DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2024.2370489
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38979936
تاريخ النشر: 2024-07-09
المؤلف: Laurie C. Hofmann وآخرون
الموضوع الرئيسي: المركبات الحيوية المستخلصة من الطحالب
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على جنس أولفا، المعروف عادةً باسم خس البحر، مع تسليط الضوء على فوائده الغذائية وإمكاناته كمصدر بروتين بديل مستدام في الغذاء والعلف. مع زيادة الطلب على البروتينات النباتية، اكتسبت أنواع أولفا اهتمامًا بسبب محتواها العالي من البروتين ووفرتها في المياه الساحلية. تناقش المراجعة التحديات المرتبطة باستخدام أولفا في الغذاء والعلف، مع الإشارة أيضًا إلى تطبيقاتها المتزايدة في المواد الحيوية، والمنشطات الحيوية، ومصانع التحويل الحيوي.
يهدف المؤلفون إلى تجميع المعرفة الحالية حول القيمة الغذائية لأولفا، وتقنيات المعالجة، ومزاياها لقطاعات مختلفة، بما في ذلك التغذية البشرية، وتربية الأحياء المائية، والأعلاف الأرضية. بالإضافة إلى ذلك، يتم فحص الجدوى الاقتصادية لدمج أولفا في أعلاف الأحياء المائية. من خلال معالجة كل من التحديات واحتياجات البحث المستقبلية، تعتبر هذه المراجعة مصدرًا شاملاً للمساهمين المهتمين بتربية الأحياء المائية المستدامة والتطبيقات الأوسع لأولفا في الغذاء والعلف وغيرها من الصناعات.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الحاجة الملحة لمعالجة الفجوة الغذائية الزراعية الوشيكة حيث من المتوقع أن يصل عدد سكان العالم إلى 9.8 مليار بحلول عام 2050، مما يزيد من تفاقم تأثيرات تغير المناخ على الموارد الطبيعية. يُعتبر زراعة الطحالب البحرية، وخاصة من جنس *أولفا*، حلاً قابلاً للتطبيق لتعزيز الأمن الغذائي، حيث تقدم العديد من المزايا مقارنة بالمحاصيل الأرضية، مثل عدم الحاجة إلى الأراضي القابلة للزراعة، والمياه العذبة، والأسمدة. تتميز أنواع *أولفا* بالنمو السريع والعائد العالي من الكتلة الحيوية، مما يجعلها مناسبة لإنتاج الغذاء والعلف المستدامين بينما يمكن أن تساهم في تقليل انبعاثات غازات الدفيئة المرتبطة بالزراعة التقليدية.
على الرغم من الفوائد الواعدة للطحالب البحرية، وخاصة في أوروبا، لا يزال الإنتاج محدودًا، مما يستلزم تقييمًا شاملاً لمختلف المخاطر والفوائد قبل التوسع. تهدف المراجعة إلى زيادة الوعي بـ *أولفا* كمصدر غذائي مغذي، مع التأكيد على إمكاناتها لتلبية الطلب المتزايد على بدائل البروتين المستدامة. كما تتناول المخاوف المتعلقة بسلامة استهلاك الطحالب البحرية وتحدد الحاجة إلى مزيد من البحث في تركيبها الكيميائي، وقيمتها الغذائية، وتطبيقاتها في الغذاء، والعلف، والمواد الحيوية. تؤكد النتائج على دور *أولفا* في المساهمة في أهداف التنمية المستدامة للأمم المتحدة (UNSDGs) والاقتصاد الدائري، مما يضعها كعنصر حاسم في مستقبل أنظمة الغذاء المستدامة.
طرق
تناقش هذه القسم إمكانيات أولفا، نوع من الطحالب البحرية الخضراء، في صناعة المواد الحيوية، وخاصة في حلول التعبئة المستدامة. على الرغم من أن الطحالب البحرية الخضراء تساهم بشكل ضئيل في صناعة الهيدروكولود، فإن الاهتمام المتزايد بـ أولفان—مركب حيوي نشط مشتق من أولفا—يسلط الضوء على وعده في تطبيقات متنوعة. من المتوقع أن يصل سوق التعبئة المعتمد على الطحالب البحرية إلى حوالي 613.42 مليون دولار بحلول عام 2029، مدفوعًا بالحاجة إلى بدائل مستدامة للبلاستيك أحادي الاستخدام. تشمل الابتكارات الحالية تطوير أفلام التعبئة التي تدمج أولفان مع مواد بلاستيكية مثل بولي إيثيلين جلايكول (PEG) ومواد طبيعية مثل السليلوز، مما يعزز الخصائص المضادة للأكسدة للأفلام وقد يمدد من عمر المنتجات المعبأة.
