Yeniliçi Gıda ve Yem Katkı Maddesi Olarak Yeşil Bir Kaynak: Mikroalgler(YeYeM)

PROJE ADI:

Yenilikçi Gıda ve Yem Katkı Maddesi Olarak Yeşil Bir Kaynak: Mikroalgler (YeYeM)
 

PROJE YÜRÜTÜCÜSÜ:

Doç. Dr. Füsun AKGÜL
 

PROJENİN KONUSU:

Bu projede, Spirulina platensis ve Haematococcus pluvialis mikroalgalerinin raceway havuzlarda yoğun kütle üretimi yapılacak ve elde edilen mikroalgal biyokütle bıldırcın, broiler ve yumurtacı tavukların beslemesinde yem katkı maddesi olarak kullanılacaktır. Bıldırcın, broiler ve tavukların büyüme, yumurta ve et kalitesi ile immun sistem ve mikrobiyota çeşitliliğini nasıl değiştiği ortaya çıkarılacaktır.
Projenin konusu aşağıdaki araştırma sorularından yola çıkarak Spirulina platensis mikroalginin Kanatlı hayvan beslenmesi üzerine etkilerinin incelenmesi ve alternatif yem katkı maddesinin geliştirilmesi olarak özetlenebilir.
-Mikroalglerin yapısındaki gıda/yem katkı maddesi olma potansiyeline sahip, değerli metabolit/kimyasal kompozisyonu ve miktarı nedir?
Mikroalgal yem katkı maddesi bıldırcın ve tavukların büyüme, yumurta ve et kalitesi ile immun sistem ve mikrobiyota çeşitliliğini nasıl etkilemektedir?
Yüksek katma değerli moleküller çok kapsamlı bir kategoridir. Gıda ve nutrasötik uygulamalarla birlikte lipitler, proteinler ve karbonhidratlardan kozmetik ve farmasötik amaçlı pigmentler ve sterollere kadar çeşitlilik gösterirler. Geniş uygulama yelpazesi, mikroalglerin dünyadaki en eski yaşam formlarından biri olmasından kaynaklanmaktadır. Milyarlarca yıl içinde evrim geçirmiş ve adapte olmuş, muazzam bir çeşitlilik ve karmaşıklık ortaya çıkarmış olmaları, onların bu denli çeşitlikte molekül üretmelerini sağlamaktadır. Mikroalgler, temel aminoasitleri içeren yüksek protein konsantrasyonuna sahip olmaları, PUFAs bakımından zengin yüksek lipid içeriği, polisakkaritler gibi biyoaktif karbonhidratlar; insan ve hayvan sağlığı bakımdan temel olan EPA (eicosapentaenoic) ve DHA (docosahexaenoic) gibi omega-3 yağ asitleri bakımından zengin olması, antioksidan özelliği olan karotenoid, klorofil ve phycobiliproteins gibi pigmentleri fazla bulundurması sebebiyle yüksek besinsel değere sahiptirler. Mikroalglerden elde eidlen biyoaktif maddeler, antioksidan, antibakteriyel, antiviral, antitümör, rejeneratif, antihipertansif, nöroprotektif ve immün sistemi uyarıcı etkiler gösterebilirler. Bu bileşikler, farmakoloji, tıp, kozmetik, kimya endüstrisi, balık yetiştiriciliği, enerji endüstrisi, tarım alanlarında, yem/yem katkı maddesi ve fonksiyonel gıda üretiminde kullanılmaktadır.
İnsan nüfusunun artması ve buna bağlı gıda arzının da artmasına bağlı olarak, canlı hayvan yemi için yenilikçi ve sürdürülebilir kaynaklar ve biyo-temelli ekonomi kapsamında alternatif protein kaynakları üzerine çalışmalar yapılmaya başlanmıştır. Bu kapsamda dünya genelinde alglerin kullanımına yönelik fırsatların değerlendirilmesi gündeme gelmiş, Avrupa Birliği desteğiyle bu amaç ile pek çok proje yapılmış ve halen yapılmaktadır. (https://op.europa.eu/en/home). Mikroalglerin üretebildiği değerli kimyasallar (yağ asitleri, renklendiriciler, vitaminler gibi) diğer kaynaklardan elde edilebilecek aynı kimyasallarla rekabet etme potansiyeline sahip olduğundan, gıda ve yem pazarı için mikroalglerin kullanımı giderek önem kazanmaktadır. Tüm bu gelişmeler ve sebeplerden ötürü bu projede ülkemiz iç sularından izole edilen mikroalglerin gıda ve yem katkı maddesi olabilme potansiyelleri araştırılacaktır.
