OPEN POND ALGAL CULTURE

About solar salterns

Evaporation of sea water and precipitation of salts from the natural brine is one of the ways of manufacturing sodium chloride (NaCl) for food, commodities, and various industrial uses.

Natural solar and wind energies are used to evaporate water from the brine in open saltern ponds organized into cascades of basins of increased salinities.
At the intermediate stage of brine concentration, gypsum (CaSO₄) precipitates in separate ponds that, at the end of the cascade, yields more pure table salt than the other sodium chloride manufacturing technologies: mining rock salt and heat evaporation of brine of subterranean salt wells. At the same time, sea salt is richer in micronutrients than the other sodium chloride products and more valuable for consumption and sea salt bathing.
Open ponds of solar salterns are inhabited with pink halobacteria and orange-red microalgae colouring their brine and salt, especially the thin delicate crust of salt precipitating on brine surface as it evaporates, which is called “fleur del sel”. “Fleur del sel” is valued from the ancient times and is used to flavour food because of its violet-like odour resulting from microalgal metabolites.
Solar saltern brines are used to manufacture some more valuable chemical products like bromine (Br₂), which is mainly used to manufacture flame retardants and medicines, and sodium sulphate (Na₂SO₄), which is used to manufacture home laundry products and to remove air bubbles from glass in glass industry.

Solar salterns are sustainable manufacturing facilities with low carbon dioxide footprint yielding valuable products among which microalgal biomass is currently less exploited.

About carotenoid accumulating microalgae

In 1960s a group of Ukrainian researchers was developing the idea to use the microalga Dunaliella salina inhabiting solar salterns as the biotechnological source of beta-carotene. More about the alga can be found in Algaebase. The idea was implemented in Australia, Israel and some other countries but still not in Ukraine.

Currently the only economically feasible way to grow D. salina is open pond culture. Even where such facilities operate, D. salina is grown in specially designed ponds not associated with salt manufacturing that increases expenses.
Salt manufacturing and growing D. salina are somewhat contradictory. In brines of highest salinities D. salina culture does not propagate. Intense orange-red algal “bloom” in the final, most salty, basin of evaporation cascade is misleading because brine from the whole field containing algal cells sinks there. The brine concentrates due to evaporation, algal cell suspension concentrates as well. Prolonged keeping favourable for D. salina growth salinities in the intermediate basins will slow down salt evaporation.
We have developed the management system which integrates D. salina cultivation into solar saltern operation process without losses both for salt and algal biomass manufacturing.
Among other technological solutions, our system makes use of the period under seasonal climate when salterns do not operate. During cold and rainy season the other biotechnologically important alga, freshwater and cold acclimated Haematococcus pluvialis, is grown in some basins. More about the alga can be found in Algaebase.
Some findings which our system is based on are being published in Researchgate.

Our developments could be implemented on the solar salterns of Ukraine and Mediterranean to revitalize their operation and to make brine processing more complete and wasteless.

About algal carotenoids

Carotenoids possess the 3 specific properties: colour from yellow-orange to red-purple, anti-oxidant and pro-vitamin A activities. Due to these properties carotenoids are used in food, feed and cosmetics as natural colourants and functional ingredients.

D. salina grows naturally in solar salterns ponds and is non-GMO. D. salina (syn. D. bardawil) biomass and its carotenoids are recognised safe for use in food in the EU (1) and the USA (2).
D. salina total carotenoids, although, comprising mostly beta-carotene, are called mixed carotenoids in the market because the product contains minor fractions of xanthophylls (oxygen containing carotenoids) and alpha-carotene. Beta-carotene fraction itself in the alga comprises the mixture of isomers: all-trans beta-carotene and 9-, 13- and 15-cis-beta-carotene, their ratio being in the range of 50/50 - 71/29.

