Морські водорості, щоб прогодувати світ
Світовий океан рясніє ресурсом - водоростями - який, на думку деяких, може допомогти прогодувати 10 мільярдів людей, які житимуть на Землі в 2050 році. Чи є таке бачення мрією чи може воно здійснитися ?
Майже всі, що розвиваються у водному середовищі, водорості є хлорофільними рослинами: завдяки своїм молекулам хлорофілу вони здатні вловлювати енергію сонця, щоб рости і розмножуватися. Сонячне випромінювання дозволяє їм перетворювати мінеральні солі, воду та атмосферний CO² у живу рослинну речовину. Цей процес утворення біомаси, який називають "фотосинтезом", супроводжується викидом кисню в атмосферу. Понад 3 мільйони років тому "сині водорості" або ціанобактерії були першими живими істотами, які виробляли і виділяли в атмосферу кисень, необхідний для нашого життя.
Ми розрізняємо макроводорості, які є багатоклітинними організмами, та мікроводорості. Мікроскопічні за розміром, оскільки вони складаються з однієї клітини, вони належать до десятків тисяч різних видів! Мікроводорості, що складають фітопланктон, містяться у суспензії в океанах та прісних водах. І навпаки, більшість макроводоростей прикріплені до опори (скелі, черепашки, інших водоростей тощо), і вони можуть утворювати справжні «поля» водоростей у морі. Раніше їх класифікували на три групи, які насправді відповідають дуже різним еволюційним лініям: червоні водорості (близько 6000 видів), бурі (1800 видів) та зелені (1200 видів).
Протягом декількох десятиліть харчова промисловість видобувала багато сполук із цих морських макроводоростей зі стабілізуючою, загущуючою або желюючою силою (ці харчові добавки можна позначити на етикетках продуктів за їх кодовим номером, між E400 і 407). Найвідоміші - агар-агар, альгінати та карагенани (лише на Францію припадає п’ята частина світового виробництва цих трьох сімейств речовин, видобуток яких забезпечується на бретонських потужностях міжнародних компаній Cargill та Dupont). Інші молекули мають консервант або забарвлювальну функцію (бета-каротин, наприклад).
Ці різні екстракти морських водоростей використовуються у складі значної кількості промислових харчових продуктів: льодів та морозива, молочних десертів, желеного молока, кремів, печива, соусів, готових страв, спредів, м’ясних продуктів, продуктів персика, жувальної гумки або навіть цукерки (замінюючи тваринний желатин). Фармацевтичний та косметичний сектори також знаходять багато молекул, що представляють інтерес для морських водоростей.
Однак використання морськими макроводоростями людини розпочалося задовго до появи цих галузей. Написаний, ймовірно, 2000 років тому, у найстарішому трактаті з медицини про ліки (Шеньонг бенкао цзин) є розділ, повністю присвячений водоростям. А в IV столітті н. Е. Імператор Японії зібрав частину податку у вигляді аркушів норі (червоних морських водоростей, що огортають японські ресторани макі). У багатьох прибережних районах світу морські водорості традиційно використовували для годівлі тварин, тепла, виготовлення підстилки та матраців, а також часто покращували сільськогосподарські угіддя. Внесок водоростей дійсно збільшує здатність утримувати воду ґрунтів і забезпечує їх мінеральними елементами, корисними для росту рослин (нещодавно зростання органічного землеробства сприяло підвищенню рівня "фітостимуляторів" на основі водоростей).
У Франції, за правління Людовика XIV, морські водорості з Бретані знайшли додатковий вихід: це виробництво мила та скла (згадайте про Дзеркальний зал у Версалі). У цих майстернях справді була потрібна сода, яку можна було отримати з попелу водоростей, спалених у «печах з морськими водоростями».
У деяких народів морські макроводорості також є їжею самі по собі. Протягом століть їх регулярно вживають у Південно-Східній Азії завдяки їх великій кількості, доступності та харчовим перевагам: з високим вмістом білків і клітковин, омега-3 жирних кислот, вітамінів, мінералів та мікроелементів (кальцій, магній, марганець, йод, цинк, мідь ...), в антиоксидантах ...
