Biotecnología y microalgas

MagdalenaQuintana Cabrales

Investigadora Agregada.


Lissethy Hernández Nazario
Investigadora Auxiliar.Miembros
de CUBASOLAR.
Centro de Investigaciones
de Energía Solar (CIES).
Tel.: (5322) 672689.
E-mail: quintana@cies.ciges.inf.cu

 

Las investigaciones biotecnológicas y el uso de la energía solar como fuente energética en la fase de fermentación reportan beneficio social.

La utilización de las microalgas dentro de los procesos biotecnológicos es muy diversa, en dependencia del objetivo final del proceso. En las últimas décadas, el interés priorizado por la utilización de las microalgas radica principalmente en la obtención de bioproductos para la nutrición humana y animal, y en la obtención de fármacos.

En el Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES) se obtienen varios bioproductos a partir de microalgas, como extractos oleosos de betacarotenos a partir de la microalga Dunaliella salina, y algunos resultados de su composición, como provitamina A; extractos de clorofilas obtenidas de cultivos de Chlorella vulgaris y su utilización como antiséptico bucal; y fracciones de polisacáridos derivados de cultivos de Porphyridium cruentum con propiedades inmunopotenciadoras, entre otros.

Problemática
El crecimiento de los problemas al que se enfrenta la humanidad es proporcional al crecimiento poblacional. El déficit energético, de alimentos, de agua, de terreno habitable y productivo, de medicamentos, junto a otros renglones, aumenta de manera tal que se hace imprescindible la búsqueda de nuevas fuentes de recursos que permitan disponer de materia prima para el constante desarrollo y preservar la existencia de los seres vivos.

Entre las posibilidades mundialmente reconocidas como fuente de diferentes productos de gran utilidad está la utilización de microorganismos, y en particular las microalgas, como una opción proteica con balance adecuado de aminoácidos, vitaminas y minerales, y como fuente de colorantes, viscosantes, combustibles, medicamentos, edulcorantes, aditivos alimenticios y de materia prima para la fabricación de cosméticos y fármacos.

El resultado satisfactorio de las presentes investigaciones es una garantía para desarrollar una tecnología casi independiente del mercado internacional y que brinda variadas posibilidades de desarrollo.

El perfeccionamiento de los procedimientos de fermentación, el aumento de su eficacia y el empleo de las bioconversiones microbianas, van a la par en el mundo con el aislamiento de sustancias de origen biotecnológico, que tienden a reemplazar los compuestos de síntesis y que a todas luces ganan lugares privilegiados en el mercado mundial.

Las microalgas
A partir del cultivo de las microalgas Dunaliella salina (aislada de las salinas de Guantánamo en 1992), Chlorella vulgaris (aislada del embalse Chalons, en Santiago de Cuba, en 1989) y Porphyridium cruentum (procedente de la colección de Trebon, Checoslovaquia, en 1990), se obtiene la biomasa necesaria para extraer bioproductos de gran utilidad.

 
Cultivador de la microalga Chlorella vulgaris.

Dunaliella salina
Los cultivos de Dunaliella salina presentan en su composición un porcentaje considerable de pigmentos carotenoides, los que en su gran mayoría tienen aplicaciones en la industria alimentaria y farmacéutica, fundamentalmente por su actividad provitamínica.

Después de estudiar la composición pigmentaria de la biomasa de Dunaliella salina y de los extractos de carotenos que se obtienen sin saponificar y con saponificación, se realizó la separación de sus componentes mediante técnicas cromatográficas de columna y capa delgada.

Técnicas utilizadas en cada proceso biotecnológico.
Microalga Técnica de separación Soporte
Dunaliella salina Cromatografía  
Columna Tierra de infusorio
Capa delgada Celulosa
Chlorella vulgaris
Columna Almidón hidrolizado
Capa delgada Dextrana T40
Porphyridium cruentum Extracción diferencial Bromuro de acetil
piridinium (cetablón)

Los pigmentos carotenoides de la biomasa de Dunaliella salina se estudiaron a través de una extracción alcohólica que, para separarlas de la clorofila, se somete a una reacción de saponificación, y finalmente estos pigmentos son extraídos utilizando un solvente apolar.

Chlorella vulgaris

Los cultivos de Chlorella vulgaris, microalga que pertenece a la división Clorofita, poseen en su composición la presencia de clorofila, la que varía según el género, pero en sentido general es el pigmento predominante que les permite las transformaciones energéticas a través de la fotosíntesis.

Es conocido desde hace varias décadas el poder antiséptico de las clorofilas, que son empleadas en pastas dentales y cremas desde los años cuarenta del siglo xx.
Se realizó un estudio de la composición pigmentaria de la biomasa de Chlorella vulgaris, y de sus extractos alcohólicos y cetónicos, para conocer la composición clorofílica y los posibles métodos de separación.

La biomasa de Chlorella vulgaris es sometida a extracciones independientes con alcohol de 95 % y acetona. Para la separación de los componentes de estos extractos se utilizan técnicas cromatográficas de columna y placa delgada, empleando diferentes adsorbentes: dextrana T40, almidón hidrolizado, sacarosa y celulosa.

Porphyridium cruentum
El cultivo de Porphyridium cruentum se caracteriza, entre otras cosas, por una producción acentuada de polisacáridos extra e intracelulares, los que exhiben propiedades diversas y diferentes posibilidades de usos.

Para obtener los extractos de los cultivos de Porphyridium cruentum se aplicaron métodos de extracción diferencial para el aislamiento de polisacáridos relativamente puros. El método consiste en extracciones sucesivas con solventes de fortaleza creciente, y se obtienen fracciones de diferentes composiciones y propiedades. La precipitación de los polisacáridos se puede realizar con diferentes sales inorgánicas, proteínas precipitantes y sales de amonio cuaternario que se están utilizando desde 1950, aproximadamente.

La extracción de los polisacáridos ácidos se realiza con una solución de cetavlón al 2 %, con redisoluciones sucesivas en soluciones de cloruro de sodio y precipitaciones con etanol.

Los bioproductos
Los extractos oleosos de carotenos obtenidos de los cultivos de Dunaliella salina muestran que la concentración de betacarotenos es de 1,2 % y que más de 95 % de estos corresponden al isómero all-trans betacarotenos. Los carotenos contenidos en estos extractos tienen 75 % de actividad provitamínica A.

Estos extractos se han empleado en la fabricación de mayonesa, aceite vegetal vitaminado, confituras de chocolate, grasas para la fabricación de helados y cápsulas blandas de vitamina A.

 
Cultivador de la microalga Dunaliella salina.
El extracto alcohólico de clorofila obtenido de los cultivos de Chlorella vulgaris presenta dos estructuras de clorofila, lo que sugiere la existencia de también dos tipos de clorofilas con máximos de absorción de 710 y 662 nm.

Este extracto alcohólico se utilizó en la fabricación de una pasta dental que posee efecto antiséptico frente a cultivos de Streptococcus mustans, un microorganismo que participa en la aparición de las caries dentales.

La fracción polisacarídica obtenida con el procedimiento mencionado anteriormente en cultivos de Porphyridium cruentum permite obtener un producto sólido de buena estabilidad y con alto grado de pureza, que muestra propiedades inmunopotenciadoras de mucho valor para la fabricación de fármacos.

 


Cultivador de laboratorio de la microalga Porphyridium cruentum.

Las investigaciones y los resultados alzanzados corroboran que la biotecnología de las microalgas puede facilitar la obtención de nuevas materias primas y contribuir al mejoramiento de la vida.