Mikroalglerin ellerinde hayvan beslemenin umut veren geleceği!

Doğanın “yeşil altını” olarak mikroalgler, sürdürülebilirlik ve çevre koruma zorluklarına hitap etmektedir¹. Mikroalglerin hayvan besleme sektöründe kullanımı, sağlığın geliştirilmesine ve çevrenin korunmasına yönelik benzersiz özellikleri ve yetenekleri nedeniyle hızla büyüyen bir ilgi görmektedir.

MİKROALG NEDİR?
Alg, klorofil içeren, ancak gerçek sapları, kökleri ve yaprakları olmayan basit, çiçekli olmayan ve tipik olarak suda yaşayan bir bitki olarak tanımlanır. Dünya çapında dev yosundan (büyük deniz yosunları çok hücreli makroalg ailesine aittir) tek hücreli mikroalglere kadar 70.000’den fazla farklı alg türü tanımlanmıştır (Avrupa Algae Biyokütle Derneği, 2021).

Mikroalgler ise hem deniz suyunda hem de tatlı suda bulunan mikroskobik organizmalardır. Halihazırda izole edilmiş ve tanımlanmış 25.000’den fazla tür ile ökaryotik mikroorganizmalar veya prokaryotik siyanobakteriler (mavi-yeşil algler) olarak sınıflandırılabilirler.²

DOĞADA MİKROALGLER
Mikroalgler, tüm su organizmaları için besin zincirinin temeli olan sucul ekosistemlerde hayati bir role sahiptir. Güneş ışığını, suyu ve CO₂‘yi alg biyokütlesine ve oksijene dönüştürerek atmosferik karbondioksit konsantrasyonunu azaltmak için önemli bir doğal mekanizma olan fotosentezi gerçekleştirirler. Bu tek hücreli mikroorganizmaların, soluduğumuz oksijenin çoğunu ürettiği tahmin edilmektedir. Ayrıca atık sudaki azot ve fosfor konsantrasyonlarını düşürebilir, çevre kirliliği ve iklim değişikliğiyle mücadeleye yardımcı olabilirler.

HAYVAN BESLENMESİ İÇİN EL DEĞMEMİŞ DOĞAL BİR KAYNAK
Uygun çevresel koşullar altında mikroorganizmalar katlanarak çoğalabildiğinden mikroalg yetiştiriciliği kısa bir üretim süresine ihtiyaç duyar. Bununla birlikte, birkaç bin mikroalg türünden sadece birkaç düzinesi şu anda ticarileştirilmiştir. Mikroalgler; gıda, biyoaktifler, nutrasötikler, pigmentler, biyoenerji molekülleri, biyo-gübreler ve biyoremediasyon ajanları için vazgeçilmez kaynaklar olarak kabul edilir.³ Mikroalglerin temel uygulamaları Şekil 1’de özetlenmiştir.²

Hayvan besleme endüstrisinin, hayvanların gıda güvenliğinin sürdürülebilir bir şekilde korumada gelecekteki başarısı, insan gıdası ile rekabet etmeyen yenilikçi yem kaynaklarının kullanılmasına bağlıdır.

Swansea Üniversitesi’nde Uygulamalı Su Biyolojisi Profesörü Carole Anne Llewellyn, küresel iklim değişikliği hedeflerimize ve sürdürülebilir bir dengeye ulaşmak adına, atıkları ve kirliliği ortadan kaldıran, malzemeleri dolaşımda tutan, doğayı yenileyen döngüsel bir ekonomi için çalışmamız gerektiğine inanıyor. Bu, dengesiz besin döngülerine yol açan mevcut doğrusal “kullan ve at” modelimizin yerini almalıdır.¹ Gıda ve yem endüstrileri bu konuda önemli bir rol oynamaktadır.

