Nannochloropsis oculata é uma microalga amplamente reconhecida como potencial fonte de ácidos gordos polinsaturados, e mais especificamente, do ácido eicosapentaenóico (AEP), um ácido ómega-3 cujos benefícios na saúde têm sido demonstrados. Para maximizar a quantidade de AEP a obter de uma cultura, diferentes estratégias podem ser utilizadas, nomeadamente, aumentar o seu conteúdo na biomassa, e a eficiência do seu processo de extracção. Na presente tese foi estudada a aplicação de diferentes condições de stresses a N. oculata, que pudessem aumentar o seu conteúdo em AEP, embora sem prejudicar o crescimento. A estratégia foi aplicar o stress de uma forma modulada sinusoidal, para estimular a resposta, embora dando à microalga a possibilidade de se adaptar e não cessar o crescimento. Dois factores abióticos foram utilizados independentemente (temperatura e intensidade da luz), e as condições foram alternadas entre óptimas e níveis de stress, em ciclos de vários dias. Os factores foram aplicados a valores abaixo dos óptimos (5 e 10 ºC; 30 e 50 μmol photons/m2/s). Embora o stress de temperatura (10 ºC) tenha apresentado os melhores resultados, com um aumento de AEP em 158%, a intensidade da luz (30 μmol photons/m2/s) também aumentou o conteúdo de AEP em 126%. Os aumentos tiveram origem nos conteúdos de células individuais e não somente no aumento geral da biomassa, e foram obtidos num espaço temporal relativamente curto, o que é bastante importante no que concerne à viabilidade industrial. Dado que o ácido eicosapentaenóico é convencionalmente extraído com solventes orgânicos potencialmente prejudiciais, foi empreendida uma linha de investigação paralela, com o objectivo de extrair o AEP utilizando misturas de solventes (MS) menos prejudiciais, nomeadamente hexano:isopropanol (Hxn:2-PrOH; 3:2) e éter dietílico:etanol (Et2O:EtOH; 2:1). Tecnologias alternativas, nomeadamente a alta pressão hidrostática (APH) e campos eléctricos moderados (CEM), foram também avaliadas como adjuvantes para aumentar a eficiência de extracção da MS. Relativamente às MS testadas, em comparação com a utilizada convencionalmente na metodologia de Folch, Et2O:EtOH conseguiu aumentar em 1.3 vezes o rendimento de extracção de AEP. Relativamente às tecnologias, quando utilizadas independentemente, nenhuma contribuiu para aumentar os rendimentos de extracção; no entanto, a sua combinação sequencial foi capaz de aumentar a extracção de AEP em 162%. Quando associados, o Et2O:EtOH e as tecnologias combinadas (APH - 200 MPa, 21 °C, 15 min - seguido de processamento CEM a 40 °C, 15 min) permitiram extrair maiores quantidades de AEP da biomassa húmida de N. oculata, o que é de extrema relevância para o scale-up, prescindindo do dispendioso passo de secagem. Fornecer tais alternativas aos processos de extracção e solventes "clássicos" é vantajoso para as indústrias, que exigem rendimentos mais elevados e um menor impacto ambiental no seu processamento a jusante. O impacto da modulação do stress e da MS utilizada para a extracção da fracção lipídica foi estudado através da caracterização e avaliação das suas actividades bioquímicas e biológicas. Relativamente aos extractos lipídicos, foi observado que o obtido a partir da cultura em stress apresentou os melhores resultados, nomeadamente em termos de actividade anti-esteatose (acumulação hepática de lípidos < 8% do que nas células induzidas a esteatose) e de actividades anti-inflamatórias (diminuição da expressão de interleucinas (IL)-6, IL-10 e interferão- em macrófagos RAW 264.7 estimulados por lipopolissacárido (LPS)). Adicionalmente, ambos os extractos apresentaram uma capacidade de absorção de radicais de oxigénio (dentro da gama de 49-50 μmolTE/mgextracto), ausência de inibição metabólica em várias linhas celulares (Caco-2, HT29-MTX-E12, Hep G2, 3T3-L1, e RAW 264.7), e inibição da acumulação hepática de triacilgliceróis (libertação de glicerol cerca de 2 vezes superior à das células não tratadas). Globalmente, os resultados mostraram que o stress modulado aumentou efectivamente os potenciais efeitos benéficos dos extractos lipídicos de N. oculata na saúde humana, bem como manteve a sua segurança biológica. Uma vez extraída a fracção lipídica da cultura sob stress, num conceito de economia circular, a biomassa restante foi hidrolisada com a celulase Celusoft Supreme e a protease NewPro 16L, após o que a fracção solúvel do hidrolisado (FSH) foi caracterizada em termos de perfis de péptidos e polissacáridos, e avaliada quanto às suas actividades bioquímicas e biológicas. Esta fração ainda tem aplicação prática, uma vez que apresentou capacidade antioxidante (3.2 μmolTE/mgFDB), antidiabética (19.4% de inibição da α-glucosidase) e potencial imunossupressor (a produção de NO por células Raw 264. 7 estimuladas por LPS diminuiu para < 10% do controlo), actividade anti-inflamatória (diminuição da expressão de IL-6, IL-8 e factor de necrose tumoral-α pelas células Caco-2 na inflamação induzida por LPS) e actividade antimicrobiana, particularmente contra bactérias Gram-positivas. Em conclusão, foi demonstrado como o stress modulado pode aumentar a produção de compostos bioactivos a partir de N. oculata (especificamente AEP) e foram identificadas novas estratégias para a sua extracção eficiente, bem como revelado o seu potencial biológico. As estratégias aqui apresentadas para a produção de N. oculata com conteúdo aumentado de AEP, e sua extracção, podem constituir soluções para as indústrias alimentar e nutracêutica, permitindo-lhes obter AEP mais rapidamente, com maior rendimento, e com melhor actividade biológica diminuindo concomitantemente o impacto ambiental do processo. Tal aumentará a viabilidade económica da obtenção de AEP a partir de N. oculata.
| Data do prémio | 22 jan. 2024 |
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| Idioma original | English |
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| Instituição de premiação | - Universidade Católica Portuguesa
- University of Aveiro
- University of Minho
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| Promotores | Fundação para a Ciência e a Tecnologia |
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| Supervisor | Ana Maria Gomes (Supervisor) & Ana Paula Taboada da Costa Santos Carvalho (Co-Orientador) |
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