1 of 22

�Дәріс №4�Цианобактерия спирулинаның биологиялық және биотехнологиялық маңыздылығы�

әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті. Биология және биотехнология факультеті Биотехнология кафедрасы

Пән: «Фототрофты микроорганизмдер»

Дәріскер: б.ғ.к., доцент Кирбаева Д.К.

2 of 22

Жоспар

Кіріспе

  • Цианобактерия спирулинаның биологиясы;
  • Спирулинаны өсіру және олардың биомассасын қолдану аясы;
  • Спирулина негізіндегі биологиялық белсенді заттар;
  • Қорытынды
  • Бақылау сұрақтары

3 of 22

Кіріспе

  • Цианобактериялардың 1500-ден астам түрі, 150-ден аса туысы белгілі болса, олар табиғатта басқа фототрофты прокариоттарға қарағанда кең таралған, бір клеткалы және көп клеткалы организмдер. Оның ішінде, көптеген салаларда тиімді үлесі зор цианобактерия Spirulina туысына қызығушылық жылдан – жылға артуда.
  • Физиологиялық жағдайына қарай цианобактерия спирулина тек жарық көзінде ғана өсетін қатал фототрофтар. Жарық фотосинтез процесіне аса қажетті болатын болса, фотосинтез процесінің өзі тіршілік көзі болып табылатын күн сәулесінің энергиясын пайдалану арқылы жүреді. Тірі табиғаттың өмір сүруі осы энергияны дұрыс тұтынумен байланысты, яғни жарықтың артық немесе кем болуы жалпы балдырлардың даму заңдылығын бұзады.
  • Спирулинаның бактерия ретіндегі жүйелік орнын, оның бірегей құрылымдық ерекшеліктерін, метаболизмін және адам үшін биологиялық белсенді заттарын, қолдану аясы мен маңыздылығын қарастыратын боламыз.

​

​

4 of 22

Жүйелік орны, таксономиясы

Бөлім: Сyanobacteria – цианобактериялар .

Класс: Hormogoniophyceae - гормогониялылар

Қатар: Oscillatoriales – осциллаторлықтар

Тұқымдас: Oscillatoriaсeае

Туысы: Spirulina

Цианобактерия Spіrulіna түрлерін өте жете зерттеулерде табиғаттың әртүрлі орталарынан табылған. Ағынды және тұрып қалған су құрамында Spіrullіna platensis, Sp. princes, Sp. gomontiana, Sp. Jenneri, Sp. coraciana, Sp. laxissima, Sp. agilis түрлері кең таралған болса, өзен - көлдерде Spіrulіna okensis, Sp. spiulinoides, Sp. pseudovacuolata, Sp. minima, Sp. flavovirens түрлерін кездестіруге болады.

  • Спирулина – бұл көк-жасыл түсті, пішіні спиральді көпжасушалы цианобактерия. Ол әдетте Arthrospira деген ғылыми атаумен белгілі, мысалы, Arthrospira platensis, Arthrospira maxima.

5 of 22

Таралуы мен өсу жағдайы

  • Тұзды және минералды суларда, сондай-ақ тұщы сулар олардың мекендеуіне қолайлы орта болып табылған болса (Sp. fusiformis, Sp. lavyrinthiformis, Sp. meneghiniana, Sp. major), батпақты жерлерде сирек (Sp. curta) кездеседі.
  • Жылы немесе ыстық су көздерінде басқа микроорганизмдермен тұтас жабын кілем түзетін түрлеріне Spіrulіna tenuissima, Sp. lavyrinthiformis, Sp. tenuior жатады.
  • Жалпы цианобактериялар бөлімінің гормогониялылар (Hormogoniophyceae) класы табиғатта кең тараған.

Өсу ерекшеліктері:

Температура: Оптимум 25-37°C.

pH: Оптимум 9-11. Жоғары сілтілік ортада өсуі оған бәсекелестерден үстемдік береді.

Жарық: Жарық сыйымдылығы жоғары.