Soya gibi geleneksel hayvan yemi kaynaklarının, iklim ve ormanlık alanlar üzerindeki olumsuz etkisi göz önüne alınarak, alternatif çözümler aranmaktadır. Mikroalglerin hayvan besleme sektöründe kullanımı, sağlığın geliştirilmesine ve çevrenin korunmasına yönelik benzersiz özellikleri ve yetenekleri nedeniyle hızla büyüyen bir ilgi görmektedir.

Günümüzde mikroalglere ve türevlerine olan ilgiyi yönlendiren temel faktörler, mikroalglerin karotenoidler gibi sağlıklı makro ve mikro besin maddelerinin yüksek verimini içermesi, biyokütlenin hızlı birikimi ve ekilebilir arazi için mahsullerle rekabet etmeyen doğasıdır.³ Bunlara doğal, sürdürülebilir, bitki bazlı, çevre ve gezegen dostu gıda ve yem çözümlerine yönelik artan pazar talebi de eklenmektedir.

SAĞLIKLI BİTKİSEL GIDALARIN ZENGİN KAYNAĞI OLARAK MİKROALGLER
Karotenoidler, bitkiler ve mikroalg gibi bazı fotosentetik mikroorganizmalar tarafından sentezlenen biyoaktif doğal moleküller sınıfıdır. Üstün fotoprotektif ve antioksidan özellikleri nedeniyle önemli bir bileşendirler.

Astaksantin, bir dizi deniz hayvanının ve somon, yengeç, kril, ıstakoz ve hatta flamingo gibi mikroorganizmaların kırmızı-turuncu renginden sorumlu olan ksantofil karotenoid ailesinden kırmızımsı bir pigmenttir. Diğer yaygın olarak bilinen antioksidanların çoğundan daha yüksek, güçlü bir antioksidan ve anti-inflamatuar aktiviteye sahiptir. Örneğin, serbest radikallerin söndürülmesinde ve böylece hücrelerin oksidatif strese karşı korunmasında doğal astaksantinin E vitamininden 110 kat, C vitamininden 6000 kat daha güçlü olduğu gösterilmiştir.⁴ Ayrıca, doğal astaksantinin, sentetik astaksantinden 20 kat daha yüksek antioksidan güce sahip olduğu kanıtlanmıştır.⁵

Deniz ortamlarında, astaksantin açısından zengin algler, sırasıyla balıklar (örneğin somonlar) ve dış iskelet taşıyan canlılar (örneğin yengeçler, kerevitler, ıstakozlar, kril ve karides) tarafından sindirilen zooplankton için bir besindir.⁶

Doğal astaksantin rengi, hayvanlar aleminde fiziksel ve biyolojik işlevlere sahiptir. Zorlu çevre koşullarına karşı mücadelelerinin zirvesindeki hayvanları korur. Örneğin somon balığında, yukarı yöndeki kapsamlı göçleri sırasında astaksantinin önemli bir rol oynadığı düşünülmektedir.

Tek hücreli yeşil mikroalgler Haematococcus pluvialis, en zengin doğal astaksantin kaynağı olarak bilinir. Stockholm (İsveç) takımadalarındaki kaya havuzları gibi periyodik olarak kuruyan tatlı su kütlelerinde bulunabilirler. H. pluvialis, yüksek tuzluluk, azot eksikliği, yüksek sıcaklık ve ışık gibi stres koşullarında yüksek astaksantin içeriği biriktirir.⁷ Bu durumda yeşil algler kırmızıya döner. Astaksantin, tüm uyku süresi boyunca alglerin DNA’sını, lipitlerini ve hücre yapısını UV radyasyonundan ve diğer serbest radikal kaynaklardan korur. Algler bu formda, çevre koşulları tekrar iyileşene kadar aylarca, hatta yıllarca hayatta kalabilir – bu, hayatta kalma şansını arttırmak için doğal astaksantinin gücünü vurgular.

