Выращивание одноклеточных зеленых водорослей
Одноклеточные планктонные водоросли
Весьма своеобразные искусственные луга образуют одноклеточные планктонные водоросли, выращиваемые в самых различных районах земного шара.
В морской среде планктонные водоросли иногда достигают чрезвычайно большой численности, размножаясь Делением с огромной скоростью. При благоприятных условиях в одном литре воды может находиться до не скольких десятков миллионов микроскопических растений. Обильное их размножение придает, в зависимости от вида водорослей, воде разнообразные оттенки: желтый, зеленый, бурый, красный и до. В таких случаях говорят о цветении моря. В течение месяца потомство одной диатомовой водоросли может достигнуть 100 млн. Клеток, но планктонные водоросли не живут долго и Колоссальной численности достигают лишь на протяжении короткого периода времени. Массовое размножение микроскопических водорослей иногда приводит к заморам в отдельных районах морей, т. е. к массовой гибели большинства животных и растений.
Мелкие планктонные водоросли, находясь во взвешенном состоянии, для своего размножения и роста могут использовать многометровую водную толщу. Установлено, что на единицу биомассы планктонных водорослей приходится большая работа по связыванию солнечной энергии, чем у крупных водных растений. Планктонные водоросли используют от 3 до 7% солнечной энергии, т. е. в несколько раз больше, чем наземные растения. По некоторым расчетам только диатомовые водоросли в течение одного года образуют на 1 км 2 площади до 1500 т живой массы.
В морском фитопланктоне содержатся практически все незаменимые аминокислоты, жиры, углеводы, много различных витаминов, но, несмотря на его огромное количество, добыча микроскопических растений в Мировом океане по ряду технических причин нерентабельна. Во многих странах разрабатываются методы искусственного разведения одноклеточных водорослей.
Примерно из 6 тыс. различных видов планктонных водорослей для культивирования наибольший интерес представляют пока протококковые, к которым относятся прежде всего хлорелла (Chlorella vulgaris), сценедесмус (Scenedesmus asumitatus) и др.
Несмотря на то что хлорелла является пресноводной водорослью, экспериментально доказано, что ее с большим успехом можно выращивать и в соленой морской воде.
Смешанная культура хлореллы и хламидомонады, так называемая зеленая вода, широко используется в Японии и других странах для кормления зоопланктонных организмов, служащих в свою очередь кормом для личинок рыб и креветок. Одноклеточные водоросли применяются для кормления устриц, мидий, морских гребешков и других моллюсков. Оказалось, что планктонные водоросли можно культивировать в сточных водах, что значительно удешевляет выращивание морских животных.
Искусственно изменяя условия содержания (температуру, освещенность, солевой и газовый состав и др.), можно получать водорослевую массу с различным содержанием органических и минеральных веществ. Таким образом, регулируя условия, удается направлять процесс фотосинтеза, добиваясь продуцирования живого вещества требуемого химического состава. В одной и той же культуре хлореллы удавалось менять содержание жира в клетках от 4,5 до 85,6% (в пересчете на сухое вещество), белков — от 8,7 до 58%, углеводов — от 5,7 до 37,5%.
Хлореллу обычно выращивают в бассейнах глубиной 10-15 см до достижения концентрации водорослей, равной 1-2 г биомассы в 1 л воды. На некоторых установках получают с 1 м 2 площади 20-30 г сухого вещества водорослей, содержащего до 50% белковых веществ. В хлорелле белковых веществ вдвое больше, чем в бобовых, и в четыре раза больше, чем в пшенице.
Ученые Академии наук Узбекистана разработали промышленную установку для выращивания хлореллы. С одного гектара ее площади можно получать до 300-500 ц сухой, или до 1200-2000 ц сырой биомассы. В этом количестве хлореллы содержится 150-250 ц белка. Пока ни одна сельскохозяйственная культура не дает таких огромных урожаев.
Созданная в 1971 г. установка для выращивания хлореллы могла производить более 6 т зеленой массы в сутки. Исследования узбекских ученых показали, что с одного гектара водорослевого хозяйства можно получать столько белка, сколько дает эксплуатация 20-25 га земли, засеянной пшеницей, или 10 га картофельного поля.
