Haematococcus pluvialis

Haematococcus pluvialis
Цисти Haematococcus pluvialis, що містять астаксантин (дифференціальна інтерференціонно-контрастна мікроскопія)
Цисти Haematococcus pluvialis, що містять астаксантин (дифференціальна інтерференціонно-контрастна мікроскопія)
Біологічна класифікація
Царство: Зелені рослини (Viridiplantae)
Відділ: Chlorophyta
Клас: Хлорофіцієві (Chlorophyceae)
Порядок: Хламідомонадові (Chlamydomonadales)
Родина: Haematococcaceae(інші мови)
Рід: Haematococcus(інші мови)
Вид:
Біноміальна назва
Haematococcus pluvialis
Flotow(інші мови), 1844
Синоніми
Sphaerella pluvialis Flotow
Індивідуальна джгутикова клітина H. pluvialis
Схематичне зображення H. pluvialis[1]

Haematococcus pluvialis — вид прісноводних зелених водоростей з сімейства Haematococcaceae(інші мови) порядку Хламідомонадові[2]. Відомий високим вмістом сильного антиоксиданту астаксантину, який знаходить застосування як харчова добавка в аквакультурі і на птахофермах, а також використовується як біологічно активна добавка і компонент косметичних засобів[3][4].

Знаходження у природі

[ред. | ред. код]

Haematococcus pluvialis поширена у регіонах з помірним кліматом. Присутністю цист, що містять велику кількість астаксантину, може пояснюватися криваво-червоний колір, що з'являється на дні висохлих басейнів і фонтанів, на скелях та берегах морів, у ставках для розведення риби та на поверхнях дахів[5].

Присутність Haematococcus pluvialis виявлено у водоймах, що поповнюються снігом, що тане[6]. Таке явище, як «червоний сніг(інші мови)», також пов'язують із присутністю водоростей, що містять астаксантин[7].

Використання

[ред. | ред. код]

Haematococcus pluvialis як кормова добавка

[ред. | ред. код]

Добавка Haematococcus pluvialis в їжу курей-несучок надає жовтку яскраво-жовте з червонуватим відтінком забарвлення[8].

Введення водоростей, збагачених астаксантином, в раціон курчат збільшує їхнє виживання і сприятливо позначається на зростанні[9].

Використання Haematococcus pluvialis як компоненту корму для лососьових риб дозволяє досягти збільшення інтенсивності червоного забарвлення м'язової тканини[4], зокрема ця водорость знаходить широке застосування в аквакультурі в країнах Південно-Східної Азії[10].

Використання водоростей Haematococcus як компоненту кормів дозволено в США (з обмеженням вмісту астаксантину в готовому кормі не більше 80 мг/кг)[11].

Haematococcus pluvialis як джерело астаксантину

[ред. | ред. код]

У сприятливих умовах водорість має зелене забарвлення, але якщо умови навколишнього середовища стають несприятливими для нормального зростання клітин (зокрема при дії яскравого світла, високої солоності і низької доступності поживних речовин), клітини починають переходити в фазу спокою й інтенсивно виробляти астаксантин[12].

У клітинах, що покояться, присутня велика кількість астаксантину, який швидко виробляється і накопичується[13][14]. Вміст астаксантину може досягати 3,8-4,0 %[15][16] (у розрахунку на суху речовину), що робить Haematococcus pluvialis важливою сировиною для промислового виробництва цієї сполуки[4].

  • H. pluvialis (в благоприятных условиях клетки имеют зелёную окраску
    H. pluvialis (у сприятливих умовах клітини мають зелене забарвлення)
  • H. pluvialis — начало выработки астаксантина (зелёная окраска ещё видна, но появляется красное окрашивание).
    H. pluvialis- початок вироблення астаксантину (зелене забарвлення ще видно, але з'являється червоне забарвлення).
  • H. pluvialis — благодаря выработке астаксантина клетки приобрели красную окраску
    H. pluvialis— завдяки виробленню астаксантину клітини набули червоного забарвлення.

Більше 99 % астаксантину в цій водорості знаходяться у формі моноацилефіру, і саме в цій формі він використовується в клінічних випробуваннях на людях[17].

Вирощування у промислових умовах

[ред. | ред. код]

Незважаючи на поширеність Haematococcus pluvialis у природних умовах, для промислових цілей використовуються штучні методи вирощування. Основною метою промислового вирощування є не просто отримання біомаси, як для багатьох інших водоростей, а досягнення оптимального виходу астаксантину, для чого важливе значення має вибір умов і складу середовища.