Bununla birlikte, astaksantinin sağlığa faydaları daha yüksek hayatta kalma oranları ile sınırlı değildir. Kaslar, gözler, beyin, cilt, bağışıklık ve üreme sistemleri, vb. dahil olmak üzere çeşitli vücut organları ve sistemleri için yararları bilimsel olarak kanıtlanmıştır.

Doğal astaksantinin potansiyel sağlık yararları ve güvenliği konusundaki farkındalığın artmasıyla birlikte, su ürünleri yetiştiriciliği, gıda ve yem, kozmetik, nutrasötikler ve farmasötikler gibi çeşitli endüstrilerdeki ticari kullanımı hızla genişlemektedir.

Ticari olarak üretilen astaksantinin en yaygın kullanımı, yetiştirilen alabalıklara ve kabuklulara doğal, pembe-kırmızı rengi verdiği balık yetiştiriciliğidir (su ürünleri yetiştiriciliği). Bununla birlikte, evcil hayvanlar, rekabetçi sporlardaki (örneğin yarış atları) ve tarımdaki (hayvancılık) hayvanlar da dahil olmak üzere birçok hayvan, bu güçlü doğal içerikten yararlanabilir.

DOĞAL ASTAKSANTİNİN SAĞLIĞA FAYDALARI
AstaReal, mikroalg yetiştirme, doğal astaksantin üretimi, Ar-Ge ve klinik bilimde küresel öncü ve uzman olarak hem hayvan hem de insan gıda takviyelerinde bir otoritedir. 70’in üzerinde klinik çalışma ile desteklenen tek doğal astaksantin markasıdır. AstaReal AB (İsveç), hayvan beslemesi için iyi çalışılmış doğal astaksantin ürünlerini farklı formatlarda sunmaktadır.

AstaReal’in H. pluvialis alg unu (mikroalganın ezilmiş ve püskürtülerek kurutulmuş aplanosporları olan biyokütle) sadece astaksantin açısından zengin değildir, aynı zamanda değerli proteinler, karbonhidratlar ve esansiyel yağ asitlerinin yanı sıra lutein, beta- karoten ve kantaksantin içerir.

Doğal astaksantininin sağlığa faydaları, farklı hayvan kategorilerinde çalışılmıştır.

Zanghi ve ark.’nın köpekler üzerinde yaptıkları bir çalışmada, astaksantin, karbonhidrat tüketimini kolaylaştırarak ve egzersiz sırasında kaslarda lipid kullanımını teşvik ederek kas iyileşmesi üzerinde önemli bir etki göstermiştir.⁸

İltihaplı bir göz rahatsızlığından mustarip köpekler üzerinde yapılan bir başka çalışmada, köpeklere 60 gün boyunca doğal astaksantin içeren bir antioksidan/anti-inflamatuar nutrasötik diyet verilmiştir. Diyetin, gözün gözyaşı üretimini önemli ölçüde arttırdığı ve başlangıçta bağışıklık baskılayıcı tedaviye yanıt vermeyen veya zayıf yanıt veren bu köpeklerde kornea keratinizasyonu, kornea pigment yoğunluğu ve mukus akıntısının yanı sıra inflamasyon durumunu klinik olarak iyileştirdiği görülmüştür.⁹

Ek olarak, Sato ve ark. sekiz hafta boyunca astaksantin (75 mg / gün) ve L-karnitin (3,000 mg/gün) ile diyet takviyesinin serum belirteçleri ve Safkan atların eğitiminde egzersize bağlı kas hasarının klinik insidans oranı üzerindeki etkilerini incelemiştir.¹⁰ Egzersizin neden olan kas hasarı belirteçlerinin (serum kreatin kinaz [CK] aktivitesi) ve kas yorgunluğunun (laktat dehidrojenaz-5, LDH-5), takviye edilmiş at grubunda anlamlı derecede düşük olduğu gözlenmiştir. Egzersiz rabdomiyolizi (bağlanma sendromu), egzersiz sırasında veya hemen sonrasında atlarda meydana gelen en yaygın kas bozukluklarından birisidir. Bu hastalığın klinik belirtileri, hafif sertlikten hareketsizliğe, ağrı belirtilerine ve hareket etme isteksizliğine kadar değişkenlik gösterir. Bunlar, atın performansını sınırlayabilir ve engelleyebilir.¹⁰ Dolayısıyla, doğal astaksantin takviyesi gibi güvenli diyet ve invaziv olmayan müdahalelerle yükü önlemek veya en azından hafifletmek çok önemlidir.

