Algakultur - Algaculture

Algakultur er en form for akvakultur, der involverer opdræt af alger .

Størstedelen af ​​alger, der med vilje dyrkes, falder ind under kategorien mikroalger (også omtalt som planteplankton , mikrofytter eller planktoniske alger ). Makroalger , almindeligvis kendt som tang , har også mange kommercielle og industrielle anvendelser, men på grund af deres størrelse og de specifikke krav til det miljø, de skal vokse i, egner de sig ikke lige så let til dyrkning (dette kan dog ændre sig, med fremkomsten af ​​nyere tangkultivatorer, som i bund og grund er algeskrubber, der bruger opstrømmende luftbobler i små beholdere).

Kommerciel og industriel alger dyrkning har mange anvendelser, herunder produktion af fødevareingredienser, såsom omega-3-fedtsyrer eller naturlige fødevarer farvestoffer og farvestoffer , fødevarer , gødning , bioplast , kemisk råmateriale (råmateriale), farmaceutiske produkter og alge- brændstof , og kan også bruges som et middel til bekæmpelse af forurening .

Den globale produktion af opdrættede vandplanter, der overvejende domineres af tang, voksede i produktionen fra 13,5 millioner tons i 1995 til godt 30 millioner tons i 2016.

Dyrkning, høst og forarbejdning af alger

Monokultur

De fleste avlere foretrækker monokulturel produktion og går langt for at opretholde renheden af ​​deres kulturer. De mikrobiologiske forurenende stoffer er imidlertid stadig under undersøgelse.

Med blandede kulturer kommer en art til at dominere over tid, og hvis en ikke-dominerende art menes at have særlig værdi, er det nødvendigt at opnå rene kulturer for at dyrke denne art. Individuelle artskulturer er også meget nødvendige for forskningsformål.

En almindelig metode til opnåelse af rene kulturer er seriefortynding . Kultivatorer fortynder enten en vild prøve eller en laboratorieprøve indeholdende de ønskede alger med filtreret vand og indfører små portioner (målinger af denne opløsning) i et stort antal små voksende beholdere. Fortynding følger en mikroskopisk undersøgelse af kildekulturen, der forudsiger, at et par af de voksende beholdere indeholder en enkelt celle af den ønskede art. Efter en passende periode på et lysbord bruger kultivatorer igen mikroskopet til at identificere beholdere til at starte større kulturer.

En anden tilgang er at bruge et specielt medium, der udelukker andre organismer, herunder invasive alger. For eksempel er Dunaliella en almindeligt dyrket slægt af mikroalger, der blomstrer i ekstremt saltvand, som få andre organismer kan tåle.

Alternativt kan blandede algekulturer fungere godt for larvebløddyr . Først filtrerer kultivatoren havvandet for at fjerne alger, der er for store til, at larverne kan spise. Dernæst tilføjer kultivatoren næringsstoffer og lufter muligvis resultatet. Efter en eller to dage i et drivhus eller udendørs er den resulterende tynde suppe af blandede alger klar til larverne. En fordel ved denne metode er lav vedligeholdelse.

Voksende alger

Se også: Tangfræser og kultur af mikroalger i rugerier
Mikroalger bruges til at dyrke saltlage rejer , der producerer sovende æg (billedet). Æggene kan derefter klækkes efter behov og fodres til dyrkede fiskelarver og krebsdyr.

Vand, kuldioxid , mineraler og lys er alle vigtige faktorer i dyrkningen, og forskellige alger har forskellige krav. Den grundlæggende reaktion for algevækst i vand er kuldioxid + lysenergi + vand = glucose + ilt + vand. Dette kaldes autotrofisk vækst. Det er også muligt at dyrke visse typer alger uden lys, disse typer alger forbruger sukker (f.eks. Glukose). Dette er kendt som heterotrof vækst.

Temperatur

Vandet skal være i et temperaturområde, der understøtter, at de specifikke algearter dyrkes for det meste mellem 15˚C og 35˚C.

