Algakultura - Algaculture

Algakultura je forma akvakultury zahrnující chov druhů řas .

Většina řas, které jsou záměrně pěstovány, spadá do kategorie mikrořas (označovaných také jako fytoplankton , mikrofyty nebo planktonické řasy ). Makrořasy , běžně známé jako mořské řasy , mají také mnoho komerčních a průmyslových využití, ale vzhledem ke své velikosti a specifickým požadavkům prostředí, ve kterém potřebují růst, se k pěstování nehodí tak snadno (to se však může změnit s příchodem novějších kultivátorů mořských řas, což jsou v podstatě pračky řas využívající v malých nádobách proudící vzduchové bubliny).

Komerční a průmyslové pěstování řas má mnoho využití, včetně výroby potravinářských přísad, jako jsou omega-3 mastné kyseliny nebo přírodní potravinářská barviva a barviva , potraviny , hnojiva , bioplasty , chemické suroviny (suroviny), léčiva a palivo z řas , a také mohou použít jako prostředek ke kontrole znečištění .

Celosvětová produkce chovaných vodních rostlin, které v drtivé většině dominují mořské řasy, vzrostla v objemu produkce z 13,5 milionu tun v roce 1995 na něco přes 30 milionů tun v roce 2016.

Pěstování, sklizeň a zpracování řas

Monokultura

Většina pěstitelů dává přednost monokulturní produkci a pro zachování čistoty svých kultur se hodně snaží. Mikrobiologické kontaminanty jsou však stále předmětem vyšetřování.

U smíšených kultur časem začne dominovat jeden druh, a pokud se má za to, že nedominantní druh má zvláštní hodnotu, je nutné k pěstování tohoto druhu získat čisté kultury. Jednotlivé druhy kultur jsou také velmi potřebné pro výzkumné účely.

Běžnou metodou získávání čistých kultur je sériové ředění . Kultivátory zředí buď divoký vzorek nebo laboratorní vzorek obsahující požadované řasy filtrovanou vodou a zavede malé alikvoty (míry tohoto roztoku) do velkého počtu malých pěstitelských nádob. Ředění následuje po mikroskopickém vyšetření zdrojové kultury, které předpovídá, že několik rostoucích nádob obsahuje jednu buňku požadovaného druhu. Po vhodném období na lehkém stole kultivující znovu použijí mikroskop k identifikaci nádob ke spuštění větších kultur.

Dalším přístupem je použití speciálního média, které vylučuje jiné organismy, včetně invazivních řas. Například Dunaliella je běžně pěstovaný rod mikrořas, který vzkvétá v extrémně slané vodě, kterou málokterý jiný organismus snáší.

Alternativně mohou na larvy měkkýšů dobře fungovat smíšené kultury řas . Kultivátor nejprve filtruje mořskou vodu, aby odstranil řasy, které jsou příliš velké na to, aby je larvy mohly sníst. Kultivátor dále přidá živiny a případně provzdušní výsledek. Po jednom nebo dvou dnech ve skleníku nebo venku je výsledná řídká polévka z rozmixovaných řas připravena pro larvy. Výhodou této metody je nízká údržba.

Pěstování řas

Viz také: Kultivátor mořských řas a Kultura mikrořas v líhních
Řas se používá ke kultuře solanky krevety , které produkují spící vejce (na obrázku). Vejce je pak možné na požádání líhnout a krmit kultivovanými rybími larvami a korýši.

Voda, oxid uhličitý , minerály a světlo jsou důležitými faktory při pěstování a různé řasy mají různé požadavky. Základní reakcí pro růst řas ve vodě je oxid uhličitý + světelná energie + voda = glukóza + kyslík + voda. Toto se nazývá autotrofní růst. Je také možné pěstovat určité druhy řas bez světla, tyto druhy řas konzumují cukry (například glukózu). Toto je známé jako heterotrofní růst.

Teplota

Voda musí mít teplotní rozsah, který bude podporovat pěstování konkrétních druhů řas, většinou mezi 15 ° C a 35 ° C.

