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japonaisEtude sur la spiruline et les métaux lourds
Spiruline est le nom commun pour l’organisme procaryote Arthrospira, un type de planctSur lebleu-vert qui se trouve naturellement dans l’eau alcaline (pH d’envirSur le9,5), avec quelques espèces étant benthiques [1] [traduction]. Spiruline se compose de cellules unicellulaires sans filaments ramifiés. Les filaments d’algues ont une longueur de 200 à 500 μm et une largeur de 5 à 10 μm. Ils sont lâchement ou étroitement enroulés en forme de spirale régulière. Après avoir atteint une certaine longueur (nombre de spirales), elles se reproduisent par fragmentation. En 1519, le scientifique espagnol Hernando Cortez A Aadécouvert lA aspiruline dans le lac Texcoco au Mexique [2]. En république du Tchad, en Afrique du Sud, il est de coutume de mélanger la poudre de tourteau de boues d’algues séchées à la spiruline avec du ketchup et du poivre, puis de la verser sur les aliments (riz, haricots, poisson, viande) [3]. La spiruline peut nSur leseulement être utilisée dans l’alimentation (aliments fonctionnels, additifs), la médecine (carotène naturel) et l’industrie des aliments pour animaux, mais a également de larges perspectives d’application dans les domaines de l’environnement (détection, remédiation), de la biotechnologie, des énergies renouvelables et d’autres domaines.
A l’heure actuelle, le totalLa La productionmondiale de spiruline est d’environ 12 000 t/ an,Avec un rendement maximal de 91,0 t/(hm2· an) [2]. Il existe plus de 60 entreprises agricoles de spiruline en Chine, avec une La productionannuelle totale représentant 80% de la La productionmondiale, soit environ 9 600 tonnes [4]; La superficie agricole est d’environ 750 hm2 [5] et la production unitaire n’est que d’environ 13 t/(hm2· an). Le niveau de culture et de gestion de la spiruline doit être amélioré d’urgence. Cet article passe principalement en revue les facteurs influençant les processus de culture, de récolte et de séchage de la spiruline, ainsi que les progrès de la recherche sur les caractéristiques nutritionnelles et la sécurité de la spiruline, dans le but de fournir des informatIons ionscomplètes pour l’industrie de la spiruline et l’industrie alimentaire.
1 culture de spiruline et facteurs d’influence
Il y a environ38 espèces de spiruline, et les deux principales espèces cultivées artificiellement sont S. platensiset S. maxima [6-7]. Pendant la croissance et le développement, la morphologie de la spiruline est facilement altérée par le stress environnemental, accompagné de changements dans la physiologie, la nutrition, la génétique, la protéomique, etc. [8].
1.1 Composition du milieu de culture de spiruline
En tant que microalgues pouvant être cultivées à grande échelle, laComposition nutritionnelle de spirulineEst étroitement liée à la Composition du groupedu milieu de culture. En production réelle, le médium Zarrouk [1-2], le médium Zarrouk modifié [1], le médium Rao et le médium Oferr [2] sont couramment utilisés, et d’autres médiums simples peuvent également être utilisés pour la culture [9]. La spiruline nécessite traditionnellement une grande quantité de NaHCO3 dans le processus de culture. Ceci est de fournir une Source:de carbone suffisante et de maintenir le pH moyen alcalin, ce qui est propice à la croissance de la spiruline. Pendant la période d’expansion des algues, la concentration de NaHCO3 dans le milieu est généralement de 8 à 10 g/L; en culture normale, la concentration de NaHCO3 peut être réduite à 2,5 à 4,0 g/L. Olgu
La composition de laCulture de spirulineLe milieu devrait être basé sur la qualité de l’eau de culture. Afin d’éviter la croissance et la pollution d’autres algues et la qualité de la spiruline, l’eau de culture doit répondre aux normes. L’eau provenant du réseau de canalisations urbaines est un choix pratique. L’eau après la culture doit être traitée correctement avant d’être réutilisée. Parmi ces traitements, l’osmose inverse a le moins d’impact sur la croissance de la spiruline et peut également assurer la stabilité de la qualité de la spiruline.
Les principaux suppléments au milieu de culture entre les lots sont le nitTaux dede sodium ou l’urée.Les ions urée et nitrate peuvent fournir spirulineAvec suffisamment d’azote, mais des concentrations élevées peuvent être toxiques. La spiruline peut se développer dans un milieu de culture contenant uniquement du nitrate ou de l’urée, mais l’utilisation combinée des deux sources d’azote est bénéfique pour la croissance de la spiruline. La quantité de phosphate ajouté, Mg2 + et Ca2 + doit être contrôlée. On peut augmenter de façon appropriée K +, de préférence pEn tant queplus de 5 fois la concentration de Na + [2]. La composition du milieu de culture peut être déterminée en fonction des conditions de croissance réelles.