В ФРГ выведена культура протококковых водорослей с продолжительностью роста 2 дня. В них содержится до 50% белка. Стоимость однодневного рациона человека на основе этих водорослей не превышает 0,035 марки.
Установлено, что 100 г высушенной хлореллы при ежедневном использовании в пищу поставляют человеку необходимое количество витаминов.
Белковые продукты, производимые из одноклеточных водорослей, могут использоваться как для питания людей, так и в качестве прибавки к кормам сельскохозяйственных животных. Введение в рацион животных суспензии из хлореллы позволяет повышать ежесуточные привесы на 15-20%. Получая белок из одноклеточных водорослей, можно использовать его в качестве заменителя рыбной и соевой муки в животноводстве. Для этих целей в Японии строится завод по производству белкового концентрата производительностью до 200 тыс. т в год.
Оболочки клеток хлореллы (без соответствующе обработки) устойчивы к действию желудочного сока, что мешает перевариванию водорослей в желудках сельскохозяйственных животных и человека. Сухую клеточную массу водорослей размалывают на шаровых мельницах, обрабатывают перекисью водорода, сырые водоросли, продавливаются через перфорированный диск и т. д. Весьма эффективный метод разрушения клеточных оболочек предложен чехословацкими учеными. Сырая мяса хлореллы загружается в особые установки и под давлением 0,5 МПа (5 кгс/см 2 ) подвергается термообработке. В результате получается зеленый порошок, содержащий легко усвояемые человеком и животными питательные вещества.
Применение одноклеточных водорослей в сельском хозяйстве не ограничивается животноводством. Внесение их в почву позволяет повышать урожай некоторых зерновых культур в среднем на 15%.
Для выращивания одноклеточных водорослей в широком масштабе необходимо решить еще целый ряд проблем. Так, несмотря на высокую концентрацию водорослей в водоемах для культивирования, процесс их сбора требует больших затрат труда. Вначале водоросли подвергают предварительному концентрированию затем окончательному концентрированию и сушке.
На первом этапе водоросли сгущают посредством флотации или центрифугирования на центрифугах постоянного действия. Окончательное концентрирование одноклеточных водорослей осуществляют на центрифугах периодического действия, фильтрованием через фильтры из синтетических материалов, выпариванием воды на солнце и т. д. В результате получается масса, содержащая 8-10% сухого вещества. После окончательного концентрирования клеточную массу высушивают до содержания в ней влаги 10-12% следующими методами: сублимационной сушкой, азеотропной сушкой, сушкой с распылением клеточной массы и сушкой в сушилках конвейерного типа.
Хлорелла при идеальных условиях за одни сутки может увеличиваться в объеме в 10 тыс. раз, и с единице площади устройств для ее выращивания можно снижать ежегодно до 240 урожаев. Многочисленные удачныe эксперименты по культивированию одноклеточных водорослей указывают на один из весьма перспективных путей получения пищевых и кормовых веществ.
Морские растения являются прекрасным объектом культивирования, благодаря способности усваивать углекислоту, минеральные соли, воду и синтезировать различные органические соединения. Росту водорослей способствуют соли азота, фосфора, калия и соединения, содержащие микроэлементы. Весьма ценным свойством водорослей является их способность усваивать питательные вещества из воды всей своей поверхностью.
Широкое распространение водорослей во всех морях создает предпосылки для их искусственного выращивания. Культивируя морские растения в наиболее благоприятных регулируемых условиях, человечество может получать ежегодно на морских плантациях миллионы тонн цепной продукции.
В настоящее время на подводных лугах различных государств мира ежегодно выращивается около 800 тыс. т водорослей.