Сьогодні лише на азіатський континент припадає 96% світового виробництва морських водоростей. Виробництво, яке, за даними ФАО, зросло з 2 млн. Тонн у 1970 р. До 25 млн. У 2012 р. Цей обсяг рівномірно розподілений між бурими водоростями та червоними водоростями, причому виробництво зелених водоростей є дуже незначним (менше 1% від загальної кількості) . Китай є світовим лідером з 14 мільйонами тонн свіжих водоростей, що виробляються на рік, випереджаючи Індонезію (5 млн. Тонн), Філіппіни (1,5 млн. Тонн), Південну Корею (1 млн. Тонн) та Японію (0,7 млн. Тонн). Південнокорейці тримають світовий рекорд із споживання понад 14 кілограм водоростей на душу населення на рік, випередивши японців.
У всіх цих азіатських країнах культивуються морські водорості, що використовуються людиною, і ця культура проводиться в основному для харчових цілей (у всьому світі 95% виробництва припадає на «морські водорості»). В інших місцях світу все навпаки: неазіатські виробники збирають дикі водорості, і це навряд чи колись опиняється на тарілках їх споживачів.
У Франції обсяг щорічного врожаю свіжих морських водоростей (здебільшого в Бретані) становить близько 80 000 тонн, що робить нашу країну другим європейським виробником після Норвегії. Французький сектор морських водоростей об’єднує майже 80 заготівельних та/або переробних компаній та забезпечує роботу 1600 людей. Близько сорока суден з морськими водоростями забезпечують основну частину французького виробництва, але 15% все-таки надходять від ручного збору "берегових водоростей" (50 професійними та 300 випадковими збирачами). З іншого боку, вирощування морських водоростей становить ледве 1% від загального виробництва: проте до п’яти «історичних» компаній (усі бретонські), проте, за останні 4 або 5 років додали нових учасників. Нарешті, для покриття своїх потреб у “сировині”, французькі виробники водоростей, що переробляють, щорічно імпортують від 15 до 20 000 тонн водоростей, переважно з Чилі та Філіппін. Три чверті кількості водоростей, зібраних на наших узбережжях, призначені для гідроколоїдної промисловості (гелеутворювачі), решта для інших промислових потреб.
Проблема майбутнього світового попиту на білок
До 2050 року на Землі буде жити від 9 до 10 мільярдів людей, або на 2 мільярди більше, ніж сьогодні. Першою проблемою буде забезпечити достатню кількість безпечної та корисної їжі для всіх, мінімізуючи порушення навколишнього середовища та клімату. Окрім кращого розподілу багатства - надзвичайна бідність сьогодні є головною причиною голоду у світі! - водночас сільськогосподарське виробництво доведеться значно збільшити (а відходи - третину світового виробництва продуктів харчування - різко скоротити). Однак доступність оброблюваних земель, енергії та води для зрошення обмежена. Крім того, інтенсифікація сільськогосподарських культур та худоби може спричинити нові забруднення та ще більше збільшити викиди парникових газів, посилити страх за здоров’я людей (пестициди, стійкість до антибіотиків) та знову посилити суперечки (щодо ГМО, страждань тварин тощо).
На думку деяких експертів, вживання водоростей може допомогти вирішити цей виклик стійкого харчування для всіх. За певних умов вирощування водоростей - зокрема мікроводоростей - справді може забезпечити дуже велику кількість біомаси (урожайність може бути до 20 разів вищою, ніж пшениця, кукурудза чи ріпак!). І на відміну від наземних рослин, водорості не потребують ріллі ...
