Evaluation of biological properties of extracts obtained from marine biomass assisted by pulsed electric fields (PEF) and pressurized liquid extraction (PLE)

Resum

Teniendo en cuenta el gran interés por la biodiversidad, los recursos marinos representan una fuente importante de compuestos de alto valor añadido como proteínas y péptidos bioactivos, lípidos y ácido grados vitaminas, minerales y compuestos bioactivos, etc. Los residuos y subproductos del pescado como cabeza, vísceras y piel, entre otros, se descartan o no se utilizan de manera efectiva durante el procesamiento de los alimentos, lo que resulta en un gran desperdicio de recursos, sin embargo, son una gran fuente de compuestos con alto valor añadido y que pueden tener un potencial uso considerable en las industrias alimentaria, farmacéutica, cosmética y otras, existiendo, por lo tanto, un interés creciente en la recuperación de estos compuestos. Tradicionalmente se han utilizado métodos convencionales que consumen altas cantidades de disolvente, siendo en algunos casos tóxicos, largos tiempos de extracción y altas temperaturas. Por lo tanto, en esta etapa de desarrollo existe la necesidad de desarrollar tecnologías de extracción adecuadas, innovadoras y sostenibles para recuperar de manera más eficiente el alto valor añadido de las fuentes marinas. En esta tesis doctoral, se han optimizado y aplicado dos enfoques innovadores, Pulsos Eléctricos (PE) y Extracción con Líquidos Presurizados (PLE) para recuperar compuestos de alto valor añadido a partir de subproductos de pescado (trucha arcoíris y lenguado) y microalgas. También se evaluó la bioactividad de los extractos, incluida la capacidad antioxidante, las propiedades antibacterianas, las propiedades antiinflamatorias y los efectos de éstos sobre la microbiota intestinal humana en modelo in vitro. Los resultados mostraron que tanto la utilización de PE como PLE mejoraron significativamente la tasa de extracción de proteínas de los subproductos de pescado, y también cambió la distribución del peso molecular de las proteínas, lo cual se observó principalmente como cambios en las proteínas con pesos moleculares entre 5 y 250 kDa. Asimismo, la capacidad antioxidante de los extractos de piel y cabeza de trucha arcoíris y lenguado también mejoró significativamente. Además, se obtuvo que los extractos de algunos subproductos, como por ejemplo los obtenidos a partir de piel de trucha arco iris tras PLE y el extracto de vísceras de lenguado tras PE podían inhibir el crecimiento de bacterias patógenas, en particular Staphylococcus aureus. Algunos extractos también presentaron un alto potencial para promover el crecimiento de compuestos probióticos y antiinflamatorios. Por otro lado, se investigó el efecto de PE y PLE en la extracción de minerales y como afectaban a su bioaccesibilidad. En este sentido, se observó una mejor recuperación de Mg y Fe tras PLE, a partir de extractos de vísceras tanto de trucha arcoíris como de lenguado. También tuvo se obtuvo un efecto significativo en la bioaccesibilidad mineral. Además, algunos extractos también mostraron potencial para regular el microbiota intestinal, por ejemplo, la adición de extracto de vísceras de lenguado aumentó los niveles de los géneros Bifidobacterium y Lactobacillus, favoreciendo la producción de algunos metabolitos bacterianos como los ácidos grasos de cadena corta (AGCC). Para las microalgas, la extracción de compuestos bioactivos se vió afectada por múltiples factores, incluidos el tiempo de extracción y el disolvente cuando se utilizaron los PE. El tratamiento asistido por PE aumentó los rendimientos de compuestos bioactivos antioxidantes. Así pues, la utilización de H2O como disolvente combinado con PE durante 120 min, permitió obtener los mayores rendimientos de extracción de proteínas (43,05±2,35 mg/g materia seca (MS)) y polifenoles (5,21±0,05 mg/g MS) y, respectivamente. Mientras que, cuando se utilizó DMSO al 50 % como disolvente, el rendimiento de extracción de clorofila a (0,50 mg/g), clorofila b (0,60 mg/g) y carotenoides (0.15 mg/g), respectivamente, fue mayor. Al mismo tiempo, el contenido de proteína y polifenoles tuvo una alta correlación con la capacidad antioxidante equivalente de Trolox (TEAC), y el contenido de clorofilas y carotenoides tuvo una alta correlación con los valores de ORAC (capacidad de absorción de radicales de oxígeno). Tras utilizar la extracción con líquidos presurizados (PLE) para recuperar compuestos bioactivos a partir de microalgas, se observó que la tasa de extracción de proteína fue mejor cuando se usó H2O como disolvente, mientras que la tasa de extracción de polifenoles, clorofila y carotenoides fue mayor cuando se usó el DMSO al 100% como disolvente. Además, la combinación de PLE+100% DMSO resultó una estrategia muy interesante para recuperar antioxidantes y minerales de diferentes microalgas (Spirulina, Chlorella y Phaeodactylum tricornutum), destacando en particular de los carotenoides β-caroteno, luteína y zeaxantina. La utilización de PE y PLE para facilitar la recuperación de compuestos de alto valor añadido no solo mejora la eficiencia de extracción, sino que también protege la bioactividad de estos compuestos para que no se destruyan. También es importante tener en cuenta la selección de métodos apropiados para extraer y reciclar los compuestos de alto valor añadido para reducir así el desperdicio de recursos y lograr un desarrollo sostenible.