Lys og blanding

I et typisk algedyrkningssystem, såsom en åben dam, trænger lys kun ind i de øverste 3 til 4 tommer (76–102 mm) af vandet, selvom dette afhænger af algetætheden. Når algerne vokser og formerer sig, bliver kulturen så tæt, at den blokerer lyset for at nå dybere ned i vandet. Direkte sollys er for stærkt for de fleste alger, som kun kan bruge omkring 1 / 10 den mængde lys, de modtager fra direkte sollys; at udsætte en algekultur for direkte sollys (frem for at skygge for det) er imidlertid ofte den bedste vej til stærk vækst, da algerne under overfladen er i stand til at udnytte mere af det mindre intense lys, der er skabt fra algernes skygge ovenfor.

For at bruge dybere damme omrører avlere vandet og cirkulerer algerne, så det ikke forbliver på overfladen. Padlehjul kan røre vand og trykluft, der kommer fra bunden, løfter alger fra de nedre områder. Agitation hjælper også med at forhindre overeksponering for solen.

En anden måde at levere lys på er at placere lyset i systemet. Glødplader lavet af plast- eller glasplader og placeret i tanken giver præcis kontrol over lysintensiteten og fordeler den mere jævnt. De bruges dog sjældent på grund af høje omkostninger.

Lugt og ilt

Lugten forbundet med moser , sumpe og andre stillestående farvande kan skyldes iltforringelse forårsaget af henfald af afdøde algblomster . Under anoksiske forhold nedbryder bakterierne, der lever i aldekulturer, det organiske materiale og producerer hydrogensulfid og ammoniak , hvilket forårsager lugten. Denne hypoksi resulterer ofte i vanddyrs død. I et system, hvor alger med vilje dyrkes, vedligeholdes og høstes, vil der sandsynligvis ikke forekomme eutrofiering eller hypoksi.

Nogle levende alger og bakterier producerer også lugtende kemikalier, især visse cyanobakterier (tidligere klassificeret som blågrønne alger) såsom Anabaena . De mest kendte af disse lugtfremkaldende kemikalier er MIB ( 2-methylisoborneol ) og geosmin . De giver en muggen eller jordagtig lugt, der kan være ganske stærk. Til sidst dør cyanobakterierne yderligere gas, der er fanget i cellerne. Disse kemikalier kan påvises på meget lave niveauer - i dele pr. Milliard -området - og er ansvarlige for mange "smag og lugt" -spørgsmål i drikkevandsbehandling og distribution. Cyanobakterier kan også producere kemiske toksiner, der har været et problem i drikkevand.

Næringsstoffer

Næringsstoffer som nitrogen (N), fosfor (P) og kalium (K) tjener som gødning til alger og er generelt nødvendige for vækst. Silica og jern samt flere sporstoffer kan også betragtes som vigtige marine næringsstoffer, da manglen på et kan begrænse væksten eller produktiviteten i et givet område. Kuldioxid er også afgørende; sædvanligvis kræves et input af CO 2 for hurtig algevækst. Disse elementer skal opløses i vandet, i biotilgængelige former, for at alger kan vokse.

Metoder

Landbrug af makroalger

Dette afsnit er et uddrag fra tangbrug . [ rediger ]
Undervands Eucheuma -landbrug i Filippinerne
En person står på lavt vand og samler tang, der er vokset på et reb.
En tangbonde i Nusa Lembongan (Indonesien) samler spiselig tang, der er vokset på et reb.

Tangbrug eller tangopdræt er dyrkning og høst af tang . I sin enkleste form består den af ​​håndtering af naturligt fundne partier. I sin mest avancerede form består den i fuldt ud at kontrollere algenes livscyklus.

