stringtranslate.com

Артроспира

Порошок спирулины из рода Arthrospira , на неокрашенном мокром препарате под 400-кратным увеличением.

Arthrospira — род свободно плавающих нитчатых цианобактерий , характеризующихся цилиндрическими многоклеточными трихомами в открытой левой спирали . Пищевая добавка производится из A. Platensis и A. maxima , известной как спирулина . [1] Виды A. maxima и A. Platensis когда-то были отнесены к роду Spirulina . Хотя введение двух отдельных родов Arthrospira и Spirulina в настоящее время общепринято, в прошлом было много споров, и возникшая в результате таксономическая путаница огромна. [2]

Таксономия

Общее название спирулина относится к высушенной биомассе Arthrospira Platensis , [3] которая принадлежит к оксигенным фотосинтезирующим бактериям, охватывающим группы Cyanobacteria и Prochromales. Эти фотосинтезирующие организмы сначала считались водорослями, очень большой и разнообразной группой эукариотических организмов, до 1962 года, когда они были переклассифицированы в прокариоты и названы цианобактериями. [4] Это обозначение было принято и опубликовано в 1974 году в « Руководстве Берджи по детерминативной бактериологии» . [5] С научной точки зрения существует большое различие между родами Spirulina и Arthrospira . Стизенбергер в 1852 году дал название Arthrospira на основании наличия перегородок, ее спиральной формы и многоклеточной структуры, а Гомонт в 1892 году подтвердил асептатную форму рода Spirulina . Гейтлер в 1932 году воссоединил обоих участников, назвав их Спирулиной , не принимая во внимание перегородку. [6] Исследования микроводорослей проводились под названием Spirulina , но исходный вид, использованный для производства пищевой добавки спирулины, принадлежит к роду Arthrospira . Это неправильное название было трудно исправить. [5] В настоящее время систематика утверждает, что название «спирулина» для штаммов, которые используются в качестве пищевых добавок, неуместно, и существует соглашение, что Arthrospira представляет собой отдельный род, состоящий из более чем 30 различных видов, включая A. Platensis и A. maxima . [7]

Морфология

Род Arthrospira включает спиральные трихомы разного размера и с различной степенью извитости, от плотноскрученной до прямой формы. [1]

Спиральные параметры формы Arthrospira используются для дифференциации между одним и тем же видом и даже внутри него. [8] [9] Эти различия могут быть вызваны изменением условий окружающей среды, таких как температура. [10] Спиральная форма трихом сохраняется только в жидкой среде. [11] Нити одиночные и размножаются бинарным делением , а длина клеток трихом варьируется от 2 до 12 мкм, а иногда может достигать 16 мкм.

Биохимический состав

Arthrospira очень богата белками [1] [11] и составляет от 53 до 68 процентов сухого веса содержимого клетки. [12] Его белок содержит все незаменимые аминокислоты . [11] Arthrospira также содержит большое количество полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), около 1,5–2 процентов, и общее содержание липидов 5–6 процентов. [11] Эти ПНЖК содержат γ-линоленовую кислоту (ГЛК), жирную кислоту омега-6 . [13] Дополнительный состав Arthrospira включает витамины, минералы и фотосинтетические пигменты . [11]

Вхождение

Виды рода Arthrospira выделены из щелочных, солоноватых и соленых вод тропических и субтропических регионов. Среди различных видов, входящих в этот род, A. Platensis имеет наиболее широкое распространение и встречается в основном в Африке, но также и в Азии. Считается, что A. maxima встречается в Калифорнии и Мексике. [6] A. Platensis и A. maxima встречаются в природе в тропических и субтропических озерах со щелочным pH и высокими концентрациями карбонатов и бикарбонатов . [11] A. Platensis встречается в Африке, Азии и Южной Америке, тогда как A. maxima встречается только в Центральной Америке. A. pacifica является эндемиком Гавайских островов. [14] Большую часть культивируемой спирулины производят в прудах с открытым каналом , где для перемешивания воды используются лопастные колеса. [11] Крупнейшие коммерческие производители спирулины расположены в США, Таиланде, Индии, Тайване, Китае, Пакистане, Мьянме, Греции и Чили. [14]

