- ลักษณะเฉพาะ
- ผู้ผลิตที่ใช้แสงแดดเป็นแหล่งพลังงาน
- แหล่งที่อยู่อาศัย
- การจัดหมวดหมู่
- ธรรมชาติของคลอโรฟิลล์
- คาร์บอนโพลีเมอร์เป็นพลังงานสำรอง
- โครงสร้างผนังเซลล์
- ประเภทของความคล่องตัว
- การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพ
- การให้อาหารของมนุษย์และสัตว์
- ข้อดีของการใช้เป็นอาหาร
- เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ
- เม็ดสีในอุตสาหกรรมอาหาร
- มนุษย์และสัตวแพทยศาสตร์
- ปุ๋ย
- เครื่องสำอาง
- บำบัดน้ำเสีย
- ตัวบ่งชี้มลพิษ
- ก๊าซชีวภาพ
- เชื้อเพลิงชีวภาพ
- อ้างอิง
สาหร่ายเป็นสิ่งมีชีวิต eukaryotic, photoautotrophs คือได้รับพลังงานจากแสงและสังเคราะห์อาหารของตัวเอง ประกอบด้วยคลอโรฟิลล์และเม็ดสีเสริมอื่น ๆ ที่ให้ประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงที่ดีเยี่ยม
พวกมันเป็นเซลล์เดียวในอาณานิคม - เมื่อพวกมันถูกสร้างขึ้นเป็นมวลรวมและใย (โดดเดี่ยวหรืออาณานิคม) พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของแพลงก์ตอนพืชพร้อมกับไซยาโนแบคทีเรีย (โปรคาริโอต) แพลงก์ตอนพืชเป็นชุดของจุลินทรีย์ในน้ำสังเคราะห์แสงที่ลอยอยู่เฉยๆหรือมีความคล่องตัวลดลง
รูปที่ 1. Volvox (ทรงกลม) ที่มา: Frank Fox, ผ่าน Wikimedia Commons
สาหร่ายขนาดเล็กพบได้จากเอกวาดอร์บนบกไปจนถึงบริเวณขั้วโลกและได้รับการยอมรับว่าเป็นแหล่งของสารชีวโมเลกุลและสารที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ เป็นแหล่งอาหารยาอาหารสัตว์ปุ๋ยและเชื้อเพลิงโดยตรงและยังเป็นตัวบ่งชี้การปนเปื้อน
ลักษณะเฉพาะ
ผู้ผลิตที่ใช้แสงแดดเป็นแหล่งพลังงาน
สาหร่ายขนาดเล็กส่วนใหญ่มีสีเขียวเนื่องจากมีคลอโรฟิลล์ (เม็ดสีของพืช tetrapyrrolic) ซึ่งเป็นตัวรับแสงของพลังงานแสงที่ช่วยให้สามารถสังเคราะห์แสงได้
อย่างไรก็ตามสาหร่ายขนาดเล็กบางชนิดมีสีแดงหรือน้ำตาลเนื่องจากมีแซนโธฟิลล์ (สีเหลืองแคโรทีนอยด์) ซึ่งปกปิดสีเขียว
แหล่งที่อยู่อาศัย
พวกมันอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมทางน้ำที่มีรสหวานและเค็มตามธรรมชาติและเทียม (เช่นสระว่ายน้ำและตู้ปลา) บางชนิดมีความสามารถในการเจริญเติบโตในดินในที่อยู่อาศัยที่เป็นกรดและภายในหินที่มีรูพรุน (เอนโดไลติก) ในที่แห้งและเย็นจัด
การจัดหมวดหมู่
สาหร่ายขนาดเล็กเป็นตัวแทนของกลุ่มที่แตกต่างกันอย่างมากเนื่องจากเป็นโพลีฟีเลติกนั่นคือกลุ่มที่สืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษที่แตกต่างกัน
ในการจำแนกจุลินทรีย์เหล่านี้มีการใช้ลักษณะต่างๆ ได้แก่ ลักษณะของคลอโรฟิลล์และสารสำรองพลังงานโครงสร้างของผนังเซลล์และประเภทของการเคลื่อนที่ที่มีอยู่