Les algues, comme les plantes terrestres, peuvent fixer le dioxyde de carbone (CO2) par la photosynthèse. La théorie montre que 1 hm2 de microalgues peut utiliser 12,6% de l’énergie solaire pour produire 280 t/ an de matière sèche, ce qui équivaut à la bioconversion de 513 t de Émissions de CO2[11-12]. Sydney et al. ont constaté que la capacité de bioconversion du Émissions de CO2de La spirulineplatensisLEB-52 était de 318,61 mg/(L· j) [13]. Les amines organiques sont un type d’adsorbant de piégeage du CO2 ayant une grande efficacité de séquestration du carbone. Da Rosa et al. ont utilisé du CO2 au lieu du NaHCO3 dans le milieu Zarrouk comme source de carbone; l’apport en CO2 était de 0,36 mL de CO2 par millilitre de milieu de culture par jour, suivi d’une aération de 2 minutes par heure pendant la période de lumière. Le conseil des ministresTeneur finale en protéines de la poudre de spiruline obtenue(spiruline sp. LEB B18) était de 60,8 %, la teneur en glucides était de 14,4 % et la teneur en matières grasses était de 10,0 % [14]; Afin de prolonger le temps de rétention du CO2 dans le milieu de culture, 0,2 mmol/L d’éthanolamine (MEA) a été ajouté au milieu de culture.
Le conseil des ministresLa teneur en protéines de la poudre de spiruline résultante était de 44,4 %‚ la teneur en glucides était de 28,2 % et la teneur en matières grasses de 8,3 %; La production de spiruline a augmenté de 31,4%. Cependant, l’ajout d’éthanolamine a affecté la conversion biologique de l’azote par la spiruline, ce qui a donné une spiruline en poudre contenant plus d’hydrates de carbone.
Wang Zhaoyin et al. ont comparé les effets de l’éthanolamine, de la diéthanolamine, de la triéthanolamine et de la n-méthyl-diéthanolamine sur la croissance etFixation de carbone de spiruline, et a constaté que la triéthanolamine peut considérablement favoriser la conversion biologique de spiruline en CO2, augmenter le rendement de spiruline, et augmenter le taux de fixationdu carbone [15]; Cependant, comme les résultats de da Rosa et al. [14], la teneur en polysaccharides de la spiruline a augmenté tandis que la teneur en protéines a diminué. Les amines organiques sont toxiques et leur utilisation dans la culture de spiruline comestible présente des risques pour la sécurité.
1.2 facteurs affectant la culture de la spiruline
La croissance deSpiruline ne dépend pas seulement de la composition du milieu de cultureEt l’approvisionnement en CO2, mais est également étroitement lié aux espèces d’algues, à l’étang de culture, à l’emplacement géographique du site de culture, à la saison de culture (température, lumière), à d’autres facteurs (pH, ravageurs), etc.
1.2.1 espèces d’algues
Le taux de croissance d’arthrospira platensisn’est pas le même que celui d’arthrospira maxima. Dans les mêmes conditions de culture,Arthrospiraplatensispousse plus vite que Arthrospira maxima.Les taux photosynthétiques et respiratoires des différentes souches de spiruline sont différents. Les taux de photosynthèse d’arthrospira platensis du lac Tchad en afrique et d’arthrospira maxima du lac Texcoco au Mexique sont beaucoup plus élevés que ceux d’arthrospira platensis du lac alcalin dans la zone de sable d’ordos en Mongolie intérieure (lac Chahan Naoer) [16]. Le changement quotidien du taux photosynthétique de spiruline indique que le taux photosynthétique de spiruline atteint un maximum à 13h00 tous les jours, et le taux photosynthétique diminue avant ou après ce point de temps. Le taux de respiration de la spiruline est négativement corrélé avec le taux de croissance et augmente avec l’augmentation de la température.
1.2.2 étang de culture
La culture de spiruline est divisée en culture hétérotrophe et culture autotrophe....... Les cultures à grande échelle sont toutes des cultures autotrophes, qui comprennent des systèmes de culture ouverts (étangs ouverts, étangs en voie de circulation, étangs circulaires), des systèmes de culture fermés (photobioréacteurs) et des systèmes complexes. Soni et al. ont évalué différents systèmes de culture de la spiruline en fonction des indicateurs suivants: besoins en espace, rapport superficie /volume, évaporation, perte d’eau, perte de CO2, température, dépendance au climat, contrôle des procédés, aptitude au nettoyage, qualité de la biomasse, densité de la biomasse, efficacité de la récolte, coût de la récolte, taux d’utilisation de la lumière, processus le plus coûteux, contrôle de la pollution, montant de l’investissement, volume de production et stress hydrodynamique sur la spiruline.
Les systèmes d’élevage ouverts comprennent les lacs naturels, les lacs côtiers, les étangs, les étangs artificiels ou les conteneurs, etc. Les plus courantes sont les piscines longues et étroites excavées artificiellement, les piscines circulaires et les piscines de course. Les systèmes d’élevage ouverts sont relativement simples à construire et à exploiter, mais présentent les inconvénients suivants: rendements relativement faibles, faible utilisation de la lumière, pertes par évaporation, CO2 Pertes fugitives, empreintes importantes et vulnérabilité à la contamination (y compris les animaux et autres hétérotrophes).