Мікроводорості: значний потенціал для використання
Хоча і зростає, вирощування морських мікроводоростей все ще залишається дуже низьким: лише кілька тисяч тонн у всьому світі (порівняно з 25 мільйонами тонн для макроводоростей). Зараз ці морські мікроводорості в основному експлуатуються для приготування харчових добавок, для годівлі молюсків, ракоподібних та вирощеної риби, а також для отримання молекул, що представляють інтерес для фармацевтичної та косметичної промисловості. Ці культури найчастіше проводяться в обмеженому середовищі, і з міркувань простоти вони відносяться до одного виду. У Франції тривають дослідження (в IFREMER в Палавасі) з розробки методів одночасного вирощування декількох видів морських та зовнішніх мікроводоростей. Такі пристрої, дешевші за систем, що містяться, можуть представляти доступне джерело їжі та енергії для бідних країн, розташованих поблизу екватора. Останні виграють від сильного сонячного світла (сприяє розвитку водоростей, фотосинтезуючих організмів) та високої температури морської води (сприяючи швидкому зростанню біомаси водоростей).
З точки зору вирощування морських водоростей з океанів, саме виробництво людьми певних мікроводоростей, що походять із солоних озер або живуть у прісній воді, представляє найцікавіші перспективи з точки зору їжі. У деяких з них надзвичайно багато білка та деяких інших поживних речовин (мінералів та вітамінів).
Однією з найвідоміших є спіруліна, мікроскопічні водорості, колонії яких мають форму спіральних ниток, як джерела (звідси і назва). Колись його споживали народи Центральної Америки (ацтеки, майя ...), які знайшли його в солоних озерах. У наш час спіруліна продовжує збиратись популяціями, що мешкають на північному березі озера Чад: її вода має особливість бути дуже основною (рН 11), що сприяє мимовільному розширенню цих мікроводоростей. Воду з озера беруть жінки, які потім відкладають її в улоговину піщаних басейнів, що дозволяє їй фільтруватися і збирати на поверхні "млинці" зі спіруліни.
Спіруліна дуже багата білками (70%!), Вітамінами (зокрема В12), залізом, каротином ... Її харчові переваги дозволяють тим, хто споживає, значно обмежити ризик дефіциту їжі. Сьогодні на сході африканського континенту, на Мадагаскарі та в інших регіонах світу, де спостерігаються голод та недоїдання, створені невеликі сільські одиниці з виробництва спіруліни. Спіруліну також культивують промислово по всьому світу, щоб виробляти харчові добавки, що продаються жителям багатих країн (включаючи вітамін В12, призначений для веганів: їх раціон, який виключає будь-який продукт тваринного походження, не містить цього вітаміну).
Іншою великою зіркою прісноводних мікроводоростей сьогодні є хлорела. Його харчові переваги знову ж таки виняткові. Японці були першими, хто вирощував його у відкритих басейнах у 1970-х рр. Як і спіруліна, хлорела продається як харчова добавка, а останнім часом - у вигляді борошна. Застосування останнього дозволяє отримати вершкові або густі емульсії та текстури, одночасно зменшуючи додавання жиру.
За останні роки промислові об'єкти для вирощування мікроводоростей помножились. Найменш дорогою технікою (з точки зору інвестицій та енергії) є вирощування у відкритих відкритих ставках. Але систему важко контролювати і представляє ризик забруднення посівів водоростей із зовнішнього середовища. Другий спосіб - виробництво фотобіореактора (PBR). Цей термін позначає "закриту" систему, що складається з довгих скляних трубок, що піддаються дії світла і мають форму котушок. У цих пробірках циркулює живильне середовище, в якому завислі мікроводорості розмножуються, використовуючи вільну енергію сонця. Комп’ютери тонко контролюють умови виробництва (температура, рН тощо), що забезпечує чудовий урожай, а також пропонує можливість вирощування більшої кількості видів мікроводоростей.
