L'espirulina és la biomassa deshidratada de diverses espècies de cianobacteris (abans coneguts com a «algues blaves») que pot ser consumida pels humans i els animals. Les tres espècies són Arthrospira platensis, A. fusiformis i A. maxima. Investigacions recents han traslladat encara més totes aquestes espècies al gènere Limnospira. També s'ha descobert que L. fusiformis no és prou diferent de L. maxima per ser considerada una espècie independent. El gènere Arthrospira es classificava anteriorment dins del gènere Spirulina, i d'aquí el nom. Cultivada arreu del món, l'espirulina s'utilitza com a complement dietètic o aliment integral. També s'utilitza com a complement alimentari en les indústries de l'aqüicultura, la piscicultura i les granges avícoles.Vonshak, A. (ed.). Spirulina platensis (Arthrospira): Physiology, Cell-biology and Biotechnology. London: Taylor & Francis, 1997. Limnospira platensis és la principal espècie utilitzada per a la producció dels complements alimentaris (anteriorment classificats com Arthrospira sp.). Totes aquestes espècies es classificaven anteriorment dins el gènere Spirulina; tot i això ara hi ha acord que són gèneres ben diferents, i que les espècies alimentàries pertanyen al gènere Limnospira. Malgrat això, és comú continuar trobant escrit «spirulina» o «espirulina» perquè romanen com a noms populars.
A part de les espècies naturals, també hi ha una gran varietat de soques fetes servir mundialment per a la investigació en el camp de la nutrició, medicina, bioremediació i biofabricació.
Característiques microbiològiques Hàbitat Aquests cianobacteris viuen en un medi aquàtic alcalí, ja sigui tropical com subtropical, quelcom que els facilita habitar a moltes regions del món. Arthrospira platensis es localitza principalment a l'Àfrica, tot i que també s'han trobat exemplars a l'Àsia i Amèrica del Sud. En canvi, A. maxima habita al voltant d'Amèrica Central, sobretot a Califòrnia i a Mèxic.
Cultiu Per una banda, al seu cultiu al laboratori s'han de tenir en compte vuit factors ambientals perquè la productivitat del cianobacteri sigui la màxima: lluminositat (fotoperíodes de 12/12.4 luxes), temperatura (30 °C), mida de la inoculació, velocitat d'agitació, sòlids dissolts (19-60 g/litre), pH (8.5-10.5), qualitat de l'aigua i presència de macronutrients (C, N, P, K, S, Mg, Na, Cl i Ca) i micronutrients (Fe, Zn, Cu, Ni, Co i S).
Per l'altra banda, per cultivar aquest microorganisme en ambients naturals són necessaris els següents nutrients: hidrogencarbonat de sodi, nitrat de potassi, sal marina, fosfat de potassi i sulfat de ferro.
Antigament, per a la seva producció, s'utilitzaven determinades regions de llac alcalines com a cultius a gran escala de microalgues (1970 llac Texcoco, Mèxic). Avui en dia, però, s'usen fotobioreactors amb condicions molt controlades per augmentar-ne al màxim la producció. A més a més, gràcies al nou interès en l'economia circular s'ha començat a emprar efluents de residus com a substrat del cultiu de Limnospira, quelcom que es veu reflectit en projectes com el MELiSSA Pilot Plant.
Morfologia miniatura|Micrografia òptica de Limnospira indica ampliat quatre mil vegades. Cada espiral és un individu, i a la part inferior hi ha un cúmul dels cianobacteris.
Paràmetres helicoidals El gènere Limnospira és fàcilment reconegut gràcies a la seva forma filamentosa recaragolada; per aquest motiu, les espècies són determinades segons els paràmetres helicoidals que presenten. En aquest cas, la seva disposició espacial ve donada gràcies al conjunt de cèl·lules cilíndriques distribuïdes en tricomes helicoidals no ramificats que ressemblen un caragol ample, obert i uniforme. La seva amplada natural oscil·la entre els 2,5 i els16 μm, el pas de rosca entre 0 i 80 μm i el diàmetre es troba entre els 15 i els 60 μm. Tot i això, hi ha constància de variacions de grandària entre organismes de la mateixa espècie. Les cèl·lules que la conformen tenen una amplada de 3 a 12 μm i presenten parets cel·lulars transversals, denominades septes, que són visibles a la llum del microscopi i els atorguen un color verd-blavós.
