Name: Yazar Spotlight: Endüstrilerde Sürdürülebilir Yenilikler için Deniz Yosunu Biyoaktif Bileşiklerini Keşfetmek
Uploaded: 2023-11-21T14:20:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Exploring Seaweed's Bioactive Compounds for Sustainable Innovations in Industries at JoVE.com

Bu çalışma, Portekiz Bilim ve Teknoloji Vakfı (FCT) tarafından MARE-Deniz ve Çevre Bilimleri Merkezi'ne (UIDP/04292/2020 ve UIDB/04292/2020) ve Ortak Laboratuvar ARNET'e (LA/P/0069/2020) verilen Stratejik Projeler aracılığıyla desteklenmiştir. FCT ayrıca Marta V. Freitas (UI/BD/150957/2021) ve Tatiana Pereira'ya (2021) verilen bireysel doktora hibelerini de finanse etti. 07791. BD). Bu çalışma aynı zamanda Portekiz 2020 Programı kapsamında ERDF - Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu tarafından ortaklaşa finanse edilen HP4A - HERKES IÇIN SAĞLIKLI MAKARNA (ortak tanıtım no. 039952) projesi tarafından COMPETE 2020 - Rekabet Edebilirlik ve Uluslararasılaşma Operasyonel Programı aracılığıyla finansal olarak desteklenmiştir.

1. Biyokütle hasadı ve hazırlanması
<ol><li>Düşük gelgit sırasında G. gracilis örneklerini hasat edin ve kuruma, ışığa ve havaya maruz kalmayı önlemek için bunları karanlık, soğutulmuş kutularda hızlı bir şekilde laboratuvara taşıyın.</li>
	<li>Laboratuvarda, her bir thallusu akan deniz suyuyla yıkayın ve yüzeydeki kalıntıları, nekrotik parçaları, epifitleri ve diğer organizmaları temizlemek için iyice temizleyin.</li>
	<li>Yabani biyokütleyi sürekli havalandırılan den...

Gracilaria gracilis'ten yararlanmak: Sürdürülebilir İnovasyon için Biyoaktif Potansiyel

Sıvı bir ortamda antimikrobiyal aktivite testleri, antimikrobiyal maddelerin sıvı bir ortamda asılı kalan mikroorganizmalara karşı etkinliğini değerlendirmek için kullanılmaktadır ve genellikle bir maddenin büyümeyi engelleme veya mikroorganizmaları öldürme yeteneğini belirlemek için yapılmaktadır35,36,37,38. Mikroorganizmaların antimikrobiyal ajanlara duyarlılığını ...