Чи допоможе це виробництво фотобіореакторів прогодувати світ у 2050 році? Теоретично це може дозволити масове виробництво рослинних білків, призначених для рибних господарств або навіть безпосередньо для харчування людей. Але залишається багато проблем: перехід на промислові масштаби виробничих процесів, розроблених в лабораторії або на пілотних підрозділах, які стосуються безпеки здоров'я продукції або навіть вартості виробництва. Наразі остання залишається занадто високою, і, ймовірно, пройде багато часу, перш ніж мікроводорості стануть фінансово доступною їжею для всіх. На даний момент прибутковість компаній, що вирощують мікроводорості, можна отримати, продаючи їх заможним споживачам у вигляді продуктів високого класу (харчові добавки, напої на основі спіруліни, пасти з мікроводоростями, борошно хлорели для приготування кулінарних препаратів з низьким вмістом ліпідів ...) і продається з великим маркетингом, обіцянками здоров’я та вічної молодості !
Окрім їжі, багато інших потенційних застосувань мікроводоростей в даний час є предметом багатьох досліджень та експериментів у всьому світі. Дуже велике біорізноманіття цього сімейства рослин - кілька десятків, а то й сотень тисяч видів, з яких сьогодні відомо дуже мало - відкриває шлях для виробництва нових терапевтичних молекул. З точки зору збереження навколишнього середовища та здоров'я, культури мікроводоростей вже виявили зацікавленість у очищенні стічних вод різних типів (міських стічних вод, стоків худоби, промислових стоків, фільтратів звалищ тощо), для фіксації важких металів або уловлювання надлишку атмосферного СО2. У зв'язку з цим нещодавнє дослідження Міжнародного інституту прикладного системного аналізу (IIASA), опубліковане у грудні 2015 року в журналі Carbone Balance and Management, підтверджує, що широкомасштабне вирощування мікроводоростей на корм тваринам дозволить лише обмежити середній приріст в глобальній температурі до 2,1 ° до 2100 року !
Виробництво біопалива також дуже вивчене: певні види дійсно можуть накопичувати у своїх клітинах значну кількість ліпідів. Виробництво біопалива з водоростей також дозволить звільнити рілля для вирощування більше їжі). Інший приклад: у Гамбурзі в 2013 році була встановлена система опалення житла з використанням культур хлорели. Фасад будівлі був покритий фотобіореакторами, великі скляні панелі всередині яких розмножуються - виділяючи тепло, яке відновлюється для нагрівання - мікро-водорості, підвішені в культуральне середовище. У Нанті лабораторія CNRS проводить випробування з виробництва "екологічного" біобітуму для дорожніх покриттів, що замінює бітум, вироблений з нафти. Для отримання цього біобітуму мікроводорості нагрівають протягом години при 260 ° С під тиском. Отриманий матеріал має інший хімічний склад, ніж кукурудза, має ті ж фізичні властивості, що і нафтовий бітум, а саме міцність і гнучкість, при цьому є екологічно чистим і довговічним. Але тут знову виникають питання великого виробництва та його собівартості.
Деякі бібліографічні джерела ...
Секрети водоростей. В. Леклерк та Дж. Й. Флок'. Видання Quae, 2014
Мікроводорості, обіцянки та виклики. Sialve B. 1, Steyer J-P. 1 1 INRA UR 050 - Лабораторія екологічних біотехнологій, Нарбонна. Агрономічні інновації 26 (2013), 25-39.
AlgoSolis: дослідницька платформа, присвячена промисловій експлуатації мікроводоростей. CNRS, прес-реліз від 25 червня 2015 р. - http://www2.cnrs.fr/presse/communique/4113.htm
Яке майбутнє за нашою їжею? П'єр Фейе. Видання Quae, 2014.
Центр вивчення та валоризації водоростей (CEVA): www.ceva.com
Союзна палата водоростей і морських рослин: www.chambre-syndicale-algues.org
Сайт АгроКампусОуестський центр халієтики, вища освіта та агрономічний дослідницький заклад. Ренн. http://halieutique.agrocampus-ouest.fr/
Використання та споживання спіруліни в Чаді - Махамат Сорто (Чадський інститут агрономічних досліджень для розвитку - ITRAD) - Спілкування під час міжнародного семінару Підходи до здорового харчування на основі їжі - Уагадугу, 23-28/11/2003.