Таралу ортасы: Негізінен жылы, сілтілі (жоғары pH) тұщы сулы айдындарда өседі (мысалы, Африкадағы Чад көлі, Тескоко көлі).

6 of 22

Морфологиялық құрылымы: тік, спиральді иірімді (трихомды) түзетін жіпшелер. Иірімдердің диаметрі мен қадамы түрлеріне байланысты өзгеріп отырады.

  • Негізгі құрылымдық бірлік – Трихом:
    • Бұл жіпше тәрізді, бөлінбеген жасушалар тізбегі.
    • Жасушалар аралық байланыс (плазмодесма) арқылы тығыз байланысқан.
    • Трихомның сыртын муцилді қапшық (гиалин қабықшасы) жауып тұрады, ол судың қатуынан және кептіруден қорғайды.
  • Жасуша құрылымы (Прокариоттық):
    • Жасуша қабырғасы: Пептидогликаннан тұрады (грам-теріс бактерияларға ұқсас).
    • Тилакоидтар: Фотосинтезге қатысатын мембраналы құрылымдар. Олар жасушаның перифериясында орналасқан.

7 of 22

Сypет 2 - Циaнoбaктеpия спиулина жасуша құpылыcы

8 of 22

Спирулина, биологиялық белсенді қорспа ретінде

Ғасырлар бойы азықтық өнімділігімен көзге түскен спирулина биомассасы ауыл шаруашылығында жемдік белок, медицинада профилактикалық зат ретінде (ББҚ) биологиялық белсенді қоспа немесе косметикалық препарат және экологияда су тоғандарды тазалауда да тиімділігі зор болып есептеледі.

9 of 22

10 of 22

Кеcте - Кептipiлген cпиpyлинaның биологиялық белсенді заттарының құpaмы

Биoмaccaның негiзгi құpaмы:

1. Aқyыз 55-70%, cпиpyлинaдa aқyыздың бapлық 8 негiзгi ayыcтыpылмaйтын aминқышқылдapы - метиoнин, лейцин, изoлейцин, вaлин, тpиптoфaн, тpеoнин, фенилaлaнин, лизин түpлеpi бap.

2. Көмipcyлap 15-20%, жaлпы глюкoзa, мaннoзa, кcилoзa, гликoген түpлеpi.

3. Липидтеp 6-8%, oның iшiнде oмегa-6 мaй қышқылдapы.

4. Фикoциaнин, каротиноидтар, в-каротин, хлopoфил а пигменттеpі – ағзадағы иммyнитеттi күшейтyге мүмкiндiк бoлaды.

5. Витaминдеp 0,5-1%, В1- В12 тoбындaғы витaминдеp, C дәpyменi aнтиoкcидaнт pетiнде, A витaминi теpi қaбaтынa қopғaныш pетiнде.

6. Минеpaлдap 0,5-1%, Fе – темip, Ca – кaльций, Мg – мaгний, нaтpий – Na және т.б элементтеp.

7. Нyклеин қышқылдapы 4-6%.

Cпиpулинa – В дәpуменiнiң, фикoциaниннiң, PНҚ- нiң, ДНҚ-нiң, aқуыздың ең тoлық тaғaм көзi және де диетaлық тaғaмдapдaғы тaптыpмac қopек көзi бoлып тaбылaды.

11 of 22

Спирулинаны өсіру жолдары

12 of 22

Спирулина дақылының концентрациясын өлшеу

Дақылдың концентрациясын - оның түсінің қарқындылығымен өлшеуге болады, ол үшін басында кішкентай ақ дискісі бар перпендикуляр бекітілген сызғыш қолданылады. Бұл құрал диск көрінбейтін болғанша суға батырылады. Дискінің тереңдігі сызғыштан оқылады. Егер диск 5-6 см тереңдікте көрінсе, дақыл ериді; 2-3 см тереңдікте өндіруге дайын дақыл көрсетіледі.