Deniz yosunları, ilaç, gıda, yem ve çevre sektörleri tarafından yararlanılacak ilginç bir doğal hammadde olarak kabul edilebilir. Birçoğu karasal organizmalarda bulunmayan ve ilgili biyolojik özelliklere sahip bir dizi molekülü biyosentezlerler 1,2. Bununla birlikte, büyük bir biyokütle stoğu sağlamak için deniz yosunu için optimize edilmiş yetiştirme protokollerinin uygulanması gerekir.
Yetiştirme yöntemleri her zaman deniz yosunu thalli'nin doğasını ve genel morfolojisini dikkate almalıdır. Gracilaria gracilis klonal bir taksondur, yani bağlanma organı birden fazla vejetatif eksen üretir. Parçalanma (vejetatif üreme) yoluyla çoğaltma böylece elde edilir, çünkü bu eksenlerin her biri ana thallus3'ten bağımsız bir yaşamı tamamen benimseyebilir. Klonal taksonlar, basit ve hızlı tek adımlı yetiştirme metodolojileriyle başarılı bir şekilde entegre edilebilir, çünkü büyük miktarlarda biyokütle, thallusun hızla yenilenen ve yeni, genetik olarak özdeş bireylere dönüşen küçük parçalara bölünmesiyle elde edilir. Bu süreçte hem haplontik hem de diplontik thalli kullanılabilir. Cins, karmaşık bir haplo-diplontik izomorfik trifazik yaşam döngüsü sergilemesine rağmen, gelişmiş mahsuller elde etmek için stokların genetik yenilenmesinin gerekli olduğu durumlar dışında, sporülasyon nadiren gereklidir. Bu durumda, hem tetrasporlar (mayoz bölünme tarafından oluşturulan haplontik sporlar) hem de karposporlar (mitoz tarafından oluşturulan diplontik sporlar), daha sonra vejetatif üreme ile yetiştirilebilen ve çoğaltılabilen makroskopik thallilere yol açar4. Büyüme döngüleri, epifitlerin ortaya çıkması ve diğer organizmaların yapışması gibi diğer biyolojik faktörlerin yanı sıra çevresel koşullar ve bireylerin fizyolojik durumu tarafından belirlenir. Bu nedenle, yüksek verimlilik sağlamak ve kaliteli biyokütle üretmek için yetiştirme koşullarını optimize etmek çok önemlidir5.
G. gracilis de dahil olmak üzere deniz yosunundan biyoaktif bileşiklerin ekstraksiyonu çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilebilir 6,7. Ekstraksiyon yönteminin seçimi, ilgilenilen spesifik bileşiklere, hedef uygulamaya ve deniz yosununun özelliklerine bağlıdır. Bu çalışmada, deniz yosunu biyokütlesinden biyoaktif bileşikleri çözmek ve çıkarmak için su veya etanol gibi yeşil çözücülerin kullanılmasını içeren çözücü ekstraksiyonuna odaklandık. Ekstraksiyon, maserasyon yoluyla çok yönlü ve etkili bir şekilde gerçekleştirilebilir ve çok çeşitli bileşikler için kullanılabilir. Biyokütlenin bir çözücü içinde uzun bir süre, tipik olarak oda veya biraz yüksek sıcaklıklarda bekletilmesini içeren basit ve yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Ekstraksiyon işlemini geliştirmek için çözücü karıştırılır. İstenilen ekstraksiyon süresinden sonra çözücü, filtrasyon veya santrifüjleme ile katı malzemeden ayrılır.
Su, güvenliği, bulunabilirliği ve çok çeşitli gıda ürünleriyle uyumluluğu nedeniyle gıda uygulamalarında yaygın olarak kullanılan bir çözücüdür. Su ekstraksiyonu, polisakkaritler, peptitler ve bazı fenolikler gibi polar bileşikler için uygundur. Bununla birlikte, polar olmayan bileşikleri etkili bir şekilde çıkaramayabilir. Etanol ayrıca gıda uygulamalarında yaygın olarak kullanılan bir çözücüdür ve fenolik bileşikler, flavonoidler ve belirli pigmentler dahil olmak üzere çeşitli biyoaktif moleküllerin ekstraksiyonunda etkili olabilir. Etanol genellikle gıdalarda kullanım için güvenli olarak kabul edilir ve ekstrakte edilen bileşikleri geride bırakarak kolayca buharlaştırılabilir. Ekstraksiyon yöntemi seçiminin verimlilik, seçicilik, maliyet etkinliği ve çevresel etki gibi faktörleri dikkate alması gerektiğini belirtmekte fayda var. Çözücü konsantrasyonu, ekstraksiyon süresi, sıcaklık ve basınç gibi ekstraksiyon parametrelerinin optimizasyonu, G. gracilis veya diğer deniz yosunlarından biyoaktif bileşiklerin optimum verimini elde etmek için çok önemlidir.
Deniz yosunlarının bakteriler, mantarlar ve virüsler dahil olmak üzere çok çeşitli mikroorganizmalara karşı antimikrobiyal aktivite sergilediği bulunmuştur8. Bu aktivite, fenolikler, polisakkaritler, peptitler ve yağ asitleri dahil olmak üzere biyoaktif bileşenlere atfedilir. Çeşitli çalışmalar, diğerlerinin yanı sıra Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella sp. ve Pseudomonas aeruginosa gibi patojenlere karşı etkinliklerini göstermiştir9. Deniz yosunlarının antimikrobiyal aktivitesi, mikrobiyal hücre duvarlarına, zarlara, enzimlere ve sinyal yollarına müdahale edebilen biyoaktif bileşiklerin varlığına atfedilir10. Bu bileşikler mikrobiyal büyümeyi bozabilir, biyofilm oluşumunu engelleyebilir ve bağışıklık tepkilerini modüle edebilir.
Ormangülü olarak da bilinen kırmızı deniz yosunları, çeşitli mikroorganizmalara karşı antimikrobiyal aktivite gösterebilen bir alg grubudur. Bu grup içinde, G. gracilis , bildirilen antimikrobiyal aktivitesine katkıda bulunabilecek çeşitli biyoaktif bileşikler içerir. Spesifik moleküller değişebilse de, G. gracilis'te bildirilen ve antimikrobiyal özelliklere sahip olabilen ortak sınıflar polisakkaritler, fenolikler, terpenoidler ve pigmentlerdir11. Bununla birlikte, bu bileşenlerin varlığının ve miktarlarının deniz yosununun toplandığı yer, mevsimsellik, talinin fizyolojik durumu ve çevresel koşullar gibi faktörlere bağlı olarak değişebileceğini unutmamak önemlidir. Bu nedenle, G. gracilis'teki antimikrobiyal bileşiklerin spesifik sınıfı ve konsantrasyonu buna göre değişebilir.
G. gracilis'in ayrıca serbest radikalleri temizlediği ve oksidatif stresi azalttığı gösterilen çeşitli fenolik bileşikler içeren antioksidan özelliklere sahip olduğu bulunmuştur12.Antioksidanlar, hücreleri reaktif oksijen türlerinin neden olduğu hasarlardan korumaya yardımcı olur ve potansiyel sağlık yararları vardır. Antioksidan kapasite, 2,2-difenil-1-pikrilhidrazil (DPPH) serbest radikal süpürücü aktivitesi dahil olmak üzere farklı yöntemlerle doğrudan ve dolaylı olarak toplam polifenolik içeriğin (TPC) miktarının belirlenmesi yoluyla değerlendirilebilir13.
Bir bileşenin belirgin bir biyoaktiviteye sahip olduğu bildirilse de, sitotoksisite değerlendirmesi, canlı hücreler veya dokularla temas halinde kullanılacak doğal ve sentetik maddelerin değerlendirilmesinde vazgeçilmezdir. Sitotoksisiteyi ölçmek için her biri avantajları ve sınırlamaları olan birkaç yöntem vardır. Genel olarak, birçok maddenin hücreler üzerindeki zararlı etkilerini değerlendirmek ve aynı zamanda hücre hasarı ve ölüm mekanizmalarını araştırmak için bir dizi seçenek sunarlar14.
Bu çalışmada, Mosmann (1983)15 tarafından tanıtılan kolorimetrik bir yöntem olan 3-(4,5-dimetiltiyazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolyum bromür (MTT) testini kullanıyoruz. Bu yöntem, tetrazolyum tuzlarının metabolik olarak aktif hücreler tarafından mor bir formazan ürününe indirgenmesini ölçer. Formazan kristallerinin miktarı ne kadar yüksek olursa, canlı hücrelerin sayısı da o kadar yüksek olur, böylece dolaylı bir sitotoksisiteölçüsü sağlanır 14. Bu çalışmada, G. gracilis su ve etanol ekstraktlarının dermo-kozmetik formülasyonlara dahil edilmesi amaçlandığından, in vitro sitotoksisite değerlendirmesi bir keratinosit (HaCaT) hücre hattında gerçekleştirilir.
Gıda uygulamasıyla ilgili olarak, deniz yosunları genellikle kalorileri düşüktür ve diyet lifleri, esansiyel elementler ve amino asitler, polisakkaritler, çoklu doymamış yağ asitleri, polifenoller ve vitaminleraçısından besleyici açıdan zengindir 2,16. G. gracilis, ilginç bir besin değerine sahip bir istisna değildir. Freitas ve ark. (2021)4, ekili G. gracilis'in yabani deniz yosununa kıyasla daha yüksek protein ve C vitamini seviyelerine sahip olduğunu ve toplam lipit seviyesini koruduğunu buldu. Bu, ekonomik ve çevresel bir avantajı temsil edebilir, çünkü beslenme açısından konuşursak, üretim vahşi kaynakların sömürülmesine tercih edilir. Buna ek olarak, tüketiciler yedikleri yiyeceklerin türü hakkında giderek daha fazla endişe duyuyorlar, bu nedenle gıda zenginleştirme için yeni bileşenler sunmak ve bir ürüne değer katabilecek ve "temiz bir etiket" talep edebilecek özler elde etmek için yeni kaynaklar kullanmak önemlidir. Ayrıca, mevcut pazar çok rekabetçidir ve üreticileri rakiplerinden farklılaştırmak için yeni ürünlerin ve yenilikçi stratejilerin geliştirilmesini gerektirir17.