De syv bedste dyrkede tangtaxa er Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii , Gracilaria spp., Saccharina japonica , Undaria pinnatifida , Pyropia spp. Og Sargassum fusiforme . Eucheuma og K. alvarezii opdrættes for carrageenan (et geleringsmiddel ); Gracilaria opdrættes til agar ; mens resten opdrættes til mad. De største tangproducerende lande er Kina, Indonesien og Filippinerne. Andre bemærkelsesværdige producenter omfatter Sydkorea, Nordkorea, Japan, Malaysia og Zanzibar ( Tanzania ). Tangopdræt er ofte blevet udviklet som et alternativ til forbedring af de økonomiske forhold og til at reducere fisketrykket og overudnyttet fiskeri.

Den globale produktion af opdrættede vandplanter, der overvældende domineres af tang, voksede i produktionen fra 13,5 millioner tons i 1995 til godt 30 millioner tons i 2016. I 2014 var tang 27% af alt havbrug . Tangopdræt er en kulstofnegativ afgrøde med et stort potentiale for afbødning af klimaændringer . IPCC's særlige rapport om havet og kryosfæren i et skiftende klima anbefaler "yderligere forskningens opmærksomhed" som en afbødende taktik.

Åbne damme

Raceway dam bruges til at dyrke mikroalger. Vandet holdes i konstant bevægelse med et motorhjul .

Raceway-type damme og søer er åbne for elementerne. Åbne damme er yderst sårbare over for kontaminering af andre mikroorganismer, såsom andre alger eller bakterier. Således vælger kultivatorer normalt lukkede systemer til monokulturer. Åbne systemer tilbyder heller ikke kontrol over temperatur og belysning. Vækstsæsonen er stort set afhængig af beliggenhed og er bortset fra tropiske områder begrænset til de varmere måneder.

Åbne damsystemer er billigere at konstruere, og kræver som minimum kun en grøft eller en dam. Store damme har den største produktionskapacitet i forhold til andre systemer med sammenlignelige omkostninger. Dyrkning af åben dam kan også udnytte usædvanlige forhold, der kun passer til specifikke alger. For eksempel vokser Dunaliella salina i ekstremt saltvand; disse usædvanlige medier udelukker andre typer organismer, hvilket tillader vækst af rene kulturer i åbne damme. Åben kultur kan også fungere, hvis der er et system til kun at høste de ønskede alger, eller hvis damme ofte re-inokuleres, før invasive organismer kan formere sig markant. Sidstnævnte fremgangsmåde bruges ofte af Chlorella -landmænd, da vækstbetingelserne for Chlorella ikke udelukker konkurrerende alger.

Den førstnævnte fremgangsmåde kan anvendes i tilfælde af nogle kæden kiselalger , da de kan filtreres fra en strøm af vand, der strømmer gennem en udstrømning rør . Et " pudebetræk " af et fintmasket stof er bundet over udstrømningsrøret, så andre alger kan slippe ud. Kæden kiselalger holdes i posen og foder rejer larver (i østlige rugerier ) og podes nye tanke eller damme.

Omslutning af en dam med en gennemsigtig eller gennemskinnelig barriere gør den effektivt til et drivhus. Dette løser mange af de problemer, der er forbundet med et åbent system. Det gør det muligt at dyrke flere arter, det gør det muligt for de dyrkede arter at forblive dominerende, og det forlænger vækstsæsonen - hvis den opvarmes, kan dammen producere året rundt. Åbne racerbaner blev brugt til fjernelse af bly ved hjælp af levende Spirulina (Arthospira) sp .

Fotobioreaktorer

Alger kan også dyrkes i en fotobioreaktor (PBR). En PBR er en bioreaktor, der indeholder en lyskilde. Stort set enhver gennemsigtig beholder kunne kaldes en PBR; udtrykket bruges imidlertid mere almindeligt til at definere et lukket system, i modsætning til en åben tank eller dam.

Fordi PBR -systemer er lukkede, skal kultivatoren levere alle næringsstoffer, herunder CO
2.

