Герасименко В.Г., Герасименко М.О., Цвіліховський М.І. та ін. Біотехнологія
Подождите немного. Документ загружается.
Фосфор необхідний клітинам спіруліни для синтезу ну
клеїнових кислот, фосфоліпідів і складних ефірів фосфорної
кислоти. Єдиним природним джерелом неорганічного фосфору
для спіруліни є ортофосфати. Синьозелені водорості здатні на
копичувати надлишок фосфору у вигляді гранул.
У водоростей, які ростуть в умовах повного забезпечення,
співвідношення трьох основних біогенних елементів C:N:P
дорівнює 106:16:1. Це співвідношення відоме як закономірність
Редфілда (Redfield et al., 1963). Але популяції водоростей
можуть розвиватися і при співвідношенні N:P від 5:1 до 15:1.
Потреба спіруліни у мінеральних речовинах задовольняєть
ся за рахунок солей макро та мікроелементів. Для вирощуван
ня спіруліни у штучних умовах використовуються стандартні
живильні середовища Тамія, Заррука або Громова. Середовище
Тамія базується на сполуках магнію та калію, середовище Гро
мова містить переважно сполуки натрію та магнію, тоді як в се
редовищі Заррука, яке використовується найчастіше, міститься
значна кількість бікарбонату натрію (16,8 г/л), що створює рН
на рівні 9,5.
Типи живлення спіруліни. Обмінні процеси водоро
сті забезпечуються за рахунок трьох типів живлення: автотроф
ного, гетеротрофного та міксотрофного.
В умовах інтенсивного освітлення та оптимального тепло
вого режиму у спіруліни переважає автотрофне живлення. При
цьому фотосинтетичні процеси відбуваються з використанням
мінеральних елементів та вуглекислоти (СО
2
) і здійснюються
безпосередньо з живильного середовища.
В умовах гетеротрофного живлення частина енергії може
надходити за рахунок асиміляції та окислення вуглеводів та ін
ших органічних сполук. Ці процеси проходять переважно у тем
ряві. Третій тип живлення поєднує в собі як автотрофні, так і ге
теротрофні процеси обміну.
Промислова технологія нарощування біомаси спіруліни
орієнтується на автотрофний тип живлення, тобто культура ви
рощується на мінеральному середовищі. Коли до живильного
середовища додають промислові відходи спиртового, цукрового
й інших виробництв, культивування буде проходити в умовах
гетеротрофного живлення. Замість вуглекислоти буде викори
стано вуглець органічних сполук – цукрів, спиртів та органіч
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
570
них кислот. Гетеротрофне живлення може відбуватися за умов
чергування освітлення та темряви.
24.3. ХІМІЧНИЙ СКЛАД І ПОЖИВНА ЦІННІСТЬ
БІОМАСИ СПІРУЛІНИ
Біомаса спіруліни у середньому містить 17–18 % сухої речо
вини.
До складу біомаси спіруліни входять усі групи поживних
речовин – білки, вуглеводи, жироподібні речовини та мінераль
ні сполуки.
Хімічний склад біомаси може істотно змінюватися залежно
від умов культивування (склад живильного середовища, освіт
лення, температура, рН середовища). Шляхом зміни складу се
редовища, температурного режиму та режиму освітлення мож
на отримати біомасу спіруліни з різним співвідношенням
білків, вуглеводів, жиру. Коливання концентрації білка може
становити від 9 до 70 %, безазотистих екстрактивних речовин –
від 6 до 38 % та жироподібних речовин – від 4 до 85,6 %.
Наприклад, біомаса спіруліни, вирощена в природних умо
вах у прісних ставках та водоймищах (Індія), містить 50–55 %
протеїну з вмістом 44–45 % білка, а в лужних озерах (Мексика,
Східна Африка) – вміст білка сягає 65 %.
Особливе значення має кількість азоту в живильному сере
довищі. Було випробувано 80 спеціальних середовищ для куль
тивування спіруліни (Piorreck M. and al., 1984). Встановлено, що
у водоростей зі зростанням рівня азотного живлення спостері
галося збільшення інтенсивності нарощування біомаси та пі
двищення вмісту в ній протеїну (з 8 до 54 %).
В умовах достатнього забезпечення світлом, теплом і добре
збалансованим за елементами живлення середовищем спірулі
на синтезує органічну речовину з високим вмістом протеїну –
до 90 %, з яких на білок припадає 60–70 % (табл. 24.2).
Білки спіруліни займають проміжне положення між білка
ми тваринного та рослинного походження, що пояснюється
низькою концентрацією лізину в протеїні спіруліни (табл. 24.3).
Суха речовина біомаси спіруліни має високий вміст вітамінів
(табл. 24.4), чим і пояснюється її біологічний вплив на організм
Розділ24.Біотехнолоіяотриманнябіомасиоднолітинноїводоростіспір"ліни
571
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
572
Таблиця 24.2.
Хімічний склад біомаси спіруліни, % на суху речовину
(за Кир’яченко С.П., 1994)
Таблиця 24.3.
