Микроводоросли обещают изобилие здоровой пищи и кормов в любой среде

Глобальное снабжение продовольствием сталкивается с угрозами, включая изменение климата, войны, вредителей и болезни. Микроводоросли — организмы, слишком мелкие для человеческого глаза, — могут предложить решения.

Потребность прокормить растущее население мира, которое, по прогнозам ООН, достигнет 9,8 млрд к 2050 году, и необходимость сохранения природных ресурсов могут казаться противоречивыми. Европейские ученые обратили внимание на микроводоросли (фитопланктон) — одноклеточные фотосинтезирующие микроорганизмы.

Эти микроскопические организмы можно использовать для кормов животных (особенно в аквакультуре) и различных продуктов: пасты, веганских сосисок, энергетических батончиков, хлебобулочных изделий и растительных кремов.

Большинство коммерческих культиваций микроводорослей сосредоточено на производстве сухой биомассы (например, порошка хлореллы или спирулины) как пищи со значительной пользой для здоровья. Некоторые штаммы накапливают до 65–70% белка и являются устойчивыми источниками омега-3 жирных кислот, которые традиционно получают в основном из рыбы и рыбьего жира. Дополнительные биоактивные соединения, такие как витамины B12, K или D, означают, что микроводоросли обладают значительными полезными свойствами, потенциально снижая риск рака и сердечно-сосудистых заболеваний.

Водоросли в пустыне

«Микроводоросли можно культивировать в самых разных местах, в очень разных условиях», — говорит Массимо Кастеллари, участвующий в финансируемом Horizon проекте ProFuture, направленном на масштабирование производства микроводорослей. «Мы можем выращивать их в Исландии и в условиях пустынного климата».

Технологии интенсивного культивирования микроводорослей разрабатываются с 1950-х годов. Сегодня их выращивают в фотобиореакторах открытого или закрытого типа. Закрытые системы, хотя и дороже в строительстве, обеспечивают больший контроль над параметрами и меньший риск загрязнения.

Это вещество — не просто модная пищевая добавка. Например, в Чаде потребление спирулины, собранной из озера Чад, значительно улучшило пищевой статус людей, поскольку она является отличным источником белков и микроэлементов.

Помимо питательной ценности, микроводоросли приносят пользу климату, связывая диоксид углерода, а также экономические преимущества за счет более эффективного использования сельскохозяйственных площадей и расширения возможностей производства биомассы за счет использования неплодородных земель.

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), общий объем культивирования микроводорослей в 2019 году составил менее 57 000 тонн, что свидетельствует о ранней стадии развития отрасли. Для сравнения, производство основных сельскохозяйственных культур в 2019 году составило 9,4 млрд тонн.

Продовольственная инфляция

Продолжающаяся война России в Украине показала, насколько уязвимыми могут быть глобальные поставки продовольствия. Остановка экспорта украинского зерна и рост цен на энергию помогли подтолкнуть мировую продовольственную инфляцию к рекордным уровням, причем развивающиеся страны пострадали непропорционально сильно. По данным ООН, в мае этого года стоимость продовольствия выросла на 42% по сравнению с 2014–2016 годами.

В прошлом году до 828 миллионов человек пострадали от голода — это примерно на 46 миллионов больше, чем в 2020 году, и на 150 миллионов больше с начала пандемии COVID-19. FAO прогнозирует, что около 670 миллионов человек все еще будут сталкиваться с голодом к концу десятилетия.

Хотя преимущества культивирования органических микроводорослей для пищи и кормов существенны, рост рынка потребует преодоления препятствий, включая отсутствие автоматизации производства в отрасли, отмечает Кастеллари из Института агропродовольственных исследований и технологий в Барселоне, Испания.

Обработка биомассы

Проблемы выходят далеко за рамки культивирования. Биомассу микроводорослей необходимо обработать, очистить и высушить, прежде чем можно будет получить пригодный для использования порошок. Следующий шаг — масштабирование производства для снижения затрат.

Кроме того, существуют регуляторные проблемы. В Европейском союзе в настоящее время разрешены лишь несколько видов микроводорослей.

«В Европе это все еще находится на предварительной стадии развития, — говорит Кастеллари. — Существуют тысячи видов микроводорослей, но для потребления в пищу или кормов разрешены только семь видов».

Из-за этих проблем портфель продуктов, содержащих микроводоросли, сегодня остается ограниченным. Но если эти препятствия удастся преодолеть, общие перспективы для индустрии микроводорослей многообещающие. Помимо источника пищи и кормов, растение можно использовать для биотоплива, косметики, удобрений и пищевых добавок.

Астаксантин — красно-кровавый пигмент, извлекаемый из водорослей, — уже нашел заметное применение. Этот мощный антиоксидант содержится в морепродуктах, обычно используется для окрашивания креветок, а также продается в виде таблеток как пищевая добавка. Считается, что астаксантин может положительно влиять на функцию мозга, спортивные результаты и старение кожи.

Качество и количество

Большинство добавок омега-3 получают из рыбьего жира. Однако это вызывает опасения по поводу устойчивости, такие как ущерб морским экосистемам в результате перелова.

«Существует растущий спрос на потребление высококачественных продуктов, а также осознание необходимости включения в наш рацион ингредиентов, богатых омега-3», — говорит Маттео Баллоттари, доцент биотехнологии Университета Вероны в Италии. Он помог запустить финансируемый Horizon Европейского исследовательского совета проект AstaOmega для одновременного производства астаксантина и омега-3 жирных кислот в микроводорослях для аквакультуры и питания человека.

Между тем, в области астаксантина исследователи AstaOmega добились прогресса. Им удалось получить новый штамм, который может самостоятельно производить астаксантин, без необходимости «стрессового» воздействия. Это означает, что исследователям не нужно менять параметры производства, такие как интенсивность света, температура или концентрация нитратов. Кроме того, извлечение вещества стало проще, что привело к снижению затрат.

Ученые сходятся во мнении, что микроводоросли обладают потенциалом изменить к лучшему способы нашего питания.

«Микроводоросли могут помочь нам увеличить производство белка в Европе, чтобы снизить нашу зависимость от других стран», — говорит Кастеллари.