Světlo a míchání

V typickém systému pěstování řas, jako je otevřený rybník, světlo proniká pouze horními 3 až 4 palce (76–102 mm) vody, i když to závisí na hustotě řas. Jak řasy rostou a množí se, kultura se stává tak hustou, že brání světlu dosáhnout hlouběji do vody. Přímé sluneční světlo je příliš silné pro většinu řas, které lze použít jen asi 1 / 10 množství světla, které dostávají před přímým slunečním světlem; vystavení kultury řas přímému slunečnímu světlu (spíše než její zastínění) je často nejlepším způsobem silného růstu, protože řasy pod povrchem mohou využít více méně intenzivního světla vytvářeného ze stínu řas výše.

Chcete -li použít hlubší rybníky, pěstitelé míchají vodu a obíhají řasy, aby nezůstala na povrchu. Kolesa mohou míchat vodu a stlačený vzduch přicházející ze dna zvedá řasy ze spodních oblastí. Míchání také pomáhá předcházet nadměrnému vystavení slunci.

Dalším způsobem dodávání světla je umístění světla do systému. Žhavicí desky vyrobené z plastových nebo skleněných desek umístěné v nádrži nabízejí přesnou kontrolu nad intenzitou světla a distribuují ji rovnoměrněji. Používají se však zřídka kvůli vysokým nákladům.

Zápach a kyslík

Vůně spojená s bažinami , bažinami a jinými stojatými vodami může být způsobena vyčerpáním kyslíku způsobeným rozpadem odumřelých květů řas . V anoxických podmínkách bakterie obývající kultury řas rozkládají organický materiál a produkují sirovodík a čpavek , který způsobuje zápach. Tato hypoxie má často za následek smrt vodních živočichů. V systému, kde jsou řasy záměrně kultivovány, udržovány a sbírány, pravděpodobně nedojde k eutrofizaci ani hypoxii.

Některé živé řasy a bakterie také produkují zapáchající chemikálie, zejména určité sinice (dříve řazené mezi modrozelené řasy), jako je Anabaena . Nejznámější z těchto chemikálií způsobujících zápach jsou MIB ( 2-methylisoborneol ) a geosmin . Vydávají zatuchlý nebo zemitý zápach, který může být docela silný. Případná smrt sinic uvolní další plyn, který je zachycen v buňkách. Tyto chemikálie jsou detekovatelné na velmi nízkých úrovních - v rozmezí částic na miliardu - a jsou zodpovědné za mnoho problémů „chuti a zápachu“ při úpravě a distribuci pitné vody . Sinice mohou také produkovat chemické toxiny, které byly problémem v pitné vodě.

Živiny

Živiny, jako je dusík (N), fosfor (P) a draslík (K), slouží jako hnojivo pro řasy a jsou obecně nezbytné pro růst. Křemík a železo, stejně jako několik stopových prvků, mohou být také považovány za důležité mořské živiny, protože jejich nedostatek může omezit růst nebo produktivitu v dané oblasti. Oxid uhličitý je také nezbytný; pro rychlý růst řas je obvykle zapotřebí přísun CO 2 . Aby mohly řasy růst, musí být tyto prvky rozpuštěny ve vodě v biologicky dostupných formách.

Metody

Chov makroskopických řas

Tato část je výňatkem z chovu mořských řas . [ upravit překlad ]
Podvodní chov eucheumy na Filipínách
Osoba stojí v mělké vodě a sbírá mořské řasy, které vyrostly na laně.
Chovatel mořských řas v Nusa Lembongan (Indonésie) shromažďuje jedlé mořské řasy, které vyrostly na laně.

Chov mořských řas nebo chaluha je pěstování a sklizeň řas . Ve své nejjednodušší formě spočívá ve správě přirozeně nalezených dávek. Ve své nejpokročilejší formě spočívá v plné kontrole životního cyklu řas.