Амінокислотний склад протеїну спіруліни порівнянно з
протеїнами інших мікроорганізмів (за Кир’яченко С.П., 1997)
Розділ24.Біотехнолоіяотриманнябіомасиоднолітинноїводоростіспір"ліни
573
Таблиця 24.4.
Вміст вітамінів у сухій речовині спіруліни та хлорели, мг/кг
(за Кир’яченко С.П., 1994)
Таблиця 24.5.
Жирокислотний склад «сирого» жиру спіруліни
(за Кир’яченко С.П., 1997)
як молодих, так і плідних тварин. Особливо слід відзначити на
явність у спіруліни таких вітамінів, як токоферол, ергостерин,
інозитол і кобаламін, роль яких дуже важлива у процесах від
творення. Окрім цього, більшість з названих вітамінів не виро
бляються в Україні і мають ввозитися зза кордону.
Вміст сирого жиру та його жирокислотний склад у біомасі
спіруліни залежать від багатьох факторів, і в першу чергу – від
кількості азоту в живильному середовищі. При низькому рівні
азоту в середовищі водорості синтезують більше ліпідів, ніж
білка. До складу ліпідів спіруліни входять такі ненасичені жир
ні кислоти, як лінолева і ліноленова, на частку яких може при
падати понад 50 % від загальної суми жирних кислот (табл.
24.5). Відомо, що вони за біологічною роллю належать до неза
мінних, тобто в організмі людини та тварини вони не синтезу
ються з попередників.
До складу сухої речовини спіруліни входять усі біогенні
макро та мікроелементи і вміст їх залежить від наявності цих
елементів у живильному середовищі. При культивуванні спіру
ліни у морській воді або в солоних озерах в біомасі міститься
йод. При штучному вирощуванні спіруліни, збільшуючи вміст
йоду у стандартних живильних середовищах, можна досягти
значного підвищення кількості мікроелементу в біомасі.
Присутність у середовищі для культивування селеніту нат
рію сприяє збагаченню спіруліни (S.platensis) селеном у зв’язаній
з органічними сполуками формі – з білками, пептидами і полі
пептидами (Зарецька Є.С. та ін., 2003). Саме такі форми порівня
но з неорганічними солями мають найбільшу біодоступність і
ступінь утримання в організмі. Суттєвим є також значно менша
токсичність органічних форм селену порівняно з селеніт і селе
натаніонами. Автори дійшли висновку, що спіруліна є перспек
тивним об’єктом для біотехнологічного одержання нових харчо
вих форм селену. Встановлено, що нестача селену є фактором
ризику розвитку онкологічних захворювань, а також призводить
до підвищення вірулентності хвороботворних вірусів.
Лабільність мінерального складу спіруліни дає можливість
одержувати біомасу з необхідною концентрацією біогенних еле
ментів.
За даними Кир’яченко С.П. (1994, 1997), біомаса спіруліни
має наступний мінеральний склад (табл. 24.6).
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
574
24.4.ВИКОРИСТАННЯ БІОМАСИ СПІРУЛІНИ
Зважаючи на важливість використання біомаси спіруліни у
харчуванні людей, у різних країнах були проведені численні
досліди на лабораторних тваринах з вивчення її харчових вла
стивостей та токсикологічні дослідження з метою встановлення
мутагенного впливу. Доведено, що тварини, у раціонах яких
весь білок був представлений білком спіруліни, мали нормаль
ний ріст і серед них не спостерігалось жодних аномалій і пато
логій. Дослідження на вагітних тваринах показали відсутність
тератогенних властивостей та фітотоксичності спіруліни.
Біомаса спіруліни застосовується у годівлі тварин як до
мішка до раціонів птиці, свиней та риб. Позитивний вплив на
м’ясну і яєчну продуктивність курей відмічено китайськими
дослідниками при введенні сухої біомаси спіруліни в дозі 5 %
від маси раціону. В дослідах Росса й ін. (Ross E., Domini W. аnd
al., 1990) півникам породи легорн включали до раціону суху
масу спіруліни у кількості 5, 10, 15 і 20 % до маси раціону. Вста
новлено сповільнення інтенсивності росту птиці на раціонах,
які містили 10–20 % спіруліни, тоді як 5 % давало позитивний
результат.
Введення спіруліни в раціон курей забезпечувало більш ін
тенсивне забарвлення яєчного жовтка пігментами спіруліни, що
дозволило уникнути використання дорогих хімічно синтезова
них сполук (Альбер Сассон, 1987).
Розділ24.Біотехнолоіяотриманнябіомасиоднолітинноїводоростіспір"ліни
575
Таблиця 24.6.
Вміст макроA та мікроелементів у сухій біомасі спіруліни
Мароелементи
Міститься,/
с"хоїбіомаси
Міроелементи
Міститься,м/
с"хоїбіомаси
Калій
12–15
Залізо
500–600
Фосфор
7–9
Маранець
150–200
Хлор
3–4
Мідь
100–120
Маній
1,2–1,8
Цин
30–40
Кальцій
0,8–1,2
Молібден
10–20
Сіра
0,6–0,8
Кобальт
0,3–0,5
Натрій
0,3–0,4
Йод
0,2–0,3
В Україні в Інституті кормів УААН та в умовах промисло
вого свинокомплексу АТ «Русь» Золотоніського району
Черкаської області були проведені досліди щодо з’ясування
ефективності використання біомаси спіруліни свиням (Кир’яA
ченко С.П., Прокопенко Л.С., 1994, 1997).
