Хлорелла как микроводоросль¶

Хлорелла (лат. Chlorella) — род одноклеточных зелёных микроводорослей класса Требуксиофициевые (Trebouxiophyceae), широко распространённых в пресных водоёмах, почвах и на влажных поверхностях. Клетки имеют сферическую форму диаметром от 2 до 10 мкм, лишены жгутиков и обладают плотной целлюлозной оболочкой. Хлорелла способна к фотосинтезу с высокой эффективностью, быстро размножается делением и накапливает значительные количества белка, липидов и витаминов, что делает её объектом биотехнологии, аквакультуры и пищевой промышленности.

¶История изучения

Род описан в 1890 году голландским микробиологом Мартином Бейеринком, который выделил культуру из образцов пресной воды. Название происходит от греческого chloros — «зелёный» и уменьшительного суффикса, указывающего на малые размеры клеток. В начале XX века хлореллу изучали как типичного представителя фитопланктона, а с 1940-х годов начались систематические исследования её биохимического состава.

Значительный вклад в популяризацию внесли работы немецкого учёного Отто Варбурга, исследовавшего фотосинтез у микроводорослей. В 1950–1960-х годах в СССР, США и Японии развернулись программы по культивированию хлореллы как источника пищевого белка и кислорода для замкнутых систем жизнеобеспечения, в том числе в космических программах.

¶Биологические особенности

Хлорелла — фотоавтотрофный организм: она использует свет как источник энергии и углекислый газ как источник углерода, выделяя кислород. При недостатке света возможен переход к гетеротрофному или миксотрофному питанию за счёт органических веществ.

Ключевые характеристики:

• Скорость роста. При благоприятных условиях биомасса удваивается каждые 6–12 часов.
• Состав. Содержит 45–60 % белка (в пересчёте на сухую массу), 10–20 % липидов, 10–25 % углеводов.
• Пигменты. Хлорофиллы a и b, каротиноиды.
• Витамины и микроэлементы. Витамины группы B, C, E, K, железо, цинк, магний.
• Клеточная стенка. Прочная, содержит целлюлозу и глюкозамин; для усвоения человеком требует разрушения.

Размножение бесполое: материнская клетка делится на 4–8 автоспор, которые выходят наружу после разрыва оболочки.

¶Виды и классификация

Род включает несколько десятков видов, среди которых наиболее изучены:

Систематика рода неоднократно пересматривалась с развитием молекулярно-генетических методов; ряд традиционно относимых к хлорелле форм выделен в самостоятельные роды.

¶Культивирование

Промышленное выращивание ведут в открытых прудах-реакторах и закрытых фотобиореакторах. Основные параметры:

• освещённость и спектр света;
• температура 20–35 °C;
• обеспечение углекислым газом;
• минеральное питание (азот, фосфор, калий);
• перемешивание для равномерного доступа света.

Продуктивность открытых систем ниже, но дешевле; закрытые реакторы дают более чистую биомассу и защищены от загрязнения. Сбор биомассы проводят центрифугированием, флокуляцией или фильтрацией, затем сушат.

¶Применение

Пищевая промышленность. Хлорелла входит в состав биологически активных добавок, «суперфудов», напитков. Из-за прочной клеточной стенки применяют разрушенную (broken cell wall) биомассу.

Кормление животных. Используется в аквакультуре для питания личинок рыб, моллюсков, ракообразных, а также как добавка в корма птицы и скота.

Экология и очистка. Культуры применяют для удаления из сточных вод азота, фосфора и тяжёлых металлов, а также для связывания углекислого газа.

Биоэнергетика. Липиды хлореллы рассматриваются как сырьё для производства биодизеля; ведутся исследования по повышению липидной продуктивности.

Космические программы. Хлореллу изучали как элемент замкнутых систем жизнеобеспечения, способный регенерировать кислород и утилизировать отходы.

¶Пищевая ценность и ограничения

Белок хлореллы содержит все незаменимые аминокислоты, что делает его полноценным. Однако ряд факторов ограничивает широкое потребление:

• прочная клеточная стенка снижает биодоступность;
• возможны аллергические реакции;
• при загрязнённом сырье накапливаются тяжёлые металлы;
• высокая стоимость производства по сравнению с традиционными источниками белка.

Продукты на основе хлореллы не являются лекарственными средствами; заявления об их лечебных свойствах требуют независимой проверки.

¶Хлорелла и другие микроводоросли

Хлореллу часто сравнивают со спирулиной (Arthrospira) — цианобактерией, также используемой в пищу. Отличия: спирулина имеет спиралевидную форму, относится к прокариотам, содержит фикоцианин; хлорелла — эукариот с целлюлозной стенкой. Среди других культивируемых микроводорослей — дуналиелла, гематококкус, наннохлоропсис.

¶Перспективы

Основные направления исследований — повышение продуктивности штаммов методами селекции и генной инженерии, разработка дешёвых фотобиореакторов, интеграция культивирования с очисткой сточных вод и улавливанием CO₂, а также получение ценных соединений: липидов, каротиноидов, полисахаридов. Хлорелла остаётся одним из наиболее изученных и востребованных объектов промышленной альгологии.