مروری بر اهمیت اقتصادی و کاربردهای جلبکهای دریایی

کاربردهای متنوع و شگفت انگیز جلبک ها در تغذیه، پزشکی، پرورش آبزیان، کاغذ سازی، تکنولوژی های نوین محیط زیست و تصفیه خانه های آب به عنوان جاذب های زیستی باعث شده تا جلبک ها بیش از گذشته مورد توجه و مطالعه قرار گیرند. این موجودات، به عنوان تولید کنندگان اولیه، غالبا در اکثر محیط های آبی هستند و قسمت اعظم انرژی را برای بسیاری از شبکه های غذایی آب فراهم می کنند. وجود اسیدهای چرب، اسیدهای آمینه، ویتامین ها، کارتنوییدها و مواد مغذی مورد نیاز لاروها در جلبک ها بر اهمیت استفاده از آنها می افزاید.  علاوه بر این، امروزه زیست توده جلبکی می تواند اساسا بعنوان غذای دام و آبزیان پرورشی و بعنوان کودهای زیستی استفاده گردد. از زیست توده جلبکی می توان در طی فرایندهای مختلف تولید انرژی استفاده نمود که نشان دهنده اهمیت روز افزون در تولید سوخت زیستی متکی بر زیست توده جلبکی است.

کاربرد ریزجلبک ها

از جمله کاربرد ریزجلبک ها می توان تولید بیودیزل، بیواتانول، بیوهیدروژن و بیومتان را از طریق فرایند بیوشیمیایی و ترموشیمیایی عنوان کرد. همچنین گونه های مختلف جلبک مقادیر متفاوتی روغن تولید می کنند. برخی از گونه های جلبک به علت محتوای روغن بالا چیزی نزدیک به 50 درصد، برای تولید بیودیزل ایده آل هستند. بازدهی روغن بسیاری از جلبک ها از بهترین محصولات روغنی نیز به طور چشمگیری بیش تر است. جلبک Chlorella vulgaris از مهمترین جلبک ها با قابلیت استفاده در تصفیه زیستی فاضلاب و تولید زیست توده بالا، گزینه مناسبی برای تولید بیودیزل در محیط های فاضلابی است.

 استفاده های مفید از جلبکها به عنوان غذای انسان

ژاپن اولین کشوری بود که روش صنعتی کشت و پرورش جلبک را ابداع کرد. در سال 1995 در ژاپن 220000 تن جلبک بصورت غذای انسان مصرف شده است. جلبک‌های دریایی بعنوان غذای جایگزین حاوی پروتئین، تمام اسیدآمینه ضروری، ویتامین‌ها، مواد معدنی، اسیدهای چرب غیراشباع با چند پیوند دوگانه مانند آراشیدونیک اسید، ایکوساپنتئنویک اسید و دوکوسوهگزائینویک اسید هستند. حدود 60% تا 70% وزن خشک ریزجلبک اسپیرولینا پروتئین می باشد. امروزه از اسپیرولینا در کلوچه ها، نانها، سالاد و سوپ استفاده می نمایند و در کشورهای اروپایی برای بهبود رژیم غذایی قرصهای اسپیرولینا بصورت روزانه مصرف می شود. مصارف انسانی ترکیباتی همچون لامینارین و فوکوایدان‌ها متابولیت‌های ثانویه استخراج شده از جلبک‌ها (مانند ترکیبات هالوژنه)، عصاره‌های برگرفته از برخی جلبک‌های قرمز، آنزیم سوپراکسید دیسموتاز، هالوپرواکسیدازها می باشند.

استفاده از جلبکها برای تغذیه انسان سابقۀ طولانی دارد و به سالهای قبل از میلاد می رسد. طی قحطی بزرگی که در اواسط قرن نوزدهم در انگلستان بر اثر آلودگی قارچی سیب زمینی رخ داد، یک نوع جلبک قرمز دریایی جایگزین مهمی برای محصولات سیب زمینی شد. امروزه نیز در بسیاری از کشورهای آسیایی و اروپایی، به ویژه در کشورهایی که دارای سواحل طولانی با دریاهای آزاد هستند، به شکلهای مختلفی از جلبکها به منظور تغذیه استفاده می شود. مشتقات اسید آلژنیک همچنین در تهیه سوپ، ‌خامه، سس و دیگر مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به رشد جمعیت و کمبود منابع کشاورزی در خشکی، این روشها می تواند به استفادۀ بهینه از منابع کمک نماید.