Köpekler¹¹ ve kedilerde¹² doğal astaksantin takviyesi de bağışıklık savunmasını güçlendirebilir ve bağışıklık tepkisini artırabilir.

Ayrıca, astaksantin takviyesi, gelişmiş doğurganlık^13,14 ve hayvancılıkta daha iyi büyüme performansı¹⁵ ile su ürünleri yetiştiriciliğinde optimum üreme, büyüme, hayatta kalma ve bağışıklık yeterliliği ile ilişkilendirilmiştir.^16,17,18

MEVCUT MİKROALG ÜRETİMİ VE GELECEKTEKİ POTANSİYELİ
Mikroalg üretim hacminin dünya çapında yılda yaklaşık 30 bin 206 ton ve Avrupa’da da yaklaşık 182 ton kuru ağırlık olduğu tahmin edilmektedir. Gıda takviyeleri ve nutrasötikler (% 24), kozmetikler (% 24) ve yem (% 19), mikroalg biyokütlesinin ana kullanım alanlarıdır ve toplam kullanımın % 67’sine katkıda bulunurlar.^19-20

Mikroalg yetiştiriciliğinin ölçeği şu anda geleneksel çiftlik hayvanlarının ve hayvan yeminin yerini alacak kadar büyük değildir. Bu nedenle, odak noktası, çeşitli hayvanların sağlığını iyileştirmek ve korumak için mikroalg ürünlerinin gıda takviyesi olarak kullanılmasıdır. Tekno-ekonomik analizler, mikroalg yetiştiriciliğinin büyütülmesi ve maliyetinin düşürülmesi için iyi bir potansiyel gösterdiğinden, yosun bazlı hayvan yemi ve içerik maddeleri pazarı hızla büyüme yolundadır.

Mikroalglar, açık yosun havuzu sistemleri ve fotobiyoreaktörler (PBR) gibi farklı üretim yöntemleriyle yetiştirilmektedir. İkincisi, Avrupa’da en sık kullanılan yöntemdir. Açık ekim sistemlerinin dezavantajları, artan kirlenme riski, çevre koşullarının daha düşük kontrolü ve daha fazla arazi ve su ihtiyacıdır.²⁰

AstaReal AB, çevresel faktörlerin ve biyokütle kalitesinin çevresel kirlilik olmadan daha sıkı kontrolüne olanak sağlayan iç mekan PBR teknolojisini kullanır.

Doğal astaksantin, geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir ve piyasada bulunan çeşitli içerik formatları, yenilikçi hayvan gıdası ve yemi formüle etmek için büyük bir imkân sunar.

