Aufwertung der Rotalge Gracilaria gracilis durch einen Bioraffinerieansatz

Zusammenfassung

Hier beschreiben wir verschiedene Protokolle, die auf eine integrierte Aufwertung von Gracilaria gracilis abzielen: Ernte von Wildarten, Eigenzucht und Extraktion von bioaktiven Inhaltsstoffen. Die antioxidative, antimikrobielle und zytotoxische Wirkung der Extrakte wird ebenso bewertet wie die Nährwert- und Stabilitätsbewertung von Lebensmitteln, die mit ganzer Algenbiomasse und Pigmenten angereichert sind.

Zusammenfassung

Das Interesse an Algen als reichlich vorhandener Rohstoff zur Gewinnung wertvoller und zielführender bioaktiver Inhaltsstoffe wächst kontinuierlich. In dieser Arbeit untersuchen wir das Potenzial von Gracilaria gracilis, einer essbaren Rotalge, die weltweit wegen ihres kommerziellen Interesses als Quelle für Agar und andere Inhaltsstoffe für kosmetische, pharmakologische, Lebensmittel- und Futtermittelanwendungen angebaut wird.

Die Wachstumsbedingungen von G. gracilis wurden durch vegetative Vermehrung und Sporulation optimiert, während die physikalisch-chemischen Bedingungen manipuliert wurden, um einen großen Biomassebestand zu erreichen. Grüne Extraktionsmethoden mit Ethanol und Wasser wurden über die Algenbiomasse durchgeführt. Das bioaktive Potenzial der Extrakte wurde durch eine Reihe von In-vitro-Assays hinsichtlich ihrer Zytotoxizität, ihrer antioxidativen und antimikrobiellen Eigenschaften bewertet. Darüber hinaus wurde getrocknete Algenbiomasse in Nudelformulierungen eingearbeitet, um den Nährwert der Lebensmittel zu erhöhen. Aus G. gracilis extrahierte Pigmente wurden auch als natürlicher Farbstoff in Joghurt eingearbeitet und ihre Stabilität bewertet. Beide Produkte wurden einer halbgeschulten sensorischen Jury unterzogen, die darauf abzielt, die beste Endformulierung zu erreichen, bevor sie auf den Markt kommen.

Die Ergebnisse belegen die Vielseitigkeit von G. gracilis , unabhängig davon, ob es als Gesamtbiomasse, Extrakte und/oder Pigmente angewendet wird. Durch die Implementierung mehrerer optimierter Protokolle ermöglicht diese Arbeit die Entwicklung von Produkten mit dem Potenzial, von den Lebensmittel-, Kosmetik- und Aquakulturmärkten zu profitieren und die ökologische Nachhaltigkeit und eine blaue Kreislaufwirtschaft zu fördern.

Darüber hinaus wird die verbleibende Algenbiomasse im Einklang mit einem Bioraffinerieansatz als Biostimulans für das Pflanzenwachstum verwendet oder in Kohlenstoffmaterialien umgewandelt, die bei der Wasseraufbereitung der hauseigenen Aquakultursysteme von MARE-Polytechnic in Leiria, Portugal, verwendet werden.

Einleitung

Algen können als interessanter natürlicher Rohstoff angesehen werden, von dem die Pharma-, Lebensmittel-, Futtermittel- und Umweltbranche profitieren kann. Sie biosynthetisieren eine Vielzahl von Molekülen, von denen viele in terrestrischen Organismen nicht vorkommen und relevante biologische Eigenschaften aufweisen ^1,2. Es müssen jedoch Algen-optimierte Anbauprotokolle implementiert werden, um einen großen Biomassebestand zu gewährleisten.

Die Anbaumethoden müssen immer die Art der Algen-Thalli und die allgemeine Morphologie berücksichtigen. Gracilaria gracilis ist ein klo....

Protokoll

1. Ernte und Aufbereitung von Biomasse

1. Ernten Sie die Proben von G. gracilis bei Ebbe und transportieren Sie sie schnell in dunklen, gekühlten Boxen ins Labor, um Trocknung, Licht und Lufteinwirkung zu vermeiden.
2. Waschen Sie jeden Thallus im Labor mit fließendem Meerwasser und reinigen Sie ihn gründlich, um Ablagerungen, nekrotische Teile, Epiphyten und andere Organismen von der Oberfläche zu entfernen.
3. Halten Sie die wilde Biomasse in konstant belüftetem Meerwasser (31-35 PSU) in einem Klimaraum (20 ± 1 °C) mit geringer Bestrahlungsstärke durch Tageslicht, kaltweiße Lampen und Leuchtstofflampen und photoperiodisch auf 16:08 Uhr ....