Так, в автотрофних умовах середовище збагачують солями амонію, нітратами та сечовиною, а в міксотрофних для інтенсифікації утворення астаксантину додають хлорид натрію, збіднюють культуральне середовище азотистими сполуками та регулюють інтенсивність світлового опромінення[18].

Для збільшення виходу застосовують багатостадійний процес, що включає повторне чергування стадій зеленого росту і стадій акумулювання астаксантину[19].

Існують і інші варіанти середовищ для вирощування, зокрема як поживний матеріал використовуються відхід виробництва спирту — паточна барда[20].

  • Выращивание в лабораторных условиях (облучение светом для стимулирования выработки астаксантина)
    Вирощування в лабораторних умовах (опромінення світлом для стимулювання вироблення астаксантину)

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. ↑ Frank Shipley Collins. The Green Algae of North America, Volume II of Tufts College Studies, Published by Tufts College, 1909, pp. 79—480. From Plate II.
  2. ↑ Haematococcus pluvialis Flotow : [англ.] // AlgaeBase.(Перевірено 20 березня 2006).
  3. ↑ R. Todd Lorenz, Gerald R. Cysewski. Commercial potential for Haematococcus microalgae as a natural source of astaxanthin // Trends in Biotechnology. — 2000. — Vol. 18, iss. 4 (04). — P. 160—167. — ISSN 0167-7799. — DOI:10.1016/s0167-7799(00)01433-5.
  4. ↑ а б в Попов А. М., Кривошапко О. Н., Артюков А. А. Перспективы клинического применения астаксантина и других оксигенированных каротиноидов // Биофармацевтический журнал. — 2013. — Т. 5, № 5 (26 листопада). — С. 13—30.
  5. ↑ Konstantin Chekanov, Elena Lobakova, Irina Selyakh, Larisa Semenova, Roman Sidorov. Accumulation of Astaxanthin by a New Haematococcus pluvialis Strain BM1 from the White Sea Coastal Rocks (Russia) // Marine Drugs. — 2014. — Vol. 12, iss. 8 (15 August). — P. 4504—4520. — ISSN 1660-3397. — DOI:10.3390/md12084504.
  6. ↑ Tatyana A. Klochkova, Min Seok Kwak, Jong Won Han, Taizo Motomura, Chikako Nagasato. Cold-tolerant strain of Haematococcus pluvialis (Haematococcaceae, Chlorophyta) from Blomstrandhalvøya (Svalbard) // ALGAE. — 2013. — Vol. 28, iss. 2 (15 June). — P. 185—192. — ISSN 1226-2617. — DOI:10.4490/algae.2013.28.2.185.
  7. ↑ W. E. Williams, H. L. Gorton, T. C. Vogelmann. Surface gas-exchange processes of snow algae // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2003. — Vol. 100, iss. 2 (21 January). — P. 562–566. — ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490. — DOI:10.1073/pnas.0235560100.
  8. ↑ Elwinger K., Lignell A. & Wilhelmson M. Astaxanthin rich algal meal (Haematococcus pluvialis) as carotenoid source in feed for laying hens // Proceedings of the VII European Symposium on the Quality of Eggs and Egg Products (Poznan). — 1997. — 26 листопада. — С. 52—59.
  9. ↑ L Waldenstedt, J Inborr, I Hansson, K Elwinger. Effects of astaxanthin-rich algal meal (Haematococcus pluvalis) on growth performance, caecal campylobacter and clostridial counts and tissue astaxanthin concentration of broiler chickens // Animal Feed Science and Technology. — 2003. — Т. 108, вип. 1—4 (1 серпня). — С. 119—132. — ISSN 0377-8401. — DOI:10.1016/s0377-8401(03)00164-0.
  10. ↑ Luu Thi Tam, Le Thi Thom, Nguyen Cam Ha, Le Ha Thu, Dang Diem Hong. Initial research of application of astaxanthin rich Haematococcus pluvialis biomass as supplenent dietary for salmon fish in Vietnam // Journal of Biology (Vietnam Academy of Science and Technology). — 2015. — Т. 37, № 4 (26 листопада). Архівовано з джерела 29 лютого 2020.