Referanslar:
¹Carole Anne Llewellyn. Microalgae is nature’s ‘green gold’: our pioneering project to feed the world more sustainably. 2022. Accessed on April 28th, 2022 at: https://theconversation.com/microalgae-is-natures-green-gold-our-pioneering-project-to-feed-the-world-more-sustainably-170158
²Vale M A, Ferreira A, Pires J C,Gonçalves A L(2020) CO2 capture using microalgae. In: Mohammad Reza Rahimpour, Mohammad Farsi, Mohammad Amin Makarem (Eds) In Advances in Carbon Capture. Woodhead Publishing, Duxford, pp 381 – 405. ISBN 9780128196571.
³Global Perspectives on Astaxanthin From Industrial Production to Food, Health, and Pharmaceutical Applications. Gokare A. Ravishankar, Ambati Ranga Rao. 2021, Elsevier Inc. ISBN: 978-0-12-823304-7. DOI: https://doi.org/10.1016/C2019-0-01800-6.
⁴Nishida et al. Quenching Activities of Common Hydrophilic and Lipophilic Antioxidants against Singlet Oxygen Using Chemiluminescence Detection System. Carotenoid Science (2007) Vol.11:16-20.
⁵Oslan, S.N.H. et al. Bioprocess Strategy of Haematococcus lacustris for Biomass and Astaxanthin Production
Keys to Commercialization: Perspective and Future Direction. Fermentation 2022, 8, 179. https://doi.org/10.3390/fermentation8040179.
⁶Lim KC et al. (2018), Astaxanthin as feed supplement in aquatic animals. Rev Aquacult, 10: 738-773. https://doi.org/10.1111/raq.12200
⁷Ambati RR et al. Astaxanthin: Sources, Extraction, Stability, Biological Activities and Its Commercial Applications—A Review. Mar. Drugs 2014, 12, 128-152; doi:10.3390/md12010128.
⁸Zanghi BM et al.: Effects of postexercise feeding of a supplemental carbohydrate and protein bar with or without astaxanthin from Haematococcus pluvialis to exercise-conditioned dogs. Am J Vet Res. 2015 Apr;76(4):338-50.
⁹Destefanis S et al.: Clinical evaluation of a nutraceutical diet as an adjuvant to pharmacological treatment in dogs affected by Keratoconjunctivitis sicca. BMC Vet Res. 2016 Sep 22;12(1):214.
¹⁰Sato F et al.: Effects of Daily Astaxanthin and L-Carnitine Supplementation for Exercise-Induced Muscle Damage in Training Thoroughbred Horses. Journal of Equine Veterinary Science. 35. 2015.
¹¹Chew BP et al.: Dietary astaxanthin enhances immune response in dogs. Veterinary Immunology and Immunopathology. 2011;140(3-4):199-206.
¹²Park et al. Astaxanthin stimulates cell-mediated and humoral immune responses in cats. Veterinary Immunology and Immunopathology. 2011;144:455–461.
¹³Kamada H et al.: Astaxanthin increases progesterone production in cultured bovine luteal cells. J Vet Med Sci. 2017 Jun 29;79(6):1103-1109. Epub 2017 Apr 23.
¹⁴Wan FC et al.: Protective effects of astaxanthin on lipopolysaccharide-induced inflammation in bovine endometrial epithelial cells†. Biol Reprod. 2020 Feb 14;102(2):339-347.
¹⁵Hosseindoust et al. Muscle Antioxidant Activity and Meat Quality Are Altered by Supplementation of Astaxanthin in Broilers Exposed to High Temperature. Antioxidants 2020, 9, 1032.
¹⁶Daly B et al.: Dietary astaxanthin supplementation for hatchery-cultured red king crab, Paralithodes camtschaticus , juveniles. Aquacult Nutr. 2013 Jun;19(3):312–20.
¹⁷Li M et al.: Comparison effect of dietary astaxanthin and Haematococcus pluvialis on growth performance, antioxidant status and immune response of large yellow croaker Pseudosciaena crocea. Aquaculture. 2014 Oct;434:227–32.
¹⁸Cai M et al.: Dietary Haematococcus pluvialis promotes growth of red swamp crayfish Procambarus clarkii (Girard, 1852) via positive regulation of the gut microbial co-occurrence network. Aquaculture. 2022 Mar;551:737900.
¹⁹Janssen et al. Microalgae based production of single-cell protein. Current Opinion in Biotechnology 2022, 75:102705.
²⁰Araújo et al. (2021) Current Status of the Algae Production Industry in Europe: An Emerging Sector of the Blue Bioeconomy. Front. Mar. Sci. 7:626389. doi: 10.3389/fmars.2020.626389.