Источник
Выращивание одноклеточных зеленых водорослей
Многие культивируемые в домашних условиях организмы, используемые аквариумистами для выкармливания личинок и мальков рыб, являются фильтраторами и используют для своего питания одноклеточные грибы-дрожжи, бактерий и одноклеточные водоросли. Одноклеточные водоросли богаты белками, жирами и углеводами. Для рыб они часто являются основным источником витаминов, незаменимых аминокислот, незаменимых жирных кислот, а также каротиноидных пигментов, необходимых для нормального роста и развития как культивируемых кормовых организмов, так и для полноценного развития личинок и мальков аквариумных рыб. Обычно одноклеточные водоросли, используемые в качестве основного или дополнительного корма для выращивания коловраток, жаброногих, веслоногих и ветвистоусых рачков условно подразделяются на пресноводные и морские. Из пресноводных водорослей наиболее часто культивируют зеленых жгутиконосцев (Phacus, Euglena viridis) и протококковые водоросли (рис. 22) (Scenedesmus, Spirulina, Chlorella); из морских — Dunaliella tertiolecta, Nephrochloris salina, Isochrysis galbona, Monochrysis lutheri, Phaeodactylum tricornutum, Platymonas viridis, а также морскую хлореллу (Chlorella sp.f.marina).
Планктонные протококковые (Protococcales):
1-сценедесмус iScenedesmus); 2— хпорелла (Chlorella) в момент размножения
Для выращивания большинства пресноводных коловраток, стрептоцефалюсов, пресноводных ветвистоусых и веслоногих рачков используют пресноводные виды водорослей: при выращивании соленоводной коловратки и артемии — морские. Однако скармливание пресноводным организмам морских водорослей весьма полезно, поскольку в составе клеток пресноводных водорослей отсутствуют высоконенасыщенные жирные кислоты (ВНЖК) с числом углеродных атомов более 20. К ним относятся незаменимые эйкозапентаеновая и декозагексаеновая жирные кислоты. Все культивируемые морские виды водорослей, за исключением дуналиеллы, содержат в своем составе эти кислоты. Правда, у платимонас, морской зеленой жгутиковой водоросли, есть только первая из этих двух кислот. Недостаток этих жирных кислот в составе пищи личинок и мальков рыб, особенно морских, приводит к нарушению обмена веществ, задержке роста, а иногда и их гибели.
Важной особенностью различных одноклеточных водорослей является их размер, наличие шипиков и выростов оболочки, а также степень их переваривания в организме фильтратора. Так допустимый размер клетки водоросли для многих коловраток не превышает 15 мкм, для науплиев артемии и стрептоцефалюсов — 25 мкм, для взрослых рачков — 40 — 50 мкм. Для коловраток не желательны виды, имеющие шипы и выросты оболочек (Scenedesmus, Phaeodactylum). Водоросли должны быть нетоксичными (токсичны сине-зеленые водоросли), иметь легко переваримые клеточные оболочки, легко культивируемыми. Положительной особенностью водорослей платимонас, дуналиеллы и монохризис является отсутствие у их. клеток плотной оболочки, и, как следствие этого, легкость их переваривания, у сценедесмуса — простота культивирования, хлорелла не селится на стенках культиватора и быстро делится, не образуя при этом покоящихся цист, дуналиелла очень пластична и легко адаптируется как к химическому составу среды, так и к общей концентрации солей; Для организации фитопланктонного блока в домашних условиях лучше всего получить чистую культуру водорослей из какой-либо научной или производственной лаборатории, специализирующейся на выращивании водорослей или кормовых объектов. Чистую культуру водорослей можно получить и самому. Для этого нужно взять воду из водоема в начале периода массового «цветения» воды и определить под микроскопом вид наиболее массовой водоросли.
Источник
Выращивание спирулины и хлореллы в теплице – интересный опыт немецких фермеров
Микроводоросли как региональный «суперпродукт» Нижней Саксонии
Семья Кордес из Нижней Саксонии построила свой бизнес на тепличном выращивании популярных водорослей «Chlorella vulgaris» и «Spirulina platensis», которые известными своими качествами.
На ферме Кордес вот уже 20 лет нет ни сельхозскота, ни привычных агрокультур. Только теплицы с зелеными одноклеточными удивляют гостей и покупателей.
