Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1. Биологическая характеристика цианобактерий 11
1.2. Химический состав цианобактерий 16
1.3. Экология цианобактерий 25
1.4. Использование цианобактерий 31
1.5. Промышленное культивирование микроводорослей 33
Глава 2. Материалы и методы исследований 44
Глава 3. Материалы и объекты исследований 50
3.1. Характеристика поверхностных термопроявлений 50
3.2. Объекты исследований - альгобактериальные сообщества поверхностных термопроявлений Камчатки 67
3.3. Накопление биомассы цианобактерий 107
3.4. Химический состав цианобактерий 112
Глава 4. Получение биомассы цианобактерий для биотехнологических целей 118
Основные положения и выводы 128
Литература 129
Приложение 149
- Химический состав цианобактерий
- Промышленное культивирование микроводорослей
- Объекты исследований - альгобактериальные сообщества поверхностных термопроявлений Камчатки
- Накопление биомассы цианобактерий
Введение к работе
Актуальность работы
Успехи в развитии науки и техники обусловили в последние годы более углубленное изучение во всем мире сырьевых, в том числе водных, биоресурсов. Еще не так давно биоресурсы водного происхождения рассматривались только как сырье для производства традиционных видов пищевой, кормовой и технической продукции. Результаты исследования их состава показали, что они являются источниками разнообразных биологически активных веществ, которые могут использоваться для производства фармацевтической, косметической продукции, стимуляторов продуктивности сельскохозяйственных животных и растений.
Дефицит белка в питании - глобальная проблема человечества. Недостаток и неполноценность белка приводит к появлению различных заболеваний, снижению работоспособности. Потребности в белке не могут быть решены на базе традиционных ресурсов растениеводства и животноводства из-за ограниченности посевных площадей, климатических особенностей. Альтернативным источником белка является промышленный биосинтез белка одноклеточных организмов.
Ценным сырьем для получения биологически активных веществ являются синезеленые водоросли (цианобактерии) - одноклеточные доядерные организмы. В клетках цианобактерии содержание белка может достигать 70-75% органической части. Таким образом, цианобактерии могут служить сырьем для получения белка.
Перспективно использование цианобактерии горячих источников, так как их приспособленность к активной жизни при высокой температуре основана на своеобразии физико-химических, структурных и функциональных свойств всех компонентов клетки. Следовательно, цианобактерии могут являться также
4 сырьем для производства широкого спектра биологически активных добавок.
Накопленный к настоящему времени материал, касающийся термофильных цианобактерии (Логинова и др., 1966; Головачева, 1984; Логинова, 1986; Nold et al, 1996; Ferris et al., 1996; Ward et al, 1998; Yamamoto et ai, 1998; Bonch-Osmolovskaya et al., 1999; Satoh et al.t 1999; Кузякина, 2000, 2003,2004), свидетельствует об уникальности этих представителей альгобактериальных сообществ гидротерм.
На Камчатке первые сборы и описания термофильных цианобактерии были проведены А.А. Еленкиным в 1914 г. В 1955 г. исследования были продолжены СИ. Кузнецовым, а в последующие годы - Г.А. Заварзиньш, М.В. Ивановым, Л.М. Герасименко и другими. Однако основным направлением этих исследований являлось изучение морфологии и биологии развития цианобактерии гидротерм Камчатки. Необходимо изучение возможностей их практического применения.
Промышленное культивирование микроводорослей с целью получения биологически активных веществ осуществляется в настоящее время во многих странах. Основным объектом культивирования являются цианобактерии рода Spirulina (Сассон, 1987), обитающие в естественных условиях в Африке и Мексике. Актуально использование в качестве объектов культивирования видов, обитающих на территории нашей страны.
Цель и задачи исследований
Цель работы - определение перспектив использования термофильных цианобактерии гидротерм Камчатки в биотехнологии. Для достижения цели были поставлены задачи:
Определить таксономический состав и выделить доминирующие виды термофильных цианобактерии (синезеленых водорослей) из альгобактериальных сообществ различных горячих источников Камчатки.