Makarna gibi besin değeri düşük olan ürünlerin deniz yosunu da dahil olmak üzere deniz kaynakları ile zenginleştirilmesi, bu kaynağın yeni bir gıda olarak tanıtılması ve farklı besin değerine sahip bir ürün aracılığıyla pazarda farklılaşma stratejisidir. Öte yandan, G. gracilis , gıda endüstrisindeki uygulamalar için yüksek potansiyele sahip, ficobiliproteinler18 gibi doğal kırmızı pigmentlerin kaynağıdır. Bu deniz yosunu birçok alanda büyük ilgi görmüştür ve uygulaması tüm deniz yosunu, özler ve/veya kalan biyokütle kullanılarak yapılabilir. Bu çalışmada, bu tür uygulamaların bazı örneklerini gösteriyoruz.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Absolute Ethanol</td>
			<td>Aga, Portugal</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium Chloride</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>12125-02-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amphotericin B</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1397-89-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analytical scale balance</td>
			<td>Sartorius, TE124S</td>
			<td>22105307</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacillus subtilis subsp. spizizenii</td>
			<td>German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ)</td>
			<td>DSM 347</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotin</td>
			<td>Panreac AppliChem</td>
			<td>58-85-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf, 5810R</td>
			<td>5811JH490481</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloramphenicol</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>56-75-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 Chamber</td>
			<td>Memmert</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cool White Fluorescent Lamps</td>
			<td>OSRAM Lumilux Skywhite</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Densitometer McFarland</td>
			<td>Grant Instruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM medium</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D5796</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-68-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DPPH</td>
			<td>Sigma, Steinheim, Germany</td>
			<td>1898-66-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Escherichia coli (DSM 5922)</td>
			<td>German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ)</td>
			<td>DSM5922</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol 96%</td>
			<td>AGA-Portugal</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylenediaminetetraacetic Acid Disodium Salt Dihydrate (Na2EDTA)</td>
			<td>J.T.Baker</td>
			<td>6381-92-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F7524</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter Paper (Whatman No.1)</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>WHA1001320</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flasks</td>
			<td>VWR International, Alcabideche, Portugal&#160;</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Folin-Ciocalteu</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>31360.264</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gallic Acid&#160;</td>
			<td>Merck</td>
			<td>149-91-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Germanium (IV) Oxide, 99.999%</td>
			<td>AlfaAesar</td>
			<td>1310-53-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HaCaT cells &#8211; 300493</td>
			<td>CLS-Cell Lines Services, Germany&#160;</td>
			<td>300493</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot Plate Magnetic Stirrer</td>
			<td>IKA, C-MAG HS7</td>
			<td>06.090564</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iron Sulfate</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>10124-49-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminar flow hood</td>
			<td>TelStar, Portugal</td>
			<td>526013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB Medium&#160;</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>J106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Listonella anguillarum</td>
			<td>German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ)</td>
			<td>&#160;DSM 21597</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manganese Chloride</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>7773.01.5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipettes&#160;</td>
			<td>Eppendorf, Portugal</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplates</td>
			<td>VWR International, Alcabideche, Portugal&#160;</td>
			<td>10861-666</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplates</td>
			<td>Greiner</td>
			<td>738-0168</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplates (sterile)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>10022403</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplate reader</td>
			<td>&#160;Epoch Microplate Spectrophotometer, BioTek, Vermont, USA</td>
			<td>1611151E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MTT</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>289-93-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Muller-Hinton Broth (MHB)</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>90004-658</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Binder, FD115</td>
			<td>12-04490</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Binder, BD115</td>
			<td>04-62615</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1406-05-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH meter Inolab</td>
			<td>&#160;VWR International, Alcabideche, Portugal&#160;</td>
			<td>15212099</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pippete tips</td>
			<td>Eppendorf, Portugal</td>
			<td>5412307</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyrex Bottles Media Storage</td>
			<td>&#160;VWR International, Alcabideche, Portugal&#160;</td>
			<td>16157-169</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary Evaporator</td>
			<td>Heidolph, Laborota 4000</td>
			<td>80409287</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotavapor</td>
			<td>IKA HB10, VWR International, Alcabideche, Portugal</td>
			<td>07.524254</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Carbonate (Na2CO3)</td>
			<td>Chem-Lab</td>
			<td>497-19-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride (NaCl)&#160;</td>
			<td>Normax Chem</td>
			<td>7647-14-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Phosphate Dibasic</td>
			<td>Riedel-de Ha&#235;n</td>
			<td>7558-79-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SpectraMagic NX</td>
			<td>Konica Minolta, Japan</td>
			<td></td>
			<td>color data analysis software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrophotometer</td>
			<td>Evolution 201, Thermo Scientific, Madison, WI, USA</td>
			<td>5A4T092004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptomycin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>57-92-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thiamine</td>
			<td>Panreac AppliChem</td>
			<td>59-43-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T4049</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptic Soy Agar (TSA)</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>ICNA091010617</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptic Soy Broth (TSB)&#160;</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>22091</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrapure water&#160;</td>
			<td>Advantage A10 Milli-Q lab, Merck, Darmstadt, Germany</td>
			<td>F5HA17360B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>Buchi, Switzerland</td>
			<td>FIS05-402-103</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vitamin B12</td>
			<td>Merck</td>
			<td>68-19-9</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