Prvních sedm nejpěstovanějších taxonů mořských řas je Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii , Gracilaria spp. , Saccharina japonica , Undaria pinnatifida , Pyropia spp. A Sargassum fusiforme . Eucheuma a K. alvarezii chovají pro karagenan ( želírující činidlo ); Gracilaria se chová na agaru ; zatímco ostatní jsou chováni pro potravu. Největší země produkující mořské řasy jsou Čína, Indonésie a Filipíny. Mezi další významné producenty patří Jižní Korea, Severní Korea, Japonsko, Malajsie a Zanzibar ( Tanzanie ). Chov mořských řas byl často vyvíjen jako alternativa ke zlepšení hospodářských podmínek a snížení tlaku na rybolov a nadměrně využívaného rybolovu.

Celosvětová produkce chovaných vodních rostlin, které v drtivé většině dominují mořské řasy, vzrostla v objemu produkce z 13,5 milionu tun v roce 1995 na něco přes 30 milionů tun v roce 2016. V roce 2014 tvořily mořské řasy 27% veškeré mořské akvakultury . Chov mořských řas je plodina negativní na uhlík s vysokým potenciálem pro zmírňování změny klimatu . Zvláštní zpráva IPCC o oceánu a kryosféře v měnícím se klimatu doporučuje jako zmírňující taktiku „další pozornost výzkumu“.

Otevřené rybníky

Dráhový rybník slouží k pěstování mikrořas. Voda je udržována v neustálém pohybu pomocí poháněného lopatkového kola .

Rybníky a jezera typu závodní dráhy jsou otevřené živlům. Otevřené rybníky jsou vysoce citlivé na kontaminaci jinými mikroorganismy, jako jsou jiné druhy řas nebo bakterie. Kultivující tedy obvykle volí uzavřené systémy pro monokultury. Otevřené systémy také nenabízejí kontrolu nad teplotou a osvětlením. Vegetační období je do značné míry závislé na umístění a kromě tropických oblastí je omezeno na teplejší měsíce.

Otevřené rybniční systémy jsou levnější na výstavbu, minimálně vyžadují pouze příkop nebo rybník. Velké rybníky mají největší produkční kapacitu ve srovnání s jinými systémy srovnatelných nákladů. Pěstování otevřeného rybníka může také využívat neobvyklé podmínky, které vyhovují pouze konkrétním řasám. Například Dunaliella salina roste v extrémně slané vodě; tato neobvyklá média vylučují jiné druhy organismů, což umožňuje růst čistých kultur v otevřených rybnících. Otevřená kultura může také fungovat, pokud existuje systém odběru pouze požadovaných řas, nebo pokud jsou rybníky často znovu naočkovány, než se invazivní organismy mohou výrazně množit. Tento druhý přístup často používají zemědělci Chlorelly , protože podmínky růstu pro Chlorellu nevylučují konkurenční řasy.

Dřívější přístup lze použít v případě některých řetězových rozsivek, protože je lze filtrovat z proudu vody protékající odtokovou trubkou . Přes odtokovou trubku je přivázán „ povlak na polštář “ z jemné síťoviny, který umožňuje úniku jiných řas. Řetězcové rozsivky jsou drženy v pytli a krmí larvy krevet (ve východních líhních ) a naočkují nové nádrže nebo rybníky.

Uzavřením jezírka průhlednou nebo průsvitnou bariérou se z něj efektivně stane skleník. To řeší mnoho problémů spojených s otevřeným systémem. Umožňuje pěstování více druhů, umožňuje pěstování druhů, které se pěstují, a zároveň prodlužuje vegetační období - pokud se zahřívá, může rybník produkovat po celý rok. K odstraňování olova pomocí živých Spirulina (Arthospira) sp . Byly použity otevřené rybníky .

Fotobioreaktory

Řasy lze pěstovat také ve fotobioreaktoru (PBR). PBR je bioreaktor, který obsahuje světelný zdroj. Prakticky jakýkoli průsvitný kontejner by se dal nazvat PBR; termín je však běžněji používán k definování uzavřeného systému, na rozdíl od otevřené nádrže nebo rybníka.

Protože jsou systémy PBR uzavřené, musí kultivátor poskytovat všechny živiny, včetně CO
2.