Определить перспективные виды цианобактерии для культивирования.
5
- 3. Определить перспективные гидротермы с целью культивирования
и получения биомассы для биотехнологического использования.
4. Определить тип реактора и разработать технологию культивирования
при использовании термальных вод.
Научная новизна
Составлены видовые списки представителей альгобактериальных сообществ изученных гидротерм и выделены доминирующие представители сообществ.
Определен качественный состав альгобактериальных сообществ группы горячих источников центральной, восточной и южной Камчатки.
Произведена оценка перспективности различных видов термофильных цианобактерий гидротерм Камчатки для биотехнологического использования.
Разработана принципиальная технология культивирования цианобактерий при использовании термальных вод.
Практическая значимость
(Ф Результаты исследований альгобактериальных сообществ гидротерм мо-
гут быть использованы для изучения биоразнообразия термофильных микроорганизмов, для создания коллекции, а также для их биотехнологического использования.
Результаты исследований применимы для промышленного культивирования термофильных цианобактерий в биотехнологических целях при использовании термальных вод.
Апробация работы
Основные положения диссертации были представлены: - на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского
*
состава и аспирантов Камчатского государственного технического университета (1995, 1997, 2001,2002,2004,2005 гг.);
- на заседаниях ученого совета НИГТЦ ДВО РАН (1995,2004 гг.);
- на заседании Камчатского отделения Русского ботанического общества
(г. Петропавловск-Камчатский, 1999 г.);
- на международной научно-практической конференции «Рыбохозяйственное
образование Камчатки в 21 веке» (г. Петропавловск-Камчатский, 2002 г.);
- на межвузовской научной конференции «Растительный мир Камчатки»
(г. Петропавловск-Камчатский, 2004 г.);
- на семинаре с учеными Национального центра научных исследований Фран
ции (Centre National de la Recherche Scientifique France) (г. Петропавловск-
Камчатский, 2004 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 13 работ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных положений и выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 151 странице, содержит 29 таблиц, иллюстрирована 36 рисунками. Список литературы включает 201 наименование, в том числе 47 - на иностранных языках.
Работа выполнена согласно госбюджетной научно-исследовательской работы Камчатского государственного технического университета: 01.2.00 402838 «Технология глубокой переработки и рациональное использование микро- и макроводорослей Камчатки», раздел 2 «Получение биологически активных веществ из биомассы альгобактериальных сообществ гидротерм Камчатки» и теме НИР Научно-исследовательского геотехнологического центра ДВО РАН 2.29.2.1, 2.29.4.1, 3.1.14.8 «Биотехнологические научно-исследовательские работы на геотермальных месторождениях Камчатки и Курильских островов с целью выделения и сохранения биоразнообразия в термофильных сообществах;
7
^ использования микроорганизмов-термофилов для разработки и получения про-
дуктов технологического назначения».
Основные исследования выполнены в лаборатории биогеохимии и экологии Научно-исследовательского геотехнологического центра ДВО РАН (НИГТЦ ДВО РАН) и в научно-исследовательской лаборатории Камчатского государственного технического университета (КамчатГТУ) под руководством доктора биологических наук Т.И. Кузякиной.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному
«с руководителю д.б.н. Т.И. Кузякиной за помощь и внимание, оказанные при вы-
полнении настоящей работы. За ценные рекомендации и консультации выражаю благодарность к.т.н. Т.П. Беловой, д.т.н. А.С. Латкину, к.б.н, Е.В. Лепской. За помощь в сборе проб благодарю сотрудника НИГТЦ ДВО РАН А.В. Шуни-на, д.с.-х.н. В.Н. Зеленкова, сотрудника КФ ТИГ ДВО РАН В.Е. Кириченко. За помощь в проектировании и создании пилотной установки для культивирования цианобактерий искренне благодарю Н.И, Уткина и Н.В. Краснова. Особая благодарность за ценные советы ректору КамчатГТУ д.т.н. В.Д. Богданову, за моральную поддержку - к.т.н. В.Н. Дегтяреву, декану технологического факультета КамчатГТУ.