Настоящее и будущее использование

Спирулина широко известна как пищевая добавка , но есть и другие возможности использования этой цианобактерии. Например, его предлагается использовать в медицинских целях для пациентов, которым трудно жевать или глотать пищу, или в качестве естественной и дешевой системы доставки лекарств. [15] Кроме того, были обнаружены многообещающие результаты в лечении некоторых видов рака, аллергий и анемии, а также гепатотоксичности и сосудистых заболеваний. [16] Спирулину также можно использовать в качестве полезной добавки к кормам для животных [17] , если можно будет еще больше снизить цену на ее производство. Спирулину можно использовать в технических целях, таких как биосинтез наночастиц серебра , что позволяет образовывать металлическое серебро экологически чистым способом. [18] При создании текстиля он имеет некоторые преимущества, поскольку может быть использован для производства антимикробных тканей [19] , а также бумаги или полимерных материалов. [19] Они также могут оказывать антиоксидантное действие [20] и могут поддерживать экологический баланс в водных объектах и ​​снижать различные стрессы в водной среде. [21]

Системы земледелия

Рост A. Platensis зависит от нескольких факторов. Для достижения максимальной производительности необходимо скорректировать такие факторы, как температура, свет и фотоингибирование , питательные вещества и уровень углекислого газа. Летом основным лимитирующим фактором роста спирулины является свет. При выращивании на глубине воды 12–15 см самозатенение определяет рост отдельной клетки. Однако исследования показали, что рост также тормозится фото, и его можно ускорить за счет затенения. [22] Уровень фотоингибирования по сравнению с недостатком света всегда зависит от концентрации клеток в среде. Оптимальная температура роста A. Platensis составляет 35–38 °С. Это является основным ограничивающим фактором за пределами тропиков, ограничивая рост летними месяцами. [23] A. Platensis выращивали в пресной, а также в солоноватой и морской воде. [24] Помимо минеральных удобрений, в качестве источника питательных веществ использовались различные источники, такие как сточные воды и сточные воды предприятий по производству удобрений, крахмала и лапши. [14] Сточные воды более доступны в сельской местности, что позволяет осуществлять мелкомасштабное производство. [25] Одним из основных препятствий для крупномасштабного производства является сложный процесс сбора урожая, на который приходится 20–30% общих производственных затрат. Из-за небольшого размера клеток и разбавленных культур (массовая концентрация менее 1 г/л) с плотностью, близкой к плотности водных микроводорослей, их трудно отделить от питательной среды. [26]

Системы культивирования

Открытый пруд

Системы открытых прудов являются наиболее распространенным способом выращивания A. Platensis из-за их сравнительно низкой стоимости. Обычно каналы строятся в виде желобов из бетонных или земляных стен с ПВХ-покрытием, а вода перемещается лопастными колесами. Однако открытая конструкция допускает загрязнение посторонними водорослями и/или микроорганизмами. [14] Другая проблема включает потерю воды из-за испарения. Обе эти проблемы можно решить, накрыв каналы прозрачной полиэтиленовой пленкой. [5]

Закрытая система

Преимущество закрытых систем заключается в возможности контролировать физическую, химическую и биологическую среду. Это позволяет повысить урожайность и лучше контролировать уровень питательных веществ. Типичные формы, такие как трубки или полиэтиленовые пакеты, также предлагают большее соотношение поверхности к объему, чем системы открытых прудов, [27] , тем самым увеличивая количество солнечного света, доступного для фотосинтеза. Эти закрытые системы помогают продлить период выращивания на зимние месяцы, но часто приводят к перегреву летом. [28]

Потенциал рынка и осуществимость

Культивирование Arthrospira происходит в течение длительного периода времени, [ неясно ], особенно в Мексике и вокруг озера Чад на африканском континенте. Однако в 21 веке его полезные свойства были заново открыты, и поэтому исследования Arthrospira и ее производства увеличились. [11] В последние десятилетия развилось крупномасштабное производство цианобактерий. [29] Япония начала свою деятельность в 1960 году, а в последующие годы Мексика и ряд других стран на всех континентах, таких как Китай, Индия, Таиланд, Мьянма и США, начали крупномасштабное производство. [11] За короткое время Китай стал крупнейшим производителем в мире. [29] Особым преимуществом производства и использования спирулины является то, что ее производство может осуществляться в различных масштабах: от домашнего выращивания до интенсивного коммерческого производства на больших площадях.

Arthrospira , особенно будучи мелкомасштабной культурой, по-прежнему имеет значительный потенциал для развития, например, для улучшения питания. [30] Новым странам, где это может произойти, следует избавляться от богатых щелочью прудов на больших высотах или от богатых соленой и щелочной водой подземных вод или прибрежных территорий с высокой температурой. [11] В остальном, технические затраты, необходимые для новых ферм по выращиванию спирулины, довольно просты. [30]

