Producción de concentrados de carotenoides, ácidos grasos poliinsaturados y compuestos bioactivos a partir de la microalga marina Dinoflagelada Amphidinium Carterae

Resumen

El potencial biotecnológico de las microalgas marinas pertenecientes al grupo de los dinoflagelados está ampliamente reconocido, especialmente por ser productores de metabolitos secundarios, de gran interés farmacológico y terapéutico. Entre dichos metabolitos secundarios se encuentran los anfidinoles, (APDs), representativos del género Amphidinium. La biomasa utilizada en estas tesis procede de la especie Amphidinium carterae cultivada en un fotobiorreactor tipo race-way escala piloto. Además de APDs, A. carterae es productora de interesantes metabolitos primarios, tales como, carotenoides y ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) como el ácido eicosapentaenoico (EPA) y el ácido docosahexaenoico (DHA). Esta tesis aborda aspectos relacionados con el desarrollo de un bioproceso enfocado a la extracción y recuperación de extractos enriquecidos en anfidinoles (APDs), priorizando también la recuperación simultánea de carotenoides y ácidos grasos. Por un lado, se seleccionaron tres metodologías, originalmente recomendadas en la bibliografía para recuperar preferentemente cada una de las tres familias de compuestos. Cada metodología fue optimizada en algunas de sus etapas y se evaluó su impacto en la recuperación simultánea de las tres familias de compuestos en A. carterae. Finalmente, la recuperación de forma simultánea de las tres familias de metabolitos de mayor interés, presentes en la biomasa cosechada del dinoflagelado marino Amphidinium carterae, fué satisfactoria mediante adaptación de las diferentes metodologías, permitiendo recuperar prácticamente la totalidad de carotenoides, PUFAs y APDs. Por otro lado, se trabajó en la mejora de la extracción las tres familias de compuestos mediante la optimización de los procesos de rotura celular y evaluación de diferentes concentraciones de agente alcalino (KOH) en la biomasa (0%-60% sobre peso seco de biomasa (p.s.b)) y temperaturas de operación (25ºC-80ºC). Seguidamente, se buscó maximizar los rendimientos de recuperación de las tres familias utilizando una amplia gama de disolventes individuales y mezclas de ellos, con rangos de polaridad (PI) y de parámetro de solubilidad de Hildebrand (δT) oscilando entre 0 y 7,46, y entre 14,11 y 31,30 MPa½, respectivamente. La optimización del pretratamiento de la biomasa de A. carterae demostró que la intensidad del tratamiento alcalino de saponificación era dependiente de la especie. No obstante, los mejores resultados se obtuvieron a concentraciones de KOH por debajo del 20% p.s.b. y a una temperatura de 60ºC. La incorporación de procedimientos de rotura celular no mejoró la extracción de carotenoides y ácidos grasos respecto al control llevado a cabo con biomasa liofilizada. Adicionalmente, se observó que la eficiencia de extracción de las tres familias de compuestos estaba relacionada con PI y δT del disolvente extractor. Los mayores porcentajes de recuperación de carotenoides, ácidos grasos y APDs se obtuvieron con los siguientes rangos de PI y δT, respectivamente: PI=3-5,5 y δT=16,5-19,5; PI=3,4-5,4 y δT=17-19; PI=6-7,5 δT=22-31. Otra área de trabajo se centró en el fraccionamiento de la biomasa de A. carterae para la obtención de fracciones enriquecidas en carotenoides, PUFAs y APDs. Para ello se aplicaron dos enfoques: (i) un primer enfoque integrador dirigido a la extracción de las tres familias, en cuatro etapas, basado en los resultados obtenidos previamente. El proceso resultó en un método eficaz para separar los tres compuestos de interés con porcentajes de recuperación cercanos al 100%. (ii) Un segundo enfoque basado en la priorización de APDs mediante partición secuencial de extractos crudos de A. carterae por gradiente de polaridad de disolventes. Éste último enfoque permitió, por un lado, desgrasar y desalar extractos crudos de A. carterae y, por otro, concentrar todos los APDs en una única fracción (n-Butanol). Finalmente, se abordó la mejora del fraccionamiento para la obtención de extractos enriquecidos en APDs. Para ello, dos métodos de partición de extractos crudos metanólicos procedentes de A. carterae fueron comparados. El primer método consistió en un fraccionamiento directo del extracto metanólico, mediante extracción en fase sólida (EFS) de fase reversa, el cual fue optimizado. El segundo método consistió en una etapa previa de extracción líquido-liquido (ELL), seguida de EFS; y alternativamente, como estrategia de mejora del grado de enriquecimiento, una partición con n-butanol. El método ELL seguido de EFS consiguió concentrar todos los APDs en una única fracción (MeOH:H2O 80:20 (v/v)). Alternativamente, la estrategia de purificación mediante partición con n-butanol resultó ser un mejor enfoque para concentrar en una única fracción APDs, ya que se obtuvo un mayor grado de enriquecimiento en fracciones activas en APDs, cercano al 70% mediante partición con n-butanol, tres veces más que aquellas fracciones más activas obtenidas mediante ELL seguido de EFS. Respecto a los otros dos compuestos de mayor valor en A. carterae, carotenoides y ácidos grasos, ELL acoplada con partición con n-butanol también proporcionó los mejores resultados.