Химический состав цианобактерий
Общее количество углеводов в цианобактериях может достигать в отдельных случаях 70%, т.е. столько же, сколько в красных и бурых водорослях. Обычно же оно меньше. Так, у Aphanizomenon flos-aquae и Anabaena flos-aquae, собранных в период «цветения» Куйбышевского и Рыбинского водохранилищ, углеводов было, соответственно, 6,6 и 11,5% органической части водорослей (Пахомова, 1964). У Aph. flos-aquae и Microcystis aeruginosa, собранных в Цимлянском водохранилище, содержание углеводов равнялось, соответственно, 40,3 и 52,2% сухого вещества (Виноградова, 1965).
Из моносахаридов в цианобактериях присутствуют глюкоза, галактоза, фруктоза, ксилоза, рамноза. Из дисахаридов встречается трегалоза, отмеченная также лишь у грибов и красных водорослей. У Rivularia bullata содержание трегалозы достигало 550 мг%. Обнаружено также 20 мг% сахарозы, а также фруктозиды. Полисахариды цианобактерий исследованы недостаточно. Некоторые исследователи считают, что основным полисахаридом цианобактерий являются слизеподобные полиозы. Штаммы цианобактерий рода Synechococcus, выделенные из циано-бактериальных матов горячих источников Иеллоустонского национального парка, был и исследованы с помощью меток (С02)-С14, внедренных в молекулярные компоненты. В течение периодов освещения водоросли накопили полисахариды до 77-85% от общего количества углеводов (Nold, Ward, 1996). Кроме слизеподобных полиоз и «крахмала» (слизеподобного полисахарида, имеющего функцию запасного вещества) изредка находят вещество, реагирующее как целлюлоза при окраске йодом и серной кислотой. С помощью электронного микроскопа в оболочках были обнаружены фибриллы целлюло-зоподобного вещества. Но, например, в OsciUatoria splendida целлюлоза не была найдена (Барашков, 1972). Азотсодержащие вещества. Количество азотсодержащих веществ у цианобактерий довольно велико. Общее содержание азота в Anabaena cylindrica достигало 6,51% сухого вещества, белка - около 35%. У Anabaena variabilis и Anabaena oscillarioides содержание белков колебалось от 23,7 до 40% сухого вещества (Ратушна и др., 1967). Такие же величины получены для культур Masigocladus laminosus, Nostoc muscorum, Phormidium uncinatum (Ржанова, 1968). У Aphanisomenon Jlos-aquae и Anabaena flos-aquae белка, соответственно, 82,6 и 57,9% органической части (Пахомова, 1964). Тщательные анализы образцов цианобактерий рода Spirulina, полученных в лабораторных условиях или собранных в природе, которые проводились во Французском институте нефти, а также в Италии, Японии и Мексике, указали на очень высокое - до 65% содержание в них белков (Сассон, 1987). Следует отметить, что белок спирулины является полноценным по аминокислотному составу (Усов, Чижов, 1988). Аминокислотный состав цианобактерий независимо от видовой принадлежности в общем сходен. Белки цианобактерий состоят из обычных аминокислот, но характеризуются высоким содержанием аргинина - до 14% от суммы аминокислот (Барашков, 1972). Из индивидуальных белков в цианобактериях известны билипротеины фикоэритрин и фикоциан, являющиеся дополнительными пигментами. Кроме того, в клетках некоторых водорослей были обнаружены гранулы, состоявшие из запасного билипротеина цианофицина. Нуклеиновые кислоты цианобактерий ло качественному составу не отличаются от нуклеиновых кислот других организмов. Колоночная хроматография показала наличие в цианобактериях ДНК, растворимой РНК и двух фракций (16S и 23S) рибосомной РНК (Santegoeds et al., 1996). Содержание РНК у цианобактерий Mastigocladus laminosus составляет около 0,23% сухого вещества. Содержание в них ДНК - 0,05% (Евреинова и др., 1961). У массовых видов цианобактерий р. Волги содержание РНК достигало 3,56, а ДНК - 3,85% органической части (Пахомова, 1964). Представители некоторых родов цианобактерий {Anabaena, Nostoc, Trichodesmium и др.) фиксируют атмосферный азот. Этому явлению уделялось и уделяется большое внимание (Лебедев, 1947; Штина, 1965; Исакова, Попова, 1970; Вахрушев, 1972; Rychert, Skujina, 1974; Schwabe, 1974; Зайцева, 1979; Mevel, Prieur, 1998). Процесс фиксации азота происходит в гетероцистах, образующихся при недостатке азота. Гетероцисты экспортируют содержащиеся в них азотистые вещества в соседние клетки в обмен на другие питательные вещества (Тейлор и др., 2004). Морские виды рода Trichodesmium фиксируют около четверти всего поглощаемого морем азота (Рейвн и др., 1990).