Hayvan beslemede mikroalgler kullanılma nedenleri • Kuru madde bazında mikroalgler, geleneksel kaynaklardan (örn. Soya fasulyesi) daha yüksek seviyelerde ham protein, karbonhidrat ve yağ içerir. Çoğu alg yüksek protein seviyesi ile hayvan gelişimi ve performans üzerinde olumsuz etkilere neden olmadan, domuzlarda mevcut yemine % 14 ila % 33; yumurta tavuklarında % 12 ve piliçlerde % 17 oranlarında eklenerek kullanılabilir.
• Çoğu mikroalg, yüksek yağ seviyesine ve aralarında EPA ve DHA'nın da bulunduğu çoklu doymamış yağ asitleri içeriğine sahiptir ve yüksek düzeyde vitamin bulundurur.
• Çeşitli mikroalg türlerinin antibakteriyel özellikleri kanıtlanmıştır. Bu nedenle bu algler, çiftlik hayvanlarında antibiyotik kullanımının azaltılmasına ve bunun sonucunda da bakterilerin bu antibiyotiklere karşı hem insanlarda hem de çiftlik hayvanlarında direncinin azalmasına katkıda bulunabilir. Ayrıca bazı çalışmalar mikroalglerin antiviral özelliklerini göstermiştir. Algler, anti-inflamatuar özelliklere sahip olan ve dejeneratif hastalıkları önleyebilen çeşitli antioksidan türleri (klorofil ve karotenoid pigmentleri) içerebilir.
• Mikroalgler, enfeksiyon durumunda şiddetli hastalık fenotiplerini önleyebilecek bağışıklık tepkilerini artırabilir, böylece günlük kazanç seviyelerini, yemden yararlanma oranını, üreme kapasitesini ve sağlıklı bir deri ve parlak bir kürk gibi dış özellikleri koruyabilir. Bu tür etkiler kümes hayvanları, dişi domuzlar ve domuz yavruları, koyunlar ve kuzular ve süt ineklerinde yapılan çalışmalarda gösterilmiştir.
• Yumurta tavuklarında, piliçlere veya süt ineklerine belirli alg türlerinin eklenmesi, sırasıyla yumurta, et ve sütte çoklu doymamış yağ asitlerinin seviyelerinin artmasına neden olmuştur. Alg takviyeli diyetlerle beslenen dana buzağılarının kolesterol seviyeleri düşmüştür. Mikroalglerdeki karotenoid pigmenti, yumurta sarısının pigmentasyonunu ve kızarmış tavukların renginde değişikliklere sebep olumuştur.
Hayvan yemlerinde alglerin kullanımı sürdürülebilir tarıma katkıda bulunur. Çünkü:
-Alg üretimi için gerekli olan tarım arazisi, geleneksel yöntemlerle aynı miktarda proteinin üretimi için gerekli olan tarım arazisine oranla önemli ölçüde düşüktür. Geleneksel yöntemler ile yem üretimi sürecinde çok fazla pestisit kullanılması, su kaynaklarında ciddi bir kirlilik yaratmaktadır. Ayrıca tarımda sulama suyunun kullanılması kuraklık ve tuzluluğa sebep olmakta topraklarımız geri dönüşü olmayan bir degredasyona maruz kalmaktadır. İhtiyaç olan protein ihtiyacı, alglerden karşılandığında tüm bu sorunlar ortadan kalkacak ve sürdürülebilir tarıma hizmet edilmiş olunacaktır.
-Algler, gübre ve atık sudaki kirletici azot ve fosfatlı bileşikleri metabolizmasında kullanarak değerli ürünlere dönüştürebilmektedir. Alg yetiştiriciliğinde atık suyun kullanılması durumunda ötrofikasyon vb. su kirlilik etkenleri engellenmiş ve değerli algal biyokütle elde edilmiş olmaktadır.
-Algler atmosferden CO2’i alır ve böylece sera gazı miktarını azaltabilir.
-Protein kaynağı olarak yerel mikroalg üretimi durumunda, soya, mısır vb. yem ürünlerinin ithalatı sınırlandırılabilir ve bu da nakliye için harcanan enerji ve paranın azalmasını sağlar, ayrıca dışa bağımlılığımızı azaltır.
-Yağlı balıklar yerine yosunlardan EPA ve DHA'nın çıkarılması, nesli tükenmekte olan balık türlerinin yok olmasını engeller. İşte tüm bu sebeplerden dolayı bu proje gerçekleştirilmeli ve ülkemiz, bu alanlarda araştırma yaparak, sürdürülebilir ve kapsayıcı bir küresel ekonominin inşasında söz sahibi olmalıdır.
 

