تولید پروتئین از جلبک‌ها: راهکاری پایدار برای آینده غذایی

جلبک‌ها، به‌ویژه ریزجلبک‌ها، به عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین منابع پروتئین پایدار برای آینده معرفی شده‌اند. این میکروارگانیسم‌ها قادرند با سرعت بسیار بالایی رشد کنند و برای تولید پروتئین به آب و زمین کمتری نسبت به منابع سنتی (مانند دام) نیاز دارند. تولید پروتئین از جلبک، فرآیندی است که از کشت تا فرآوری نهایی را شامل می‌شود.

فرآیند تولید پروتئین از جلبک

این فرآیند به طور کلی به سه مرحله اصلی تقسیم می‌شود:

۱. کشت و تکثیر جلبک

این مرحله، که مهم‌ترین بخش تولید است، در دو سیستم اصلی انجام می‌شود:

• سیستم‌های باز (Open Systems): این سیستم‌ها شامل استخرهای روباز یا استخرهای بیضی‌شکل (Raceway Ponds) هستند. مزیت اصلی آن‌ها هزینه پایین راه‌اندازی است، اما در برابر آلودگی‌های محیطی و تغییرات دمایی آسیب‌پذیر هستند.

• سیستم‌های بسته (Closed Systems): این سیستم‌ها که به آن‌ها فتوبیورآکتور (Photobioreactor) گفته می‌شود، محیطی کاملاً کنترل‌شده فراهم می‌کنند. فتوبیورآکتورها معمولاً لوله‌های شفافی هستند که نور و دی‌اکسید کربن را به طور بهینه به جلبک‌ها می‌رسانند. این سیستم‌ها هزینه بیشتری دارند اما از آلودگی جلوگیری کرده و بازدهی بالاتری دارند.

۲. برداشت (Harvesting)

پس از رشد جلبک‌ها تا غلظت مطلوب، باید آن‌ها را از آب جدا کرد. این فرآیند به دلیل اندازه بسیار کوچک جلبک‌ها چالش‌برانگیز است و از روش‌های زیر استفاده می‌شود:

• سانتریفیوژ (Centrifugation): جلبک‌ها با نیروی گریز از مرکز از آب جدا می‌شوند. این روش مؤثر اما پرهزینه است.

• انعقاد و لخته‌سازی (Flocculation): با افزودن مواد شیمیایی یا بیولوژیکی، جلبک‌ها به هم می‌چسبند و توده‌هایی تشکیل می‌دهند که قابل جمع‌آوری هستند.

• فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration): جلبک‌ها با عبور مایع از غشاهای بسیار ریز، از آب جدا می‌شوند.

۳. فرآوری و استخراج پروتئین

جلبک‌های برداشت‌شده به صورت یک توده مرطوب (بیومس) هستند که باید برای مصارف خوراکی فرآوری شوند. این فرآیند شامل مراحل زیر است:

• خشک کردن: بیومس مرطوب باید به سرعت خشک شود. دستگاه‌هایی مانند خشک‌کن‌های اسپری (Spray Dryers) یا خشک‌کن‌های درام (Drum Dryers) برای این کار استفاده می‌شوند.

• خرد کردن و آسیاب: برای افزایش دسترسی به پروتئین، به‌ویژه در گونه‌هایی مانند کلرلا که دیواره سلولی سختی دارند، بیومس باید خرد و آسیاب شود.

• استخراج پروتئین: در نهایت، با استفاده از روش‌های فیزیکی یا شیمیایی، پروتئین از بیومس جلبک جدا می‌شود و به صورت پودر، پلت یا سایر اشکال قابل بسته‌بندی در می‌آید.

تجهیزات مورد نیاز

تجهیزات مورد نیاز برای تولید پروتئین از جلبک‌ها بسته به مقیاس و نوع سیستم کشت، متفاوت است اما به‌طور کلی شامل موارد زیر می‌شود:

• مخازن کشت: استخرهای روباز یا فتوبیورآکتورها.

• سیستم هوادهی و پمپاژ: پمپ‌ها و کمپرسورهای هوا برای رساندن دی‌اکسید کربن و مواد مغذی به جلبک‌ها و چرخش آب.

• تجهیزات برداشت: سانتریفیوژ، فیلترهای پرس یا غشایی.

• تجهیزات فرآوری: خشک‌کن‌ها (اسپری درایر، درام درایر)، آسیاب‌ها و دستگاه‌های بسته‌بندی.

• سیستم‌های کنترل: سنسورها و تجهیزات برای نظارت بر pH، دما، نور و غلظت مواد مغذی.

با وجود چالش‌های اولیه، پتانسیل بالای جلبک‌ها در تأمین پروتئین، آن‌ها را به یک راه‌حل امیدوارکننده برای حل چالش‌های امنیت غذایی و کاهش اثرات زیست‌محیطی در آینده تبدیل کرده است.