Международный рынок спирулины разделен на две целевые группы: в одну входят неправительственные организации и учреждения, занимающиеся проблемами неполноценного питания, а в другую входят люди, заботящиеся о своем здоровье. Есть еще некоторые страны, особенно в Африке, которые производят продукцию на местном уровне. Они могли бы ответить на международный спрос за счет увеличения производства и экономии за счет масштаба . Выращивание этого продукта в Африке может дать преимущество в цене из-за низкой стоимости рабочей силы. С другой стороны, африканским странам придется превосходить стандарты качества стран-импортеров, что снова может привести к более высоким затратам. [30]

Рекомендации

  1. ^ abc Ciferri, О. (1983). «Спирулина, съедобный микроорганизм». Микробиологические обзоры . 47 (4): 551–578. дои : 10.1128/MMBR.47.4.551-578.1983. ПМК  283708 . ПМИД  6420655.
  2. ^ Мюлинг, Мартин (март 2000 г.). Характеристика штаммов Arthrospira (Spirulina) (доктор философии). Университет Дарема. Архивировано (PDF) из оригинала 23 января 2016 г. Проверено 23 января 2016 г.
  3. ^ Гершвин, Мэн; Белай, А (2007). Спирулина в питании и здоровье человека . CRC Press, США.
  4. ^ Станье, РЮ; Ван Нил, Ю (январь 1962 г.). «Понятие о бактерии». Архив микробиологии . 42 : 17–35. дои : 10.1007/bf00425185. PMID  13916221. S2CID  29859498.
  5. ^ abc Санчес, Берналь-Кастильо; Ван Нил, Дж; Розо, К; Родригес, я (2003). «Спирулина (Arthrospira): съедобный микроорганизм: обзор». Universitas Scientiarum . 8 (1): 7–24.
  6. ^ аб Шива Киран, RR; Мадху, генеральный директор; Сатьянараяна, СВ (2016). «Спирулина в борьбе с недостаточностью белковой энергии (PEM) и потерей белковой энергии (PEW) - обзор». Журнал исследований питания . 3 (1): 62–79. doi : 10.55289/jnutres/v3i1.5 .
  7. ^ Такатомо Фудзисава; Рей Нарикава; Синобу Окамото; Шигеки Эхира; Хидехиса Ёсимура; Иване Сузуки; Тацуру Масуда; Мари Мочимару; Шиничи Такаичи; Коитиро Авай; Мицуо Сэкине; Хироши Хорикава; Исао Ясиро; Сейха Омата; Хироми Такарада; Йоко Катано; Хироки Косуги; Сатоши Таникава; Кадзуко Омори; Наоки Сато; Масахико Икеучи; Нобуюки Фудзита и Масаюки Омори (4 марта 2010 г.). «Геномная структура экономически важной цианобактерии Arthrospira (Spirulina) Platensis NIES-39». Исследование ДНК . 17 (2): 85–103. doi : 10.1093/dnares/dsq004. ПМЦ 2853384 . ПМИД  20203057. В свою очередь там ссылаются: Castenholz RW; Риппка Р.; Хердман М.; Уилмотт А. (2007). Бун Д.Р.; Кастенхольц Р.В.; Гэррити GM (ред.). Руководство Берджи по систематической бактериологии (2-е изд.). Шпрингер: Берлин. стр. 542–3.
  8. ^ Рич, Ф (1931). «Заметки об Arthrospira Platensis». Алгологическое ревю . 6 : 75–79.
  9. ^ Марти, Ф; Бюссон, Ф (1970). «Цитологические исследования для двух цианофитов: Spirulina Platensis (Gom.) Geitler et Spirulina geitleri J. de Toni». Schweizerische Zeitschritf für Hydrologie . 32 (2): 559–565. дои : 10.1007/bf02502570. S2CID  44855904.
  10. ^ Ван Эйкеленбург, C (1977). «О морфологии и ультраструктуре клеточной стенки Spirulina Platensis ». Антони ван Левенгук . 43 (2): 89–99. дои : 10.1007/bf00395664. PMID  413479. S2CID  22249310.
  11. ^ abcdefghij Хабиб, М. Ахсан Б.; Парвин, Машуда; Хантингтон, Тим С.; Хасан, Мохаммад Р. (2008). «Обзор выращивания, производства и использования спирулины в качестве пищи для людей и корма для домашних животных и рыб» (PDF) . Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций . Проверено 20 ноября 2011 г.
  12. ^ Пханг, С.М. (2000). «Выращивание спирулины в сточных водах завода по производству переваренного саго-крахмала». Журнал прикладной психологии . 12 (3/5): 395–400. дои : 10.1023/А: 1008157731731. S2CID  20718419.
  13. ^ Сполаоре, Полина; и другие. (2006). «Коммерческое применение микроводорослей». Журнал бионауки и биоинженерии . 101 (2): 87–96. дои : 10.1263/jbb.101.87. PMID  16569602. S2CID  16896655.