PROJENİN AMACI:

Bu projenin kurgulanma sebebi;
• Mikroalglerin ekonomik değeri olan biyoürünleri sentezleyebilmeleri,
• Mikroalglerin pek çok uygulama alanı olmasına rağmen, ekonomik fisibilite çalışmaları ve dünya pazarı düşünüldüğünde; mikroalgal biyoteknoloji çalışmalarının, gıda ve yem katkı maddesi ile değerli maddelerin eldesi üzerine yoğunlaşmış olması,
• Mikroalglerin hayvan beslemede efektif bir yem katkı maddesi olmaları ve bu şekilde kullanıldığında, sürdürülebilir tarıma hizmet edilecek olunması,
• Ülkemizin mikroalgal biyoteknoloji alanında hatırı sayılır bir yerinin olmamasıdır.

Mikroalgler yüksek çeşitliliğe sahip, çok farklı biyoteknolojik uygulamaları olan, biyoekonomiye katkı sunacak önemli mikroorganizmalardır. Bu sebeple mikroalglerin materyal olarak kullanıldığı pek çok çalışma bulunmaktadır. Literatür detaylı incelendiğinde, büyüme hızı yüksek olan mikroalglerin çalışmalarda kullanıldığı ve hatta ekonomik kaygılarla mikroalgal biyokütleyi daha hızlı ürüne dönüştürebilmek amacıyla, bu mikroalglerin daha hızlı üreyebilmeleri ve daha fazal biyomass elde etmek için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu düşüncelerden hareketle, bu projede MAKÜ Algal Biyoteknoloji Laboratuvarı’ndaki mikroalg kültür koleksiyonundan (MAKU-MACC) elde edilen hızlı büyüme yeteneğine sahip Spirulina platensis MAKU-MACC-86 türü ile yapılan ön çalışmalarla büyüme hızının yüksek (ikilenme süresinin düşük) olduğu ve kültür koşullarında pigmentasyon değişiklikleri ile farklı renklere dönüştüğü tespit edilen bir Haematococcus pluvialis MMAKU-MACC-30 türü materyal olarak seçilmiştir.
Bu akış kapsamında bu projede “mikroalglerin yapısındaki gıda/yem katkı maddesi olma potansiyeline sahip, değerli metabolit/kimyasal kompozisyonu ve miktarı nedir ve bu yem katkı maddesi bıldırcın ve tavukların büyüme, yumurta ve et kalitesi ile immun sistem ve mikrobiyota çeşitliliğini nasıl etkilemektedir?” araştırma sorusundan yola çıkılarak,
-Mikroalglerin önce laboratuvar ölçeğinde erlenlerde, aseptik koşullar altında inokulasyonlar yapılarak hacim artışı sağlamak ve sonra da raceway havuzlarda kültürlerini yapmak ve yeterli biyokütleyi elde etmek
- Kültür boyunca kültür büyüme parametrelerini belirlemek, elde edilen biyokütlenin biyokimyasal kompozisyonunu, antimikrobiyal ve antioksidan aktivitesini tespit etmek