يشارك المؤلفون في أبحاث لإنشاء مادة تعبئة قابلة للتحلل، وصالحة للأكل لصناعة الوجبات السريعة التي تستخدم 100% من كتلة الطحالب البحرية دون عمليات استخراج. أسفرت الاختبارات الأولية للمستهلكين لهذه التعبئة عن نتائج إيجابية، حيث قيم 79-91% من المشاركين ذلك بشكل إيجابي. تشير الدراسة أيضًا إلى أن محتوى أولفا العالي من السليلوز والنشا يمكن أن يسهل استخدامها في إنتاج الورق، كما يتضح من دمجها الناجح في ورق الترشيح دون المساس بالسلامة الهيكلية، بينما تظهر أيضًا قدرات امتصاص الملوثات. تم التخطيط لمزيد من التجارب لتحسين طرق الإنتاج للتعبئة المعتمدة على الطحالب البحرية، مع معالجة التحديات المتعلقة بمعالجة ونقل الكتلة الحيوية الخام.
مناقشة
تسلط المناقشة الضوء على إمكانيات أولفا، المعروفة عادةً باسم خس البحر، كمساهم كبير في تربية الأحياء المائية البحرية، التي تشهد نموًا سريعًا. على الرغم من أن الطحالب البحرية الخضراء تمثل أقل من 0.1% من إجمالي إنتاج الطحالب البحرية، إلا أن أنواع أولفا تكتسب اهتمامًا بسبب معدلات نموها السريعة، وسهولة زراعتها، وتطبيقاتها المتنوعة في الغذاء والعلف. يعتبر جنس أولفا فريدًا حيث إنه الطحلب الكبير الوحيد الذي تم تسلسل جينومه، مما يسهل الدراسات والتحولات الجينية. ومع ذلك، لا تزال التصنيف الدقيق والتعرف على أنواع أولفا تمثل تحديًا بسبب التشابهات الشكلية والتأثيرات البيئية، مما يستلزم استخدام ترميز الحمض النووي لتحديد الأنواع بشكل موثوق، خاصة للتطبيقات التجارية.
شهد إنتاج أولفا تقلبات، حيث تم الإبلاغ عن الإنتاج العالمي عند 2,155 طنًا في عام 2019، وهو أقل بكثير من ذرواته التاريخية. تشمل العوامل المساهمة في هذا الانخفاض تغير المناخ والتحولات في التخطيط المكاني البحري. من الناحية الغذائية، تعتبر أنواع أولفا غنية بالبروتينات، والكربوهيدرات، والأحماض الدهنية الأساسية، مما يجعلها مناسبة للاستهلاك البشري. يمكن أن تعزز الملف الغذائي لمجموعة متنوعة من المنتجات الغذائية، بما في ذلك الخبز والمعكرونة، وتعمل كمكون مستدام في المنتجات الحيوانية ومنتجات الألبان. ومع ذلك، فإن المخاوف المتعلقة بسلامة الغذاء بشأن الملوثات والمعادن الثقيلة تتطلب مراقبة وتنظيمًا دقيقين، حيث إن الإرشادات الحالية غير كافية. بشكل عام، بينما تقدم أولفا فرصًا واعدة لصناعات تربية الأحياء المائية والغذاء، فإن المزيد من البحث ضروري لتحسين ممارسات الزراعة، وضمان سلامة الغذاء، وزيادة قبول المستهلك.
DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2024.2370489
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38979936
Publication Date: 2024-07-09
Author(s): Laurie C. Hofmann et al.
Primary Topic: Seaweed-derived Bioactive Compounds
Overview
This section provides an overview of the genus Ulva, commonly known as sea lettuce, highlighting its nutritional benefits and potential as a sustainable alternative protein source in food and feed. As the demand for plant-based proteins increases, Ulva spp. have gained attention due to their high protein content and abundance in coastal waters. The review discusses the challenges associated with utilizing Ulva in food and feed, while also noting its expanding applications in biomaterials, biostimulants, and biorefineries.