Les photobioréacteurs des systèmes aquacoles en circuit fermé existent en différents types, comme les colonnes verticales, les plateaux, les tubes et les plaques. Les sources de lumière comprennent la lumière naturelle et la lumière artificielle, qui sont pratiques pour l’accumulation de biomasse et peuvent minimiser la pollution. Les matériaux du système de réaction comprennent le verre, le plastique de polyester et d’autres matériaux. Cependant, le nettoyage des systèmes et l’agriculture à grande échelle nécessitent encore des améliorations technologiques.
Le système composite consiste principalement à rendre le photobioréacteur semblable à un bassin ouvert afin de réduire les coûts d’exploitation. Il en existe deux types: l’un couvre l’étang ouvert pour bloquer la pollution externe, et l’autre élargit le diamètre du tuyau de photobioréacteur autant que possible pour ressembler à un étang ouvert [18]. Ce système composite combine les avantages du bassin ouvert et du photobioréacteur, assurant ainsi une pollution minimale tout en maximisant le rendement et en minimisant les pertes de CO2. Cependant, il nécessite encore une grande superficie et des percées techniques.
Afin d’augmenter laRécolte biologique de spiruline, la recherche et le développement ont porté sur la méthode de culture de fixation au biofilm [19] [traduction]. La technologie de culture de fixation biofilm établie par l’équipe de Liu Tianzong de l’institut de bioénergie et de bioprocédés de Qingdao de l’académie chinoise des Sciences utilise le CO2 comme source de carbone, et le rendement de spiruline atteint 38 g/(m2·d), avec un taux d’utilisation du CO2 de 75,1%. La teneur en protéines de la poudre de spiruline est supérieure à 60%, mais le coût de construction de l’ensemble du système pilote est de 200 dollars américains /m2, ce qui est beaucoup plus élevé que celui de la piscine ouverte traditionnelle. La culture de spiruline en utilisant le CO2 comme source de carbone est un moyen Important:d’améliorer l’impact environnemental de la culture de spiruline et de réduire les coûts de culture. Il est devenu une tendance dans le développement de la technologie de culture de microalgues. Cependant, des recherches scientifiques et technologiques supplémentaires sont nécessaires pour améliorer le taux d’utilisation du CO2 et réduire le coût de la supplémentation en carbone [20].
1.2.3 température
La température est l’une desFacteurs importants affectant la croissance de la spiruline....... Spiruline peut croître à des températures inférieures à 45 ℃. Des températures inférieures à 17 ℃ et supérieures à 38 ℃ inhiberont la croissance de la spiruline, mais elle ne mourra pas. La température de croissance optimale pour la spiruline est de 29 ~ 35 ℃. L’effet de la température sur la croissance de la spiruline est significatif en termes de composition en protéines et en glucides, mais pas en termes de matières grasses et d’acide γ-linolénique [21].
1.2.4 lumière
La qualité de la source lumineuse, l’intensité lumineuse et la durée de la lumière sont des facteurs importants affectant la croissance des algues [10]. Dans la culture pratique de la spiruline, un flux de lumière de 30% est recommandé, sauf le matin où la température de l’eau dans le réservoir de culture doit être augmenté rapidement. La croissance de spiruline ne se produit qu’en présence de lumière, maisLa spiruline a besoin de synthétiser des protéines et des pigmentsPendant les intervalles sans lumière, donc la lumière à long terme pour 24 h/ j n’est pas recommandée.
Bezerra et al. ont augmenté l’intensité lumineuse (densité de flux photonique photosynthétique) pendant la culture deSpiruline de 36 μmol/(m2· S) à 72 μmol/(m2· S), et la concentration cellulaire maximale est passée de 5200 mg/L à 5800 mg/L. Lorsque l’éclairage a été encore augmenté à 108 μmol/(m2· S), le temps pour obtenir la concentration maximale des cellules a diminué de 8 à 6 jours [22]. Cela montre qu’une faible intensité lumineuse est plus appropriée pour la croissance de nouveaux filaments d’algues écologiques, tandis qu’une intensité lumineuse élevée peut raccourcir le cycle de croissance de la spiruline [23] [en]. En 2004, Danesi et al. sont également parvenus à une conclusion semblable en 2004 [24]. L’utilisation de l’urée comme source d’azote pour la spiruline, l’atp et le NADPH produits par photosynthèse rapide à des intensités lumineuses de 2 000 à 5 000 lx peut accélérer la croissance cellulaire, mais lorsque la concentration cellulaire atteint 5 800 mg/L, la croissance cellulaire s’arrête en raison de la saturation de la densité du flux lumineux.
1.2.5 pH
Le conseil des ministresLe pH optimal pour la culture de spiruline est de 9,0 à 11,0.Un pH alcalin peut empêcher la contamination par d’autres souches d’algues et également influencer l’enrichissement des pigments et des protéines dans la spiruline. Lorsque le pH est supérieur à 11, les filaments de spiruline se regroupent, deviennent plus courts, subissent une lyse cellulaire, et le contenu intracellulaire fuit. La couleur de la culture devient graduellement vert jaunâtre, et finalement les algues meurent [2]. La couleur et le taux de croissance de La spirulineplatensis varient considérablement avec le pH. à un pH de 8,5 à 9,5, le taux de croissance de spiruline augmente avec l’augmentation du pH, mais à un pH de 9,5 à 11,0, le taux de croissance de spiruline diminue graduellement avec l’augmentation du pH. Après 8 jours de culture, la masse cellulaire sèche de spiruline diminue avec l’augmentation du pH [25].