-Üretilen yem katkı maddesinin bıldırcın ve tavukların büyüme performansına etkilerini tespit etmek
-Büyütülen hayvanların karkas verimliliği ve et kalitesini belirlemek
-Hayvanlardan elde edilen ciğer, et ve yumurtanın kolesterol ve yağ asidi kompozisyonunu ve yumurta kalitesini (Ex&In)belirlemek
-Yem katkı maddesi ile büyütülen hayvanların bağırsak dokusundan alınan örneklerle cDNA’ların hazırlanması ve qPCR ile gen ifadelerinin analizlerini yapmak
- Bu hayvanların çekum içeriklerinden mikrobiyota analizi yapmak
Bu projenin amaç ve hedefleri doğrultusunda;
-Yaygın etki değeri yüksek olan bu proje verilerinin yerli ve milli ticari bir ürün üretme potansiyeli bulunmakta ve bu veriler, bu alanda yapılacak daha büyük ölçekli sonraki çalışmalar için de kaynak olacaktır.
-Dünya genelinde ciddi bir pazara sahip olan, bu tarz katma değeri yüksek, yenilikçi biyoürünlerin üretilmesi ve bunların ticarileşmesi ile ülkemizin sürdürülebilir ve kapsayıcı bir küresel ekonominin kurulmasına hizmet etmesi sağlanacaktır. Yine ülkemizin AB ve üçüncü ülkelere ihracatında rekabetçiliğin korunması sağlanmış olacaktır.
-Proje verilerimiz besi hayvanı besleme, et-süt verimliliğine katkısı, buzağı ölümlerini azaltmaya etkisi gibi alanlarda yapılacak sonraki çalışmalarda kullanılacak ve Tarım ve Hayvancılıkta Farklılaşarak Bütünleşik Kalkınma sağlanmış olacaktır.
-Ülkemiz iç sularına ait mikrolaglerin materyal olarak kullanılması ile bu alandaki literatüre katkı sağlanacak ve etki değeri yüksek dergilerde, Türkiye adresli yayın sayısı arttırılmış olacaktır.
-Avrupa Birliği’nin yeni büyüme stratejisi olan “Yeşil Mutabakat”a uyum çerçevesindeki araştırma başlıklarından “Yeşil ve Sürdürülebilir Tarım” başlığına hizmet eden çalışmalar yapılmış olacaktır.
-TÜBİTAK–TAGEM işbirliği ile öncelikli Ar-Ge ve yenilik konusu olarak belirlenen, “Su ürünleri Islah ve Yetiştiriciliği” çağrısında belirtilen (i) Alternatif yem hammadde kaynaklarının araştırılması, (ii) Yenilikçi gıda katkı maddeleri konusunda mikroalg biyoteknolojisinin geliştirilmesi, (iii) alglerin yem hammadde üretiminde kullanımı, (iv) sucul bitki kaynaklı değerli kimyasalların araştırılması ve zenginleştirilmesi konularında çalışma yapılmış olacaktır.
 

