Хорелла — зелёная микроводоросль¶

Хорелла (лат. Chlorella) — род одноклеточных зелёных микроводорослей из отдела Chlorophyta, класс Trebouxiophyceae. Клетки имеют сферическую или слегка эллипсоидную форму диаметром от 2 до 10 мкм, лишены жгутиков и обладают жёсткой целлюлозной клеточной стенкой. Хорелла распространена в пресных водах и почвах по всему миру, отличается высокой скоростью размножения и способностью к фотосинтезу с эффективным усвоением углекислого газа. Благодаря богатому биохимическому составу (белки, липиды, витамины, пигменты) она широко исследуется как объект биотехнологии, источник пищевого белка и сырьё для производства биотоплива.

¶История изучения

Род Chlorella был описан в 1890 году голландским микробиологом Мартинусом Виллемом Бейеринком, который выделил культуру из образцов пресной воды и назвал её из-за характерного зелёного цвета (греч. chloros — «зелёный»). В начале XX века исследования продолжил немецкий учёный Отто Варбург, изучавший фотосинтез у этих водорослей. В 1919 году была установлена способность хореллы к автотрофному питанию с использованием света и углекислого газа.

В 1940–1950-х годах, в условиях послевоенного дефицита продовольствия, интерес к хорелле резко возрос. Американские и японские исследователи рассматривали её как перспективный источник дешёвого белка. В 1960-х годах в Японии началось промышленное культивирование хореллы, а позже — в СССР, Чехословакии, Германии и других странах.

¶Классификация и виды

Род включает несколько десятков видов, среди которых наиболее изучены:

• Chlorella vulgaris — типовой вид, распространён в пресных водоёмах и почвах;
• Chlorella pyrenoidosa — часто используется в биотехнологии;
• Chlorella sorokiniana — термофильный вид, перспективен для промышленного выращивания;
• Chlorella ellipsoidea — объект генетических исследований.

Систематика рода неоднократно пересматривалась: часть видов была перенесена в близкие роды (например, Micractinium), а некоторые штаммы, традиционно называемые хореллой, относятся к другим таксонам.

¶Строение и физиология

Клетка хореллы содержит один хлоропласт чашевидной формы с пиреноидом — белковым тельцем, вокруг которого откладывается крахмал. Основные пигменты — хлорофиллы a и b, а также каротиноиды. Размножение бесполое: клетка делится на 2–16 автоспор, которые высвобождаются при разрыве материнской стенки. Половой процесс отсутствует.

Хорелла — облигатный фотоавтотроф, но в темноте способна переходить на гетеротрофное питание, усваивая органические вещества (глюкозу, ацетат). Оптимальная температура роста — 25–35 °C, pH — 6–8. При благоприятных условиях биомасса удваивается за 3–6 часов, что делает её одной из самых быстрорастущих фотосинтезирующих культур.

¶Биохимический состав

Сухая биомасса хореллы содержит:

Белки хореллы содержат все незаменимые аминокислоты и по питательной ценности сопоставимы с белками сои и мяса. Водоросль богата витаминами группы B, витамином C, β-каротином, а также железом, цинком и магнием. Клеточная стенка содержит хитозаноподобные полисахариды, что ограничивает усвояемость нутриентов при употреблении в пищу без предварительной обработки.

¶Применение

¶Пищевая промышленность и БАДы

Хорелла используется как пищевая добавка в виде порошка, таблеток и экстрактов. В Японии, Китае, США и странах Европы она входит в состав «суперфудов». Продукты позиционируются как источник белка, витаминов и антиоксидантов. Регуляторные органы разных стран предъявляют к таким продуктам требования по безопасности, включая контроль содержания тяжёлых металлов и микотоксинов.

¶Биотопливо

Липиды хореллы рассматриваются как сырьё для производства биодизеля. При азотном голодании содержание липидов в клетках возрастает до 30–50 %. Однако себестоимость такого топлива остаётся выше традиционного дизеля, что ограничивает коммерческое внедрение.

¶Очистка среды

Хорелла эффективно поглощает из воды азот, фосфор и тяжёлые металлы, поэтому применяется в системах биологической очистки сточных вод и для улавливания углекислого газа из промышленных выбросов.

¶Научные исследования

Водоросль служит модельным объектом в генетике, физиологии растений и биоэнергетике. Секвенирован геном Chlorella vulgaris, разработаны методы генетической трансформации.

¶Культивирование

Промышленное выращивание ведут в открытых прудах и закрытых фотобиореакторах. Открытые системы дешевле, но подвержены загрязнению и зависят от климата. Закрытые реакторы обеспечивают контролируемые условия и высокую плотность культуры, но требуют значительных капитальных затрат. Мировое производство биомассы хореллы оценивается в несколько десятков тысяч тонн в год.

¶Критика и ограничения

Эффективность хореллы как пищевого источника ограничена прочной клеточной стенкой, снижающей биодоступность нутриентов. Ряд маркетинговых заявлений о «детоксикации» и «укреплении иммунитета» не имеет достаточной научной базы. Возможны аллергические реакции и взаимодействие с некоторыми лекарствами. Масштабное производство требует больших площадей, воды и энергии.