The authors aim to synthesize current knowledge on Ulva’s nutritional value, processing techniques, and its advantages for various sectors, including human nutrition, aquaculture, and terrestrial feeds. Additionally, the economic feasibility of incorporating Ulva into aquafeed is examined. By addressing both the challenges and future research needs, this review serves as a comprehensive resource for stakeholders interested in sustainable aquaculture and the broader applications of Ulva in food, feed, and other industries.
Introduction
The introduction highlights the urgent need to address the impending agricultural food gap as the global population is projected to reach 9.8 billion by 2050, exacerbated by climate change impacts on natural resources. Seaweed cultivation, particularly of the genus *Ulva*, is posited as a viable solution to enhance food security, offering numerous advantages over terrestrial crops, such as the absence of requirements for arable land, freshwater, and fertilizers. *Ulva* species exhibit rapid growth and high biomass yield, making them suitable for sustainable food and feed production while potentially mitigating greenhouse gas emissions associated with traditional agriculture.
Despite the promising benefits of seaweed, particularly in Europe, production remains limited, necessitating a thorough assessment of various risks and benefits before scaling up. The review aims to raise awareness of *Ulva* as a nutritious food source, emphasizing its potential to meet the growing demand for sustainable protein alternatives. It also addresses the safety concerns related to seaweed consumption and outlines the need for further research into its chemical composition, nutritional value, and applications in food, feed, and biomaterials. The findings underscore *Ulva*’s role in contributing to the United Nations’ Sustainable Development Goals (UNSDGs) and the circular economy, positioning it as a critical component in the future of sustainable food systems.
Methods
This section discusses the potential of Ulva, a type of green seaweed, in the biomaterials industry, particularly in sustainable packaging solutions. Despite green seaweeds contributing minimally to the hydrocolloid industry, the increasing interest in ulvan—a bioactive compound derived from Ulva—highlights its promise in various applications. The global seaweed-based packaging market is projected to reach approximately $613.42 million by 2029, driven by the need for sustainable alternatives to single-use plastics. Current innovations include the development of packaging films that incorporate ulvan with plasticizers such as polyethylene glycol (PEG) and natural materials like cellulose, which enhance the antioxidant properties of the films and potentially extend the shelf life of packaged products.
The authors are engaged in research to create a biodegradable, edible packaging material for the fast-food industry that utilizes 100% of the seaweed biomass without extraction processes. Initial consumer testing of this packaging yielded favorable results, with 79-91% of participants rating it positively. The study also indicates that Ulva’s high cellulose and starch content could facilitate its use in paper production, as demonstrated by its successful incorporation into filter paper without compromising structural integrity while also exhibiting pollutant adsorption capabilities. Further trials are planned to optimize production methods for seaweed-based packaging, addressing challenges related to the processing and transportation of raw biomass.
Discussion
The discussion highlights the potential of Ulva, commonly referred to as sea lettuce, as a significant contributor to marine aquaculture, which is experiencing rapid growth. Despite green seaweeds representing less than 0.1% of total seaweed production, Ulva species are gaining attention due to their fast growth rates, ease of cultivation, and diverse applications in food and feed. The genus Ulva is unique as it is the only macroalgae with a sequenced genome, facilitating genetic studies and transformations. However, accurate taxonomy and identification of Ulva species remain challenging due to morphological similarities and environmental influences, necessitating the use of DNA barcoding for reliable species identification, particularly for commercial applications.
The production of Ulva has seen fluctuations, with global production reported at 2,155 tonnes in 2019, significantly lower than historical peaks. Factors contributing to this decline include climate change and shifts in marine spatial planning. Nutritionally, Ulva species are rich in proteins, carbohydrates, and essential fatty acids, making them suitable for human consumption. They can enhance the nutritional profile of various food products, including bread and pasta, and serve as a sustainable ingredient in meat and dairy products. However, food safety concerns regarding contaminants and heavy metals necessitate careful monitoring and regulation, as current guidelines are insufficient. Overall, while Ulva presents promising opportunities for aquaculture and food industries, further research is essential to optimize cultivation practices, ensure food safety, and enhance consumer acceptance.