PROJENİN BÖLGESEL KATKISI:

Sayılan bunca faydasının yanında alglerin hayvan yemi olarak yüksek oranda kullanılmasının önünde halen bazı engeller vardır. Bunlar:
-Kalite iyileştirmeye yönelik; yetiştirme, hasat, hasat sonrası kurutma teknikleri ve stres koşulları altında ve/veya özel aydınlatma programları aracılığıyla alglerin oksidatif özelliklerini ve değerli bileşenlerini artırmaya yönelik çalışmalar yetersizdir. Bu projenin de amaçlarından bir tanesi bu engeli ortadan kaldırmak için veri sağlamaktır.
-Mikroalg yetiştiriciliğinde gübre, sindirim maddesi, atık su veya diğer kaynakları kullanabilmek için, canlı hayvan yemlerinde burada üretilen mikroalglerin güvenli bir şekilde kullanılmasını sağlamak için uygun risk analizi yapılmalıdır.
-Mikroalg kullanımını arttırmak için mikroalg verimini ve biyokütle üretkenliğini artırmak ve farklı kültür koşullarında uygulamalı araştırmalar yapmak gerekmektedir. Gerçek dış ortam koşullarında tekrarlama süresi iki günün üzerine çıkabilir, biyokütle üretkenliği 40 t/ha'ya kadar düşer ve fotosentetik verimlilik % 3'e kadar düşebilir (Fernandez vd., 2021).
-Şu anda, bir enerji ve protein kaynağı olarak mikroalglerin maliyet fiyatı, diğer karma yem maddeleriyle rekabet etmek için hala çok yüksektir. Bu nedenle, alglerin sağlığı geliştirici özelliklerinin yanı sıra et, süt ve yumurta kalitesi üzerindeki olumlu etkilerini kanıtlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır, çünkü bu özellikler alglerin ekonomik değerini önemli ölçüde artırır.
Bu işin ekonomik fizibilitesini biraz daha açarsak; üretim hacmi değerlerinin, yemlerde yaygın olarak kullanılan soya yağı-küspesi ve balık yağı-küspesi ile karşılaştırılması bunu açıkça göstermektedir. Toplam soya yağı ve küspesi üretimi 200 milyon t/yıl ve şu anki fiyatı 0,5 €/kg'ın altındadır. Balık yağı ve küspesi üretimi, mevcut fiyat 2 €/kg'ın altında, kapasite ise 7 milyon ton/yıl'ın üzerindedir. Bunun aksine, mevcut mikroalg üretiminin (yağ ve küspe) yaklaşık 25.000 ton(yaş)/yıl, piyasa fiyatı ise 20–50 €/kg olarak tahmin edilmektedir. Üretimin yılda 10.000 ton kuru biyokütleye yaklaşması durumunda maliyet fiyatının 5 €/kg altına düşeceği ve daha fazla sanayileşmenin bunu 1 €/kg'ın altına düşüreceği hesaplanmıştır. Her şeye rağmen, mikroalg biyokütlesini hayvan diyetlere dahil etmenin ekonomik fizibilitesi zaten kanıtlanmıştır. Çünkü yem karışım ürünleri pazarı, hayvan besleme endüstrisi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Yem karışım ürünleri, sağlıklı beslenme, metabolik etkinlik, etkili büyüme-gelişme ve hayvan sağlığının korunması üzerinde oldukça olumlu etkilere sahiptir. Hayvan üretimi sırasında karşılaşılan sağlık problemleri sebebiyle yaşanan hayvan-ürün kayıpları da düşünüldüğünde, mikroalg tabanlı yem katkı maddelerinin kullanımıyla artacak üretim kapasitesinin bunu telafi edeceği kesindir.
Bu proje ile yukarıda bahsi geçen ve mikroalg yetiştiriciliğinin önünde engel teşkil eden bu sorunların aşılabilmesi için yapılması beklenen çalışmalara laboratuvar ölçeğinde veri ve gerektiğinde materyal sağlanmış olacaktır. Bu projede, mikroalgal biyoteknoloji çalışmalarının geldiği son durumu gösteren güncel literatürden esinlenerek, bu projede mikroalgleriden yem katkı maddesi üretilecek ve bu maddenin kanatlı hayvan gelişimine ve ürün kalitesine etkileri araştırılacaktır. Ülkemiz pazarında toz Spirulina sp. mikroalginin fiyatı 50-200 dolar/kg aralığında değişirken, bizim bu proje ile üretim maliyetimiz 25-30 dolar /kg olarak hesaplanmıştır. Eğer sera şartlarında açık havuzlarda üretim yapılırsa elektrik maliyeti azalacak ve atık su kullanılarak üretim yapılırsa da nutrient maliyeti azalacaktır. Bu şekilde ise kilosu 10-15 dolara üretim yapılabilecektir.
Bu yönüyle proje alternatif bir yem katkı maddesinin geliştirilmesine olanak sağlayacaktır. Bu ürün ile hayvanların immun sistemi, büyüme ve gelişme oranları iyileştirilecek, et ve yumurtalarının besleyicilik özellikleri arttırılacaktır.
 