Membrana cel·lular En ser un bacteri gramnegatiu té una capa de peptidoglicà que presenta una alta densitat d'electrons juntament amb una membrana cel·lular multiestratificada de quatre capes caracteritzada per tenir una filera de pors al voltant del tricoma. Addicionalment, la paret està envoltada per una càpsula o beina composta de polisacàrids. La membrana tilacoidal i els ficobilisomes estan disposats en feixos paral·lels i cada cèl·lula es troba separada de la seva contigua gràcies al septe, però totes elles continuen interconnectades mitjançant diversos plasmodesmes. Aquestes barreres són formades per creixement centrípet tant del peptidoglicà com de les capes més centrals i internes de la cèl·lula.
Orgànuls cel·lulars Al citoplasma hi ha diversos orgànuls cel·lulars com ara grànuls de glucogen, que aporten una font de carboni i energia a l'organisme; grànuls lipídics, emprats durant la síntesi de la membrana; carboxisomes i grànuls de polifosfats, que emmagatzemen l'enzim RuBisCO (ribulosa 1,5-bifosfat carboxilasa/oxigenasa), molt important durant el cicle de Calvin; grànuls de cianoficina, rellevants per a la conversió del nitrogen i formats per arginina i àcid aspàrtic. Per a la síntesi dels grànuls de cianoficina són necessàries unes condicions riques en nitrogen; per tant, hi ha orgànuls dependents de l'estat nutricional en el qual es trobi el tricoma.
Aquests microorganismes també presenten unes vesícules o vacúols de gas en els espais intertilacoidals, que els confereixen l'habilitat de flotar. Gràcies a aquest mecanisme, el cianobacteri és capaç de regular i optimitzar la seva posició en la columna d'aigua, quelcom que els permet mantenir-se sempre en una localització òptima de nutrients i llum per a conduir la fotosíntesi.
Metabolisme El nombre d'estudis sobre les rutes metabòliques o enzims que empren aquest gènere són bastant reduïts per culpa de falta d'investigació. Tanmateix, algunes de les propietats naturals han estat descrites, però moltes de les seves activitats metabòliques encara estan per determinar.
Es tracta d'organismes fotoautòtrofs, és a dir, que utilitzen l'energia de la llum solar per fixar el diòxid de carboni (CO₂). Aquest component, combinat amb aigua (H₂O), formarà fosfogliceraldehid (PGAL) que posteriorment servirà per a sintetitzar algunes molècules orgàniques com ara glucosa. Aquest procés metabòlic, característic en plantes superiors i bacteris fotosintètics, és denominat fotosíntesi i la molècula principal per a captar fotons s'anomena clorofil·la. També conté la ferredoxina-sulfit reductasa, el citocrom b₆f i l'acetohidraxiàcid sintasa, aquesta última utilitzada per a la síntesi d'aminoàcids ramificats.
A causa de la seva taxonomia com a cianobacteri, es va considerar fer servir Limnospira com a bacteri fixador de nitrogen atmosfèric, però els resultats van ser desfavorables, ja que el gen que codifica l'enzim semblant a la dinitrogenasa reductasa (nifH) acaba en la síntesi d'una proteïna disfuncional. Tot i això, sí que tenen l'enzim nitrit reductasa; enzim conegut per catalitzar la reacció final per a la reducció del nitrat on, el nitrit és reduït a amoni.
Alimentació i nutrició Es considera que l'espirulina ha estat una font alimentària per als asteques i altres cultures antigues d'Amèrica Central. La seva recol·lecció al llac de Texcoco i venda com a pastissos està documentada i descrita des del temps d'Hernán Cortés. Els asteques l'anomenaven tecuitlatl, que significa «excrement de pedra». Amb posterioritat, investigadors francesos van trobar en el mateix llac molta quantitat d'espirulina, i en la dècada de 1970 es va establir en el mateix lloc la primera planta de producció d'espirulina de l'empresa Sosa Texcoco per a la seva producció a gran escala.
