Porosira glacialis as a possible source of lipids for human consumption and aquaculture feed

Abstract

Det er et stort behov for marine langkjedede omega-3 fettsyrer både til humant konsum og til fiskefôr. De langkjedede omega-3 fettsyrene EPA og DHA har gunstige helseeffekter for både mennesker og fisk. Mengden villfanget fisk har de siste 40 årene nådd maksimal utnyttelse mens volumet av oppdrettsfisk har økt betraktelig. Mangelen på marint råstoff har ført til en økt andel terrestrisk råstoff i fiskefôret, noe som påvirker næringssammensetningen i oppdrettsfisken. Dyrking av marine mikroalger kan være med på å løse utfordringene knyttet til mangel på marine langkjedede omega-3 fettsyrer, da de er havets primærprodusenter av EPA og DHA. Mikroalger dyrkes i vann og trenger CO2, lys og uorganiske næringsstoffer for å vokse. Mikroalger kan også være med på å redusere direkte utslipp av CO2 fra store utslippspunkter ved å benytte denne gassen til slik dyrking. I dette prosjektet ble den kaldtvannstilpassede kiselalgen Porosira glacialis dyrket for å undersøke om lipidfraksjonen er egnet som tilskudd i fiskefôr og/eller til menneskelig konsum. De spesifikke delmålene var i) å undersøke lagringsstabiliteten til lipidene i våt biomasse, ii) sammenligne in vitro fordøyelighet av lipidene i P. glacialis med vanlige kilder til langkjedede omega-3 fettsyrer, iii) undersøke utbytte av lipider med ulike fettekstraksjonsmetoder sammenlignet med andre massedyrkede mikroalger. P. glacialis inneholder store mengder flerumettet fett, hvorav fettsyren EPA utgjør en stor andel. Sammenlignet med lipidfraksjonen i de andre artene og oljene som ble undersøkt, er omega-3-innholdet høyt. Størstedelen av lipidklassene i P. glacialis er polare, blant annet galaktolipider og fosfolipider. Disse lipidklassene skiller seg ut fra vanlige fiskeoljeprodukter som tran og omega-3-konsentrater. Lipidene i P. glacialis er svært utsatt for hydrolyse under lagring, noe som fører til økte mengder frie fettsyrer samt at oljen er mer utsatt for oksidasjon. Våre resultater viser at lagringsstabiliteten til lipidene i våt biomasse kan økes betraktelig ved en enkel varmebehandling før lagring ved 4 °C. Det ser også ut til at lipidene i P. glacialis er godt fordøyelige sammenlignet med vanlige omega-3 kosttilskudd. Den eneste oljen som ble hydrolysert til en høyere grad under in vitro fordøyelse var tran, som i hovedsak inneholder triacylglycerol. Ekstraksjon av lipider fra P. glacialis krever ingen forbehandling. Men som andre arter med høyt innhold av polare lipidklasser trengs et delvis polart løsemiddel for ekstraksjon. Den har god vekst på CO2 fra røykgassen til et smelteverk og kan derfor være med på å begrense direkte utslipp av drivhusgasser. Det vil være spennende å undersøke om denne kiselalgen kan benyttes direkte til fiskefôr eller humant konsum.

The demand for marine long-chain omega-3 fatty acids for both human consumption and fish feed is large. The long-chain omega-3 fatty acids, EPA and DHA, have several health benefits for both humans and fish. The amount of wild caught fish has reached maximum exploitation over the last 40 years, while the production from aquaculture has increased drastically. The shortage of marine raw material has led to an increased inclusion of terrestrial raw material in the aquaculture feed, which has affected the nutritional composition of the farmed fish. Cultivation of marine microalgae may be part of the solution to these challenges, since these are the ocean’s primary producers of EPA and DHA. Microalgae can be cultivated in water using only CO2, light, and inorganic nutrients. Microalgae can also reduce the amount of direct CO2 emissions from large industry by utilizing the gas for cultivation. In this project, the cold-water adapted diatom Porosira glacialis was cultivated to investigate the lipid fraction's suitability for fish feed and/or human consumption. The specific aims were to i) investigate the storage stability of lipid in wet biomass, ii) compare the in vitro digestibility of lipids from P. glacialis with common sources of long-chain omega-3 fatty acids, iii) investigate the extractability of lipids from P. glacialis compared to other mass-cultivated microalgae. P. glacialis contains large amounts of polyunsaturated fatty acids, of which EPA makes up a substantial part. Compared to the lipid fraction of the other oils that were investigated, the omega-3 content is high. The main fraction of lipid classes in P. glacialis is the polar galactolipids and phospholipids. These lipid classes differ from the usual fish oil products, like cod-liver oil and omega-3 concentrates. The lipids in P. glacialis are exposed to hydrolysis during storage, which results in increased amounts of free fatty acids that are more exposed to oxidation. Our results indicate that the storage stability of lipids in the wet biomass can be enhanced by a simple heat treatment and storage at 4 °C. The lipids in P. glacialis appear to be digested well compared to common omega-3 supplements. The only other oil with a higher degree of hydrolysis was cod-liver oil, which contain mostly triacylglycerol. The extraction of lipids from P. glacialis does not require any pre-treatment. However, like other species with large amounts of polar lipid classes, a partially polar solvent is needed for complete extraction. P. glacialis grows well using CO2 from the flue gas of a smelting plant and could therefore help limit the emission of greenhouse gases. The prospect of investigating this diatom directly for fish feed or human consumption is interesting.