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Producción de compuestos bioactivos a partir de biomasa algal basada en la biofiltración y la biorrefinería
| dc.contributor.advisor | López-Figueroa, Félix | |
| dc.contributor.advisor | Korbee-Peinado, Nathalie | |
| dc.contributor.author | Álvarez-Gómez, Félix | |
| dc.contributor.other | Ecología y Geología | en_US |
| dc.date.accessioned | 2018-07-13T09:49:04Z | |
| dc.date.available | 2018-07-13T09:49:04Z | |
| dc.date.issued | 2017-12-04 | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10630/16236 | |
| dc.description | La tasa de transporte electrónico máximo (ETRmax) aumentó a lo largo del tiempo y los valores fueron más altos en PAR que en PAB en H. incurva y en H. cornea, mientras que en G. longissima ocurrió lo contrario. La eficiencia fotosintética (αETR) disminuyó con el tiempo en las dos primeras especies, pero en G. longissima aumentó, mientras que la irradiancia de saturación (EkETR) y el amortiguamiento no fotoquímico máximo (NPQmax) aumentaron, lo que indica una aclimatación fotosintética como la de algas “tipo sol”. En las tres especies, el contenido en N interno y los pigmentos fotosintéticos aumentaron en PAB tras 14 días de cultivo. El contenido total de fotoprotectores (MAAs) y la actividad antioxidante, aumentaron a lo largo del tiempo en las tres especies, alcanzando valores más altos en presencia de UVR. En el Capítulo 3 se discuten las implicaciones biotecnológicas de los cambios metabólicos relacionados con la disponibilidad de la radiación y los nutrientes en Gracilariopsis longissima en un experimento bifactorial en el laboratorio durante 14 días. Además de las variables fisiológicas y bioquímicas, en este estudio, se analizó la morfología y la ultraestructura a nivel celular mediante microscopía óptica (ML) y de transmisión (TEM). Se observaron tres alteraciones morfológicas principales relacionadas con mecanismos de defensa contra la UVR: un incremento en el espesor de la pared celular, una mayor acumulación de gránulos de almidón y una multiplicación del número de capas de células corticales. Por lo tanto, G. longissima mostró una alta aclimatación a UVR y a los nutrientes, sin mostrar disminución en la tasa fotosintética a la vez que aumentó la acumulación de compuestos nitrogenados con rol fotoprotector y con capacidad antioxidante (MAAs). Por otra parte, el almidón, los lípidos y los compuestos fenólicos aumentaron principalmente en presencia de UVR, pero en baja disponibilidad de nutrientes. En el Capítulo 4, se realizó un experimento con Hydropuntia cornea en tanques de 90 L y a una densidad algal de 9 g PF L-1. Se estudiaron los efectos interactivos de la radiación y la disponibilidad de nutrientes con un diseño experimental bifactorial: PAR (cultivo dentro de un invernadero) versus PAB (cultivo fuera del invernadero) y emulando condiciones de efluentes de piscifactoría (altos niveles de NH4+ y PO43-) versus baja disponibilidad de nitrógeno. Se concluye que la especie H. cornea es una excelente candidata para el cultivo en condiciones de alto nitrógeno (aguas ricas en N-NH4+ hasta 150 µmol NH4+) con una capacidad de biofiltración del 98% (NUE) y una tasa de incorporación de N de hasta 75 mmol NH4+ m-2 h-1. Además, H. cornea presentó una alta acumulación de compuestos bioactivos de interés tanto nitrogenados (aminoácidos tipo micosporina y proteínas), como carbonados: ácidos grasos poliinsaturados y compuestos fenólicos, variando la acumulación en función de las condiciones de cultivo. Se consiguió una productividad de MAAs de 237 mg MAAs m-2 d-1 en el tratamiento con alto N-NH4+ en presencia de UVR (fuera del invernadero), siendo hasta el momento el mayor de los valores reportados en la bibliografía. En el Capítulo 5 se estudió la citotoxicidad y la capacidad inmunológica de extractos acuosos concentrados por rotavaporación en H. cornea y G. longissima. Este estudio fue diseñado para evaluar el uso potencial de los extractos en cosmecéutica y sobre la bioseguridad de los mismos. Ambos extractos no mostraron actividad citotóxica mediante el ensayo MTT en células humanas (HaCaT y HGF), aunque sí mostraron citotoxicidad en células murinas tumorales del sistema inmune (macrófagos RAW 264.7). Se concluye que el uso en productos cosméticos en relación con la salud y seguridad, queda en gran parte garantizado. Además, se estudió la actividad inmunológica en macrófagos murinos RAW 264.7 