PBR může pracovat v „ dávkovém režimu“, který zahrnuje doplnění reaktoru po každé sklizni, ale je také možné kontinuálně růst a sklízet. Nepřetržitý provoz vyžaduje přesné ovládání všech prvků, aby se zabránilo okamžitému kolapsu. Pěstitel poskytuje sterilizovanou vodu, živiny, vzduch a oxid uhličitý ve správných dávkách. To umožňuje, aby reaktor fungoval po dlouhou dobu. Výhodou je, že řasy, které rostou v „ log fázi “, mají obecně vyšší obsah živin než staré „ senescentní “ řasy. Kultura řas je pěstování řas v rybnících nebo jiných zdrojích. K maximální produktivitě dochází, když se „směnný kurz“ (čas na výměnu jednoho objemu kapaliny) rovná „času zdvojnásobení“ (v hmotnosti nebo objemu) řas.

PBR mohou držet kulturu v suspenzi, nebo mohou poskytnout substrát, na kterém kultura může vytvořit biofilm. PBR na bázi biofilmu mají tu výhodu, že mohou produkovat mnohem vyšší výtěžky pro daný objem vody, ale mohou trpět problémy s buňkami oddělujícími se od substrátu v důsledku toku vody potřebné k transportu plynů a živin do kultury.

Mezi různé typy suspendovaných kultur PBR patří:

Biofilmové PBR zahrnují PBR s baleným ložem a porézní substrát. Balené postele PBR mohou mít různé tvary, včetně ploché desky nebo trubkovité. V porézních substrátových bioreaktorech (PSBR) je biofilm vystaven přímo vzduchu a přijímá vodu a živiny kapilárním působením přes samotný substrát. Tím se zabrání problémům se suspendováním buněk, protože přes povrch biofilmu neproudí voda. Kultura by se mohla kontaminovat vzdušnými organismy, ale obrana proti jiným organismům je jednou z funkcí biofilmu.

Sklizeň

Řasy lze sklízet pomocí mikrosítí, odstřeďováním , vločkováním a pěnivou flotací .

Přerušení dodávky oxidu uhličitého může způsobit, že se řasy samy vyvločkují, což se nazývá „autoflokulace“.

"Chitosan", komerční flokulant, běžně používaný k čištění vody, je mnohem dražší. Práškové skořápky korýšů se zpracovávají za získání chitinu , polysacharidu nacházejícího se ve skořápkách, ze kterého je chitosan odvozen deacetylací. Voda, která je více brakická nebo fyziologický roztok, vyžaduje větší množství vločkovače. Flokulace je pro velké operace často příliš drahá.

Kamenec a chlorid železitý jsou další chemické vločkovače.

Při flotaci pěny kultivátor provzdušňuje vodu do pěny a poté sbírá řasy shora.

Ultrazvuk a další metody sklizně jsou v současné době ve vývoji.

Těžba ropy

Hlavní článek: Palivo pro řasy

Řasové oleje mají různé komerční a průmyslové využití a jsou extrahovány různými způsoby. Odhady nákladů na extrakci oleje z mikrořas se liší, ale pravděpodobně budou přibližně třikrát vyšší než při těžbě palmového oleje .

Fyzická extrakce

V prvním kroku extrakce musí být olej oddělen od zbytku řas. Nejjednodušší metodou je mechanické drcení . Když si řasy usuší, zachová si svůj obsah oleje, který pak lze „vytlačit“ lisem na olej . Různé kmeny řas zaručují různé způsoby lisování oleje, včetně použití šroubu, expeleru a pístu. Mnoho komerčních výrobců rostlinných olejů používá při extrakci oleje kombinaci mechanického lisování a chemických rozpouštědel. Toto použití je často přijímáno také pro těžbu oleje z řas.

Osmotický šok je náhlé snížení osmotického tlaku , což může způsobit prasknutí buněk v roztoku. Osmotický šok se někdy používá k uvolnění buněčných složek, jako je olej.

Ultrazvuková extrakce, odvětví sonochemie , může výrazně urychlit extrakční procesy. Pomocí ultrazvukového reaktoru se ultrazvukové vlny používají k vytváření kavitačních bublin v rozpouštědlovém materiálu. Když se tyto bubliny zhroutí poblíž buněčných stěn, výsledné rázové vlny a proudy kapaliny způsobí, že se stěny těchto buněk rozbijí a uvolní jejich obsah do rozpouštědla. Ultrazvuk může zlepšit základní enzymatickou extrakci.