valorization of the red seaweed gracilaria gracilis through a biorefinery approach

Değerli ve çok hedefli biyoaktif bileşenler elde etmek için bol miktarda hammadde olarak deniz yosunlarına olan ilgi sürekli artmaktadır. Bu çalışmada, kozmetik, farmakolojik, gıda ve yem uygulamaları için bir agar ve diğer bileşenlerin kaynağı olarak ticari çıkarları nedeniyle dünya çapında yetiştirilen yenilebilir bir kırmızı deniz yosunu olan Gracilaria gracilis'in potansiyelini araştırıyoruz.
G. gracilis büyüme koşulları, büyük bir biyokütle stoğu elde etmek için fizikokimyasal koşulları manipüle ederken vejetatif çoğaltma ve sporülasyon yoluyla optimize edildi. Deniz yosunu biyokütlesi üzerinde etanol ve su ile yeşil ekstraksiyon metodolojileri gerçekleştirildi. Ekstraktların biyoaktif potansiyeli, sitotoksisiteleri, antioksidanları ve antimikrobiyal özellikleri ile ilgili bir dizi in vitro test ile değerlendirildi. Ek olarak, kurutulmuş deniz yosunu biyokütlesi, gıdanın besin değerini artırmak için makarna formülasyonlarına dahil edildi. G. gracilis'ten ekstrakte edilen pigmentler de doğal bir renklendirici olarak yoğurda dahil edilmiş ve stabiliteleri değerlendirilmiştir. Her iki ürün de pazara ulaşmadan önce en iyi nihai formülasyonu elde etmeyi amaçlayan yarı eğitimli bir duyusal panelin takdirine sunuldu.
Sonuçlar, G. gracilis'in bütün bir biyokütle, ekstrakt ve/veya pigment olarak uygulanıp uygulanmadığına bakılmaksızın çok yönlülüğünü desteklemektedir. Bu çalışma, birkaç optimize edilmiş protokolün uygulanmasıyla, gıda, kozmetik ve su ürünleri pazarlarından kâr etme potansiyeline sahip ürünlerin geliştirilmesine olanak tanıyarak çevresel sürdürülebilirliği ve mavi döngüsel ekonomiyi teşvik eder.
Ayrıca, bir biyorafineri yaklaşımına uygun olarak, artık deniz yosunu biyokütlesi, bitki büyümesi için biyostimülan olarak kullanılacak veya Leiria, Portekiz'deki MARE-Polytechnic'in kurum içi su ürünleri yetiştiriciliği sistemlerinin su arıtmasında kullanılmak üzere karbon malzemelerine dönüştürülecektir.