En PBR kan fungere i " batch mode", hvilket indebærer genopfyldning af reaktoren efter hver høst, men det er også muligt at vokse og høste kontinuerligt. Kontinuerlig drift kræver præcis kontrol af alle elementer for at forhindre øjeblikkelig kollaps. Producenten leverer steriliseret vand, næringsstoffer, luft og kuldioxid med de korrekte hastigheder. Dette gør det muligt for reaktoren at fungere i lange perioder. En fordel er, at alger, der vokser i " logfasen " generelt har et højere næringsindhold end gamle " ældende " alger. Algkultur er dyrkning af alger i damme eller andre ressourcer. Maksimal produktivitet opstår, når "valutakursen" (tid til at bytte et volumen væske) er lig med "fordoblingstiden" (i masse eller volumen) af algerne.

PBR'er kan holde kulturen i suspension, eller de kan tilvejebringe et substrat, hvorpå kulturen kan danne en biofilm. Biofilmbaserede PBR'er har den fordel, at de kan producere langt højere udbytter for et givet vandmængde, men de kan lide af problemer med celler, der adskiller sig fra substratet på grund af den vandstrøm, der kræves for at transportere gasser og næringsstoffer til kulturen.

Forskellige typer suspenderet kultur PBR'er omfatter:

Biofilm PBR'er inkluderer pakket seng og porøse substrat -PBR'er. Pakket seng PBR'er kan have forskellige former, herunder flad plade eller rørformet. I porøse substratbioreaktorer (PSBR'er) udsættes biofilmen direkte for luften og modtager vand og næringsstoffer ved kapillærvirkning gennem selve substratet. Dette undgår problemer med, at cellerne bliver suspenderet, fordi der ikke er vandstrøm over biofilmoverfladen. Kulturen kan blive forurenet af luftbårne organismer, men forsvar mod andre organismer er en af ​​funktionerne i en biofilm.

Høstning

Alger kan høstes ved hjælp af mikroskærme, ved centrifugering , ved flokkulering og ved skumflotation .

Afbrydelse af kuldioxidforsyningen kan få alger til at flokkulere alene, hvilket kaldes "autoflokulation".

"Chitosan", et kommercielt flokkuleringsmiddel, mere almindeligt anvendt til vandrensning, er langt dyrere. De pulveriserede skaller af krebsdyr behandles for at erhverve chitin , en polysaccharid fundet i skallerne, hvorfra chitosan afledt via de-acetylering. Vand, der er mere brak eller saltvand, kræver større mængder flokkuleringsmiddel. Flokkulering er ofte for dyrt for store operationer.

Alun og jernchlorid er andre kemiske flokkuleringsmidler.

I skum flotation, kultivatoren ilter vandet ind et skum, og derefter stryger hen algerne fra toppen.

Ultralyd og andre høstmetoder er i øjeblikket under udvikling.

Udvinding af olie

Hovedartikel: Algerbrændstof

Algeolier har en række kommercielle og industrielle anvendelser og ekstraheres ved hjælp af forskellige metoder. Estimater af omkostningerne ved at udvinde olie fra mikroalger varierer, men er sandsynligvis omkring tre gange højere end udvinding af palmeolie .

Fysisk ekstraktion

I det første trin i ekstraktionen skal olien adskilles fra resten af ​​algerne. Den enkleste metode er mekanisk knusning . Når alger tørres, bevarer det sit olieindhold, som derefter kan "presses" ud med en oliepresse . Forskellige stammer af alger garanterer forskellige metoder til oliepresning, herunder brug af skrue, ekspeller og stempel. Mange kommercielle producenter af vegetabilsk olie bruger en kombination af mekanisk presning og kemiske opløsningsmidler i ekstraktion af olie. Denne anvendelse bruges ofte også til udvinding af algeolie.

Osmotisk chok er en pludselig reduktion i osmotisk tryk , dette kan få celler i en opløsning til at briste. Osmotisk chok bruges undertiden til at frigive cellulære komponenter, såsom olie.

