БІОТЕХНОЛОГІЯ - В. Г. Герасименко - 2006

Частина ІІ. Спеціальні біотехнології

Розділ 24. БІОТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ БІОМАСИ ОДНОКЛІТИННОЇ ВОДОРОСТІ СПІРУЛІНИ

24.2.СКЛАД ЖИВИЛЬНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ВИРОЩУВАННЯ СПІРУЛІНИ

Спіруліна - вибаглива фітотрофна ціанобактерія і для свого росту вимагає збалансованого живильного середовища, до складу якого мають обов’язково входити такі біогенні елементи, як вуглець, азот, фосфор, сірка, магній, натрій, калій, залізо. Особливе значення має концентрація азоту в середовищі.

Вуглець. На відміну від наземних рослин, яким доступна лише атмосферна сполука СО₂, водорості можуть використовувати Н₂СО₃ (вуглецеву кислоту) та її іони - бікарбонат (НСО₃^_) і карбонат (СО₃^2-). Це залежить від показника рН, солоності води, парціального тиску СО₂ в атмосфері і температури середовища. У кислих розчинах домінує оксид вуглецю (СО₂), але його вплив різко зменшується при значенні рН 7-9, коли домінує бікарбонат (НСО₃^_), а в більш лужному середовищі важливу роль починає відігравати аніон СО₃^2-.

Поряд з вуглецем для синтезу органічної речовини водорості використовують водень, кисень, фосфор та азот.

Азот. Спіруліна може асимілювати азот за рахунок його трьох форм: газоподібний, у вигляді неорганічних сполук та азот біополімерів. Здатність фіксувати газоподібний азот виявлено лише у прокаріот, до яких належить і спіруліна. З мінеральних сполук використовуються іони нітрату (NO₃^_), нітриту (NO₂^_) і амонію (NH₄⁺).

Фосфор необхідний клітинам спіруліни для синтезу нуклеїнових кислот, фосфоліпідів і складних ефірів фосфорної кислоти. Єдиним природним джерелом неорганічного фосфору для спіруліни є ортофосфати. Синьо-зелені водорості здатні накопичувати 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 задовольняється за рахунок солей макро- та мікроелементів. Для вирощування спіруліни у штучних умовах використовуються стандартні живильні середовища Тамія, Заррука або Громова. Середовище Тамія базується на сполуках магнію та калію, середовище Громова містить переважно сполуки натрію та магнію, тоді як в середовищі 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 водорості забезпечуються за рахунок трьох типів живлення: автотрофного, гетеротрофного та міксотрофного.

В умовах інтенсивного освітлення та оптимального теплового режиму у спіруліни переважає автотрофне живлення. При цьому фотосинтетичні процеси відбуваються з використанням мінеральних елементів та вуглекислоти (СО₂) і здійснюються безпосередньо з живильного середовища.

В умовах гетеротрофного живлення частина енергії може надходити за рахунок асиміляції та окислення вуглеводів та інших органічних сполук. Ці процеси проходять переважно у темряві. Третій тип живлення поєднує в собі як автотрофні, так і гетеротрофні процеси обміну.

Промислова технологія нарощування біомаси спіруліни орієнтується на автотрофний тип живлення, тобто культура вирощується 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 використано вуглець органічних сполук - цукрів, спиртів та органіч-

них кислот. Гетеротрофне живлення може відбуватися за умов чергування освітлення та темряви.