1.2.6 mélange et aération
La culture à grande échelle de spiruline est actuellement effectuée en utilisant la méthode de la suspension liquide....... Le milieu de culture est régulièrement agité au cours du processus de culture pour assurer l’homogénéité de la solution nutritive et la consistance de l’intensité lumineuse reçue par les filaments de spiruline. Le mélange et l’aération sont essentiels pour produire des filaments d’algues de haute densité et des produits de spiruline de haute qualité. Le mélange et l’aération (air) peuvent fournir les filaments d’algues spiruline dans le réservoir de culture avec une exposition uniforme à la lumière, tout en aidant également à distribuer le gaz de dioxyde de carbone et à éliminer l’oxygène dissous qui inhibe la croissance de spiruline. Dans les bassins de roulement, on utilise généralement une vitesse de mélange de 5 à 60 cm/ S. Une vitesse de mélange trop faible entraînera une zone morte aux coins de l’étang de chemin de roulement (ceci peut être évité en rendant les coins de l’étang de chemin de roulement courbes). Une vitesse de mélange trop élevée exigera une plus grande consommation d’énergie et les forces de cisaillement résultantes augmenteront la rupture des filaments d’algues. Dans le milieu Zarrouk sans NaHCO3, les paramètres optimaux pour la spiruline sont une intensité lumineuse inférieure à 200 μmol/(m2· S) et un taux d’aération de 0,0056 m/ L lavec 0,5 % de dioxyde de carbone [26]. Les changements dans les paramètres de culture de la teneur en protéines de spiruline dans différentes cultures à l’échelle du laboratoire sont présentés dans le tableau 2 [27].
1.2.7 ravageurs
A l’heure actuelle,L’élevage de spiruline est souvent endommagé par le rotifer Brachionus plicatilis....... Dans les cas graves, les rotifères peuvent dévorer la spiruline en grande quantité, conduisant à une perte complète et causant des pertes désastreuses. Il existe deux méthodes principales pour prévenir et contrôler les rotifères dans la solution de culture de spiruline: la filtration physique (à l’aide d’un tamis à 250 mailles ou plus fin) pour éliminer les rotifères adultes et le contrôle chimique. Le contrôle chimique implique l’utilisation d’oxydants puissants ou de poisons tels que la poudre de blanchiment, le sulfate de cuivre et le permanganate de potassium pour tuer la spiruline et les rotifères, puis le nettoyage du réservoir de culture pour semer à nouveau et cultiver. La méthode de contrôle physique n’est pas complètement filtrée, et certains adultes, larves et presque tous les œufs retournent dans le bassin d’élevage avec le filtrat, ce qui nécessite une filtration supplémentaire. De plus, à mesure que le nombre de temps de filtration augmente, le nombre de jours entre les risques diminue. Bien que le contrôle chimique puisse contrôler les dommages pendant une plus longue période de temps, il provoque une certaine perte économique parce qu’il tue la spiruline en même temps. Dans le même temps, la reculture fait perdre du temps et de l’argent, ce qui entraîne une augmentation des coûts de production. De plus, l’utilisation alternée d’abamectine et d’urée peut réduire la résistance médicamenteuse des rotifères [28-29].
Les daphnies, les insectes à demi-front, les protozoaires et les mouches aquatiques peuvent également être présents dans l’élevage de la spiruline. Un tamis à 40mailles peut être utilisé pour éliminer ou réduire le nombre de mouches aquatiques (larves et pupes) dans les boues d’algues et d’autres impuretés, et pour réduire le nombre de fragments d’insectes dans la farine d’algues [30].
2. Récolte et séchage de la spiruline
2.1. Récolte de spiruline
En théorie, la récolte doit être effectuée lorsque la concentration de protéines dans les filaments est la plus élevée. Cependant, en pratique, l’eau de culture est habituellement mesurée pour l’absorbance, et la récolte est effectuée lorsque l’absorbance à 560 nm est > 1,0 [31]. Des rapports indiquent également que la récolte est effectuée lorsque l’absorbance à 680 nm est > 0,8 [32].
La récolte de spiruline comporte généralement trois étapes principales: collecte et séparation des filaments de spiruline (cellules algales), nettoyage des agrégats de spiruline (boues algales) et séchage de la spiruline. Les techniques utilisées pour la récolte des filaments d’algues spirulines (cellules algales) comprennent la filtration, la floculation et la sédimentation, ainsi que la centrifugation et la sédimentation. Le processus de nettoyage comprend le rinçage, l’échange d’ions, l’électrodialyse, le nettoyage par ultrasons, etc., et le séchage comprend le séchage naturel au soleil, la lyophilisation, le séchage par pulvérisation, le séchage à tambour et la friture, etc. L’amélioration de la méthode de récolte des filaments d’algues spirulines, l’augmentation de l’efficacité de la récolte et la réduction des coûts de production restent au centre des efforts de l’industrie.