ธรรมชาติของคลอโรฟิลล์
สาหร่ายส่วนใหญ่มีคลอโรฟิลล์ชนิด A และมีคลอโรฟิลล์อีกประเภทหนึ่งที่ได้จากสาหร่าย
หลายคนมีภาระผูกพันกับภาพถ่ายและไม่เติบโตในที่มืด อย่างไรก็ตามบางชนิดเติบโตในความมืดและ catabolize น้ำตาลและกรดอินทรีย์อย่างง่ายในช่วงที่ไม่มีแสง
ตัวอย่างเช่นแฟลกเจลเลตและคลอโรไฟต์บางชนิดสามารถใช้อะซิเตตเป็นแหล่งคาร์บอนและพลังงานได้ คนอื่น ๆ ดูดซึมสารประกอบอย่างง่ายต่อหน้าแสง (โฟโตฮีเทอโรโทรฟี) โดยไม่ใช้เป็นแหล่งพลังงาน
คาร์บอนโพลีเมอร์เป็นพลังงานสำรอง
ในฐานะที่เป็นผลิตภัณฑ์ของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงสาหร่ายขนาดเล็กจะผลิตคาร์บอนโพลีเมอร์หลากหลายชนิดเพื่อใช้เป็นพลังงานสำรอง
ตัวอย่างเช่นสาหร่ายขนาดเล็กของกลุ่ม Chlorophyta สร้างแป้งสำรอง (α-1,4-D-glucose) คล้ายกับแป้งของพืชชั้นสูง
โครงสร้างผนังเซลล์
ผนังของสาหร่ายขนาดเล็กมีโครงสร้างและองค์ประกอบทางเคมีที่หลากหลาย ผนังสามารถประกอบด้วยเส้นใยเซลลูโลสโดยปกติจะมีการเติมไซแลนเพคตินแมนแนนกรดอัลจินิกหรือกรดฟูซินิก
ในสาหร่ายแคลคาเรียหรือกัลปังหาผนังเซลล์แสดงการสะสมของแคลเซียมคาร์บอเนตในขณะที่บางชนิดมีไคติน
ในทางกลับกันไดอะตอมมีซิลิกอนอยู่ในผนังเซลล์ซึ่งมีการเพิ่มโพลีแซ็กคาไรด์และโปรตีนทำให้เกิดเปลือกหอยที่มีสมมาตรทวิภาคีหรือแนวรัศมี (หงุดหงิด) เปลือกเหล่านี้ยังคงสภาพสมบูรณ์เป็นเวลานานกลายเป็นฟอสซิล
Euglenoid microalgae ซึ่งแตกต่างจากก่อนหน้านี้ไม่มีผนังเซลล์
ประเภทของความคล่องตัว
สาหร่ายขนาดเล็กสามารถมีแฟลกเจลลา (เช่นยูกลีนาและไดโนแฟลกเจลเลต) แต่ไม่เคยมีซิเลีย ในทางกลับกันสาหร่ายขนาดเล็กบางชนิดแสดงความไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ในระยะการเจริญพันธุ์อย่างไรก็ตาม gametes ของพวกมันสามารถเคลื่อนที่ได้
การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพ
การให้อาหารของมนุษย์และสัตว์
ในช่วงทศวรรษที่ 1950 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้เริ่มปลูกสาหร่ายขนาดเล็กจำนวนมากเพื่อให้ได้ไขมันและโปรตีนที่จะมาแทนที่โปรตีนจากสัตว์และพืชทั่วไปเพื่อให้ครอบคลุมการบริโภคปศุสัตว์และมนุษย์
เมื่อเร็ว ๆ นี้การเพาะปลูกสาหร่ายขนาดเล็กจำนวนมากได้รับการคาดการณ์ว่าเป็นหนึ่งในความเป็นไปได้ในการต่อสู้กับความหิวโหยและการขาดสารอาหารของโลก
สาหร่ายขนาดเล็กมีความเข้มข้นของสารอาหารที่ผิดปกติซึ่งสูงกว่าที่พบในพืชชนิดใด ๆ ที่สูงกว่า สาหร่ายขนาดเล็ก 1 กรัมต่อวันเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการเสริมอาหารที่ขาด