Ultralydsekstraktion , en gren af sonokemi , kan i høj grad fremskynde ekstraktionsprocesser. Ved hjælp af en ultralydsreaktor bruges ultralydsbølger til at skabe kavitationsbobler i et opløsningsmiddel. Når disse bobler kollapser nær cellevæggene, får de resulterende stødbølger og væskestråler disse celles vægge til at bryde og frigive deres indhold til et opløsningsmiddel. Ultralydbehandling kan forbedre grundlæggende enzymatisk ekstraktion.

Kemisk ekstraktion

Kemiske opløsningsmidler bruges ofte ved ekstraktion af olierne. Ulempen ved at bruge opløsningsmidler til olieudvinding er de farer, der er forbundet med arbejdet med kemikalierne. Der skal udvises forsigtighed for at undgå udsættelse for dampe og hudkontakt, som begge kan forårsage alvorlig sundhedsskade. Kemiske opløsningsmidler udgør også en eksplosionsfare.

Et almindeligt valg af kemisk opløsningsmiddel er hexan , som er meget udbredt i fødevareindustrien og er relativt billigt. Benzen og ether kan også adskille olie. Benzen er klassificeret som kræftfremkaldende .

En anden metode til kemisk opløsningsmiddelekstraktion er Soxhlet -ekstraktion. I denne metode ekstraheres olier fra algerne ved gentagen vask eller perkolering med et organisk opløsningsmiddel, såsom hexan eller petroleumether , under tilbagesvaling i et specielt glas. Værdien af ​​denne teknik er, at opløsningsmidlet genbruges for hver cyklus.

Enzymatisk ekstraktion bruger enzymer til at nedbryde cellevæggene med vand, der fungerer som opløsningsmiddel. Dette gør fraktionering af olien meget lettere. Omkostningerne ved denne ekstraktionsproces anslås at være meget større end hexanekstraktion.

Superkritisk CO 2 kan også bruges som opløsningsmiddel. Ved denne metode flydende CO 2 under tryk og opvarmes til det punkt, at det bliver overkritisk (med egenskaber af både en væske og en gas), hvilket gør det muligt at fungere som et opløsningsmiddel.

Andre metoder er stadig under udvikling, herunder metoder til ekstraktion af bestemte typer olier, f.eks. Dem med en høj produktion af langkædede meget umættede fedtsyrer.

Algalkultursamlinger

Specifikke algestammer kan erhverves fra algkultursamlinger, med over 500 kultursamlinger registreret hos World Federation for Culture Collections.

Anvendelse af alger

Dulse er en af ​​mange spiselige alger.

Mad

Flere arter af alger opdrættes til mad.

  • Lilla laver ( Porphyra ) er måske den mest tamme marine alger. I Asien bruges det i nori ( Japan ) og gim ( Korea ). I Wales bruges det i laverbread , en traditionel mad, og i Irland samles det og laves til en gelé ved stuvning eller kogning . Forberedelse kan også indebære stegning eller opvarmning af bladene med lidt vand og slå med en gaffel for at producere en lyserød gelé. Høstning sker også langs Nordamerikas vestkyst og på Hawaii og New Zealand .
  • Dulse ( Palmaria palmata ) er en rød art, der sælges i Irland og Atlanterhavet Canada . Den spises rå, frisk, tørret eller kogt som spinat .
  • Spirulina ( Arthrospira platensis ) er en blågrøn mikroalge med en lang historie som fødekilde i Østafrika og præ-koloniale Mexico. Spirulina har et højt proteinindhold og andre næringsstoffer, der kan bruges som kosttilskud og til underernæring. Spirulina trives i åbne systemer, og kommercielle avlere har fundet den velegnet til dyrkning. En af de største produktionssteder er Lake Texcoco i det centrale Mexico. Planterne producerer en række næringsstoffer og store mængder protein . Spirulina bruges ofte kommercielt som et kosttilskud.
  • Chlorella , en anden populær mikroalge, har lignende ernæring som spirulina. Chlorella er meget populær i Japan . Det bruges også som et kosttilskud med mulige virkninger på stofskiftet.
  • Irsk mos ( Chondrus crispus ), ofte forvekslet med Mastocarpus stellatus , er kilden til carrageenan , som bruges som afstivningsmiddel i instant budding, saucer og mejeriprodukter såsom is. Irsk mos bruges også af ølbryggerier som et finemiddel .
  • Havsalat ( Ulva lactuca ), bruges i Skotland , hvor det tilsættes supper og salater.
  • Dabberlocks eller badderlocks ( Alaria esculenta ) spises enten frisk eller kogt i Grønland , Island , Skotland og Irland.
  • Aphanizomenon flos-aquae er en cyanobakterie, der ligner spirulina, som bruges som kosttilskud.
  • Ekstrakter og olier fra alger bruges også som tilsætningsstoffer i forskellige fødevarer. Planterne producerer også Omega-3 og Omega-6 fedtsyrer , som almindeligvis findes i fiskeolier , og som har vist sig at have positive sundhedsmæssige fordele.
  • Sargassum -arter er en vigtig gruppe tang. Disse alger har mange phlorotanniner .
  • Cochayuyo ( Durvillaea antarctica ) spises i salater og ceviche i Peru og Chile.
  • Både mikroalger og makroalger bruges til at lave agar (se nedenfor), som bruges som geleringsmiddel i fødevarer.