9-cis beta-carotene formula 9-cis beta-carotene

Because of the composition, D. salina mixed carotenoids product is less bright in shade than synthetic and fungal beta-carotene and is the natural alternative to colour food in the range from lemon-yellow to orange. Food colour from D. salina is approved in EU as E 160 a (iv) (3) and globally approved by FAO (4).
Because of higher anti-oxidant activity the main use of D. salina biomass and mixed carotenoids is in functional foods, food supplements, and cosmetics.
The alga Haematococcus pluvialis accumulates another carotenoid – astaxanthin. We grow a non-GMO strain of Haematococcus pluvialis which was isolated from natural habitat (rainwater puddle) in Ukraine.

Astaxanthin formula Astaxanthin

Astaxanthin is purple-red and possesses the highest anti-oxidant properties among natural substances (3 hundred times higher than vitamin E). Anti-oxidants protect living cells from oxidative damage associated with aging, polluted environment and unhealthy lifestyle.
Astaxanthin-rich Haematococcus pluvialis products are approved in EU as a novel food (5). Numerous extracted and capsulated products are allowed to be used as anti-oxidant dietary supplements in humans (6). Use of astaxanthin as a food dye (E 161 j) is currently under consideration in EU.
Astaxanthin from various sources is legally used in EU as feed additive for fish and crustaceans to enhance their flesh colour (7). Haematococcus algae meal and pure astaxanthin are approved in USA for use as the feed for salmonid fish (8, 9).
Natural astaxanthin possesses high potential as anti-oxidant in anti-aging cosmetics.

Algal carotenoids have a wide spectrum of applications. The consumers of them are predominantly companies that manufacture food and feed supplements. Whole dried algal biomass is capsulated or oleoresin extracted from the biomass with supercritical CO₂. Oleoresin is further processed into various formulations according to customer’s demand.

Top

Про соляні промисли

Випаровування морської води та осадження солей із натурального розсолу є одним зі способів виготовлення хлориду натрію (NaCl) для харчових продуктів, інших споживчих товарів та різних промислових застосувань.

Прирдна енергія сонця та вітру використовується для випаровування води з розсолу у відкритих водоймах, що створюють каскади басейнів зі зростаючою солоністю.
На проміжній стадії концентрування розсолу гіпс (CaSO₄) осаджується в окремих водоймах, завдяки чому в кінці каскаду утворюється більш чиста харчова сіль, ніж дають інші технології виробництва хлориду натрію: видобуток кам'яної солі та випаровування розсолу підземних соляних залежів. У той же час, морська сіль більш багата на мікроелементи, ніж інші продукти хлориду натрію, і є більш цінною для споживання та прийняття ванн.
Відкриті водойми солепромислів населені рожевими галобактеріями та оранжево-червоними мікроводоростями, що забарвлюють природну ропу та сіль, особливо тонку крихтку корку солі, що осаджується на поверхні розсолу під час випаровування, яка називається "fleur del sel" – «соляна квітка». "Fleur del sel" цінується з найдавніших часів і використовується для приправлення страв через її фіалковий запах, що виникає внаслідок присутності метаболітів мікроводоростей.
На соляних промислах можут виготовлятися ще деякі цінні хімічні продукти, такі як бром (Br₂), який в основному використовується для виробництва вогнезахисних речовин та ліків, а також сульфат натрію (Na₂SO₄), який застосовується у споживчих виробах для прання та для видалення пухирців повітря зі скла в скляній промисловості.

Відкриті соляні промисли - це сталі виробничі потужності з низькими викидами вуглекислого газу, що дають цінні продукти, серед яких може бути біомаса мікроводоростей.

Про мікроводорості, що накопичують каротиноїди

У 1960-х роках група українських дослідників працювала над ідеєю використання мікроводоростей Dunaliella salina, що ростуть у басейнах солепромислів, як біотехнологічного джерела бета-каротину. Більше про водорість можна знайти в Algaebase. Ідея була реалізована в Австралії, Ізраїлі та деяких інших країнах, але все ще не в Україні.

