Antioxidantes carotenoides de microalgas: producción y estrategias de bioindicación en aguas de embalses
- Autores: Eduardo Forján Lozano
- Directores de la Tesis: Carlos Vílchez Lobato (dir. tes.), Inés Garbayo Nores (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Huelva ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Número de páginas: 257
- Tribunal Calificador de la Tesis: Rosa María León Bañares (secret.), Rosa María Martínez Espinosa (voc.), Javier Vigara Fernández (voc.), Francisco Galván Cejudo (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Las microalgas presentan un potencial extraordinario. Su crecimiento fácil y rápido y la facultad que poseen para convertir la energía .solar en biomasa han provocado el desarrollo de diversas técnicas de cultivo para obtener numerosos y variados productos de interés comercial. El abanico de aplicaciones de las microalgas abarca desde la producción de hidrógeno y de diversos hidrocarburos, lo que ha hecho que adquieran especial interés en la obtención de energías renovables más respetuosas con el medio ambiente, hasta la producción de carotenoides. eje fundamental de esla Tesis. Desde un punto de vista comercial, los carotenoides son los pigmentos fotosintéticos más importantes por sus usos como aditivos en la alimentación, especialmente como potcnciadores del color. Del total de carotenoides conocidos, el [i-caroteno, la luteína. la zcaxanlma y la asíaxanlina son los más utilizados con propósitos comerciales.
La producción de biomasa de microalgas se modifica por determinados factores nutricionalcs y medioambientales, los cuáles afectan a la composición molecular de las células y, en último término, a ¡a producción de biomasa. En esta Tesis se ha estudiado el efecto de algunos de los factores anteriores sobre el crecimiento y sobre la producción y la acumulación de carotenoides en las microalgas N. gaditana y C. acidophiht, con objeto de incrementar la concentración de estos compuestos en las células. En definitiva, se han utilizado organismos vivos para la creación de nuevos procesos de obtención de productos de valor comercia! (carotenoides), habiéndose desarrollado con ello, en esta Tesis. la acepción clásica del término Biotecnología.
En el primer apartado de la Tesis se han establecido algunas condiciones de crecimiento óptimas de N. gaditana en cultivos tipo baño, estudiando el efecto que algunos parámetros físicos y químicos producen sobre el crecimiento y la acumulación de anlioxidantes carotenoides. Se ha encontrado que el crecimiento de Af. gaditana es estimulado cuando se cultiva en presencia ele COi a saturación y es más dependiente de la concentración de carbono en el medio de cultivo que de la forma inorgánica en que éste se encuentra, observaciones que han ayudado a establecer condiciones óptimas de crecimiento para el cultivo exterior de N. gaditana en fotobiorreaclores. También se ha comprobado que la elección de adecuadas relaciones de radiaciones UV-A/PAR son determinante sobre la viabilidad de los cultivos, observándose que aquellas relaciones iguales ó inferiores a 0.05 también provocan una estimulación del crecimiento y del ciclo de las xantofllas. mecanismo de carácter antioxidante que opera en la microalga que se manifiesta por un incremento en la conversión de violaxantina a zeaxantina. Otras factores, como las altas concentraciones salinas ó la deficiencia en nutrientes (nitrato, fosfato y sulfato) también provocan una mayor actividad de este ciclo. En el caso concreto de la radiación UV-A se ha comprobado que este factor de estrés ambiental podría utilizarse como instrumento útil, no sólo para la acumulación de carotenoides en N. gaditana, sino también para la producción de ácidos grasos saturados de interés comercial.
En un segundo apartado de esta Tesis se ha optimizado el crecimiento a pH 2.5 de la microalga extremófila C. acidophila, aislada por nuestro grupo en las aguas acidas del río Tinto. Hemos encontrado que esta microalga presenta un potencial biotecnológico muy interesante, debido a que presenta un mayor contenido en luteína que otras estirpes de microalgas utilizadas para la producción comercial de este carotenoide. Se ha estudiado el efecto de determinados factores, como la concentración de hierro en el medio de cultivo, la temperatura de crecimiento, la intensidad de luz PAR ó la radiación UV-A, sobre el crecimiento y producción de carotenoides, con especial énfasis en la luteína y p-caroteno, de C. acidophila. Estos factores, además de provocar una mejora en el crecimiento en función de las concentraciones e intensidades utilizadas, han ocasionado también una mayor acumulación de antioxidantes carotenoides en los cultivos de esta microalga, como consecuencia del estrés oxidativo al que se someten las células. En este sentido, la radiación UV-A adicionada a ésta estimula el crecimiento, producción y acumulación de carotenoides en C. acidophila, por lo que podría utilizarse como una herramienta para aumentar la productividad de los cultivos de la microalga, sin que se afecte la viabilidad celular, y estimular la producción de carotenoides, de forma específica de luteína, zeaxantina y p-caroteno, moléculas implicadas en procesos de neutralización de radicales libres provocados por este tipo de radiaciones.
Los resultados mostrados en esta Tesis han ayudado a la optimización del crecimiento de ambas microalgas en cultivos exteriores. En el caso de C. acidophila hemos de destacar la extraordinaria ventaja que presenta la microalga para este tipo de cultivo, en el que se impide el crecimiento de otros microorganismos dadas las condiciones tan selectivas del medio. Unido al contenido en carotenoides que presenta, ello hace que C. acidophila pueda ser un organismo adecuado para la producción masiva de biomasa de microalgas enriquecida en lípidos.
Además de las propiedades sobre la salud humana que presentan los carotenoides por su naturaleza antioxidante, en el tercer apartado de la Tesis se han realizado estudios encaminados a evaluar el uso de carotenoides como bioindicadores de contaminación por cianobacterias tóxicas de aguas de embalses para consumo humano. De tales trabajos se ha inferido la correlación entre el contenido en carotenoides presentes en muestras de agua de seis embalses destinados a la obtención de agua para el consumo humano, especialmente zeaxantina y P-caroteno, y los niveles celulares y con la dinámica seguida por las poblaciones de cianobacterias. Por ello, Las concentraciones de zeaxantina y p-caroteno podrían utilizarse, por tanto, como bioindicadores para estimar de forma indirecta la presencia y densidad de material biológico presente en las aguas, especialmente cianobacterias, lo que permitiría en último término predecir la aparición de floraciones de este grupo de microorganismos y de sus toxinas en el agua de los embalses.