La densité de maille de l’écran filtrant ou du tissu filtrant utilisé pourLa récolte de spiruline est généralement inférieure à 50 μm, de sorte que les filaments de spiruline puissent être efficacement séparés du milieu de culture. Les tamis filtrants couramment utilisés sont des tamis inclinés et des tamis vibrants. Le tamis incliné a une surface de tamis de 2 à 4 m2 et une ouverture de tamis de 380 à 500 mailles, et peut filtrer 10 à 18 m3 /h de liquide de culture de spiruline [33]. Sous le principe de la même efficacité de récolte, la surface de tamis requise pour le tamis vibrant est environ 1/3 de la surface de tamis du tamis incliné fixe, mais le tamis vibrant ne convient pas à la récolte à grande échelle. La déformation et la rupture du mycélium de spiruline provoquées par la vibration réduit le rendement de spiruline. Bien que la spiruline fraîche puisse être consommée directement, elle ne convient pas au stockage à long terme. La durée de conservation de la spiruline fraîche comestible n’est que de 6 h [2]. La poudre de spiruline séchée peut être conservée pendant plus d’un an.
La floculation de spiruline peut être réalisée rapidement en utilisant l’effet de floculation de Ca2 +. Cependant, la quantité de floculant utilisée est importante et la teneur en sel des algues floculées est élevée, ce qui rend le traitement ultérieur difficile. La filtration traditionnelle a également l’inconvénient d’être inefficace et d’entraîner des pertes élevées, et des améliorations sont donc nécessaires. Lai et al. ont utilisé le chitosan et la coquille d’oeuf commeFloculants biologiques pour la récolte de spiruline.Ils ont constaté que la poudre de coquille d’œuf à 325-mailles, dissoute dans une solution d’acide chlorhydrique, peut atteindre une efficacité maximale de 97,2 % après floculation pendant 8 minutes à 4 g/L et à pH 4. Et du chitosan dissous dans de l’acide chlorhydrique, floculé pendant 50 min à 50 mg/L et pH 8, avec une efficacité maximale de 80% [34]. Bien que le rendement en coquilles d’œufs soit plus élevé, le floculant de chitosan est plus proche de la production pratique en termes de réutilisation des solutions nutritives.
2.2 séchage de la spiruline
Nouri et al. ont comparé les effets du séchage naturel, du séchage à l’air, du séchage à micro-ondes, de la lyophilisation, du séchage sous vide et du séchage à l’air chaud conventionnel sur la composition physique et chimique et les propriétés antioxydantes de la spiruline [35]. Le séchage sous vide aide à conserver l’activité antioxydante etTotal des substances phénoliques dans la poudre de spiruline, tandis que le séchage par pulvérisation et la lyophilisation aident à retenir les acides gras insaturés de la spiruline. La lyophysique entraîne une perte importante de sodium, de potassium, de magnésium, de manganèse, de calcium et de phosphore, tandis que les autres méthodes de séchage n’ont pas d’effet significatif sur les éléments métalliques.
L’utilisation d’un support dont la taille des pores est φ = 80 μm facilite laSéchage rapide de la spiruline (séchage par convection d’air chaud).Le temps de séchage des gâteaux de boue aux algues spiruline d’une taille de 80 mm × 80 mm × 3 mm peut être réduit de 30%. Le temps de séchage des bandes de boue d’algues de spiruline extrudées (φ = 3 mm × 120 mm) espacées de 10 ou 20 mm peut réduire le temps de séchage de 35% [36].
Les entreprises essaient toujours deRéduire la perte de nutriments spiruline et obtenir des produits avec une pureté maximaleTout en gardant le coût du processus de séchage sous contrôle. Parce que les parois cellulaires de la spiruline sont particulièrement fines et fragiles, le séchage naturel au soleil a été largement utilisé comme méthode de séchage la plus primitive et la plus traditionnelle. Cependant, le séchage naturel au soleil doit être très rapide, sinon la chlorophylle sera détruite et le produit séché deviendra bleu. Bien que la lyophilisation soit considérée comme la méthode la plus appropriée pour sécher la spiruline, son coût élevé et son processus complexe signifie qu’elle est relativement sous-utilisée. Le séchage par pulvérisation est la méthode la plus courante de séchage de la spiruline dans la production actuelle. L’étendue de la perte de nutriments dans la spiruline à partir de différents processus de séchage est indiquée dans le tableau 3.
3 Nutrition et sécurité de la spiruline
3.1 Nutrition de la spiruline
La spiruline est très nutritive, avec une teneur en protéines représentant 60% à 70% de la masse sèche....... Il est également riche en vitamine B12 et en fer, que l’on ne trouve pas couramment dans les plantes. La teneur en vitamine B12 est de 2 à 4 fois supérieure à celle du foie, et la concentration en fer est de 8 à 12 fois supérieure à celle du fer végétal commun. La spiruline contient également de la phycocyanine, qui a des effets antitumoraux, et est présentée comme le meilleur aliment du futur [45]. En 2003, les Nations unies ont créé l’institution intergouvernementale pour l’utilisation de la micro-algues spiruline contre la Malnutrition (IIMSAM) pour promouvoir le développement et l’utilisation de la spiruline pour lutter contre la faim et la Malnutrition dans les pays en développement [2].
