Механическое «доение» водорослей: процесс для замены нефтехимии

Водоросли обладают большим нераскрытым потенциалом для промышленного использования. Пока они нашли применение в секторе здорового питания, но не могли конкурировать с нефтехимическим производством. С экологической точки зрения водоросли предпочтительнее нефти, однако высокая стоимость культивирования, сбора, экстракции и очистки делает процесс непрактичным.

Исследовательская группа под руководством Алисы Утиды и Масаки Ихары из Университета Синсю разработала метод культивирования микроводорослей, решив проблемы, связанные с выращиванием, сбором соединений и экстракцией/очисткой продуктов.

Ключевые особенности нового метода:

1. Недопущение гибели клеток во время экстракции, что устраняет необходимость в их повторном культивировании.
2. Использование водорослей, которые естественным образом собираются вместе для облегчения сбора.
3. Целевые соединения (полисахариды и фикобилипротеины) выделяются наружу и связываются с поверхностью клетки, что устраняет необходимость в растворителях для экстракции и очистки, упрощая процесс и снижая его стоимость.

Эта неразрушающая система непрерывного «доения» представляет собой практичный и эффективный метод получения химических веществ из водорослей.

В начале исследования ученые сомневались, что существуют водоросли, способные выдерживать механическое сдвиговое воздействие. Однако в результате поиска была найдена нитчатая цианобактерия Tolypothrix. Ее удавалось непрерывно культивировать 2 года с минимальным повреждением клеток, несмотря на механическое «сдаивание» соединений с поверхности.

Водоросли выращивали в нестерильной сельскохозяйственной воде. Циклы «доения» длительностью 87 дней позволяли получать 90–140 мг/л внеклеточных углеводов каждые 3 недели. Фикобилипротеины востребованы в качестве пищевых добавок и в косметике.

Лаборатория Ихары стремится заменить нефтепродукты на альтернативу из водорослей, оказывающую меньшее воздействие на окружающую среду. Для этого необходимо масштабировать производство. Поиск выносливых водорослей, способных выживать в различных условиях, продолжается.

Исследователи надеются на сотрудничество с учеными из разных областей:

• инженерия ферментации,
• химическая инженерия,
• химия полимеров (в частности, технологии конверсии биомассы водорослей),
• исследования в области охраны окружающей среды и лесов (для изучения эффектов крупномасштабного культивирования водорослей).

Создание «постнефтяного» общества изменит ландшафт, подобно тому, как рисоводство изменило ландшафт Японии с введением рисовых полей. Ученые оптимистично смотрят на будущий потенциал водорослей, но действуют осторожно, учитывая все потенциальные последствия таких изменений.