در بخشهای مختلف جهان بیش از یکصد نوع جلبک که عمدتاً از جلبکهای قهوه ای و قرمز هستند به عنوان غذا استفاده می شوند. تعداد اندکی از جلبکهای سبز نیز که مواد معدنی، ویتامین، قند و پروتئین بالایی دارند، به این منظور مورد استفاده قرار می گیرند. از جلبکهای غذایی می توان به جلبکهای قهوه ای جنسهای لامیناریا، سارگاسوم و آلاریا اشاره کرد. در ژاپن غذاهای خاصی از لامیناریا و آلاریا تهیه می شود. جلبکهای قهوه ای در حدود 15٪ پروتئین، 17 نوع اسید آمینه، 56/1٪ چربی و 57٪ کربوهیدرات دارند. به علاوه، مقادیر مناسبی از مواد معدنی، کاروتن و برخی مواد دیگر را دارا می باشند. از جلبکهای قرمز جنسهای پورفیرا و کوندروس معروفند. پورفیرا از مهمترین جلبکهای قرمز است که توسط انسان به عنوان غذا مورد استفاده قرار می گیرد. در کشورهای ژاپن، اسکاتلند، انگلستان و آمریکا، با این جلبکها غذاهای محلی خاصی تهیه می کنند.

در ژاپن سالانه مقادیر زیادی از این جلبک را به طور انبوه پرورش می دهند. روش مرسوم در ژاپن این است که بخشهایی از ساحل را در ماههای اکتبر تا نوامبر به وسیلۀ فرو کردن نی های بامبو، محصور می کنند و سپس با استفاده از تورهای نایلونی یا الیاف گیاهی، بستر کشت جلبک پورفیرا را فراهم می سازند. استفاده از پورفیرا در ژاپن قدمتی 300 ساله دارد و کشت انبوه آن سالانه درآمد هنگفتی را برای کشور ایجاد می نماید. در ژاپن به تنهایی حدود 30 هزار تن پورفیرا در سال مصرف می شود. جلبک پورفیرا غنی از ویتامینهای D ,C ,B ,A و E است و مقدار قابل توجهی پروتئین دارد.

هر 100 گرم پورفیرا به طور میانگین 11.4 گرم آب، 35.6 گرم پروتئین، 7 گرم چربی، 44.3 گرم کربو هیدرات و 8 گرم مواد معدنی دارد. جلبک قرمز کوندروس به مقدار زیادی در آمریکا و اروپا به مصرف می رسد. از جلبکهای سبز، جنسهای اولوا و کلرلا معروفند. از اولوا که به خاطر شباهت پهنک آن به برگ گاهوی دریایی شهرت دارد، برای تهیه سالاد و سوپ استفاده می شود. یک گونۀ معروف آن Ulva lactuca است.

کلرلا از جلبکهای تک یاخته ای آبهای شیرین است و به راحتی به صورت انبوه کشت می شود. در کشور تایوان سالانه بیش از 1500 تن پودر جلبک کلرلا تولید می گردد. این جلبک در حدود 30٪ پروتئین، 15٪ چربی، 30٪ کربوهیدرات و 5٪ مواد معدنی دارد و در شرایط مناسب تا 50٪ وزن خشک این جلبک را پروتئین و 8.5٪ آن را چربی ها تشکیل می دهند. پروتئینهای کلرلا تمام اسیدهای امینه ضروری را دارا هستند، از این رو در مسافرتهای فضایی به عنوان غذا مورد استفاده قرار می گیرند. برای تأمین غذای فضا نوردان در مسافرتهای طولانی، دانشمندان با استفاده از کلرلا، یک چرخه اکولوژیک طراحی کرده اند. ریز جلبکها با همه امتیازات برجسته، ارزنده ترین ماده زیستی روی کره زمین محسوب می شوند. آنها پایه و اساس زنجیره غذایی بوده و از قدرت تکثیر بالایی برخوردارند.

جلبکها به عنوان علوفه و مکمل غذایی

استفاده از آرد جلبک در غذای دام و آبزیان، اولین بار در سال ۱۹۶۰ در کشور نروژ بوده است و از جلبکهای قهوه ای، خشک و آسیاب شده تهیه می شد و تقریبا از هر ۵۰ هزار تن جلبک تر برداشت شده، حدود ۱۰ هزار تن آرد جلبک بدست می آید که ارزش دلاری آن ۵ میلیون دلار آمریکا می باشد. در برخی از کشورهای آسیایی مثل ژاپن، چین و برخی از کشورهای اروپایی مثل فرانسه، فنلاند، اسکاتلند و نیوزلند، از جلبکهای دریایی به ویژه جلبکهای قهوه ای برای خوراک حیوانات اهلی استفاده می کنند. در اسکاتلند، جلبکهای قهوه ای سارگاسوم، فوکوس و لارمینا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. در فنلاند از لامیناریا و آلاریا استفاده می شود. از ماکروسیس تیس نیز برای تغذیه دامهای اهلی استفاده می شود، زیرا سرشار از ویتامین A و E است. جلبک کلرلا ولگاریس در صنعت دام، طیور و آبزیان نقش مهمی را ایفا می کند. همچنین بعنوان داروی جایگزین آنتی بیوتیک مورد استفاده در این صنایع کاربرد های وسیعی دارد.  