Lab manipulation

Australske forskere ved Flinders University i Adelaide har eksperimenteret med at bruge marine mikroalger til at producere proteiner til konsum og skabt produkter som " kaviar ", veganske burgere, falsk kød , syltetøj og andre madspredninger . Ved at manipulere mikroalger i et laboratorium kan proteinet og andre næringsindhold øges, og smag ændres for at gøre dem mere velsmagende. Disse fødevarer efterlader et meget lettere kulstofaftryk end andre former for protein, da mikroalgerne absorberer frem for at producere kuldioxid , hvilket bidrager til drivhusgasserne .

Gødning og agar

I århundreder har tang været brugt som gødning . Det er også en glimrende kilde til kalium til fremstilling af kalium og kaliumnitrat . Nogle af mikroalger kan også bruges på denne måde.

Både mikroalger og makroalger bruges til at lave agar .

Forureningskontrol

Med bekymring over den globale opvarmning søges nye metoder til grundig og effektiv opsamling af CO 2 . Den kuldioxid, som et kulstof-brændende anlæg producerer, kan strømme ind i åbne eller lukkede algesystemer, fikse CO 2 og accelerere algevækst. Ubehandlet spildevand kan levere yderligere næringsstoffer og dermed gøre to forurenende stoffer til værdifulde råvarer.

Algedyrkning er under undersøgelse for uran/plutoniumsekvestrering og rensning af gødningsafstrømning.

Energiproduktion

Erhverv, akademi og regeringer undersøger muligheden for at bruge alger til fremstilling af benzin, bio-diesel, biogas og andre brændstoffer. Alger i sig selv kan bruges som biobrændstof og derudover bruges til at danne brint. Se Algenbrændstof .

Andre anvendelser

Chlorella , især en transgen stamme, som bærer en ekstra kviksølv reductase genet , er blevet undersøgt som et middel til udbedring af miljøskader på grund af sin evne til at reducere Hg2+
 til det mindre giftige elementære kviksølv.

Dyrkede alger tjener mange andre formål, herunder kosmetik, dyrefoder, bioplastproduktion, farvestoffer og farvestofproduktion, kemisk råstofproduktion og farmaceutiske ingredienser.

Se også

Kilder

Definition af gratis kulturværker logo notext.svg Denne artikel indeholder tekst fra et gratis indholdsarbejde . Licenseret under CC BY-SA 3.0 IGO Licenserklæring/tilladelse på Wikimedia Commons . Tekst taget fra Kort fortalt, The State of World Fisheries and Aquaculture, 2018 , FAO, FAO. Hvis du vil vide, hvordan du tilføjer åben licenstekst til Wikipedia-artikler, kan du se denne vejledning-side . For oplysninger om genbrug af tekst fra Wikipedia , se brugsbetingelserne .

Referencer

eksterne links