&#160;Seaweeds can be regarded as an interesting natural raw material to be profited by the pharmaceutical, food, feed, and environmental sectors. They biosynthesize a panoply of molecules, many not found in terrestrial organisms, with relevant biological properties1,2. However, seaweed-optimized cultivation protocols need to be implemented to ensure a large biomass stock.
Cultivation methods must always consider the nature of the seaweed thalli and overall morphology. Gracilaria gracilis is a clonal taxon, meaning the attachment organ produces multiple vegetative axes. Propagation by fragmentation (vegetative reproduction) is thus achieved, as each of these axes is fully able to adopt an independent life from the main thallus3. Clonal taxa can be successfully integrated with simple and fast one-step cultivation methodologies, as large amounts of biomass are obtained by splitting the thallus into small fragments that quickly regenerate and grow into new, genetically identical individuals. Both haplontic and diplontic thalli may be used in this process. Although the genus exhibits a complex haplo-diplontic isomorphic triphasic life cycle, sporulation is rarely necessary except when genetic renewal of the stocks is required to achieve improved crops. In this case, both tetraspores (haplontic spores formed by meiosis) and carpospores (diplontic spores formed by mitosis) give rise to macroscopic thalli that can then be grown and propagated by vegetative reproduction4. Growth cycles are dictated by environmental conditions and the physiological state of the individuals, among other biological factors such as the emergence of epiphytes and the adhesion of other organisms. Therefore, optimizing growing conditions is crucial to ensure high productivity and produce good quality biomass5.
The extraction of bioactive compounds from seaweed, including G. gracilis, can be achieved through various methods6,7. The choice of the extraction method depends on the specific compounds of interest, the target application, and the characteristics of the seaweed. In this study, we focused on solvent extraction, which involves using green solvents, such as water or ethanol, to dissolve and extract bioactive compounds from the seaweed biomass. The extraction can be carried out through maceration in a versatile and effective way and can be used for a wide range of compounds. It is a simple and widely used method involving soaking biomass in a solvent for an extended period, typically at room or slightly elevated temperatures. The solvent is stirred to enhance the extraction process. After the desired extraction time, the solvent is separated from the solid material by filtration or centrifugation.
Water is a commonly used solvent in food applications due to its safety, availability, and compatibility with a wide range of food products. Water extraction is suitable for polar compounds such as polysaccharides, peptides, and certain phenolics. However, it may not effectively extract non-polar compounds. Ethanol is also a widely used solvent in food applications and can be effective for extracting a variety of bioactive molecules, including phenolic compounds, flavonoids, and certain pigments. Ethanol is generally recognized as safe for use in food and can be easily evaporated, leaving behind the extracted compounds. It is worth noting that the choice of extraction method should consider factors such as efficiency, selectivity, cost-effectiveness, and environmental impact. The optimization of extraction parameters, such as solvent concentration, extraction time, temperature, and pressure, is crucial to achieving optimal yields of bioactive compounds from G. gracilis or other seaweeds.
Seaweeds have been found to exhibit antimicrobial activity against a wide range of microorganisms, including bacteria, fungi, and viruses8. This activity is attributed to bioactive components, including phenolics, polysaccharides, peptides, and fatty acids. Several studies have demonstrated their efficacy against pathogens such as Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella sp., and Pseudomonas aeruginosa, among others9. The antimicrobial activity of seaweeds is attributed to the presence of bioactive compounds that can interfere with microbial cell walls, membranes, enzymes, and signaling pathways10. These compounds may disrupt microbial growth, inhibit biofilm formation, and modulate immune responses.
Red seaweeds, also known as rhodophytes, are a group of algae that can exhibit antimicrobial activity against a variety of microorganisms. Within this group, G. gracilis contains various bioactive compounds that may contribute to its reported antimicrobial activity. While the specific molecules can vary, the common classes that have been reported in G. gracilis and may possess antimicrobial properties are polysaccharides, phenolics, terpenoids, and pigments11. However, it is important to note that the presence and amounts of these components can vary depending on factors such as the location of seaweed collection, seasonality, physiological condition of the thalli, and environmental conditions. Therefore, the specific class and concentration of antimicrobial compounds in G. gracilis may vary accordingly.
G. gracilis has also been found to hold antioxidant properties, containing various phenolic compounds, which have been shown to scavenge free radicals and reduce oxidative stress12. Antioxidants help to protect cells from damage caused by reactive oxygen species and have potential health benefits. Antioxidant capacity can be evaluated directly through different methods, including the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) free radical scavenging activity and, indirectly, through the quantification of total polyphenolic content (TPC)13.
Even though an ingredient is reported to have a prominent bioactivity, its cytotoxicity assessment is indispensable in evaluating natural and synthetic substances to be used in contact with living cells or tissues. There are several methods for measuring cytotoxicity, each one with advantages and limitations. Overall, they offer a range of options to evaluate the harmful effects of many substances on cells and, at the same time, to investigate the mechanisms of cell damage and death14.
In this work, we use the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay, a colorimetric method introduced by Mosmann (1983)15. This method measures the reduction of tetrazolium salts to a purple formazan product by metabolically active cells. The higher the amount of formazan crystals, the higher the number of viable cells, thus providing an indirect measure of cytotoxicity14. Since in this work, G. gracilis water and ethanol extracts are intended to be incorporated into dermo-cosmetic formulations, the in vitro cytotoxicity evaluation is performed in a keratinocyte (HaCaT) cell line.
Concerning the food application, seaweeds are generally low in calories and nutritionally rich in dietary fibers, essential elements and amino acids, polysaccharides, polyunsaturated fatty acids, polyphenols, and vitamins2,16. G. gracilis is no exception, having an interesting nutritional value. Freitas et al. (2021)4 found that cultivated G. gracilis had higher levels of protein and vitamin C and maintained the level of total lipids compared to wild seaweed. This may represent an economic and environmental advantage, as nutritionally speaking, production is preferable to the exploitation of wild resources. In addition, consumers are increasingly concerned about the type of food they eat, so it is important to introduce new ingredients for food enrichment and use new resources to obtain extracts that can add value to a product and claim a &#34;clean label.&#34; Besides, the current market is very competitive, requiring the development of new products and innovative strategies to differentiate manufacturers from their competitors17.
The enrichment of products with poor nutritional value, such as pasta, with marine resources, including seaweed, is a strategy to introduce this resource as a new food and a market differentiation strategy through a product with distinct nutritional value. On the other hand, G. gracilis is a source of natural red pigments such as phycobiliproteins18, having high potential for applications in the food industry. This seaweed has shown high interest in several areas, and its application can be made using the whole seaweed, extracts and/or the remaining biomass. In this work, we demonstrate some examples of such applications.