Le contenu deLes ingrédients fonctionnels dans les produits spiruline de différentes entreprises ne sont pas les mêmes....... Cette différence n’est pas seulement liée aux espèces d’algues, mais aussi en raison des conditions de culture incohérentes telles que la température, la valeur du pH, le milieu de culture, la lumière, etc. Par exemple, la teneur en protéines de la spiruline varie entre 17% et 73% (masse sèche) [30]. La composition en acides aminés de certains produits de spiruline disponibles dans le commerce est indiquée dans le tableau 4 [33, 46-48].
La méthode du score des acides aminés est l’une des méthodes les plus utilisées pour l’évaluation de la qualité des protéines. Selon les besoins en acides aminés essentiels des adultes [50], les scores d’acides aminés essentiels deDifférents échantillons de spiruline sont présentés dans le tableau 5.Le tableau 5 montre que, comme pour les protéines de céréales, l’acide aminé limitant de la spiruline est la lysine. Cependant, les scores d’acides aminés des produits spiruline de différentes origines et marques sont tous supérieurs à 100. Par conséquent, la spiruline est une protéine de haute qualité qui répond à tous les besoins essentiels en acides aminés du corps humain. La digestibilité de la spiruline devient donc le premier facteur limitant dans le score en acides aminés de la spiruline [50], de sorte que le score corrigé en acides aminés de la spiruline est égal à la digestibilité de la spiruline.
Spiruline et#39; la paroi cellulaire L lest similaire à la paroi cellulaire peptidoglycane des bactéries gram-négatives et est très facile à digérer. Il a été rapporté que le taux moyen de digestion et d’absorption in vitro de la spiruline est de 61% [51], le taux de digestion et d’absorption de sa protéine est de 70% à 85% [52], et leLa biodisponibilité des polysaccharides de paroi cellulaire spiruline atteint 86%[53]. Cependant, différents chercheurs utilisent des méthodes incohérentes pour les tests de digestion et d’absorption, et la comparabilité des données est relativement faible. Il ne faut pas ignorer que la technologie de traitement peut modifier le taux de digestion et d’absorption in vitro de la spiruline [54], et les taux de digestion et d’absorption in vitro de la spiruline séchée dans un bidon et séchée naturellement sont respectivement de 84% et 76%.
3.2 innocuité de la spiruline
Comme la plupart des microalgues,Spiruline peut adsorber les résidus de pesticidesComme le dichlorodiphényltrichloroéthane (DDT) [55], les métaux lourds (Cr3+, Cd2+, Cu2+, Zn2+, as, Hg, etc.) [56-59], les hydrocarbures pétroliers [60] et les oestrogènes (17α-éthinylestradiol, 17β-estradiol) [61], etc., de sorte que la spiruline est également considérée comme un matériau chaud pour le traitement des eaux usées [62]. Dans la production de spiruline alimentaire, les principaux facteurs dangereux sont les effets de la contamination par les métaux lourds (plomb, arsenic, etc.), les biotoxines, etc., dans le processus de culture, ainsi que la contamination thermique (par exemple, les hydrocarbures aromatiques polycycliques) pendant le processus de séchage, la contamination par les nitrates/nitrites, les résidus de sulfites et les résidus de dose de rayonnement.
3.2.1 métaux lourds
A l’heure actuelle, laPoudre de spirulineLa poudre de spiruline produite par les entreprises du sud de la Chine a généralement une teneur excessive en plomb, tandis que la poudre de spiruline produite par les entreprises du nord (principalement dans la région autonome de Mongolie intérieure) a une teneur élevée en arsenic. En 2012, la Chine a été largement couverte par les médias#39; L lde la spiruline en raison de la pollution du lac Chenghai (teneur excessive en plomb), ce qui met en doute la qualité de la spiruline. La composition et la teneur en métaux lourds dans les produits spiruline sont étroitement liées à l’eau de culture, ainsi qu’aux résidus de métaux lourds dans le milieu de culture (matières premières telles que le carbonate de sodium ou le bicarbonate de sodium) pendant le processus de culture. GB 2762-2017 «La nourritureSafety National Standard Limits pourContaminants in Food» stipule que la limite supérieure de la teneur en plomb dans la spiruline et ses produits est de 2,0 mg/kg (poids sec). L’union européenne a fixé la limite de résidus de plomb dans les compléments alimentaires à 3,0 mg/kg, mais il a été rapporté que les résidus de plomb dans la spiruline varient entre 0,1 et 15,0 mg/kg [63-64]. Zhao Nan a constaté que les résidus de plomb dans la poudre de spiruline domestique se situaient entre 0,03 et 1,71 mg/kg. Cependant, l’auteur et#L’équipe de recherche a constaté que la teneur en plomb de certains échantillons de poudre de spiruline disponibles dans le commerce dépassait 2,0 mg/kg. Les résidus de plomb sont toujours l’un des problèmes urgents à résoudre dans la culture de la spiruline [65].