Тереңдігі 2 см-ден аз болса, дақылды еріту керек немесе егін жинау уақыты келді. Жақсы жағдайда спирулина максималды концентрацияға жеткенше (мөлдірлігі 1,5 см-ден аз) әр 2-4 күн сайын екі есе артады. 1,5 см-ден 3,5 см-ге дейін мәдениеттің тығыздығы шамамен сызықтық түрде өзгереді, сондықтан 1,5 см-де ол 0,5 г / литр (бір литр ортадағы кептірілген спирулинаның салмағы) және 3 см - де-0,25 г/литр.

Фотометр- бұл фотометриялық қондырғы: жарық пен жарық ағынының беріктігін, жарық дәрежесін, ерітіндінің тығыздығын және т.б., сондай-ақ инфрақызыл және ультракүлгін сәулелермен байланысты шамаларды өлшейтін құрал.

13 of 22

Ашық бассейн құрылысы

Бассейн үшін таңдалған аймақ ашық жерде болуы керек (бірақ судың температурасы жоғарылаған кезде оны көлеңкелеу мүмкіндігін қамтамасыз ету керек). Өлшемдер өндірістің болжамды көлеміне байланысты әр түрлі болуы мүмкін. Бассейндерді салу кезінде кірпішті, шлак-бетон блоктарын, тақталарды, саманды немесе кез-келген басқа материалды негіз ретінде пайдалануға болады. Егер кеміргіштер болса, пленканың астына жеткілікті жұқа металл тор немесе қаңылтыр темір қою керек. Барлық жағдайларда, бассейннің беті пленканы төсемес бұрын мұқият тегістелуі керек.

14 of 22

15 of 22

Күніне кемінде төрт рет қолмен араластыру керек. Суспензия көлемі 30 литрге жеткенде, араластыру үшін электр сорғысын пайдалануға болады. Суспензия көлемі 50 литрден аз болса, сорғының - шығыс шлангісін ішінара қысу немесе шүмекті пайдалану қажет.

Осылайша, 50 литр концентрацияланған дақыл алынғанша дәйекті еріту процесін жалғастырыңыз.

Жаңа ортаның сілтілігі 8,5 құрайды, ал рН дақыл өскен сайын 10 немесе тіпті 11-ге дейін көтерілуі мүмкін. Соңғысы дақыл ортасын сумен сұйылту керек екенін көрсетеді.

16 of 22

�Спирулинаны өндіру технологиясы

    • 1. Дайындық. Жылыжайда бассейндер салу және орнату, қажет болған жағдайда су ыдыстарын дайындау, қажетті құралдарды және биомасса кептіру блогын дайындау. Бассейндердің жалпы ауданы неғұрлым көп болса, соғұрлым көп өнім алуға болады, сондықтан биомассаны кептіру блогының өлшемдері, су шығыны, техникалық қызмет көрсету персоналының саны және т.б. осыған байланысты болады.
    • 2. Өндірісті қосу. Бұл кезеңде спирулина биомассасының аз мөлшері арнайы дайындалған өсіру ортасы бар бассейнге орналастырылады. Биомасса өскен сайын егін жинау жүргізілмейді, бірақ басқа бассейндер толтырылады. Көмір қышқыл газ, жарық, механикалық араластырғыш құралдардың жұмыс істеуімен қамтамасыз етеді.

17 of 22

4. Қосымша енгізу. Спирулина өсіп, егін жинау кезінде балдырлар өсетін орта сарқылып, ішіндегі қажетті қор заттары азаяды. Қоректік заттардың жетіспеушілігін толтыру үшін минералды тұздар мезгіл-мезгіл ортаға қосылады, мысалы азот, фосфор, темір және т.б.

3. Егісті жинау. Спирулинаның өсу қарқыны жеткілікті жоғары болғандықтан, егін жинау күн сайын жүргізіледі. Бассейндерде белгілі бір тығыздыққа жеткенде, спирулина биомассасының бір бөлігі бетіне қалқып шығады, бұл тікелей жер бетінен егін жинауға мүмкіндік береді.

18 of 22

5. Биомассны жуу. Спирулина жасушалары құрамы әртүрлі бейорганикалық тұздары (қоректік орта) көп суда өсетіндіктен, жиналған биомасса міндетті түрде жуылады. Ол үшін биомасса елекке салынып, қарапайым тұщы сумен жуылады.