Yazar Spotlight: Endüstrilerde Sürdürülebilir Yenilikler için Deniz Yosunu Biyoaktif Bileşiklerini Keşfetmek 

Kırmızı Deniz Yosunu Gracilaria gracilis'in Biyorafineri Yaklaşımı ile Değerlendirilmesi

Our research is focused on the prospection of new bioactive compounds from seaweed that can be useful in different sectors such as food, cosmetic, and pharmaceutical industries. There is a growing awareness in society about the potential of marine organisms to deliver bioactive compounds. These compounds can be used to produce sustainable and safer functional cosmetics to improve the quality of food products and serve as source of new chemical structures for the development of new pharmaceutical drugs.One of the challenges of using seaweed in the development of new food products is to avoid using high amounts that could lead to unpleasant sensory properties in food. Using seaweed extracts is a way to get around this problem. With this protocol, we were able to develop pasta, wheat, add nutritional value by incorporating whole algae.Usually, the addition of these ingredients provides less common sensory properties. However, with the developed formulation, a consumer acceptance was still achieved.

Antimikrobiyal aktivite
Elde edilen sonuçları yorumlarken, inhibisyon yüzdesi ne kadar yüksek olursa, ekstraktın o spesifik suşun büyümesini inhibe etmedeki etkinliğinin o kadar büyük olduğu ve sonuç olarak ekstraktın bir antimikrobiyal olarak o kadar ilginç olduğu unutulmamalıdır. Bu metodoloji sayesinde, hangi ekstraktların belirli bakteri suşları üzerinde daha fazla aktiviteye sahip oldu...

Watch this Scientific Journal Video about Exploring Seaweed's Bioactive Compounds for Sustainable Innovations in Industries at JoVE.com

Burada, Gracilaria gracilis'in entegre bir şekilde değerlendirilmesini amaçlayan birkaç protokolü açıklıyoruz: yabani türlerin toplanması, kurum içi büyüme ve biyoaktif bileşenlerin ekstraksiyonu. Ekstraktların antioksidan, antimikrobiyal ve sitotoksik etkileri, bütün deniz yosunu biyokütlesi ve pigmentleri ile zenginleştirilmiş gıdaların beslenme ve stabilite değerlendirmesi ile birlikte değerlendirilir.