ข้อดีของการใช้เป็นอาหาร
ข้อดีของการใช้สาหร่ายขนาดเล็กเป็นอาหารมีดังต่อไปนี้:
- การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ด้วยความเร็วสูง (ให้ผลผลิตสูงกว่าถั่วเหลือง 20 เท่าต่อหน่วยพื้นที่)
- มันสร้างประโยชน์ที่วัดได้ใน "ข้อมูลทางโลหิตวิทยา" และใน "สถานะทางปัญญา" ของผู้บริโภคเมื่อบริโภคในปริมาณเล็กน้อยทุกวันเป็นอาหารเสริม
- มีโปรตีนสูงเมื่อเทียบกับอาหารธรรมชาติอื่น ๆ
- วิตามินและแร่ธาตุที่มีความเข้มข้นสูง: การบริโภคผลพลอยได้จากจุลินทรีย์ในปริมาณ 1 ถึง 3 กรัมต่อวันจะให้เบต้าแคโรทีน (โปรวิทามินเอ) ในปริมาณที่น่าพอใจวิตามินอีและบีคอมเพล็กซ์ธาตุเหล็กและธาตุ
- แหล่งคุณค่าทางโภชนาการที่ให้พลังงานสูง (เทียบกับโสมและละอองเรณูที่ผึ้งเก็บรวบรวม)
- แนะนำสำหรับการฝึกความเข้มข้นสูง
- เนื่องจากมีความเข้มข้นน้ำหนักเบาและสะดวกในการขนส่งสารสกัดแห้งของสาหร่ายขนาดเล็กจึงเหมาะสำหรับเป็นอาหารที่ไม่เน่าเสียง่ายเพื่อเก็บไว้ใช้ในสถานการณ์ฉุกเฉิน
รูปที่ 2 Arthrospira เป็นไซยาโนแบคทีเรียที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและเพาะเลี้ยงในปริมาณมาก ที่มา: Joan Simon ครอบตัดโดย Perdita (ผู้ใช้ Wikipedia ภาษาอังกฤษ) ผ่าน Wikimedia Commons
เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ
สาหร่ายขนาดเล็กใช้เป็นอาหารในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำเนื่องจากมีโปรตีนสูง (ตั้งแต่ 40 ถึง 65% ในน้ำหนักแห้ง) และความสามารถในการเพิ่มสีของปลาแซลมอนและกุ้งด้วยเม็ดสี
ตัวอย่างเช่นใช้เป็นอาหารสำหรับหอยสองฝาในทุกช่วงการเจริญเติบโต สำหรับระยะตัวอ่อนของกุ้งบางชนิดและระยะแรกของปลาบางชนิด
เม็ดสีในอุตสาหกรรมอาหาร
เม็ดสีสาหร่ายขนาดเล็กบางชนิดใช้เป็นสารเติมแต่งในอาหารสัตว์เพื่อเพิ่มสีของเนื้อไก่และไข่แดงรวมทั้งเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของโค
เม็ดสีเหล่านี้ยังใช้เป็นสีในผลิตภัณฑ์เช่นเนยเทียมมายองเนสน้ำส้มไอศกรีมชีสและผลิตภัณฑ์เบเกอรี่
รูปที่ 3 โฟโตไบโอรีแอคเตอร์แบบท่อใช้เพื่อให้ได้สารประกอบมูลค่าสูงจากสาหร่ายขนาดเล็ก ที่มา: IGV Biotech จาก Wikimedia Commons
มนุษย์และสัตวแพทยศาสตร์
ในสาขาสัตวแพทยศาสตร์มนุษย์และสัตวแพทย์ยอมรับศักยภาพของสาหร่ายขนาดเล็กเนื่องจาก:
- ช่วยลดความเสี่ยงของโรคมะเร็งหัวใจและโรคตาหลายชนิด (เนื่องจากมีปริมาณลูทีน)
- ช่วยป้องกันและรักษาโรคหลอดเลือดหัวใจการรวมตัวของเกล็ดเลือดระดับคอเลสเตอรอลที่ผิดปกติและยังมีแนวโน้มสูงในการรักษาโรคทางจิตบางชนิด (เนื่องจากมีโอเมก้า 3)
- พวกเขามีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันลดความดันโลหิตสูงและขับสารพิษ