استفاده از جلبکها برای تصفیه آب

فاضلابهای شهری حاوی مقادیر زیادی مواد آلی و معدنی، ولی اکسیژن آن بسیار کم است. یکی از روشهای آسان که در ایستگاه های تصفیه آب برای تصفیه این نوع فاضلابها به کار می رود، ایجاد حوضچه های سیمانی کم عمق و با وسعت زیاد است. رشد جلبکها در این حوضچه ها باعث زیاد شدن و افزایش اکسیژن آن می شود. در اثر افزایش اکسیژن، تعداد میکروارگانیزم هوازی در آب زیاد شده و در نتیجۀ فعالیت آنها، مواد آلی موجود در آب تجزیه می گردد. استفاده از جلبک های سبز و کوچک اندام نظیر Euglena، Chlamydomonas و  Chlorellaدر مسیر کانال خروجی مخازن بزرگ و کم عمق فاضلابی (اکسیداسیون فاضلابی) سریع ترین و کم هزینه ترین روشی است که به طور موثر می تواند مواد فاسد و خطرناک را به کود های با ارزش و بدون بو تبدیل کند و همانند کاتالیزور عمل می کند.

رشد این جلبک ها به عنوان گیاه تصفیه کننده در کانال های فاضلاب ها نیز حائز اهمیت است. این جلبک ها برای انجام فعالیت های متابولیسم خود، نیترات ها و فسفات ها را مصرف کرده و با انجام پروسه فتوسنتز، اکسیژن آزاد می کنند و اکسیژن آزاد شده به باکتری های هوازی کمک می کند تا در تجزیه مواد خام فاضلاب ها فعال باشند. فاضلاب هایی که عمدتا از ضایعات صنعتی و شهر نشینی ایجاد شده باشند دارای بسیاری از ترکیات آلی و معدنی هستند که در آنها حل شده و به حالت معلق در آمده است.

تصفیه چنین فاضلاب هایی غالبا یک امر اکسیژناسیون تلقی می شود. لذا پدیده اکسیژنه نمودن به وسیله جلبکها بسیار متداول است برخی از جلبکها نظیر     Scenedesmus ,Euglena ,Chlorella  و  Chlamydomonasدر این پدیده بسیار موثر واقع می شوند. اکسیژنه نمودن فاضلاب ها به خصوص در توده های کوچک نظیر استخرها ضرورت دارد تا بوی بد از آنها بر طرف گردد. به این ترتیب جلبکها نقش مهمی را در تصفیه فاضلابها به عهده دارند که گاه به صورت طبیعی این پدیده انجام می شود. پروسه فتوسنتز توسط جلبک ها سبب وفور اکسیژن می شود و اکسیژن تولید شده به مصرف میکروارگانیزم ها می رسد که مسئولیت تجزیه نمودن بقایای مواد آلی را در فاضلاب ها به عهده دارند.

 مصرف دارویی جلبک ها

برخی از گونه های جلبک به دلیل سرشار بودنشان از ویتامین، مصرف دارویی دارند به عنوان مثال گونه Dunaliella سرشار از ویتامین A بوده و به همین دلیل به صورت کپسول و با عنوان Beta Carotene عرضه می شود. گونه دیگری با عنوان Haematococcus حاوی آنتی اکسیدان Astaxanthin و مصرف دارویی دارد.

پتانسیل سوخت زیستی بر پایه ریز جلبک

جایگزینی سوخت تمام وسایل نقلیه در ایالات متحده آمریکا سالیانه نیازمند 53 بیلیون متر مکعب سوخت زیستی است. منابع تولیدی سوخت زیستی مثل چربی حیوانات و روغن پس ماند آشپزی نمی تواند این نیاز را تامین کند. دیگر منابعی مثل دانه های گیاهی به سطح وسیع کشت نیاز دارند که این باعث محدودیت در تولید آنها می شود. به عنوان مثال برای تامین نیاز نیمی از سوخت مورد نیاز آمریکا توسط روغن خرما که درصد بالایی روغن دارد باید 24% زمین های زراعی را به کشت این محصول اختصاص داد که عملا ناممکن است.

برخلاف دیگر محصولات روغنی ریز جلبک به سرعت رشد می کند و دارای مقدار زیادی روغن است. ریز جلبک عموما در طول 24 ساعت زیست توده شان  را دو برابر می کنند. زمان های دو برا بر شدن در طول یک رشد اکسپوننشیالی معمولا کمتر از 5/3 ساعت است. مقدار روغن در ریز جلبک می تواند از 80% وزنی از زیست توده تجاوز کند. مقدار روغن در میکروجلبک به نوع آن ( نوع لیپید، هیدروکربن و…) بستگی دارد که البته محصول های غنی از روغن مطلوب هستند. همه روغن های جلبکی نمی توانند برای تولید سوخت زیستی مورد استفاده قرار گیرد. به جای ریز جلبک، روغن تولیدی از میکروارگانیسم های هتروتروفیک که بر روی یک منبع طبیعی کربن مثل شکر رشد می کند می تواند مورد استفاده قرار گیرد.