The interest in seaweeds as an abundant feedstock to obtain valuable and multitarget bioactive ingredients is continuously growing. In this work, we ...

Araştırmamız, gıda, kozmetik ve ilaç endüstrileri gibi farklı sektörlerde faydalı olabilecek deniz yosunundan yeni biyoaktif bileşiklerin araştırılmasına odaklanmıştır. Toplumda, deniz organizmalarının biyoaktif bileşikler sağlama potansiyeli konusunda artan bir farkındalık var. Bu bileşikler, gıda ürünlerinin kalitesini artırmak ve yeni farmasötik ilaçların geliştirilmesi için yeni kimyasal yapıların kaynağı olarak hizmet etmek için sürdürülebilir ve daha güvenli fonksiyonel kozmetikler üretmek için kullanılabilir.Yeni gıda ürünlerinin geliştirilmesinde deniz yosunu kullanmanın zorluklarından biri, gıdalarda hoş olmayan duyusal özelliklere yol açabilecek yüksek miktarlarda kullanmaktan kaçınmaktır. Deniz yosunu özleri kullanmak bu sorunu aşmanın bir yoludur. Bu protokol ile makarna, buğday geliştirebildik, bütün algleri dahil ederek besin değeri katabildik.Genellikle, bu bileşenlerin eklenmesi daha az yaygın duyusal özellikler sağlar. Ancak geliştirilen formülasyon ile yine de bir tüketici kabulü sağlandı.

valorization-red-seaweed-gracilaria-gracilis-through-biorefinery

Research

JoVE Journal

Biology

Valorization of the Red Seaweed Gracilaria gracilis Through a Biorefinery Approach

The interest in seaweeds as an abundant feedstock to obtain valuable and multitarget bioactive ingredients is continuously growing. In this work, we explore the potential of Gracilaria gracilis, an edible red seaweed cultivated worldwide for its commercial interest as a source of agar and other ingredients for cosmetic, pharmacological, food, and feed applications.
G. gracilis growth conditions were optimized through vegetative propagation and sporulation while manipulating the physicochemical conditions to achieve a large biomass stock. Green extraction methodologies with ethanol and water were performed over the seaweed biomass. The bioactive potential of extracts was assessed through a set of in vitro assays concerning their cytotoxicity, antioxidant, and antimicrobial properties. Additionally, dried seaweed biomass was incorporated into pasta formulations to increase food&#39;s nutritional value. Pigments extracted from G. gracilis have also been incorporated into yogurt as a natural colorant, and their stability was evaluated. Both products were submitted to the appreciation of a semi-trained sensorial panel aiming to achieve the best final formulation before reaching the market.
Results support the versatility of G. gracilis whether it is applied as a whole biomass, extracts and/or pigments. Through implementing several optimized protocols, this work allows the development of products with the potential to profit the food, cosmetic, and aquaculture markets, promoting environmental sustainability and a blue circular economy.
Moreover, and in line with a biorefinery approach, the residual seaweed biomass will be used as biostimulant for plant growth or converted to carbon materials to be used in water purification of the in-house aquaculture systems of MARE-Polytechnic of Leiria, Portugal.

Here, we describe several protocols aiming at an integrated valorization of Gracilaria gracilis: wild species harvesting, in-house growth, and extraction of bioactive ingredients. The extracts&#39; antioxidant, antimicrobial, and cytotoxic effects are evaluated, along with the nutritional and stability assessment of food enriched with whole seaweed biomass and pigments.

Biyoloji

Extraction of the Bioactive Ingredients from Gracilaria gracilis

Extraction of the Bioactive Ingredients from Gracilaria gracilis  

To begin, grow Gracilaria gracilis in 250 milliliters of flat bottom flasks in a climatic room. Once the biomass has been scaled up, dried, and ground, weigh the resulting dried biomass. Dissolve it in 100 milliliters of solvent and mix by stirring in a vessel protected from light for 30 minutes.Perform extractions with ethanol and water separately at room temperature. Filter the liquid extracts through filter paper to separate them from the remaining biomass. Centrifuge the extracts at 8, 000 G for 10 minutes, at room temperature.Freeze dry the aqueous extracts and use a rotary evaporator at 40 degrees Celsius to evaporate the ethanol extracts.

