Spirulina, en blågrön mikroalg, är en utmärkt källa till mikronäringsämnen och protein. Kredit:Anaïs CROUZET via Pixabay
Den globala livsmedelsförsörjningen står inför en rad hot, inklusive klimatförändringar, krig, skadedjur och sjukdomar. En organism som är för liten för det mänskliga ögat att se – mikroalger – skulle kunna ge några svar.
Att föda en växande världsbefolkning som, enligt FN:s prognoser, kommer att nå 9,8 miljarder år 2050, och behovet av att bevara naturresurserna för kommande generationer kan tyckas vara motstridiga till en början.
Men en lösning, även om den ännu inte är i sikte, är verkligen inte utom räckhåll. Europeiska forskare har nyligen utvecklat en aptit för mikroalger, även kallad fytoplankton, en undergrupp av alger som består av encelliga fotosyntetiska mikroorganismer.
De flesta känner till den största formen av alger, kelp eller tång. Den kan bli upp till tre meter lång och är i vissa former en välkänd delikatess. Den besläktade arten mikroalger, som finns i både havsvatten och sötvatten, har fått uppmärksamhet i forskningen på grund av sina extraordinära egenskaper.
Dessa mikroskopiska organismer kan användas för djurfoder, särskilt inom vattenbruk, och olika livsmedel inklusive pasta, vegankorvar, energibars, bageriprodukter och vegetabiliska krämer.
De flesta kommersiella mikroalgodlingar fokuserar på produktion av torkad biomassa som chlorella eller spirulinapulver som ett livsmedel som ger betydande hälsofördelar. Vissa mikroalgstammar ackumulerar inte bara upp till 65–70 % av proteinet utan är också hållbara källor till omega-3-fettsyror – ett ämne som konventionellt huvudsakligen kommer från fisk och fiskolja.
Ytterligare bioaktiva föreningar, såsom vitamin B12, K eller D, innebär att mikroalger innehåller betydande hälsoegenskaper, vilket potentiellt minskar risken för cancer och hjärt- och kärlsjukdomar.
Ökenalger
"Mikroalger kan odlas på många olika platser, under väldigt olika förhållanden", säger Massimo Castellari, som är involverad i det Horizon-finansierade ProFuture-projektet som syftar till att skala upp mikroalgerproduktionen. "Vi kan odla den på Island och i ett ökenklimat."
Teknikerna för intensiv odling av mikroalger har varit under utveckling sedan 1950-talet.
Idag odlas mikroalger i fotobioreaktorer med öppna eller slutna system, som är kärl konstruerade för att styra produktionen av biomassa. Den slutna systemversionen, även om den är dyrare att bygga, erbjuder mer kontroll över experimentella parametrar och mindre risk för kontaminering.
Ämnet är ingalunda bara ett trendigt kosttillskott. Till exempel, i Tchad, ett inlandsstat, låginkomstland, har konsumtionen av spirulina skördad från Tchadsjön avsevärt förbättrat människors näringsstatus eftersom spirulina är en utmärkt källa till proteiner och mikronäringsämnen.
Utöver sitt näringsvärde erbjuder mikroalger klimatfördelar genom att binda koldioxid såväl som ekonomiska fördelar genom att använda jordbruksområden mer effektivt och – genom användning av icke åkermark – utöka möjligheten till biomassaproduktion.
With a total of less than 57,000 tons cultivated in 2019, according to the UN Food and Agriculture Organization (FAO), production of microalgae is still very much in its early stages. By comparison, primary-crop output was 9.4 billion tons in 2019.
Food inflation
Russia's continuing war in Ukraine has highlighted just how vulnerable global food supply can be. Halts to Ukrainian grain exports and increases in energy prices have helped push food inflation around the world to record highs, with developing countries being hit disproportionately hard. In May this year, costs for food had risen by 42% compared with 2014–2016, the UN reported.
Last year, as many as 828 million people were affected by hunger—an increase of roughly 46 million compared with 2020 and a surge of 150 million since the outbreak of the COVID-19 pandemic.
The FAO projects that some 670 million people will still face hunger by the end of the decade.
While the benefits of cultivating organic microalgae for food and feed are substantial, market growth will require overcoming obstacles including a lack of automated production in the industry, according to Castellari, who works at the Institute of Agrifood Research and Technology in Barcelona, Spain.
"The automatization is still not completely implemented," he said. "There are small producers in Europe—many steps still involve manual labor. So they are still working on optimizing the process."
Processed biomass
The challenges go well beyond cultivation. With microalgae, biomass has to be processed, cleaned and dried before a usable powder can be obtained. The next step is to scale up production to drive down costs.
In addition, there are regulatory challenges. Only a few species of microalgae are currently authorized in the European Union.
"In Europe it's still in a preliminary stage of development," said Castellari. "There are thousands of species of microalgae, but for food consumption or feed there are only seven species authorized."
To gain knowledge about the possibilities to use other species, Castellari and his team are also investigating these other kinds of microalgae.
Due to these challenges, the portfolio of products containing microalgae remains limited today. But, if these hurdles can be overcome, the overall prospects for the microalgae industry are promising. Besides being a source of food and feed, the plant can be used for biofuels, cosmetics, fertilizer and health supplements.
Astaxanthin, a blood-red pigment extracted from algae, already has notable uses. A powerful antioxidant, astaxanthin can be found in seafood and is commonly used to color shrimp. It is also sold in the form of pills as a food supplement.
Astaxanthin is thought to have potentially a positive impact on brain function, athletic performance and aging skin, among other things.
Matteo Ballottari, associate professor of biotechnology at the University of Verona in Italy, helped start the European Research Council's Horizon-funded project AstaOmega simultaneously to produce astaxanthin and omega-3 fatty acids in microalgae for aquaculture and human nutrition.
Quality and quantity
Most omega-3 supplements are derived from fish oils. This, however, raises sustainability concerns such as damage to marine ecosystems as a result of overfishing.
"There is more demand for eating high-quality foods, along with an awareness for incorporating omega-3 rich ingredients in our diets," Ballottari said. Responding to this trend while feeding a growing world population is 'a big challenge," he said.
Meanwhile, on the astaxanthin front, the AstaOmega researchers have made progress. They have been able to obtain a new strain that can produce astaxanthin on its own, without needing to be "stressed." This means the researchers don't have to change production parameters such as light intensity, temperature or nitrates concentration. Also, extracting the substance has become easier, resulting in lower costs.
Scientists agree that microalgae have the potential to change the ways in which we eat for the better.
"Microalgae can help us to increase the protein production within Europe to reduce our dependence on other countries," said Castellari of the ProFuture project. + Utforska vidare
