, mert ezen túl az állat növekedési teljesítményét eléri. A második vizsgálatot P. Dantagnan és csapata végezte el. Ebben a vizsgálatban a szivárványos pisztrángban ( Oncorhynchus mykiss ) lévő (többszörösen ) telítetlen zsírsavak (PUFA) összetételét a barna alga liszt ( Macrocystis pyrifera ) étkezéshez történő hozzáadásával vagy anélkül tesztelték . Különböző algaszinteket teszteltünk: 0%, 1,5%, 3% és 6%. Az eredmények azt mutatják, hogy a Macrocystis pyrifera liszt hozzáadása nem befolyásolja az állat izomösszetételét. Másrészt megfigyelték, hogy 3% és 6% koncentráció mellett a PUFA-tartalom jelentősen megnő (különösen a linolsav (LIN), az eikozapentaénsav (EPA) és a dokozahexaénsav (DHA) esetében, amelyek ismertek pozitív hatással van az emberi egészségre. Ebben a tanulmányban ezért azt találták, hogy a barna algák takarmányban történő alkalmazása pozitív hatással lehet az emberi egészségre.
A jelenlegi eredmények fényében úgy tűnik, hogy a mikro- és a makroalgáknak megvan a helyük az akvakultúra-takarmányban.