Publicação
Optimization of the production of fucoxanthin-rich fractions from the microalga Isochrysis galbana
| Resumo: | As microalgas são organismos microscópicos uni- ou multicelulares com a habilidade de converterem energia solar em energia química num processo conhecido por fotossíntese. Estes seres vivos autotróficos sintetizam ácidos gordos polinsaturados (PUFA) como os acidos eicosapentoenoico (EPA) ou docosahexaenoico (DHA) conhecidos pelas suas aplicações terapêuticas em ensaios clínicos como agentes antioxidantes, anticancerígenos ou no combate à obesidade. Apesar dos benefícios conhecidos do EPA e DHA os seres humanos e outros vertebrados como os peixes não têm capacidade para os sintetizarem e por isso existe uma grande necessidade de encontrar novas fontes sustentáveis destes compostos de maneira a aliviar a pressão sobre os stocks de pesca continuando a dar resposta a um mercado em crescimento. As microalgas utilizam a sua pigmentação não só como forma de capturarem a luz solar, mas também, como uma ferramenta no combate ao stress oxidativo. O pigmento em destaque nesta tese é a fucoxantina, uma xantofila com capacidade para desempenhar as duas funções acima descritas dependendo da espécie de microalga. As bioactividades associadas à fucoxantina fazem com que seja alvo de inúmeros ensaios clínicos demonstrando ser não só um poderoso agente antioxidante bem como um promissor agente no combate a inflamações, diabetes e obesidade, tendo por isso tem um valor de mercado acrescido uma vez que pode ser utilizado em diversas áreas com implicações muito revelantes na saúde humana. A variabilidade da biomassa de microalgas atraiu nos últimos anos inúmeras indústrias que vêm nestes seres vivos a solução para diversos problemas como: a redução de CO2 atmosférico; uma fonte sustentável de biodiesel devido ao alto nível lipídico de algumas espécies; uma nova fonte promissora de proteína ou o potencial para isolar novas moléculas com relevância nas áreas das ciências biomédicas, nas indústrias cosméticas ou farmacêuticas. Na última década a União Europeia tem reunido esforços e financiado projectos nas mais diversas áreas de caracterização de microalgas sendo promotora da aprovação das espécies Chlorella e Tetraselmis para consumo humano. O desafio prende-se agora com o estabelecimento de protocolos universais que permitam aos diversos países da UE comparar resultados e criar novos consensos levando à regulamentação de cada sector e de um mercado global em crescimento. Assim sendo, a microalga haptofita Isochrysis galbana foi escolhida com base no seu perfil bioquímico como uma fonte promissora para fucoxantina, um carotenoide com elevada actividade antioxidante e DHA. Nas instalações da Necton, os ALGEM® environmental labscale photobioreactors foram usados para averiguar quais as melhores condições de crescimento celular da cultura bem como de acumulação de fucoxantina e DHA. Estes reactores permitem submeter as culturas às condições abióticas desejáveis tendo a capacidade de simular: fotoperíodo, intensidade luminosa (LED), temperatura e agitação. Os ensaios nos reactores ALGEM® revelaram que a estação do ano com maior acumulação de fucoxantina foi o Outono (6.4 ± 0.1 mg/g peso seco) e que o pH mais propicio para a bioacumulação deste carotenoide é pH 7.5 (7.88 ± 0.05 mg/g peso seco). O perfil de ácidos gordos realizado no GC-MS identificou a estação do ano Outono e o pH 8.5 como aqueles que produziram maiores níveis de DHA com 11.9 % e 16.7 % do total de ácidos gordos, respectivamente. A biomassa produzida nos reactores tubulares da Necton continha 17.69 ± 1.06 mg/g peso seco de fucoxantina e foi usada para identificar o melhor método de extracção testando as condições: rácio de biomassa/solvente e tempo de extracção. Os resultados identificaram a proporção 1/2 (10g biomassa humida/ 20 mL etanol) com 1 hora de agitação como a melhor para extrair fucoxantina. Com base neste resultado, vários extractos foram preparados para testar a extracção líquido-líquido (LTPS) na recolha de fucoxantina e DHA. Esta nova técnica permite o fracionamento de um extracto de microalgas separando compostos de elevado valor como o DHA, a fucoxantina e outros ácidos gordos, por isso a eficácia da técnica foi averiguada testando diferentes proporções de hexano e água (H/W: 1/2, 1/1, 2/1) e quantificando a quantidade de fucoxantina e DHA em cada sistema. O LTPS demonstrou ser uma técnica apropriada para a extração destes compostos, com o ratio 2/1 (160/80, H/W) a extrair mais fucoxantina, enquanto a maior quantidade de DHA foi recolhida no sistema 1/1 (120/120, H/W). Por estas razões, conclui-se que o sistema de solventes mais promissor para o LTPS foi o ratio 1/1 (H/W) assumindo a combinação de critérios: quantidade de fucoxantina; quantidade de DHA; peso da fração coloidal. Idealmente, o melhor sistema de solventes será aquele que conseguirá extrair a maior quantidade de fucoxantina sem comprometer significativamente a quantidade de DHA e de fase coloidal. Novos ensaios serão preparados para testar esta e outras condições capazes de influenciar a dinâmica das emulsões. |
|---|---|
| Autores principais: | Salazar, João Miguel Rocha |
| Assunto: | Microalgae Extract Isochrysis galbana Fucoxanthin DHA PUFA |