- มีฤทธิ์ต้านการแข็งตัวของเลือดและฆ่าเชื้อแบคทีเรีย
- ช่วยเพิ่มการดูดซึมของธาตุเหล็ก
- ยาที่ใช้สาหร่ายขนาดเล็กเพื่อการรักษาและป้องกันได้ถูกสร้างขึ้นสำหรับอาการลำไส้ใหญ่บวมเป็นแผลโรคกระเพาะและโรคโลหิตจางรวมถึงเงื่อนไขอื่น ๆ
รูปที่ 4. โฟโตไบโอรีแอคเตอร์แบบแบน: ใช้เพื่อให้ได้ผลพลอยได้จากสาหร่ายขนาดเล็กที่มีมูลค่าเพิ่มสูงและในการทดลอง ที่มา: IGV Biotech จาก Wikimedia Commons
ปุ๋ย
สาหร่ายขนาดเล็กใช้เป็นปุ๋ยชีวภาพและสารปรับสภาพดิน จุลินทรีย์โฟโตโทรฟิคเหล่านี้ปกคลุมดินที่ถูกรบกวนหรือถูกเผาอย่างรวดเร็วช่วยลดความเสี่ยงต่อการพังทลาย
บางชนิดชอบการตรึงไนโตรเจนและทำให้สามารถปลูกข้าวบนพื้นที่ที่มีน้ำท่วมมานานหลายศตวรรษโดยไม่ต้องเติมปุ๋ย ส่วนพันธุ์อื่นใช้แทนปูนขาวในปุ๋ยหมัก
เครื่องสำอาง
อนุพันธ์ของสาหร่ายขนาดเล็กถูกนำมาใช้ในสูตรของยาสีฟันที่อุดมไปด้วยซึ่งจะกำจัดแบคทีเรียที่เป็นสาเหตุของโรคฟันผุ
ครีมที่มีอนุพันธ์ดังกล่าวยังได้รับการพัฒนาเพื่อคุณสมบัติในการต้านอนุมูลอิสระและการป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต
รูปที่ 5. การบำรุงรักษาสาหร่ายขนาดเล็กในธนาคารหรือสายพันธุ์ ที่มา: CSIRO
บำบัดน้ำเสีย
สาหร่ายขนาดเล็กถูกนำไปใช้ในกระบวนการเปลี่ยนแปลงอินทรียวัตถุจากน้ำเสียการสร้างมวลชีวภาพและน้ำที่ผ่านการบำบัดเพื่อการชลประทาน ในกระบวนการนี้สาหร่ายขนาดเล็กจะให้ออกซิเจนที่จำเป็นแก่แบคทีเรียแบบแอโรบิคซึ่งจะย่อยสลายสารมลพิษอินทรีย์
ตัวบ่งชี้มลพิษ
เนื่องจากความสำคัญทางนิเวศวิทยาของสาหร่ายขนาดเล็กในฐานะผู้ผลิตหลักของสภาพแวดล้อมทางน้ำจึงเป็นตัวบ่งชี้สิ่งมีชีวิตที่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม
นอกจากนี้ยังมีความทนทานต่อโลหะหนักเช่นทองแดงแคดเมียมและตะกั่วรวมทั้งคลอรีนไฮโดรคาร์บอนซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้โลหะเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้การมีอยู่ของโลหะเหล่านี้ได้
ก๊าซชีวภาพ
บางชนิด (เช่นคลอเรลล่าและสาหร่ายเกลียวทอง) ถูกนำมาใช้เพื่อทำให้ก๊าซชีวภาพบริสุทธิ์เนื่องจากพวกมันใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งคาร์บอนอนินทรีย์นอกเหนือจากการควบคุม pH ของตัวกลางในเวลาเดียวกัน
เชื้อเพลิงชีวภาพ
สาหร่ายขนาดเล็กสังเคราะห์ทางชีวภาพที่หลากหลายของผลพลอยได้ทางชีวภาพที่น่าสนใจในเชิงพาณิชย์เช่นไขมันน้ำมันน้ำตาลและสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ใช้งานได้