L’arsenic est un métalloïde présent sous diverses formes dans l’environnement, notamment dans le sol, les roches et les rivières. Il se classe 20ème parmi les 92 éléments qui composent le earth' S croûte. Le minerai d’arsenic naturel pénètre dans les plans d’eau lors de l’altération naturelle et du lavage par l’eau de pluie, et il existe souvent sous forme d’arsenite et d’arséniate. L’arsenic peut être divisé en Arsenic organique et inorganique. L’arsenic inorganique peut être divisé en trois formes: l’arsenic, l’arsenic (III) et l’arsenic (V). L’arsenic (III) est la plus toxique, tandis que l’arsenic organique est moins toxique pour le corps humain. Les composés organiques de l’arsenic, comme l’arséniate bétaïne et l’arséniate choline, couramment présents dans les produits aquatiques, ne sont pas toxiques pour le corps humain et sont facilement excrétés. La spiruline a la caractéristique d’enrichir l’arsenic. Lorsque la concentration d’arsenic dans l’eau de culture de spiruline atteint 0,04 mg/L, la teneur en arsenic dans le lac TchadSpiruline en poudre dépasse 1,0 mg/kg[66].
Les résidus d’arsenic dans lesPoudre originale de spiruline en ChineEst de 0,01 à 0,41 mg/kg [65]. Cependant, l’auteur et#39; l’équipe a constaté que la teneur en arsenic de nombreux échantillons dépassait la limite de résidus d’arsenic pour les suppléments nutritionnels solides (0,5 mg/kg, GB 2762-2017 «National Food Safety Standard Limits pourContaminants in Food»), mais que l’arsenic inorganique était inférieur à 0,02 mg/kg. Il est recommandé que lorsque Chine et#39; S GB/T 16919-1997 «poudre de spiruline comestible» et NY/T 1709-2011 «algues et produits alimentaires verts» sont par la suite révisés, l’indice d’arsenic devrait être clairement défini comme de l’arsenic inorganique.
Le plomb est neurotoxique, et l’exposition au plomb peut nuire à l’apprentissage et à la mémoire des enfants pendant le développement. La neurotoxicité de l’exposition combinée au plomb et au cadmium est plus forte que celle de l’exposition au plomb et au cadmium seulement [67]. L’union européenne a fixé une limite de 1,0 mg/kg pour les résidus de cadmium dans les compléments alimentaires. Muys et al. ont constaté que les résidus de cadmium dans la spiruline étaient de 0,01 à 0,17 mg/kg et que les résidus de cadmium dans la spiruline étaient de 0,01 à 0,17 mg/kg.La poudre de spiruline chinoise était de 0,003 à 0,123 mg/kg.Toutes les données déclarées sont relativement idéales en ce qui a trait aux résidus de cadmium [27]. L’union européenne a fixé les résidus de mercure dans les compléments alimentaires à 0,1 mg/kg; Aucune limite n’a été fixée pour les résidus de nickel. Muys et al. ont constaté que les résidus de mercure dans les échantillons de spiruline étaient de 0,02 à 0,11 mg/kg, et que les résidus de nickel étaient de 1,1 à 3,4 mg/kg [27].
3.2.2 hydrocarbures aromatiques polycycliques
Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (hap) sont issus de sources naturelles et d’activités humaines, la source la plus importante étant la combustion incomplète de matières organiques. La spiruline peut être contaminée par des hap pendant le processus de séchage, selon la source de chaleur (charbon, matière organique, gaz naturel), la méthode de chauffage (contact direct, contact indirect) et la température de chauffage. Le 27 octobre 2015, l’ue (ue) 2015/1933 du 27 octobre 2015 complète les valeurs limites pour les hap dans les denrées alimentaires (ue) No 1881/2006. La limite de l’ue pour les résidus de hap dansCompléments alimentaires contenant de la spirulineEt ses produits est benzo[a] pyrène ≤ 10 μg/kg; Et la somme des quatre hap benzo[a] anthracène (BaA), chrysène (CHR), benzo[b] fluoranthène (BbF) et benzo[a] pyrène (BaP) est ≤50 μg/kg [68]. En Chine, il n’existe actuellement aucune réglementation sur les résidus de hap dans la spiruline et ses produits. Zelinkova et al. ont testé les résidus de hap dans les compléments alimentaires à base de spiruline vendus en Irlande [69], et les résultats sont présentés dans le tableau 6. En général, lorsque le benzo[a] pyrène dépasse la norme, la somme des quatre hap dépasse également la norme.
3.2.3 autres facteurs de sécurité
Muys et al. ont détecté des concentrations de nitrate dansÉchantillons de spiruline allant de 8 à 368 mg/kg....... Bien que ces données ne fournissent qu’une quantité limitée d’azote total dans la matière première, des résidus élevés de nitrate peuvent être causés par l’utilisation de nitrate comme source d’azote pendant la culture [27]. À condition que la spiruline soit correctement lavée lors du traitement ultérieur, le niveau de nitrite reflète le degré de détérioration de la matière première pendant le traitement. La norme pour les résidus de nitrite dans les jus de fruits et de légumes est de 4 mg/kg, tandis que la dose journalière admissible (dja) pour le nitrate est de 3,7 mg/kg de poids corporel.