Установлено, що введення в раціони відлучених у місячно
му віці поросят пастоподібної біомаси спіруліни в кількості
1–2 г на голову на добу підвищує середньодобові прирости жи
вої маси на 8–50 % залежно від пори року. Спостереження пока
зали, що при згодовуванні поросятам спіруліни повністю вдало
ся запобігти виникненню шлунковокишкових захворювань,
стимулювалось прискорення активації ферментативних проце
сів у шлунку і кишечнику, збуджувався апетит поросят до пої
дання кормів, в першу чергу рослинних. Як наслідок, краще збе
реження поголів’я молодняка на 10–14 %. Згодовування пасти
спіруліни супоросним та підсисним свиноматкам у дозі від 2 до
20 г на голову на добу сприяє підвищенню їх резистентності та
стійкості до стресів.
Автори вважають, що біологічна доцільність виробництва
біомаси спіруліни на корм сільськогосподарським тваринам
обумовлена позитивним впливом спіруліни на загальну та про
теїнову поживність раціонів, покращенням процесів обміну ре
човин та підвищенням резистентності тварин.
Одним із напрямів використання біомаси спіруліни є за
стосування її в аквакультурі: каротиноїди та фікоціаніни впли
вають на яскравість забарвлення лосося, форелі та ракоподіб
них, підвищуючи насиченість забарвлення спини та боків.
Жирні кислоти з довгим ланцюгом позитивно впливають на
продуктивність риби (Вorowtzka L. J. аnd al., 1990).
Згодовування біомаси спіруліни смугастим щукам в кілько
сті 5–10 % від загальної маси раціону вплинуло на забарвлення
шкіри – спина риб стала веселковозеленуватосірою, а тулуб з
характерною жовтою смужкою. Риби, які отримували замість
спіруліни морожену рибу, мали тьмяне забарвлення.
В Японії при годівлі спіруліною декоративного коропа він
набуває дуже гарного кольору завдяки пігментам ціанобактерії.
Аналізуючи харчові та кормові властивості спіруліни, дос
лідники виділили декілька факторів, які надають їй переваги
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
576
над іншими кормами рослинного походження: це вміст білка в
сухій речовині, амінокислотний склад білка, концентрація не
насичених жирних кислот у складі ліпідів біомаси та вітамінний
склад.
Поряд з використанням біомаси спіруліни як кормового за
собу та харчової добавки вона застосовується як сировина для
отримання синьозелених пігментів – антоціаніну, фікоціаніну.
В Японії синій барвник застосовується для забарвлення жу
вальних гумок, безалкогольних напоїв тощо. Фруктові соки, за
барвлені фікоціаніном у зелений колір, не втрачають його на
віть в умовах зберігання протягом року.
Встановлено, що в умовах культивування спіруліни в різ
них середовищах продукти життєдіяльності цієї водорості згуб
но діють на деякі види бактерій. Наприклад, якщо вводили в
культуру спіруліни бациллус субтіліс і стафілококус ауреус, во
ни зникали уже через 24 години, а розвиток дріжджів сповіль
нювався і клітини не виявляли здатності до брунькування.
Спіруліна використовується також у гуманній медицині як
профілактичний та лікувальний засіб.
24.5. ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОЩУВАННЯ СПІРУЛІНИ ДЛЯ
ВИКОРИСТАННЯ В ГОДІВЛІ ТВАРИН
В Україні в 1989–1990 рр. в умовах радгоспу «Росія» була
розроблена установка для промислового культивування S. pla
tensis для використання в годівлі тварин (рис. 24.1).
До складу комплекту обладнання входять багатоповерхові
секційні батареї неглибоких ванн або лотків, обладнаних систе
мою активного перемішування середовища. В них протягом
восьмидобового робочого циклу підтримується життєдіяль
ність спіруліни. Лотки мають робочу поверхню площею 3,5 м
2
з
загальним об’ємом 600 л, а в робочому стані кількість рідини в
лотках становить 400–500 л. При цій кількості глибина культи
вованого шару становить 15–17 см.
Під час культивування спіруліни використовували міне
ральне середовище Заррука (табл. 24.7).
Розділ24.Біотехнолоіяотриманнябіомасиоднолітинноїводоростіспір"ліни
577
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
578
Рис. 24.1. Схема установки для вирощування спіруліни (за Кир'яченко С.П., 1994):
1....6 — багатоярусна батарея лотків для розмноження та накопичення біомаси спіруліни; 7 — ємність для маточної куль
тури та тимчасового зберігання готового продукту перед сепаруванням; 8 — сепаратор; 9 — помпа; 10 — ємність для
приготування та зберігання запасу живильного середовища; 11 — привід системи управління перемішуванням суспензії в
лотках; 12 — система освітлення.