  14. ^ abcd Воншак, Авигад (2002).Spirulina Platensis (Arthrospira) : физиология, клеточная биология и биотехнология . ЦРК Пресс. ISBN 9780203483961.
  15. ^ Адиба, Б.Д.; и другие. (2008). «Предварительная характеристика пищевых таблеток из фиников ( Phoenix dactylifera L.) и порошков спирулины ( Spirulina sp.)». Порошковая технология . 208 (3): 725–730. doi : 10.1016/j.powtec.2011.01.016.
  16. ^ Асгари, А.; и другие. (2016). «Обзор антиоксидантных свойств спирулины». Журнал отчетов прикладной биотехнологии .
  17. ^ Холман, BWB; и другие. (2012). «Спирулина как добавка для скота и корм для животных». Журнал физиологии животных и питания животных . 97 (4): 615–623. дои : 10.1111/j.1439-0396.2012.01328.x . ПМИД  22860698.
  18. ^ Махди (2012). «Зеленый биосинтез наночастиц серебра Spirulina Platensis». Наука Ираника . 19 (3): 926–929. doi : 10.1016/j.scient.2012.01.010 .
  19. ^ аб Мальтиг, Б; и другие. (2013). «Модификация водорослей ионами цинка, меди и серебра для использования в качестве природного композита антибактериального применения». Материаловедение и инженерия . 33 (2): 979–983. doi : 10.1016/j.msec.2012.11.033. ПМИД  25427514.
  20. ^ Кумаресан, Венкатеш; Саннасимуту, Анбазахан; Арасу, Мариадхас Валан; Аль-Даби, Наиф Абдулла; Арокьярай, Джесу (2018). «Молекулярное понимание метаболической активности богатой белком микроводоросли Arthrospira Platensis с помощью анализа транскриптома de novo». Отчеты по молекулярной биологии . 45 (5): 829–838. дои : 10.1007/s11033-018-4229-1. PMID  29978380. S2CID  254835532.
  21. ^ Кумаресан, Венкатеш; Низам, Файзал; Равичандран, Гаятри; Вишванатан, Каси; Паланисами, Раджеш; Бхатт, Прашант; Арасу, Мариадхас Валан; Аль-Даби, Наиф Абдулла; Мала, Канчана; Арокьярай, Джесу (2017). «Изменения транскриптома сине-зеленых водорослей Arthrospira sp. в ответ на сульфатный стресс». Водорослевые исследования . 23 : 96–103. дои : 10.1016/j.algal.2017.01.012.
  22. ^ Воншак, А; Гай, Р. (1988). Фотоингибирование как ограничивающий фактор при выращивании Spirulina Platensis в открытом грунте. В Стадлере и соавт. ред. Водорослевая биотехнология . Лондон: Elsevier Applied Sci. Издательства.
  23. ^ Воншак, А (1997). Спирулина платенсис (Arthrospira). Доктор физиологии, клеточной биологии и биотехнологии . Бейзингсток, Хантс, Лондон: Тейлор и Фрэнсис.
  24. ^ Матэрасси, Р; и другие. (1984). « Культура спирулины в морской воде». Прикладная микробиология и биотехнология . 19 (6): 384–386. дои : 10.1007/bf00454374. S2CID  31267876.
  25. ^ Лалиберте, Дж; и другие. (1997). Массовое выращивание и очистка сточных вод с использованием спирулины. В под ред. А. Воншака. Spirulina Platensis (Arthrospira Platensis) Физиология, клеточная биология и биотехнология . Бейзингсток, Хантс, Лондон: Тейлор и Фрэнсис. стр. 159–174.
  26. ^ Баррос, Ана И.; и другие. (2015). «Методы сбора микроводорослей: обзор». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 41 : 1489–1500. дои : 10.1016/j.rser.2014.09.037. hdl : 10216/103426 .
  27. ^ Тредичи, М; Матэрасси, Р. (1992). «От открытых прудов к вертикальным альвеолярным панелям: итальянский опыт разработки реакторов для массового культивирования фототрофных микроорганизмов». Журнал прикладной психологии . 4 (3): 221–231. дои : 10.1007/bf02161208. S2CID  20554506.
  28. ^ Томаселли, Л; и другие. (1987). «Недавние исследования спирулины в Италии». Гидробиология . 151/152: 79–82. дои : 10.1007/bf00046110. S2CID  9903582.
  29. ^ Аб Уиттон, бакалавр (2012). Экология цианобактерий II: их разнообразие в пространстве и времени . Спрингер. стр. 701–711.
  30. ^ abc Smart Fish (2011). «Спирулина – средство к существованию и бизнес». Отчет: SF/2011 .

Внешние ссылки