Белковые изоляты микроводорослей

Микроводорослевый белок для пищи получают преимущественно из двух биологически несхожих организмов. Спирулина (Arthrospira) — цианобактерия, то есть прокариот. Хлорелла — зелёная микроводоросль, эукариот с настоящей клеточной стенкой. Объединение их в одну категорию скрывает то, что технологические задачи у них противоположны.

Клеточная стенка определяет процесс

У хлореллы стенка жёсткая, у многих штаммов содержит целлюлозоподобные полимеры, а у части — крайне устойчивый слой альгенана. В целом виде клетка проходит пищеварительный тракт человека, и значительная часть её белка остаётся недоступной, поэтому усвояемость зависит от разрушения стенки. Разрушение механическое — бисерная мельница или гомогенизация высокого давления — и энергоёмкое, потому что объект имеет размер несколько микрометров, а стенка прочна относительно этого размера. Разрушение вдобавок высвобождает всё прочее содержимое клетки, включая хлорофилл и липиды, которые затем надо отделять от белка.

У спирулины такой стенки нет; её оболочка — тонкий пептидогликановый слой, и она легко разрывается. Её белок доступен без стадии помола, и это главная причина, по которой спирулина вышла на пищевые рынки первой и дешевле.

Фикоцианин — пигмент с хрупкостью белка

Синий цвет спирулины даёт фикоцианин — фикобилипротеин, светособирающий пигмент, ковалентно связанный с белком. Поскольку цвет зависит от свёрнутого состояния белка, он ведёт себя как белок, а не как краситель: денатурирует при нагреве и теряет окраску вне узкого диапазона pH около нейтрального.

Поэтому натуральный синий цвет в пище труден. Фикоцианин — один из немногих доступных природных синих, и его нестабильность исключает выпечку, подкисленные и стерилизуемые применения, если он не стабилизирован. Это же означает, что цвет и содержание белка в спирулиновом ингредиенте деградируют вместе, в одних и тех же условиях.

Проблема пигмента у хлореллы противоположна: хлорофилл даёт сильный зелёный, который трудно убрать и вокруг которого трудно строить рецептуру, а сам организм несёт землистые посторонние ноты — геосмин и родственные соединения, ощутимые при очень низких концентрациях.

Свет — потолок для их выращивания

Фотоавтотрофное культивирование ограничено светом, и ограничение геометрическое. По мере роста плотности клетки у поверхности поглощают падающий свет и затеняют нижележащие — самозатенение, — поэтому продуктивность на единицу освещаемой площади выходит на плато независимо от глубины культуры. Открытые пруды дёшевы и их трудно удерживать чистыми; закрытые фотобиореакторы дают контроль и стоят намного дороже на единицу площади.

Гетеротрофное культивирование обходит проблему целиком: водоросль кормят сахаром в обычном тёмном ферментёре, достигая куда более высоких плотностей. Это уже не «рост на солнечном свете», что меняет экологический аргумент, и не все штаммы и пигменты производятся гетеротрофно.

Общий предел

Как и всякая быстрорастущая микробная биомасса, микроводоросли богаты РНК, и пуриновая нагрузка ограничивает, сколько цельноклеточного материала можно есть регулярно, — тот же уратный потолок, что действует для белка одноклеточных вообще. Выделение белка его снижает, цельноклеточные порошки — нет.

Накопление тяжёлых металлов и, при открытом культивировании, загрязнение организмами — продуцентами цианотоксинов являются признанными вопросами безопасности, и оба относятся к контролю производства, а не к самому виду.