Chemická extrakce

Při extrakci olejů se často používají chemická rozpouštědla . Nevýhodou používání rozpouštědel k těžbě ropy jsou nebezpečí spojená s prací s chemikáliemi. Je třeba dbát na to, aby nedošlo k expozici parám a styku s pokožkou, které mohou způsobit vážné poškození zdraví. Chemická rozpouštědla také představují nebezpečí výbuchu.

Běžnou volbou chemického rozpouštědla je hexan , který je široce používán v potravinářském průmyslu a je relativně levný. Benzen a ether mohou také oddělovat olej. Benzen je klasifikován jako karcinogen .

Další metodou extrakce chemickým rozpouštědlem je Soxhletova extrakce. Při této metodě se oleje z řas extrahují opakovaným promýváním nebo perkolací organickým rozpouštědlem, jako je hexan nebo petrolether , pod zpětným chladičem ve speciálním skleněném nádobí. Hodnota této techniky je, že rozpouštědlo je znovu použito pro každý cyklus.

Enzymatická extrakce využívá enzymy k degradaci buněčných stěn vodou působící jako rozpouštědlo. Díky tomu je frakcionace oleje mnohem jednodušší. Náklady na tento extrakční proces se odhadují na mnohem vyšší než na extrakci hexanem.

Superkritický CO 2 lze také použít jako rozpouštědlo. Při této metodě se CO 2 zkapalňuje pod tlakem a zahřívá se natolik, že se stává superkritickým (má vlastnosti kapaliny i plynu), což mu umožňuje působit jako rozpouštědlo.

Stále se vyvíjejí další metody, včetně těch, které extrahují specifické druhy olejů, jako jsou metody s vysokou produkcí vysoce nenasycených mastných kyselin s dlouhým řetězcem.

Sbírky řasové kultury

Specifické kmeny řas lze získat ze sbírek kultur řas, přičemž u Světové federace kulturních sbírek je registrováno více než 500 kulturních sbírek.

Použití řas

Dulse je jednou z mnoha jedlých řas.

Jídlo

Několik druhů řas je chováno jako potrava.

  • Purpurová lavice ( Porphyra ) je možná nejrozšířenější mořskou řasou. V Asii se používá v nori ( Japonsko ) a gim ( Korea ). Ve Walesu , to je použito v laverbread , tradiční jídla a v Irsku se shromažďují a vyrobený do želé podle dušení nebo vařením . Příprava může také zahrnovat smažení nebo zahřátí listů s trochou vody a šlehání vidličkou, aby se vytvořilo narůžovělé želé. Sklizeň probíhá také podél západního pobřeží Severní Ameriky a na Havaji a na Novém Zélandu .
  • Dulse ( Palmaria palmata ) je červený druh prodávaný v Irsku a Kanadě v Atlantiku . Konzumuje se syrový, čerstvý, sušený nebo vařený jako špenát .
  • Spirulina ( Arthrospira platensis ) je modrozelená mikrořasa s dlouhou historií jako zdroj potravy ve východní Africe a předkoloniálním Mexiku. Spirulina má vysoký obsah bílkovin a dalších živin, nachází uplatnění jako doplněk stravy a při podvýživě. Spirulině se daří v otevřených systémech a komerční pěstitelé ji shledali vhodnou pro pěstování. Jedním z největších výrobních závodů je Lake Texcoco ve středním Mexiku. Rostliny produkují různé živiny a velké množství bílkovin . Spirulina se často komerčně používá jako doplněk výživy.
  • Chlorella , další populární mikrořasa, má podobnou výživu jako spirulina. Chlorella je v Japonsku velmi oblíbená. Používá se také jako výživový doplněk s možnými účinky na rychlost metabolismu.
  • Irský mech ( Chondrus crispus ), často zaměňovaný s Mastocarpus stellatus , je zdrojem karagenanu , který se používá jako ztužující prostředek v instantních pudingech, omáčkách a mléčných výrobcích, jako je zmrzlina. Irský mech používají pivovarníci také jako čisticí prostředek.
  • Mořský salát ( Ulva lactuca ), se používá ve Skotsku , kde se přidává do polévek a salátů.
  • Dabberlocks nebo badderlocks (Alaria esculenta ) se konzumují buď čerstvé, nebo vařené v Grónsku , na Islandu , ve Skotsku a v Irsku.
  • Aphanizomenon flos-aquae je sinice podobná spirulině, která se používá jako doplněk výživy.
  • Extrakty a oleje z řas se také používají jako přísady v různých potravinářských výrobcích. Rostliny také produkují mastné kyseliny Omega-3 a Omega-6 , které se běžně vyskytují v rybích olejích a u nichž byl prokázán pozitivní zdravotní přínos.
  • Druhy Sargassum jsou důležitou skupinou mořských řas. Tyto řasy mají mnoho phlorotanninů .
  • Cochayuyo ( Durvillaea antarctica ) se konzumuje v salátech a ceviche v Peru a Chile.
  • Mikrořasy i makrořasy se používají k výrobě agaru (viz níže), který se používá jako želírující činidlo v potravinách.