| Ano: | 2019 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Algarve |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Sapientia - Universidade do Algarve |
| Resumo: | As microalgas são organismos microscópicos uni- ou multicelulares com a habilidade de converterem energia solar em energia química num processo conhecido por fotossíntese. Estes seres vivos autotróficos sintetizam ácidos gordos polinsaturados (PUFA) como os acidos eicosapentoenoico (EPA) ou docosahexaenoico (DHA) conhecidos pelas suas aplicações terapêuticas em ensaios clínicos como agentes antioxidantes, anticancerígenos ou no combate à obesidade. Apesar dos benefícios conhecidos do EPA e DHA os seres humanos e outros vertebrados como os peixes não têm capacidade para os sintetizarem e por isso existe uma grande necessidade de encontrar novas fontes sustentáveis destes compostos de maneira a aliviar a pressão sobre os stocks de pesca continuando a dar resposta a um mercado em crescimento. As microalgas utilizam a sua pigmentação não só como forma de capturarem a luz solar, mas também, como uma ferramenta no combate ao stress oxidativo. O pigmento em destaque nesta tese é a fucoxantina, uma xantofila com capacidade para desempenhar as duas funções acima descritas dependendo da espécie de microalga. As bioactividades associadas à fucoxantina fazem com que seja alvo de inúmeros ensaios clínicos demonstrando ser não só um poderoso agente antioxidante bem como um promissor agente no combate a inflamações, diabetes e obesidade, tendo por isso tem um valor de mercado acrescido uma vez que pode ser utilizado em diversas áreas com implicações muito revelantes na saúde humana. A variabilidade da biomassa de microalgas atraiu nos últimos anos inúmeras indústrias que vêm nestes seres vivos a solução para diversos problemas como: a redução de CO2 atmosférico; uma fonte sustentável de biodiesel devido ao alto nível lipídico de algumas espécies; uma nova fonte promissora de proteína ou o potencial para isolar novas moléculas com relevância nas áreas das ciências biomédicas, nas indústrias cosméticas ou farmacêuticas. Na última década a União Europeia tem reunido esforços e financiado projectos nas mais diversas áreas de caracterização de microalgas sendo promotora da aprovação das espécies Chlorella e Tetraselmis para consumo humano. O desafio prende-se agora com o estabelecimento de protocolos universais que permitam aos diversos países da UE comparar resultados e criar novos consensos levando à regulamentação de cada sector e de um mercado global em crescimento. Assim sendo, a microalga haptofita Isochrysis galbana foi escolhida com base no seu perfil bioquímico como uma fonte promissora para fucoxantina, um carotenoide com elevada actividade antioxidante e DHA. Nas instalações da Necton, os ALGEM® environmental labscale photobioreactors foram usados para averiguar quais as melhores condições de crescimento celular da cultura bem como de acumulação de fucoxantina e DHA. Estes reactores permitem submeter as culturas às condições abióticas desejáveis tendo a capacidade de simular: fotoperíodo, intensidade luminosa (LED), temperatura e agitação. Os ensaios nos reactores ALGEM® revelaram que a estação do ano com maior acumulação de fucoxantina foi o Outono (6.4 ± 0.1 mg/g peso seco) e que o pH mais propicio para a bioacumulação deste carotenoide é pH 7.5 (7.88 ± 0.05 mg/g peso seco). O perfil de ácidos gordos realizado no GC-MS identificou a estação do ano Outono e o pH 8.5 como aqueles que produziram maiores níveis de DHA com 11.9 % e 16.7 % do total de ácidos gordos, respectivamente. A biomassa produzida nos reactores tubulares da Necton continha 17.69 ± 1.06 mg/g peso seco de fucoxantina e foi usada para identificar o melhor método de extracção testando as condições: rácio de biomassa/solvente e tempo de extracção. Os resultados identificaram a proporção 1/2 (10g biomassa humida/ 20 mL etanol) com 1 hora de agitação como a melhor para extrair fucoxantina. Com base neste resultado, vários extractos foram preparados para testar a extracção líquido-líquido (LTPS) na recolha de fucoxantina e DHA. Esta nova técnica permite o fracionamento de um extracto de microalgas separando compostos de elevado valor como o DHA, a fucoxantina e outros ácidos gordos, por isso a eficácia da técnica foi averiguada testando diferentes proporções de hexano e água (H/W: 1/2, 1/1, 2/1) e quantificando a quantidade de fucoxantina e DHA em cada sistema. O LTPS demonstrou ser uma técnica apropriada para a extração destes compostos, com o ratio 2/1 (160/80, H/W) a extrair mais fucoxantina, enquanto a maior quantidade de DHA foi recolhida no sistema 1/1 (120/120, H/W). Por estas razões, conclui-se que o sistema de solventes mais promissor para o LTPS foi o ratio 1/1 (H/W) assumindo a combinação de critérios: quantidade de fucoxantina; quantidade de DHA; peso da fração coloidal. Idealmente, o melhor sistema de solventes será aquele que conseguirá extrair a maior quantidade de fucoxantina sem comprometer significativamente a quantidade de DHA e de fase coloidal. Novos ensaios serão preparados para testar esta e outras condições capazes de influenciar a dinâmica das emulsões. |
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Atividades financiadas
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