Un altre indret on ja es coneixia l'espirulina d'antic, és el Txad. Es té coneixement que en aquestes contrades africanes la tribu Kanembu assecava l'espirulina en forma de pastissos anomenats dihé que s'utilitzen per fer brous per als àpats. Des del 2007, hi ha una explotació local d'espirulina, ja que, és una de les formes més eficients d'obtenir comercialitzar i obtenir ingressos. Aquesta acció té com a finalitat millorar les condicions de vida de les persones més pobres del territori.
Informació nutricional miniatura|Productes de espirulina en pols de la marca Veritas i Iswari.A la taula següent queden recollits els principals valors mitjans de carbohidrats, lípids, fibra, proteïnes i vitamines per 100 grams d'espirulina: +Valors mitjans per 100 g d'Espirulina secaValor energètic:1210kJ / 290 kcalGreixos/lípids: dels quals saturats:7.72 g 2.65 gHidrats de carboni:23.9 gFibra alimentària:3.6 gProteïnes:57.5 gAltres components: Vitamina A29 μgTiamina (vit. B1)2.38 mg Riboflavina (vit. B₂)3.67 mgNiacina (vit. B₃)12.8 mgÀcid pantotènic (vit. B₅) 3.48 mgVitamina B₆0.364 mgVitamina E5 mg
Proteïnes Qualitativament, entre un 50-70 per cent del pes sec de l'espirulina correspon a proteïnes, que contenen tots els aminoàcids essencials, que representen un 47 per cent del pes proteic total. La metionina, la cisteïna y el triptòfan són els menys abundants.
Del percentatge de proteïna total, entre un 83-90 per cent és digerible per l'ésser humà (la digestibilitat és la relació de nitrogen de les proteïnes que s'absorbeixen i dels aminoàcids que les componen juntament amb altres factors dependents de la persona). Aquest valor és bastant semblant al d'altres proteïnes com la caseïna. (95.1 per cent), pel fet que la Limnospira no conté una paret cel·lular molt robusta que necessiti trencar-se per a poder accedir al seu contingut proteic (únicament té capes de polisacàrids com la mureïna).
Lípids Els lípids constitueixen entre un 5.6 a un 7 per cent del pes sec d'espirulina i, dels quals, un 83 per cent corresponen a la fracció saponificable (monogalactosil diglicèrid, digalactosil diglicèrid, sulfoquimovosil diglicèrid i fosfatidil glicerol) i un 17 per cent a la fracció no saponificable (majoritàriament parafina, pigments, terpens i esterols).
Hidrats de carboni Generalment, els hidrats de carboni es troben en un 15-25 per cent del pes sec, del qual només proporcions molt petites corresponen a carbohidrats simples com ara la glucosa, la fructosa o la sacarosa. Aquests sucres varien en funció del cultiu, ja que, en condicions d'estrès hi ha una disminució del percentatge de proteïna total i un increment dels hidrats de carboni a causa de la secreció d'exopolisacàrids.
Des del punt de vista nutricional, l'únic carbohidrat interessant és el mesoinositol fosfat, que proporciona una font d'inositol. Aquest polialcohol es troba, aproximadament, en vuit cops més quantitat en el cianobacteri que en la vedella i diversos centenars de cops més que en els vegetals.
Vitamines miniatura|220x220px|Cinc càpsules toves d'Espirulina seca.L'espirulina té betacarotè, un precursor de la vitamina A que pot ser assimilat i transformat en vitamina A pels mamífers. A més a més, el betacaroté no és tòxic quan s'acumula, és a dir, a diferència de la vitamina A, no té associat un risc de sobredosi.
També conté un nivell de vitamina E o tocoferol comparable al del germen del blat. Aquesta vitamina té propietats antioxidants que permeten la conservació dels àcids grassos insaturats de l'espirulina.
Aquest cianobacteri també té diferents quantitats de vitamines solubles en aigua, com serien la vitamina B1 o tiamina, la vitamina B2 o riboflavina, la vitamina B3 o niacina, la vitamina B5 o àcid pantotènic i la vitamina B6.