6. Биомассны кептіру. Ол үшін биомасса полиэтиленге жұқа қабатпен жағылады және 3-4 сағат бойы кептіріледі, бұл тікелей күн сәулесінің түсуіне жол бермейді, өйткені қарқынды күн сәулесі пигменттердің бұзылуына әкеледі, бұл спирулина биомассасының сапасын айтарлықтай төмендетеді.

19 of 22

7. Спирулина биомассасын сақтау. Спирулинаның кептірілген биомассасы, мысалы, полиэтилен пакеттері сияқты герметикалық сақтау контейнерлеріне жиналады. Тығыздық қажет, өйткені микробалдырлардың кептірілген биомассасы өте гигроскопиялық. Ұйықтау орамы бөлме температурасында қараңғы жерде сақталады. Спирулинаның кептірілген биомассасына ылғалдың түсуі өте жағымсыз.

Мұндай жағдайларда биомассаны қайта кептіруге болмайды, өйткені жоғары ақуыз және ылғал бактериялардың дамуы үшін ең қолайлы орта болып табылады. Кейде спирулина биомассасы бүлінген өнімнің тән көрінісі мен иісіне ие болу үшін бактериялардың бірнеше минуттық белсенділігі жеткілікті.

Сақтаудың негізгі шарттары:

Температура: салқын, жылу көздерінен аулақ болыңыз.

Жарық: қараңғыда сақтаңыз, өйткені жарық спирулинаны бұзады.

Ылғал: құрғақ жерде, атмосфералық ылғалдан қорғаңыз.

Ауа: оттегімен жанасуды болдырмау үшін герметикалық ыдыста.

Қаптама: тығыз қақпағы бар банкаларды немесе контейнерлерді пайдаланыңыз.

20 of 22

Қорытынды

  • Спирулина – бұл бірегей прокариотты организм, ол жоғары қоректік құндылығымен және қолайлы экологиялық қасиеттерімен (мысалы, азотты бекіту) ерекшеленеді.
  • Оның биологиясы (спиральді пішіні, фикоцианиннің болуы, сілтілік ортаға бейімділігі) оны табиғатта жылы жерлерде, сілтілі ортада тіршілік етуге мүмкіндік береді.
  • S. platensis биомассасының антиоксиданттық қасиеттері жоғары деп танылған дақылының биомассасын тотығу стрессін модельдеу жағдайында in vivo жағдайда егеуқұйрықтарға тәжірибелер жүргізген. Нәтижесінде ақ егеуқұйрықтарындағы in vivo экспериментінде липидтердің асқын тотығуының тежелуі, супероксиддисмутаза, каталаза белсенділігінің дозаға тәуелді жоғарылауы, сондай ақ, салмақтарының артқаны және тотығу стрессін төмендеткен ғылыми ақпараттар бар.
  • Спирулина – бұл денсаулық, азық-түлік өнеркәсібі және ғылым үшін маңызды биотехнологиялық нысан.
  • Спирулина әртүрлі табиғи жағдайларға өте бейімделгіш. Эволюция процесінде қатаң бәсекелестік жағдайларынан өтіп, спирулина жасушалары қолайлы жағдайларда ең жоғары жылдамдықпен бөліну қабілетіне ие болды.

​

21 of 22

Ұсынылатын әдебиеттер

  • 1. Кедик С.А., Ярцев Е.И., Гультяева Н.В. Спирулина - пища XXI века.- М.: Фарма Центр, 2006. — 166 с. ISBN 5-901913-03-5.
  • 2. Заядан Б.К., Фототрофты микроорганизмдер биотехнологиясы.–Павлодар, «Brand print», 2010. – 432 б.
  • 3. Адамс М. Суперпища для оптимального здоровья: хлорелла и спирулина, 2012 – 38с.
  • 4. Биология цианобактерий: учебно-методическое пособие / Е.А. Бессолицына – Киров: ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2012. – 51 с.

22 of 22

���НАЗАРЛАРЫҢЫЗҒА РАХМЕТ!