В водоемах, в которых происходит активное «цветение» цианобактерий, наряду с уменьшением нитратного и аммонийного азота наблюдается рост количества органического азота, главным образом в виде аминокислот, а также в виде амидов и пептидов.
Calothrix scopulorum в среднем выделяет 40% фиксированного азота, Masigocladus laminosus - 16% фиксированного азота (Барашков» 1972), М.Н. Смирнова с соавторами при изучении процесса азотфиксации некоторыми термофильными синезелеными водорослями обнаружили, что альгологически чистая культура Calothrix elenkinii, выделенная из рыбоводного пруда, фиксировала за 50 дней в 100 см3 среды 5,52 мг азота и выделяла 12,5% из этого количества. Стерильная культура за это же время фиксировала 6,82 мг азота, но выделяла только около 7% (Смирнова и др., 1966). По данным Г.Н. Ржановой, при росте культур Mastigocladus laminosus и Nostoc muscorum в среду выделялось, соответственно, 16 и 31% фиксированного азота (Ржанова, 1967). При старении культуры выделение в среду связанного азота падает (Панкратова, 1967), темпы накопления азота снижаются по сравнению с приростом биомассы (Дарканба-ев, Сачкова, 1968).
Промышленное культивирование микроводорослей
Еще не так давно водоросли рассматривались только как сырье для производства традиционных видов пищевой, кормовой и технической продукции. Результаты исследования их состава показали, что они являются источниками разнообразных биологически активных веществ. Многие из этих веществ могут служить ценным сырьем для производства фармацевтической, косметической продукции, стимуляторов продуктивности сельскохозяйственных животных и урожайности сельскохозяйственных культур (Сассон, 1987).
Цианобактерий являются потенциальным источником биологически активных веществ. Так, например, по данным Kreitlow et al. (1999), экстракты из биомассы семи видов синезеленых водорослей, отобранных из Балтийского моря, оказывали антибиотическое действие на грамположительные бактерии Micrococcus flavus, Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. В нашей стране производственное объединение «Конверсия» выпускает витаминно-минеральный комплекс «Фито-сплат», обладающий широким спектром биологической активности, из биомассы Spirulina platensis. Богат спектр косметических средств на основе спирулины, выпускаемых многими отечественными и зарубежными фирмами (кремы, шампуни, лосьоны и т.д.).
Некоторые авторы изучали возможности использования биомассы сине-зеленых водорослей в качестве органического удобрения (Лисовская, 1963; Ка-лантыренко и др., 1967; Метейко, 1969). В тропиках на рисовых полях искусственно разводят цианобактерий рода ЛпаЪаепа с целью обогащения почвы соединениями азота (Яковлев, Челомбитько, 1990). Использование микроорганизмов в качестве пищи имеет древнюю историю. В основном, они имели пищевое значение там, где образовывали крупные колонии или скапливались большими компактными массами. На территории современной Мексики, на оз. Текскоко, на оз. Чад в Африке местное население регулярно употребляло в пищу сине-зеленые галеты, состоящие из одного вида цианобактерий рода Spirulina. В этих галетах было обнаружено высокое содержание белка - до 70% сухой массы (Сассон, 1987).