Diskussion

Die antimikrobiellen Aktivitätstests in einem flüssigen Medium werden verwendet, um die Wirksamkeit antimikrobieller Substanzen gegen Mikroorganismen zu bewerten, die in einem flüssigen Medium suspendiert sind, und werden in der Regel durchgeführt, um die Fähigkeit einer Substanz zu bestimmen, das Wachstum zu hemmen oder Mikroorganismen abzutöten^35,36,37,38. Sie werden verwendet, um die E.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Absolute Ethanol	Aga, Portugal	64-17-5
Ammonium Chloride	PanReac	12125-02-9
Amphotericin B	Sigma-Aldrich	1397-89-3
Analytical scale balance	Sartorius, TE124S	22105307
Bacillus subtilis subsp. spizizenii	German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ)	DSM 347
Biotin	Panreac AppliChem	58-85-5
Centrifuge	Eppendorf, 5810R	5811JH490481
Chloramphenicol	PanReac	56-75-7
CO2 Chamber	Memmert	N/A
Cool White Fluorescent Lamps	OSRAM Lumilux Skywhite	N/A
Densitometer McFarland	Grant Instruments	N/A
DMEM medium	Sigma-Aldrich	D5796
DMSO	Sigma-Aldrich	67-68-5
DPPH	Sigma, Steinheim, Germany	1898-66-4
Escherichia coli (DSM 5922)	German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ)	DSM5922
Ethanol 96%	AGA-Portugal	64-17-5
Ethylenediaminetetraacetic Acid Disodium Salt Dihydrate (Na2EDTA)	J.T.Baker	6381-92-6
Fetal Bovine Serum (FBS)	Sigma-Aldrich	F7524
Filter Paper (Whatman No.1)	Whatman	WHA1001320
Flasks	VWR International, Alcabideche, Portugal	N/A
Folin-Ciocalteu	VWR Chemicals	31360.264
Gallic Acid	Merck	149-91-7
Germanium (IV) Oxide, 99.999%	AlfaAesar	1310-53-8
HaCaT cells – 300493	CLS-Cell Lines Services, Germany	300493
Hot Plate Magnetic Stirrer	IKA, C-MAG HS7	06.090564
Iron Sulfate	VWR Chemicals	10124-49-9
Laminar flow hood	TelStar, Portugal	526013
LB Medium	VWR Chemicals	J106
Listonella anguillarum	German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ)	DSM 21597
Manganese Chloride	VWR Chemicals	7773.01.5
Micropipettes	Eppendorf, Portugal	N/A
Microplates	VWR International, Alcabideche, Portugal	10861-666
Microplates	Greiner	738-0168
Microplates (sterile)	Fisher Scientific	10022403
Microplate reader	Epoch Microplate Spectrophotometer, BioTek, Vermont, USA	1611151E
MTT	Sigma-Aldrich	289-93-1
Muller-Hinton Broth (MHB)	VWR Chemicals	90004-658
Oven	Binder, FD115	12-04490
Oven	Binder, BD115	04-62615
Penicillin	Sigma-Aldrich	1406-05-9
pH meter Inolab	VWR International, Alcabideche, Portugal	15212099
Pippete tips	Eppendorf, Portugal	5412307
Pyrex Bottles Media Storage	VWR International, Alcabideche, Portugal	16157-169
Rotary Evaporator	Heidolph, Laborota 4000	80409287
Rotavapor	IKA HB10, VWR International, Alcabideche, Portugal	07.524254
Sodium Carbonate (Na2CO3)	Chem-Lab	497-19-8
Sodium Chloride (NaCl)	Normax Chem	7647-14-5
Sodium Phosphate Dibasic	Riedel-de Haën	7558-79-4
SpectraMagic NX	Konica Minolta, Japan		color data analysis software
Spectrophotometer	Evolution 201, Thermo Scientific, Madison, WI, USA	5A4T092004
Streptomycin	Sigma-Aldrich	57-92-1
Thiamine	Panreac AppliChem	59-43-8
Trypsin-EDTA	Sigma-Aldrich	T4049
Tryptic Soy Agar (TSA)	VWR Chemicals	ICNA091010617
Tryptic Soy Broth (TSB)	VWR Chemicals	22091
Ultrapure water	Advantage A10 Milli-Q lab, Merck, Darmstadt, Germany	F5HA17360B
Vacuum pump	Buchi, Switzerland	FIS05-402-103
Vitamin B12	Merck	68-19-9