На даний час єдиним економічно доцільним способом вирощування D. salina є культура у відкритих басейнах. Навіть там, де діють такі промислові об'єкти, D. salina вирощується в спеціально призначених водоймах, не пов'язаних із виробництвом солі, що збільшує витрати.
Виробництво солі та вирощування D. salina є дещо суперечливими. У розсолах найвищої солоності культура D. salina не розмножується. Інтенсивне помаранчево-червоне «цвітіння» водорості в останньому, найбільш солоному басейні випарного каскаду, вводить в оману, тому що в цій басейн зливається ропа зі всьго господарства, що містить клітини водорості. Ропа концентрується в басейні внаслідок випаровування, концентрується і суспензія клітин водоростей. Тривале підтримання в проміжних басейнах солоності, сприятливої для розмноження D. salina, сповільнить виробництво солі.
Ми розробили систему управління басейнами, яка інтегрує вирощування D. salina в процес експлуатації солепромислу, без втрат для виробництва як солі так і біомаси водоростей.
Поряд з іншими технологічними рішеннями наша система використовує період у сезонному кліматі, коли соляні промисли не працюють. Під час холодного та дощового сезону в окремих басейнах вирощується інша біотехнологічно важлива водорість, прісноводна та стійка до холоду, - Haematococcus pluvialis. Більше про водорість можна дізнатись в Algaebase.
Деякі дослідження, на яких базується наша система, публікуються в Researchgate.

Наші розробки можуть бути впроваджені на соляних промислах України та Середземномор'я, щоб відновити їх роботу та зробити переробку ропи повнішою та безвідходною.

Про каротиноїди з водоростей

Каротиноїди мають 3 специфічні властивості: колір від жовто-помаранчевого до червоно-пурпурного, антиоксидантну та А-провітаміну. Завдяки цим властивостям каротиноїди використовуються в їжу, в кормах та косметиці як натуральні барвники та функціональні інгредієнти.

D. salina природно росте у басейнах солепромислів і не є ГМО. Біомасу D. salina (syn. D. bardawil) та її каротиноїди визнано безпечними для використання в їжу в ЄС (1) та США (2).
Тотальні каротиноїди D. salina, хоч, в основному, містять бета-каротин, на ринку називаються змішаними каротиноїдами, оскільки продукт включає невеликі фракції ксантофілів (каротиноїдів, що містять кисень) і альфа-каротину. Сама фракція бета-каротину водоростей складається з суміші ізомерів: повністю-транс бета-каротину та 9-, 13- і 15-цис-бета-каротину, їхнє співвідношення знаходиться в діапазоні 50/50 - 71/29.

Формула 9-цис бета-каротину 9-цис бета-каротин

Через склад, продукт змішані каротиноїди з D. salina є менш яскравим, ніж синтетичний і грибний бета-каротин, і є природною альтернативою харчових барвників в діапазоні від лимонно-жовтого до помаранчевого. Харчовий барвник з D. salina схвалений як E 160 a (iv) (3) в ЄС, а в усьому світі дозволений FAO (4).

Завдяки високій антиоксидантній активності основне використання біомаси D. salina та змішаних каротиноїдів - це функціональні продукти харчування, харчові добавки та косметика.
Водорість Haematococcus pluvialis накопичує ще один каротиноїд - астаксантин. Ми вирощуємо штам Haematococcus pluvialis, що не є ГМО та був ізольований з природного місцезростання (дощова калюжа) в Україні.