Тщательные анализы образцов Spirulina spp., полученных в лабораторных условиях или собранных в природе, которые проводились во Французском институте нефти, а также в Италии, Японии и Мексике, показали, что в цианобак-териях рода Spirulina содержится в среднем до 65% белков (Сассон, 1987).
В настоящее время цианобактерий рода Spirulina привлекают внимание специалистов, занимающихся вопросами питания.
В Китае употребляют в пищу цианобактерий Nostoc pruniforme, образующие шаровидные колонии размером до куриного яйца на дне небольших водоемов и по вкусовым качествам причисленные к китайским лакомствам (Бе-кер и др., 1990). В Японии местное население с давних времен употребляет в пищу пласты студенистой массы синезеленых водорослей, скапливающихся на склонах некоторых вулканов.
Применению биомассы цианобактерий для пищевых целей посвятили свои работы многие исследователи (Бычков и др., 1965; Лизько, 1967; Шилов и др., 1967; Покровская и др., 1968; Душейко и др., 1969; Фофанов и др., 1969). Кормовое использование микроводорослей изучалось И.А. Абакумовой с соавторами (Абакумова и др., 1965; 1967).
Благодаря сорбционной способности биомассы цианобактерий предложено использовать ее для получения биосорбентов токсичных компонентов с целью решения экологических задач районов активного вулканизма (Кузяки-на, 2004). К настоящему времени проведены исследования, и предложено ис 33 пользование циано-бактериальных сообществ для биоремедиации загрязненных нефтью и нефтепродуктами вод и почв (Сопрунова, 2005).
С 50-х годов прошлого столетия была существенно развита теория непрерывного культивирования микроорганизмов (Herbert, 1959; Пиневич, Верзилин, 1963 а, б; 1964; Феоктистова, 1965; Кордюм, 1966; Ржетовский, 1968; Августи-нович, 1969; Работнова, Позмогова, 1979; Баснаньян, 1989; Воробьева, 1989).
Промышленное культивирование микроводорослей осуществляется в настоящее время в нескольких странах. Первая опытная фабрика вступила в строй в Мексике на оз. Текскоко, месте традиционного сбора биомассы синезеленой водоросли Spirulina maxima в 1973 г. В Израиле спирулину выращивают на болотах площадью 12000 м2. В Южной Италии построено предприятие, где спи-рулина выращивается на площади 2 га. В Узбекистане в 1979 г. в 400 водоемах выращивались мезофильные и термофильные зеленые водоросли для кормовых целей и в качестве удобрения (Сассон, 1987). Урожай культивируемой в открытых установках хлореллы составлял 30-60 т сухого вещества с гектара в год. В Японии в открытых бассейнах также культивируют различные штаммы зеленой микроводоросли Chlorella (Голлербах, 1977 в). В США выращивают циа-нобактерии на отходах сельскохозяйственного производства (Попова, 1988).
В качестве продуцентов белка одноклеточных микроводорослей применяют цианобактерии родов Spirulina, Synechococcus, Nostoc, Oscillatoria, зеленые водоросли рода Chlorella, Scenedesmus (Ржетовский, 1968; Грачева и др., 1992). В основе процесса получения белка лежит этап культивирования микроводорослей с целью увеличения их биомассы. Выбор режимов культивирования связан, прежде всего, с особенностями метаболизма.