Laboratorní manipulace

Australští vědci na Flindersově univerzitě v Adelaide experimentovali s využitím mořských mikrořas k produkci bílkovin pro lidskou spotřebu a vytvářeli produkty jako „ kaviár “, veganské hamburgery, falešné maso , džemy a další pomazánky z potravin . Manipulací řas v laboratoři je protein a dalších živin by se mohla zvýšit obsah a chutí změnil tak, aby byly chutnější. Tyto potraviny zanechávají mnohem lehčí uhlíkovou stopu než jiné formy bílkovin, protože mikrořasy spíše absorbují, než produkují oxid uhličitý , který přispívá ke skleníkovým plynům .

Hnojivo a agar

Po staletí se mořské řasy používají jako hnojivo . Je také vynikajícím zdrojem draslíku pro výrobu potaše a dusičnanu draselného . Také některé mikrořasy lze použít takto.

K výrobě agaru se používají mikrořasy i makrořasy .

Kontrola znečištění

S obavou z globálního oteplování se hledají nové metody pro důkladné a účinné zachycování CO 2 . Oxid uhličitý, který vyrábí zařízení na spalování uhlí a paliva, se může přivádět do otevřených nebo uzavřených systémů řas, fixovat CO 2 a urychlovat růst řas. Neupravená odpadní voda může dodat další živiny, a tak ze dvou znečišťujících látek udělat cenné komodity.

Pěstování řas je předmětem studia sekvestrace uranu/plutonia a odtoku čisticího hnojiva.

Výroba energie

Podniky, akademická sféra a vlády zkoumají možnosti využití řas k výrobě benzínu, bionafty, bioplynu a dalších paliv. Řasy samotné mohou být použity jako biopalivo a navíc mohou být použity k výrobě vodíku. Viz Palivo pro řasy .

Jiné použití

Chlorella , zejména transgenní kmen, který nese extra gen rtuť reduktázy , byl zkoumán jako prostředek pro sanaci životního prostředí díky své schopnosti snižovat Hg2+
 na méně toxickou elementární rtuť.

Pěstované řasy slouží mnoha dalším účelům, včetně kosmetiky, krmiv pro zvířata, výroby bioplastů, výroby barviv a barviv, výroby chemických surovin a farmaceutických přísad.

Viz také

Prameny

Definice loga bezplatné kulturní práce notext.svg Tento článek obsahuje text z bezplatného obsahu . Licencováno pod CC BY-SA 3.0 IGO Licenční prohlášení/povolení na Wikimedia Commons . Text převzat z Stručně řečeno, Stav světového rybolovu a akvakultury, 2018 , FAO, FAO. Chcete-li se dozvědět, jak přidat otevřený licenční text do článků Wikipedie, podívejte se na tuto stránku s návodem . Informace o opětovném použití textu z Wikipedie naleznete v podmínkách použití .

Reference

externí odkazy