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 км² 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 м² 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/см²) 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.