Объекты исследований - альгобактериальные сообщества поверхностных термопроявлений Камчатки
Принцип действия установки следующий: из подогреваемого бачка (1) питательная среда (вода из горячего источника) при температуре 4 5 С с помощью дозирующего клапана (2) подается в рабочую емкость, размеры которой 200x150x30 мм. Рабочая емкость изготовлена из бесцветного прозрачного стекла. Она состоит из корпуса (4) и крышки (3), необходимой для избежания испарения воды. Высота слоя питательной среды 20 мм. В среду введена культура цианобактерий Phormidium ramosum. Рабочая емкость установлена на подогреваемую площадку (6), температура которой поддерживается 45С. В процессе ферментации культура постоянно освещается люминесцентной лампой (10) мощностью 40 Вт. С помощью компрессора (9) питательная среда обогащается углекислым газом. При этом за счет барботирования осуществляется перемешивание суспензии (5). По мере прироста биомассы цианобактерий с помощью сливных вентилей (8) из рабочей емкости выводится часть суспензии, содержащей цианобактерии. Выводимая суспензия попадает на фильтр (7), где биомасса отделяется от жидкой фазы. Скорость отвода суспензии и подачи свежей порции питательной среды регулируется вручную с помощью вентилей (2) и (8). В лабораторных условиях рост культуры наблюдался только при температуре 45С. В природных условиях в Средые-Паратунеких источниках цианобактерии Ph. ramosum активно развиваются при температурах от 45 до 50С.
По принципу действия лабораторной установки разработали пилотную установку комбинированного типа с искусственным освещением и механическим перемешиванием среды. Установка смонтирована на Сред не-Парату неких источниках в пос. Термальный. Температура воды в зоне активного роста цианобактерии 48С, рН 7,5, Химический состав воды термопроявления, используемой в качестве субстрата, приведен в таблице 27.
Принцип действия установки следующий: через патрубок (13) в рабочую емкость установки подается субстрат, в качестве которого используется термальная вода источника, основной химический состав которой приведен в таблице 27. Начальная температура воды 70-75 С. При снижении температуры до 45С в субстрат, глубина слоя которого составляет 10 см, площадь поверхности 1 м2, искусственно вносятся цианобактерий Ph. ramosum, выделенные из естественной среды обитания. В ходе эксперимента посевной материал отбирался под изливом воды при температуре 65С. Исследования видового состава образцов показали наличие здесь практически чистой культуры Ph. ramosum (табл. 13). В процессе ферментации для поддержания равномерности химического состава и температуры среды происходит постоянное перемешивание с помощью мешалки (2) с электродвигателем (8). Частоту вращения мешалки можно изменять с помощью регулятора (10), расположенного на щите управления. Через патрубок (12) среда постоянно обогащается кислородом воздуха путем барботирования, что также обеспечивает дополнительное перемешивание.
Дополнительная подача воздуха в рабочую емкость осуществляется с помощью вентилятора (7), вмонтированного в крышку корпуса (1). Освещение культуры осуществляется четырьмя люминесцентными лампами (6) низкого давления мощностью по 40 Вт, установленными на внутренней стороне крышки корпуса. Мощность освещения можно изменять путем отключения необходимого количества ламп с помощью регулятора освещения (11), расположенного на щите управления. Контроль температуры субстрата осуществляется с помощью термометра (4). С помощью датчика (5) контролируется постоянство температуры субстрата: при понижении температуры на 2-3С автоматически открывается клапан патрубка (3), через который сливается порция субстрата. При этом одновременно открывается клапан (14) патрубка (13), через который в установку подается свежая порция горячей воды. Мешалкой перемешивается субстрат, и достигается равномерность температуры по всему объему. При достижении необходимой температуры 45С клапаны патрубков закрываются, и процесс продолжается до очередного понижения температуры. При таком регулярном поступлении свежих порций субстрата обеспечивается постоянство химического состава питательной среды на протяжении всего процесса ферментации. Это очень важно, так как в процессе метаболизма цианобактерий питательные вещества среды постоянно расходуются.
Цианобактерий образуют плавающие на поверхности субстрата тонкие пленки яркого сине-зеленого цвета. В процессе эксперимента ферментация проводилась при температурах субстрата 45, 50, 55С. Прирастающая биомасса цианобактерий периодически отбиралась. Отбор проводился регулярно для поддержания низкой плотности культуры во избежание ее самозатенения и деструкции. Полученная биомасса промывалась на металлических ситах проточной питьевой водой, соответствующей требованиям СанПиН 2.1.4.1074, и высушивалась горячим (8 5 С) воздухом в сушилке инфракрасного излучения ЭСБИК-1,25/220 «Икар» в течение 25-30 мин до содержания воды 8-10%. Термообработка необходима для разрушения нуклеиновых кислот (Попова, 1988).