66-летний Рудольф Кордес, основатель проекта, оптимизировал производство микроводорослей в бесчисленных испытаниях и разработал свою собственную технологию. Как часто бывает с инновациями, фермеры высмеивали работу Кордеса, но теперь насмешники только разводят руками: водоросли при минимальных затратах достигают таких темпов роста, о которых другие сельскохозяйственные культуры могут только мечтать.
Сегодня системы выращивания водорослей Кордеса диктуют стандарты на этом развивающемся рынке. И сейчас вместе со своей дочерью Кэролайн Кордес (32 года), продолжающей семейный бизнес в качестве инженера-растениевода, он отвечает за производство.
Пресноводная водоросль хлорелла в настоящее время в тренде как «супер-продукт» наравне со спирулиной. Она содержит до 60% высококачественного белка и все незаменимые аминокислоты, является источником растительного витамина B12, железа и богата жирными кислотами омега-3. По вкусу напоминает зеленый чай.
Эти водоросли являются одними из древнейших организмов в мире, но их достоинства придают ценность зеленым одноклеточным и в наши дни.
Хлореллу семья Кордес производит с 2014 года. Органическая сертификация состоялась в октябре 2015 года. Таким образом, немецкие фермеры стали первыми, кто поставляет хлореллу как первые органические водоросли в Европе.
Кэтлин Кордес убеждена, что к 2030 году продукты из спирулины и хлореллы займут свое место в рационе многих людей. Они успешно продает масло и «жемчуг» из водорослей (консистенция, подобная икре) гурманам и амбициозным поварам. Продажи, сопровождаемые телевизионными репортажами и кулинарными мероприятиями с шеф-поварами, набирают обороты.
Как выращивают водоросли
Для роста водорослям необходим только углекислый газ из воздуха, солнечный свет, питательные вещества и вода.
Чтобы культивировать одноклеточные организмы, семья Кордес и их шесть сотрудников первоначально разводят небольшое количество одноклеточных в лаборатории в чашках Петри и в колбах Эрленмейера.
Как только вырастет достаточное количество культуры, водоросли переносят из лаборатории в теплицу, где они продолжают расти в фольгированных пробирках. Каждая батарея образует модуль емкостью 5000 л.
При оптимальных условиях водоросли хлореллы делятся ежедневно. Всего через две недели фермеры могут извлечь около 1000 литров закваски и приступить к массовому производству, когда одноклеточные организмы растут в неглубоких бассейнах с вместимостью от 15 000 л и выше.
В теплице соблюдаются определенные условия, а компрессор в бассейне обеспечивает достаточную подачу воздуха и CO2.
Для сбора урожая отбирают твердую «пасту» из водорослей, которая содержит чуть менее 20% воды, и сушат контролируемым образом при низких температурах. Затем сырой продукт измельчают в порошок. Производственный цикл длится более десяти месяцев с двухмесячным зимним перерывом.
Для дальнейшего увеличения производства семья Кордес намерена сотрудничать с местными фермерами, отправляя им посевной материал для разведения в прудах.
В настоящее время два фермера из региона вложили средства в новое направление бизнеса, а четыре других подали заявку на строительство водорослевого завода. Так что, в скором времени, фермеры объединятся в кооператив.
В дополнение к молодым водорослям, советам и необходимым технологиям производства, компании также получат гарантированные продажи одноклеточных организмов.
Приблизительно 25 тонн сухого вещества водорослей в год можно производить на гектар тепличной площади при условии строжайшей гигиены, так как культуры болезням и остро реагируют на качество воды, особенно, на попадание марганца и железа.
Многие производители водорослей ориентированы на пищевую, косметическую и фармацевтическую отрасли. Цены варьируются от 10 евро/ кг сухого вещества для продуктов из Азии до нескольких сотен евро за кг для редких сортов водорослей.
Среда обитания разных видов водорослей принципиально различна и варьируется от пресной и соленой воды до стоков, где водоросли применяются для очистки. Многие из простейших все еще в значительной степени не исследованы, большинство сортов водорослей даже не культивируется.
Источник