  11. ↑ Haematococcus algae meal. // Code of Federal Regulations. — . — Т. 21, № 1. — С. Sec. 73.185.
  12. ↑ Gene A. Spiller, Antonella Dewell. Safety of an Astaxanthin-Rich Haematococcus pluvialis Algal Extract: A Randomized Clinical Trial // Journal of Medicinal Food. — 2003. — Т. 6, вип. 1 (1 березня). — С. 51—56. — ISSN 1557-7600 1096-620X, 1557-7600. — DOI:10.1089/109662003765184741.
  13. ↑ Sammy Boussiba, Avigad Vonshak. Astaxanthin Accumulation in the Green Alga Haematococcus pluvialis1 // Plant and Cell Physiology. — 1991. — Vol. 32, iss. 7 (1 October). — P. 1077–1082. — ISSN 0032-0781 1471-9053, 0032-0781. — DOI:10.1093/oxfordjournals.pcp.a078171.
  14. ↑ Gene A. Spiller, Antonella Dewell. Safety of an Astaxanthin-Rich Haematococcus pluvialis Algal Extract: A Randomized Clinical Trial // Journal of Medicinal Food. — 2003. — Vol. 6, iss. 1 (1 March). — P. 51–56. — ISSN 1557-7600 1096-620X, 1557-7600. — DOI:10.1089/109662003765184741. Архівовано з джерела 9 червня 2020.
  15. ↑ A. Ranga Rao, V. Baskaran, R. Sarada, G.A. Ravishankar. In vivo bioavailability and antioxidant activity of carotenoids from microalgal biomass — A repeated dose study // Food Research International. — 2013. — Т. 54, вип. 1 (1 листопада). — С. 711–717. — ISSN 0963-9969. — DOI:10.1016/j.foodres.2013.07.067.
  16. ↑ Claude Aflalo, Yuval Meshulam, Aliza Zarka, Sammy Boussiba. On the relative efficiency of two- vs. one-stage production of astaxanthin by the green algaHaematococcus pluvialis // Biotechnology and Bioengineering. — 2007. — Т. 98, вип. 1 (26 листопада). — С. 300—305. — ISSN 1097-0290 0006-3592, 1097-0290. — DOI:10.1002/bit.21391.
  17. ↑ Jian-Ping Yuan, Juan Peng, Kai Yin, Jiang-Hai Wang. Potential health-promoting effects of astaxanthin: A high-value carotenoid mostly from microalgae // Molecular Nutrition & Food Research. — 2011. — Vol. 55, iss. 1 (1 January). — P. 150–165. — DOI:10.1002/mnfr.201000414.
  18. ↑ Ana S Cifuentes, Mariela A González, Silvia Vargas, Maritza Hoeneisen, Nelson González. Optimization of biomass, total carotenoids and astaxanthin production in Haematococcus pluvialis Flotow strain Steptoe (Nevada, USA) under laboratory conditions // Biological Research. — 2003. — Vol. 36, iss. 3—4 (26 November). — ISSN 0716-9760. — DOI:10.4067/S0716-97602003000300006. Архівовано з джерела 11 жовтня 2021.
  19. ↑ Han Sun, Bin Guan, Qing Kong, Zhaoyan Geng & Ni Wang. Repeated cultivation: non-cell disruption extraction of astaxanthin for Haematococcus pluvialis // Scientific Reports. — 2016. — Т. 6, № 20578 (26 листопада). Архівовано з джерела 12 березня 2017.
  20. ↑ Wei Tao, Gu Wenhui, Li Jian, Zhang Bo, Pan Guanghua. Effect of Photoperiod on Microalgae Haematococcus pluvialis // CHINESE BULLETIN OF BOTANY. — 2013. — Vol. 48, iss. 2, (12). — P. 168—173. — ISSN 1674-3466. — DOI:10.3724/sp.j.1259.2013.00168.

Джерела

[ред. | ред. код]
  • Buchheim, M.A., Sutherland, D.M., Buchheim, J.A. & Wolf, M. The blood alga: phylogeny of Haemotococcus (Chlorophyceae) inferred from ribosomal RNA gene sequence data // European Journal of Phycology. — 2013. — Т. 48, № 3 (26 листопада). — С. 318—329. — DOI:10.1080/09670262.2013.830344.
  • Pegg, C., Wolf, M., Alanagreh, L., Portman, R. & Buchheim, M.A. Morphological diversity masks phylogenetic similarity of Ettlia and Haematococcus (Chlorophyceae) // Phycologia. — 2015. — Т. 54, № 4 (26 листопада). — С. 385—397. — DOI:10.2216/15-015.1.