Накопление биомассы цианобактерий
Из этих данных видно, что в пилотной установке наиболее активно накопление биомассы Ph. ramosum наблюдается при температуре 45С. При более высокой температуре прирост замедляется. При температуре выше 55 и ниже 45С накопление биомассы не определялось, так как даже обычные визуальные наблюдения показывали, что прирост весьма незначителен. Динамика прироста биомассы цианобактерий Phormidium ramosum в пилотной установке приведена на рисунке 36.
Культивирование цианобактерий в данной установке позволяет использовать в качестве питательной среды термальные воды Средне-Паратунских источников, температура которых достигает 47-65С, рН 7,5. Содержание ионов калия в воде составляет 5,4, натрия - 227,0, кальция - 90,0, магния — 2,4, сульфат-ионов - 54,0, ионов хлора - 54,0 мг/дм3. Минерализация вод 1,113 г/ дм3. Поддержание постоянного химического состава и температуры среды обеспечивается ее проточностью. Отсутствие необходимости дополнительного подогрева позволяет экономить электроэнергию и выращивать биомассу круглый год.
Из этих данных видно, что показатель минерализации биомассы довольно высок. Это объясняется сорбционными свойствами цианобактерий. При математической обработке данных по содержанию протеина получили значение 45,19% от органической части. При оптимальном режиме культивирования урожайность в пересчете на белок составит 1,3 т/га в год.
Это означает, что данную биомассу можно использовать в качестве источника кормового и пищевого белка. Из двух возможных цепочек потребления белка одноклеточных организмов энергетически более выгодной является двухчленная пищевая цепочка (пищевой белок - человек). Но при этом могут возникнуть проблемы: в ряде случаев необходимо решать проблему плотной клеточной стенки; органолепти-ческие свойства белка одноклеточных организмов значительно отличаются от привычных продуктов питания. И, наконец, главной, трудноразрешимой проблемой является невозможность изменить пищевые привычки человека, которые, как известно, являются самыми консервативными. Наглядным примером может служить отношение людей к новым формам белковой пищи из белка соевых бобов. Эти продукты появились на прилавках наших магазинов около 10 лет назад; их ассортимент постепенно расширяется. На протяжении шести лет мною регулярно проводится социологический опрос студентов КамчатГТУ об их отношении к продуктам из соевых бобов. При этом 85-90% студентов выражают негативное мнение, которое объясняют в основном непривычными органолептическими показателями продуктов из сои. Исходя из вышеизложенного, основным направлением использования белка одноклеточных организмов, к числу которых относятся цианобактерии (содержание протеина в биомассе Phormidium ramosum составляет 45,19% от органической части), можно считать производство кормового и пищевого белка, применяемого в качестве обогатителя традиционных кормовых и пищевых продуктов. После дополнительных исследований, вероятно, будет возможно использовать биомассу в качестве биологически активной добавки к пище. - предложенный способ культивирования термофильных цианобактерии включает подачу термальных растворов, введение культуры цианобактерии, ферментацию при постоянном перемешивании и искусственном освещении; проточность позволяет поддерживать постоянство химического состава и температуры питательной среды; высокие температуры культивирования (45-65С) позволяют исключить процесс получения стерильной культуры; - отработаны оптимальные режимы культивирования: по обеспечению постоянства химического состава среды, аэрации, температуре, освещению и по накоплению биомассы; при оптимальных условиях культивирования можно достичь производительности около 50 мг сухого вещества в час сім2 поверхности (4,38 т/га в год), что в пересчете на белок составляет 1,3 т/га в год; - для обеспечения производства используется энергия термальных вод, что предельно уменьшает потребность в топливе и дает возможность организации круглогодичного производства; — способ исключает необходимость закупки, доставки и предварительной под готовки субстрата.
