Υψηλής αξίας προϊόντα από μικροφύκη. Ένας δυναμικά εξελισσόμενος τομέας της Γαλάζιας Βιοτεχνολογίας

Εμμανουήλ Φλεμετάκης
Καθηγητής, Αντιπρύτανης Ακαδημαϊκών και Διοικητικών Θεμάτων, Δια Βίου Μάθησης και Εξωστρέφειας, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών,
Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας,
Τμήμα Βιοτεχνολογίας
mflem@aua.gr

Τα μικροφύκη αποτελούν μικροσκοπικούς μονοκυττάρους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, με πιο γνωστό εκπρόσωπο τη γνωστή μας σπιρουλίνα, οι οποίοι ζουν σε πληθώρα υδάτινων οικοσυστημάτων. Επιπλέον, τα τελευταία χρόνια αποτελούν ελκυστικούς στόχους για την ανάπτυξη καινοτόμων προϊόντων διατροφής και κοσμετολογίας. Ως φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, έχουν τη δυνατότητα να μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα και την ηλιακή ακτινοβολία σε ένα μεγάλο πλήθος βιομορίων υψηλής αξίας, αποτελώντας μια εξαιρετικά πλούσια πηγή πρωτεϊνών, λιπαρών οξέων και πολυσακχαριτών. Επιπρόσθετα, η ικανότητα που έχουν πολλά είδη μικροφυκών να αναπτύσσονται σε ιδιαίτερα απαιτητικά και μεταβαλλόμενα οικοσυστήματα, τα έχει προικίσει με μοναδικές βιοχημικές δυνατότητες που τους επιτρέπουν να βιοσυνθέτουν πολλά εξειδικευμένα μόρια με σημαντικές αντιοξειδωτικές και άλλες βιοδραστικές ιδιότητες.

Μία από τις πιο αξιοσημείωτες ιδιότητες των μικροφυκών είναι η υψηλή περιεκτικότητά τους σε πρωτεΐνες. Ορισμένα είδη που χρησιμοποιούνται ήδη ως πρόσθετα τροφίμων ή συμπληρώματα διατροφής, όπως η σπιρουλίνα και η χλωρέλλα, περιέχουν έως και 60 – 70% πρωτεΐνη κατά ξηρό βάρος, καθιστώντας τα μια από τις πλουσιότερες πηγές φυτικής πρωτεΐνης. Επιπλέον, η πρωτεΐνη από τα μικροφύκη διαθέτει μια ιδιαίτερα ισορροπημένη σύσταση σε απαραίτητα αμινοξέα, ιδιαίτερα σε σύγκριση με άλλα φυτικής προέλευσης πρωτεϊνικά κλάσματα. Συνεπώς, τα μικροφύκη προβάλουν ως μια εξαιρετική ενναλακτική πηγή πρωτεΐνης, ιδιαίτερα αν αναλογιστούμε και το εξαιρετικά μειωμένο περιβαλλοντικό αποτύπωμα κατά την παραγωγή τους. Αυτό συμβαίνει διότι σε σύγκριση με τα καλλιεργούμενα φυτά απαιτούν σημαντικά λιγότερη γη, νερό και λιπάσματα, ενώ ταυτόχρονα αποφεύγεται η χρήση χημικών φυτοφαρμάκων. Πέρα από πηγή πρωτεϊνών, τα μικροφύκη αποτελούν και μια εξαιρετική πηγή βασικών λιπαρών οξέων και πολυσακχαριτών, ιδιαίτερα των ωμέγα-3 πολυακόρεστων λιπαρών οξέων (PUFAs) όπως το εικοσαπεντανοϊκό οξύ (EPA) και το εικοσιδυαεξανοϊκό οξύ (DHA). Αυτά τα ωμέγα-3 είναι ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία του εγκεφάλου, την καρδιαγγειακή υγεία και τη μείωση της φλεγμονής. Οι πολυσακχαρίτες των μικροφυκών που έχουν μελετηθεί έως σήμερα, παρουσιάζουν σημαντικές επουλωτικές και αντι-φλεγμονώδεις ιδιότητες, όπως έχουν δείξει και πρόσφατα δημοσιευμένες μελέτες σε στελέχη απομονωμένα από τις Ελληνικές λιμνοθάλασσες. Καλά μελετημένη είναι και η περιεκτικότητα των μικροφυκών σε απαραίτητες βιταμίνες και βιοδραστικά αντιοξειδωτικά μόρια. Κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες ανάπτυξης, είδη μικροφυκών μπορούν να συσσωρεύουν πρόδρομες μορφές της βιταμίνης Α (α- και β-καροτένιο) καθώς και σημαντικές ποσότητες των βιταμινών Β9, Β12 και D3. Στα υψηλής αξίας αντιοξειδωτικά μόρια που παράγονται από τα μικροφύκη περιλαμβάνονται: α) η Φυκοκυανίνη: μια μπλε χρωστική ουσία που παράγεται από τη Σπιρουλίνα που διαθέτει αντιφλεγμονώδεις και νευροπροστατευτικές ιδιότητες, και β) η Ασταξανθίνη: ένα ισχυρά αντιοξειδωτικό καροτενοειδές, που βρίσκεται σε ορισμένα είδη μικροφυκών, γνωστό για τις προστατευτικές και αντιγηραντικές του ιδιότητες.