a una concentración menor de 100 µg mL-1 y más baja que el EC50, mediante la producción de compuestos pro-inflamatorios a través de un ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas como el factor de necrosis tumoral-α (TNF-α) o anti-inflamatorios/proinflamatorios como la interleucina-6 (IL-6). Los extractos de H. cornea y G. longissima indujeron de forma exponencial la biosíntesis de ambos, de manera que por primera vez estos resultados indican que los extractos de H. cornea y G. longissima inducen activamente la producción de citoquinas. Por último, en el Capítulo 6, se diseñó un producto cosmético con actividad antioxidante y capacidad fotoprotectora empleando extractos acuosos de H. cornea y otros ingredientes usados en cosmética. En capítulos previos, se mostró la alta capacidad antioxidante de los extractos de H. cornea y en este capítulo se determinó la capacidad fotoprotectora mediante el método Colipa (2011). Para ello, se empleó un simulador solar para cuantificar los siguientes parámetros fotoprotectores: FPS, UVAFPS y FAPEB. Se emplearon diferentes combinaciones de filtros físicos o inorgánicos (TiO2 y ZnO), filtros químicos u orgánicos (Tinosorb M y S) y filtros biológicos tales como extractos de H. cornea o de Ginko biloba, aceite de Pongamia pinnata (Karanja) y Vitamina C y E. El extracto concentrado de H. cornea, mostró un efecto sinérgico con el extracto de G. biloba y con el aceite de Karanja rindiendo un FPS de 15, una longitud de onda crítica de 386 nm y un UVAFPS de 4.3; lo que se corresponde al de un fotoprotector ideal (valores mínimos recomendados) frente a UVR. Palabras clave: biotecnología algal, producción de biomasa, compuestos bioactivos, fotosíntesis, fotoprotectores naturales. | en_US |
| dc.description.abstract | La presente Tesis Doctoral estudia la acumulación y producción de compuestos bioactivos con interés biotecnológico en macroalgas cultivables o que potencialmente puedan ser cultivadas en condiciones de alto nitrógeno inorgánico (amonio; N-NH4+), simulando las condiciones de efluentes de piscifactorías. Además, las macroalgas fueron cultivadas bajo radiación solar o artificial (radiación activa fotosintética (PAR, =400-700nm), complementada con radiación ultravioleta (UVR, =280-400 nm), con el fin de valorar la fotoestimulación de compuestos bioactivos y la productividad de la biomasa en el contexto del concepto de la Biorrefinería. En el Capítulo 1, se realizó un estudio de ficoprospección, con la finalidad de seleccionar las especies cultivables o con potencialidad de ser cultivadas de manera intensiva en sistemas de Acuicultura Multitrófica Integrada (IMTA), para ser empleadas en la extracción de compuestos bioactivos con aplicaciones biotecnológicas. Para ello, se recolectaron diferentes macroalgas en distintas zonas del Sur de España que presentan alta irradiancia solar (Gran Canaria, Málaga y Cádiz). Las especies seleccionadas fueron las macroalgas rojas Gelidium corneum (Hudson) J.V. Lamouroux, Gelidium pusillum (Stackhouse) Le Jolis, Porphyra umbilicalis Kützing, Halopithys incurva (Hudson) Batters, Gracilariopsis longissima (S.G.Gmelin) M.Steentoft, L.M.Irvine & W.F.Farnham e Hydropuntia cornea (J.Agardh) M.J.Wynne, la macroalga verde Ulva rotundata Bliding y el liquen marino Lichina pygmaea. En el Capítulo 2, H. cornea, G. longissima y H. incurva, fueron cultivadas durante 14 días en el laboratorio en agua de mar enriquecida con alto contenido de nutrientes (NH4+ y PO43-, 150 y 15 μM, respectivamente) y con dos niveles de radiación: PAR y PAB (PAR + UVB + UVA). Se estudiaron los efectos del tipo de radiación bajo alta disponibilidad de N-NH4+ sobre el crecimiento, pigmentos fotosintéticos, actividad fotosintética y composición bioquímica. | en_US |
| dc.language.iso | spa | en_US |
| dc.publisher | UMA Editorial | en_US |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | en_US |
| dc.subject | Biomasa - Tesis doctorales | en_US |
| dc.subject.other | Biotecnología algal | en_US |
| dc.subject.other | Fotosíntesis | en_US |
| dc.subject.other | Producción de biomasa | en_US |
| dc.subject.other | Compuestos bioactivos | en_US |
| dc.subject.other | Fotoprotectores naturales | en_US |
| dc.title | Producción de compuestos bioactivos a partir de biomasa algal basada en la biofiltración y la biorrefinería | en_US |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | en_US |
| dc.centro | Facultad de Ciencias | en_US |