L’industrie alimentaire se réfère aux sulfites comme un groupe de substances comprenant le dioxyde de soufre, le sulfite d’hydrogène de sodium, le sulfite de sodium, le métabisulfite de sodium, le métabisulfite de sodium, le métabisulfite de potassium, etc. Étant donné que les sulfites peuvent être produits par la fermentation des matières premières alimentaires, et qu’il a été signalé que les sulfites sont toxiques pour la reproduction [70] et peuvent déclencher des réactions allergiques comme l’asthme [71], certains pays contrôlent strictement les sulfites dans la spiruline pour suivre la détérioration des matières premières de la spiruline pendant la transformation. L’union européenne et les États-Unis exigent que les produits alimentaires contenant plus de 10 mg/kg de dioxyde de soufre et de sulfites (calculés comme SO2) soient étiquetés. Le 6 août 2019, l’allemagne a notifiéUn lot de compléments alimentairesDe taïwan, en Chine, comme non qualifié en raison de la présence de sulfites allergènes non déclarés (22 mg/kg).
Les toxines algales les plus fréquemment signalées dansSpiruline sont principalement des microcystines(MC). En tant que type de toxine cyanobactérienne, la MC CCest actuellement la toxine algale hépatotoxique la plus fréquemment exposée, la plus largement contaminée et la plus nocive [72]. Il a des effets tératogènes, cancérigènes et mutagènes et est également le plus fort promoteur de tumeur du foie découvert jusqu’à présent. La MC comporte environ 100 variantes structurelles, dont la microcystine LR RR(MC-LR), classée comme cancérogène du groupe 2B, est la plus toxique [73]. En 2002, Xu Haibin et al. ont testé 19 types de 71 produits à base de spiruline disponibles dans le commerce pour déceler la microcystine et ont constaté que le niveau moyen de contamination était de 317,2 ng/g, et que les niveaux moyens de contamination par la microcystine dans les comprimés et les capsules étaient de 142,7 et 222,6 ng/g, respectivement [74]. En 2001, Draisci et al. ont rapporté que cinq marques différentes de spiruline comprimés et capsules recueillies auprès de fournisseurs romains. Trois échantillons contenaient non seulement jusqu’à 10 μg/g de dihydrohomoanatoxine a, une neurotoxine, mais deux d’entre eux contenaient également l’isomère d’anatoxine a (18 et 19 μg/g, respectivement) [75].
Le 28 novembre 2018, le ministère de la santé, du travail et du bien-être social du Japon a publié le document Yosho Shokuhin Shuha n ° 1128 n ° 3: révision des méthodes d’essai pour les aliments exposés aux rayonnements, annexes II, III, IV-VI, qui se rapportent aux produits du bétail et de la pêche, aux produits agricoles, etc., et l’ajout de l’annexe "IV-VI exposition aux rayonnements", qui ajouteInspection de la spiruline irradiée,Le nombre d’inspections était de 10 pièces [76].
3.3 normes spiruline
Les normes de qualité pour la poudre de spiruline dans différents pays et régions sont indiquées dans le tableau 7 [65, 77].
Le tableau 7 montre que laLes normes de qualité de la spiruline se concentrent davantage sur la qualité et la sécurité microbiologiqueEn outre, la commission a décidé de ne pas soulever d’objection à la mise sur le marché du produit lui-même et que d’éventuelles contaminations biologiques et chimiques n’ont pas encore été incluses comme normes de contrôle. Cependant, puisque plus de 90% de la spiruline est consommée comme complément alimentaire, il est nécessaire de surveiller les facteurs qui peuvent affecter la sécurité des produits spiruline, en particulier les indicateurs possibles de contamination dans l’eau utilisée pour la culture.
4 Conclusions et discussion
Spiruline est une source de protéines microbiennes de haute qualité,Et sa chaîne industrielle se compose de quatre maillons: la culture, la transformation primaire (farine d’algues), la transformation ultérieure (comprimés d’algues, extraits de spiruline et autres produits finis) et les applications de produits finis. Cet article résume la culture, la récolte et la première transformation en amont de la chaîne industrielle de la spiruline. La culture et le traitement de la spiruline sont extrêmement exigeants. La culture de spiruline est fortement influencée par des facteurs environnementaux externes. La qualité de l’eau convenant à la culture doit être très alcaline, élevée en température et élevée en lumière. Le processus de culture doit empêcher la contamination par d’autres algues ou micro-organismes. La récolte et le traitement grossier de la spiruline impliquent des processus tels que le pompage, le rinçage, le filtrage et le séchage. La rapidité du séchage affectera sérieusement la qualité de la poudre de spiruline.
La Pollution de l’eau utilisée pour la culture pose un défi à la partie amont deChina' S spiruline chaîne de l’industrie,Les normes de qualité des produits (métaux lourds, etc.) doivent encore être améliorées. L’industrie doit formuler un guide opérationnel ou de transformation à partir des aspects des sources d’eau, des matières premières pour la production, de la culture des algues, de la culture à grande échelle, de la récolte, du séchage, de la transformation, de l’emballage et du traitement des eaux usées aquacoles. Le coût de production de la spiruline ne peut toujours pas répondre à la demande du marché, et il doit être résolu par l’innovation technologique et la culture à grande échelle. La réduction de la perte de nutriments pendant la production et la transformation ou l’intégration avec le développement rapide de l’industrie de l’internet des objets pour réaliser la livraison d’aliments frais est une autre direction pour le développement et l’extension de la chaîne de l’industrie de la spiruline.
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