Формула астаксантину Астаксантин

Астаксантин має пурпурний колір, а також володіє найвищими антиоксидантними властивостями серед природних речовин (у три сотні разів більше вітаміну Е). Антиоксиданти захищають живі клітини від окисного пошкодження, пов'язаного зі старінням, забрудненням навколишнього середовища та нездоровим способом життя. Продукти з Haematococcus pluvialis, багаті на астаксантин, затверджені в ЄС як новітній продукт харчування (5). Багато екстрагованих та капсульованих продуктів дозволено використовувати як антиоксидантні дієтичні добавки для людей (6). Використання астаксантину як харчового барвника (E 161 j) наразі розглядається в ЄС.
Астаксантин з різних джерел легально використовується в ЄС як кормова добавка для риб та ракоподібних для підвищення забарвлення м’яса (7). Водорість Haematococcus pluvialis та чистий астаксантин схвалені в США для використання як корм для лососевих риб (8, 9).
Природний астаксантин має високий потенціал як антиоксидант у косметичних засобах для боротьби зі старінням.

Водоростеві каротиноїди мають широкий спектр застосувань. Їх споживачами є переважно компанії, які виробляють харчові та кормові добавки. Висушену біомасу водоростей капсулюють або екстрагують з біомаси олеорезин надкритичним CO₂. Олеорезин додатково переробляється в різні композиції відповідно до вимог замовника.

Початок

О соляных промыслах

Выпаривание морской воды и осаждение солей из натурального рассола является одним из способов производства хлорида натрия (NaCl) для пищевого применения, производства потребительских товаров и для различных промышленных применений.

Природная энергия солнца и ветра используются для испарения воды из рассола в открытых водоемах, организованных в каскады бассейнов с возрастающей соленостью.
На промежуточной стадии концентрирования рассола в отдельных водоемах осаждается гипс (CaSO₄), что в конце каскада дает более чистую пищевую соль, чем другие технологии производства хлорида натрия: добыча каменной соли и испарение рассола подземных соляных залежей. В то же время, морская соль более богата микроэлементами, чем другие продукты хлорида натрия, и является более ценной для потребления в пищу и принятия ванн.
Открытые водоемы солепромыслов населены розовыми галобактериями и оранжево-красными микроводорослями, которые окрашивают природный рассол и соль, в особенности тонкую хрупкую корочку соли, осаждающуюся на поверхности рассола при испарении, которая называется "fleur del sel" – «соляной цветок». "Fleur del sel" ценится с древнейших времен и используется для как приправа для блюд из-за фиалкового запаха, вызванного метаболитами микроводорослей.
Соляные промыслы могут служить для производства еще некоторых ценных химических продуктов, таких как бром (Br₂), который в основном используется для производства огнезащитных средств и лекарств, а также сульфата натрия (Na₂SO₄), который применяется в потребительских товарах для стирки и для удаления пузырьков воздуха из стекла в стекольной промышленности.

Открытые соляные промыслы - это устойчивые производственные мощности с низкими выбросами углекислого газа, дающие ценные продукты, среди которых микроводоросли являются в настоящее время наименее используемыми.

О микроводорослях, накапливающих каротиноиды

В 1960-х годах группа украинских исследователей работала над идеей использования микроводорослей Dunaliella salina, растущих в бассейнах солепромыслов, как биотехнологического источника бета-каротина. Больше о водоросли можно найти в Algaebase. Идея была реализована в Австралии, Израиле и других странах, но все еще не в Украине.

В настоящее время единственным экономически целесообразным способом выращивания D. salina является культура в открытых бассейнах. Даже там, где действуют такие промышленные мощности, D. salina выращивается в специально предназначенных для этого водоемах, не связанных с производством соли, что увеличивает расходы.
Производство соли и выращивание D. salina являются несколько противоречащими процессами. В рассолах высокой солености культура D. salina не размножается. Интенсивное оранжево-красное «цветение» водорослей в последнем, наиболее соленом бассейне испарительного каскада, вводит в заблуждение, так как в этой бассейн сливается рапа всего бассейнового хозяйства, которая затем концентрируется в нем.
Поддержание в промежуточных бассейнах солености, благоприятной для размножения D. salina, замедлит производство соли.
Мы разработали систему управления, которая интегрирует выращивание D. salina в процесс эксплуатации солепромысла, без ущерба для производства как соли, так и биомассы водорослей.
Наряду с другими технологическими решениями наша система использует период в сезонном климате, когда соляные промыслы не работают. Во время холодного и дождливого сезона в отдельных бассейнах выращивается другая биотехнологически важная водоросль, пресноводная и устойчивая к холоду, - Haematococcus pluvialis. Больше о водоросли можно найти в Algaebase.
Некоторые исследования, на которых базируется наша система, публикуются в Researchgate.