Gracilaria gracilis'ten Biyoaktif Bileşenlerin Ekstraksiyonu

Evaluation of the Antioxidant and Cytotoxic Effects of Gracilaria gracilis Extracts

Evaluation of the Antioxidant and Cytotoxic Effects of Gracilaria gracilis Extracts  

To begin, take the aqueous and ethanol extracts obtained from the dried Gracilaria gracilis. In a 96 well microplate, dispense two microliters of each sample and 198 microliters of DPPH dissolved in absolute ethanol. Then, using a microplate spectrophotometer, measure the absorbance at 517 nanometers.Take the human keratinocytes grown in 96 well plates overnight. Add two microliters of the DMSO dissolved extracts to 198 microliters of the medium in microplate wells. Remove the culture medium.Add 100 microliters of MTT to the cells and incubate in the dark for 30 minutes. To solubilize the intracellular formazan crystals, add 100 microliters of DMSO. Using a microplate reader, measure the absorbance at 570 nanometers.The DPPH test demonstrated that the temperature of 40 degrees Celsius showed higher inhibition values of oxidant activity compared to extracts obtained at room temperature or 70 degrees Celsius. No cytotoxic effects were observed on human keratinocytes, suggesting that at the maximum assay concentration, both aqueous and ethanol extracts are safe for cutaneous use.

Gracilaria gracilis Ekstraktlarının Antioksidan ve Sitotoksik Etkilerinin Değerlendirilmesi

Pasta Production Using Gracilaria gracilis, Nutritional Evaluation, and Sensory Evaluation

Pasta Production Using Gracilaria gracilis, Nutritional Evaluation, and Sensory Evaluation  

To begin, combine predefined portions of rice flour, gracilaria gracilis, and chlorella vulgaris in the equipment, and add approximately 30%water to the mixture. After a few minutes of mixing, followed by extruding the pasta, using the equipment, cut it manually. To produce chifferi, dry the pasta at 68 degrees Celsius for 42 minutes, followed by an additional five hours and 30 minutes at 76 degrees Celsius, simulating an industrial process.Finally, vacuum seal the samples and store them in a dark place at room temperature. Take one gram sample in a glass crucible with a filter bottom and position it in the fiber analyzer. Add 150 milliliters of preheated 1.25%sulfuric acid, and two milliliters of anti-foaming agent to the column of each crucible.Remove the solvent and rinse the crucible three times with deionized water to prepare the sample for the basic hydrolysis. After washing the crucibles three times with 150 milliliters of acetone, carefully transfer those to an oven set at 150 degrees Celsius for one hour. Record the final weight.Transfer the crucibles to a muffle furnace, set at 500 degrees Celsius for three hours, and then record the final weight. To determine the fatty acids profile, add two milliliters of 2%sulfuric acid solution in methanol to a 50 milligram sample. Heat the mixture at 80 degrees Celsius for two hours.Then, cool the mixture to room temperature and add one milliliter of ultrapure water and two milliliters of N-heptane to each sample. After vortexing the mixture for one minute, centrifuge it for five minutes. Later, recover the upper N-heptane phase containing the fatty acid methyl esters and transfer it to gas chromatography vials.Analyze the samples in a gas chromatograph equipped with a TR-FAME capillary column, an auto sampler, and a flame ionization detector. Determine the fatty acid profile by comparing the resulting retention times with a standard. Incubate porcelain crucibles for three hours at 105 degrees Celsius.Allow them to cool in a desiccator, and then record their weights. After incubating 10 grams of the sample, as demonstrated previously, calculate its moisture content using the displayed equation. Then, transfer the crucibles with the dried samples to an incinerator heated to 525 degrees Celsius for four hours.After cooling the samples, record their weight. To assess consumer acceptance, use chifferi pasta samples cooked in distilled water for eight minutes. Conduct sensory tests in individual sensory booths located in a sensory analysis laboratory.Evaluate the visual appearance, color, texture, odor, sea taste, overall taste, overall evaluation, and purchase intent of the samples. The pasta received ratings of five and six on a hedonic scale of one to nine for sea taste and visual appearance, respectively. The pasta had a purchase intention score of five and an overall appreciation score of six.

Gracilaria gracilis Kullanılarak Makarna Üretimi, Beslenme Değerlendirmesi ve Duyusal Değerlendirme

Incorporation of Seaweed Extract in Yogurt and Color Stability Evaluation 

To begin, add 50 milliliters of sodium phosphate buffer to one gram of Gracilaria gracilis. After homogenizing the mixture, use a mortar and pestle to macerate the sample for 10 minutes. Transfer the solution to a tube and centrifuge it for 20 minutes at 12298g.After combining the supernatant, slowly add 65%ammonium sulfate, then pellet the precipitate by centrifugation and dissolve it in distilled water. Perform dialysis of the extract using a tubing membrane against water for 24 hours, followed by freeze drying. To incorporate the extract, mix it in yogurt at a concentration of 0.21%Store the samples in individual glass flasks at 4 degrees Celsius until analysis.To check the color stability of the extract in yogurt, calibrate the colorimeter using a white ceramic plate. Fill a cell with approximately 28 grams of the sample and analyze its color. The color stability of the yogurts with pigment was evaluated for 12 days at 4 degrees celsius.The incorporation of the extracts in yogurts showed good color attention with a color difference of 7.01 plus or minus 2.36 after 12 days of storage.