PROJENİN TOPLUMSAL KATKISI:

Projeden Elde Edilmesi Öngörülen Çıktılar
• Ekonomik/Ticari/Sosyal Çıktılar: Ticari bir ürün. Bu proje, besleyici ve antioksidan özelliği fazla olan metabolitlerden oluşturulabilecek gıda ve yem katkı maddesi üretme potansiyeli olan bir projedir.
• Araştırmacı Yetiştirilmesi ve Yeni Proje(ler) Oluşturulmasına Yönelik Çıktılar: Proje kapsamında, bir adet yüksek lisans/doktora öğrencisi bursiyer olarak çalışacak ve bu kişinin akademik gelişimi sağlanacaktır.
Elde edilecek sonuçların ilgili kurum ve kuruluşlar ile paylaşılması amacıyla çeşitli organizasyonlar (kongre, toplantı, seminer, fuar, çalıştay vb.) düzenlenerek yaygınlaştırılması sağlanacaktır.

Projeden Oluşması Öngörülen Etkiler
• Toplumsal/Kültürel Etki:
Rekabetçi Üretim ve Verimlilik hedefi kapsamında Öncelikli Gelişme Alanları-Tarım politikasına hizmet etmektedir. Proje verileri ile mikroalg tabanlı efektif bir gıda/yem katkı maddesi üretilebilme potansiyeli vardır. Bu durumda;
Yaşam Kalitesine Katkı
-İnsanların, sentetik gıda takviyeleri (supplement) yerine doğal mikroalag kaynağından üretilen gıda katkı maddeleri kullanarak, sentetik ürünlerin olumsuz etkilerinden kurtulacak ve daha sağlıklı olacaklardır.
-Mikroalg tabanlı yem katkı maddesi kullanarak yetiştirilen hayvanların, et, süt, yumurta kalitesi, sentetik yem katkı maddeleri ile beslenenlere göre çok daha yüksektir. Böylesi kaliteli besinlerle beslenen insanların yaşam kalitesi artacaktır.
Sürdürülebilir Tarıma Katkı
Tarım arazileri ve su kaynaklarının etkin kullanımını, kuraklık ve tuzluluk ile mücadeleyi, kaliteli tarım ürünleri elde etmeyi, pestisit ve antibiyotik kullanımının azaltılmasını sağlayacaktır.
• Ekonomik Etki:
Bu projenin,
Potansiyel Sektörel Uygulama Alanları
Hayvan besleme, yem ve yem katkı maddeleri üretim sektörü; balık ve Artemia üretim çiftlikleri gibi pek çok sektörde kullanılabilecek bir ürün geliştirilme potansiyeli vardır. Küresel Pazar Öngörüleri
Özgün değer kısmında belirtildiği gibi bu uygulamaların pazarının büyük olduğu ve ülkemizin bu pazarda yer alamadığı görülmektedir. Bu anlamda küresel pazara ürün temin etmek, burada söz sahibi olmak, bu alandaki dışa bağımlılığımızı azaltmak bakımından önemli bir değeri vardır.
• Ulusal Güvenlik Etkisi:
Gıda Güvenliği
Senetetik gıda takviyelerine alternatif bir kaynak elde edilmiş olacaktır. Besinsel değeri yüksek maddelerle beslenen hayvanlardan üretilen gıda maddeleri tüketilecek ve vatandaşlarımız ne yediğini ve kalitesini bilecektir.