Наши разработки могут быть внедрены на соляных промыслах Украины и Средиземноморья, чтобы возобновить их работу и сделать переработку рапы более полной и безотходной.

О каротиноидах водорослей

Каротиноиды имеют 3 специфических свойства: цвет от желто-оранжевого до красно-пурпурного, антиоксидантная и А-провитаминая активность. Благодаря этим свойствам каротиноиды используются в пищу, в кормах и косметике как натуральные красители и функциональные ингредиенты.

D. salina естественно растет в бассейнах солепромыслов и не является ГМО. Биомасса D. salina (syn. D. bardawil) и каротиноиды из нее признаны безопасными для использования в пищу в ЕС (1) и США (2).
Тотальные каротиноиды D. salina, хотя, в основном, содержат бета-каротин, на рынке называются смешанными каротиноидами, поскольку продукт включает небольшие фракции ксантофиллов (каротиноидов, содержащих кислород) и альфа-каротина. Сама фракция бета-каротина водорослей состоит из смеси изомеров: полностью-транс бета-каротина и 9-, 13- и 15-цис-бета-каротинов, их соотношение находится в диапазоне 50/50 - 71/29.

Формула 9-цис бета-каротина 9-цис бета-каротин

Вследствие состава, продукт смешанные каротиноиды из D. salina менее яркий, чем синтетический и грибной бета-каротин, и является естественной альтернативой пищевых красителей в диапазоне от лимонно-желтого до оранжевого. Пищевой краситель из D. salina одобрен как E 160 a (iv) (3) в ЕС, а во всем мире разрешен FAO (4).
Благодаря высокой антиоксидантной активности основное использование биомассы D. salina и смешанных каротиноидов - это функциональные продукты питания, пищевые добавки и косметика.
Водоросль Haematococcus pluvialis накапливает еще один каротиноид - астаксантин. Мы выращиваем штамм Haematococcus pluvialis, который не является ГМО и был изолирован из естественного местообитания (дождевая лужа) в Украине.

Астаксантин

Астаксантин имеет пурпурный цвет, а также обладает самыми высокими антиоксидантными свойствами среди природных веществ (в триста раз больше витамина Е). Антиоксиданты защищают живые клетки от окислительного повреждения, связанного со старением, загрязнением окружающей среды и нездоровым образом жизни.
Продукты из Haematococcus pluvialis, богатые астаксантином, утвержденны в ЕС как новый пищевой продукт (5). Многие экстрагированные и капсулированные продукты разрешены к использованию как антиоксидантные диетические добавки для людей (6).
Использование астаксантина как пищевого красителя (E 161 j) сейчас рассматривается в ЕС. Астаксантин из разных источников легально используется в ЕС как кормовая добавка для рыб и ракообразных для усиления окраски мяса (7). Водоросль Haematococcus pluvialis и чистый астаксантин одобрены в США для использования в качестве корма для лососевых рыб (8, 9).
Природний астаксантин имеет высокий потенциал как антиоксидант в косметических средствах для борьбы со старением.

Водорослевые каротиноиды имеют широкий спектр применений. Их потребителями являются преимущественно компании, которые производят пищевые и кормовые добавки. Высушенную биомассу водорослей капсулируют или экстрагируют из биомассы олеорезин сверхкритическим CO₂. Олеорезин дополнительно перерабатывается в различные композиции в соответствии с требованиями заказчика.

Начало