รูปที่ 6 ผู้เพาะเลี้ยงสาหร่ายขนาดเล็กชนิด Carousel ใช้ในการเพาะเลี้ยงสาหร่ายขนาดเล็กจำนวนมากสำหรับอุตสาหกรรมเครื่องสำอางและอาหาร ที่มา: JanB46 จาก Wikimedia Commons
หลายชนิดอุดมไปด้วยลิพิดและไฮโดรคาร์บอนที่เหมาะสำหรับการใช้โดยตรงเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพเหลวพลังงานสูงในระดับที่สูงกว่าที่มีอยู่ในพืชบกและยังมีศักยภาพในการทดแทนผลิตภัณฑ์จากโรงกลั่นเชื้อเพลิงฟอสซิล ไม่น่าแปลกใจเมื่อพิจารณาว่าน้ำมันส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดมาจากสาหร่ายขนาดเล็ก
โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง Botryococcus braunii ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง ผลผลิตน้ำมันจากสาหร่ายขนาดเล็กคาดว่าจะสูงถึง 100 เท่าของพืชบกจาก 7,500-24,000 ลิตรต่อเอเคอร์ต่อปีเทียบกับเรพซีดและปาล์มที่ 738 และ 3690 ลิตรตามลำดับ .
อ้างอิง
- Borowitzka, M. (1998). การผลิตสาหร่ายขนาดเล็กเชิงพาณิชย์: บ่อถังหัวและถังหมัก เจแห่งไบโอเทค, 70, 313-321
- Ciferri, O. (1983). สาหร่ายเกลียวทอง (Spirulina) จุลินทรีย์ที่กินได้ Microbiol แก้ไข, 47, 551-578
- Ciferri, O. , & Tiboni, O. (1985). ชีวเคมีและศักยภาพทางอุตสาหกรรมของสาหร่ายเกลียวทอง แอน รายได้ Microbiol, 39, 503-526
- Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L. , Sánchez, EP, Leiva, A. , & Dupeirón, R. , et al. (1993) กระบวนการกรองก๊าซชีวภาพโดยใช้การเพาะเลี้ยงสาหร่ายขนาดเล็กแบบเข้มข้น ไบโอเทค จดหมาย, 15 (3), 317-320.
- Contreras-Flores, C. , Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, & Cañizares, RO (2003) ความก้าวหน้าในการออกแบบแนวความคิดของโฟโตไบโอรีแอคเตอร์สำหรับการเพาะเลี้ยงสาหร่ายขนาดเล็ก อินเตอร์เซียนเซีย, 28 (8), 450-456
- Duerr, EO, Molnar, A. , & Sato, V. (1998). สาหร่ายขนาดเล็กที่เพาะเลี้ยงเป็นอาหารสัตว์น้ำ เจมาร์ไบโอเทคโนโลยี 7, 65-70
- ลี, Y.-K. (2001) ระบบและวิธีการเพาะเลี้ยงมวลจุลภาค: ข้อ จำกัด และศักยภาพ วารสาร Phycology ประยุกต์, 13, 307-315.
- Martínez Palacios, CA, ChávezSánchez, MC, Olvera Novoa, MA และ Abdo de la Parra, MI (1996) แหล่งที่มาทางเลือกของโปรตีนจากพืชเพื่อทดแทนปลาป่นสำหรับอาหารสัตว์น้ำ ผลงานที่นำเสนอในการดำเนินการประชุมวิชาการโภชนาการการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำนานาชาติครั้งที่สามมอนเตร์เรย์นูโวเลออนเม็กซิโก
- Olaizola, M. (2003). การพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพจุลภาคเชิงพาณิชย์: จากหลอดทดลองสู่ตลาด วิศวกรรมชีวโมเลกุล, 20, 459-466.