Παρά τα προφανή πλεονεκτήματα της χρήσης των μικροφυκών στη διατροφή, αρκετοί παράγοντες έχουν περιορίσει τη χρήση τους τα προηγούμενα χρόνια. Σε αυτούς περιλαμβάνονται τόσο ρυθμιστικά και θέματα νομοθεσίας, τα οποία τουλάχιστον προς το παρόν στο επίπεδο της Ευρωπαϊκής Ένωσης έχουν περιορίσει τον αριθμό των ειδών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν, όσο και παράγοντες που έχουν να κάνουν με το κόστος παραγωγής τους καθώς και με μερικά ανεπιθύμητα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά τους. Η σημαντική πρόοδος της τεχνολογίας ανάπτυξης των μικροφυκών σε ανοικτά και κλειστά συστήματα καλλιέργειας (φωτoβιοαντιδραστήρες) έχει ως αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση του κόστους παραγωγής, το οποίο πλέον επιτρέπει τη χρήση της παραγόμενης βιομάζας και σε προϊόντα χαμηλότερης προστιθέμενης αξίας. Ταυτόχρονα, αυτά τα συστήματα καλλιέργειας επιτρέπουν και την παραγωγή προϊόντων σταθερής και καλά ελεγχόμενης σύστασης καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους. Ως κυριότερα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά, που παραδοσιακά περιόριζαν την απ’ ευθείας προσθήκη των μικροφυκών σε προϊόντα διατροφής, αναφέρονται: το έντονο πράσινο χρώμα καθώς και η ιδιαίτερη οσμή (οσμή ψαριού) και γεύση που εμφανίζουν ιδιαίτερα είδη θαλάσσιων μικροφυκών, τα οποία οφείλονται κυρίως στα προϊόντα οξείδωσης των λιπαρών που περιέχουν. Αρκετές εναλλακτικές προσεγγίσεις έχουν χρησιμοποιηθεί για την ελαχιστοποίηση των ανεπιθύμητων αυτών χαρακτηριστικών. Παραδείγματα αποτελούν η χρήση μεθόδων διαχωρισμού και κλασμάτωσης των βιοδραστικών μορίων, καθώς και η χρήση μεθόδων παραγωγής της βιομάζας που περιορίζουν σημαντικά το έντονο πράσινο χρώμα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα των λύσεων που προτείνουν οι σύγχρονες διεπιστημονικές ερευνητικές προσπάθειες, αποτελεί και ο φυσικός εμπλουτισμός του πρόβειου γάλακτος με υψηλής διατροφικής αξίας θαλάσσια λιπαρά οξέα (EPA και DHA). Αυτός συμβαίνει χωρίς καμία αλλοίωση στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των προϊόντων, και δη μέσω της ενσωμάτωσης στη διατροφή των ζώων μικρών ποσοτήτων μικροφυκών, εφαρμογή που αναπτύχθηκε μέσα από τη συνεργασία ερευνητικών ομάδων του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών.

Συνολικά, τα μικροφύκη έχουν τη δυνατότητα να αποτελέσουν μια δυναμική εναλλακτική πρόταση για την παραγωγή ιδιαίτερης αξίας βιοδραστικών συστατικών, συνδυάζοντας την υψηλή διατροφική τους αξία με τις φιλικές προς το περιβάλλον μεθόδους παραγωγής τους, αποτελώντας ίσως των ταχύτερα αναπτυσσόμενο κλάδο της Γαλάζιας Βιοτεχνολογίας.