Las microalgas se están posicionando como una fuente invaluable de diversas materias primas, entre las que destacan los pigmentos. Estos compuestos coloridos no solo aportan belleza a nuestro entorno, sino que también poseen propiedades biológicas excepcionales con aplicaciones en alimentación, cosmética, farmacia y otras industrias.
Aunque tradicionalmente se ha aprovechado su biomasa completa, la investigación actual se centra en la extracción de componentes específicos, entre los que destacan los pigmentos. Los científicos de la Universidad del Mar y de la Universidad Nacional Autónoma de México publicaron una revisión científica en la revista World Journal of Microbiology and Biotechnology en donde detallan las principales estrategias adoptadas durante la última década, incluyendo los ajustes de luz, y las características del medio mineral para mejorar aún más los contenidos de pigmentos de las microalgas durante el cultivo autótrofo.
Biomasa Microalgal: Un Recurso Versátil
Inicialmente, la biomasa total fue el principal producto obtenido de las microalgas. Si bien sigue siendo relevante en términos de volumen y valor económico, con aplicaciones en nutrición humana, alimentación animal y fertilizantes, su potencial se ha ampliado gracias a la biorefinería. Este proceso permite obtener derivados industriales específicos como lípidos, carbohidratos, proteínas y pigmentos.
Entre estos derivados, los pigmentos destacan por su alto valor añadido y su amplia gama de aplicaciones, desde colorantes alimentarios naturales hasta componentes cosméticos y farmacéuticos. Además, los pigmentos microalgales suelen exhibir una mayor bioactividad antioxidante que los de origen vegetal, siendo una alternativa más saludable a los sintéticos.
Tipos de Pigmentos en Microalgas
Los pigmentos microalgales se clasifican en cuatro grupos principales: clorofilas, carotenoides, ficobiliproteínas y polifenoles. Cada uno desempeña funciones específicas dentro de la célula y posee características químicas únicas.
- Clorofilas: Estos pigmentos son esenciales para la fotosíntesis, proceso mediante el cual las microalgas convierten la energía solar en energía química. La clorofila a es el pigmento principal en la mayoría de los organismos fotosintéticos, aunque existen excepciones como la clorofila d en ciertas cianobacterias.
- Carotenoides: Además de participar en la fotosíntesis, los carotenoides cumplen funciones protectoras contra el estrés oxidativo. Destacan por su intensa coloración y propiedades antioxidantes, lo que los convierte en ingredientes valiosos en la industria alimentaria, cosmética y farmacéutica.
- Ficobiliproteínas: Estos pigmentos, exclusivos de cianobacterias y algunas algas rojas, son responsables de la coloración azul y roja de estos organismos. Además de su función fotosintética, presentan propiedades fluorescentes con aplicaciones en biotecnología.
- Polifenoles: Si bien tradicionalmente asociados a plantas terrestres, estos compuestos también se encuentran en algunas microalgas. Destaca su potente actividad antioxidante y su potencial como colorantes naturales.
Aplicaciones de los Pigmentos Microalgales
Más allá de su función estética, los pigmentos microalgales poseen notables propiedades bioactivas. Actúan como nutracéuticos y agentes farmacéuticos, contribuyendo al bienestar humano. Es importante destacar que cada pigmento, con su estructura química única, desempeña funciones biológicas específicas.
Los pigmentos microalgales son moléculas orgánicas con un cromóforo caracterizado por cadenas largas o anillos cerrados de dobles enlaces de carbono conjugados, capaces de absorber regiones específicas del espectro visible.
Los pigmentos microalgales ofrecen una amplia gama de aplicaciones comerciales:
- Industria alimentaria: Como colorantes naturales, sustitutos de aditivos artificiales.
- Salud: Por sus propiedades antioxidantes y antiinflamatorias, como suplementos nutricionales.
- Cosmética: Como ingredientes activos en productos antienvejecimiento y protectores solares.
- Farmacéutica: Como base para el desarrollo de nuevos fármacos.
- Biotecnología: Como marcadores fluorescentes y biosensores.
Microalgas Estrellas de la Pigmentación
Entre la diversidad de microalgas, cuatro grupos se destacan por su riqueza en pigmentos de alto valor agregado: cianobacterias, rodofitas, clorofitas y heterokontofitas. Algunas especies dentro de estos grupos acumulan cantidades significativas de pigmentos particulares.
Optimizando la Producción de Pigmentos
Para incrementar la producción de pigmentos en cultivos de microalgas, los investigadores han explorado diversas estrategias en la última década. La manipulación de la luz, tanto en cantidad como en calidad, así como la duración del ciclo de fotoperiodo, ha demostrado ser efectiva. Asimismo, la composición del medio de cultivo, incluyendo salinidad, concentración de nutrientes y presencia de sustancias inductoras, influye en la síntesis de pigmentos.
Un aspecto interesante es que, a diferencia de los pigmentos relacionados con la fotosíntesis, la acumulación de polifenoles y carotenoides secundarios suele requerir condiciones de estrés. Esta observación abre nuevas perspectivas para la optimización de cultivos.
El estudio destaca que para maximizar el rendimiento de pigmentos en cultivos de microalgas, se han desarrollado diversas estrategias:
- Manipulación de la luz: Ajustar la intensidad y calidad de la luz influye en la síntesis de pigmentos.
- Control de nutrientes: Inducir condiciones de estrés nutricional puede estimular la producción de ciertos pigmentos.
- Salinidad: Algunos pigmentos se acumulan en respuesta a altas concentraciones de sal.
- Agentes inductores: La adición de sustancias químicas puede promover la síntesis de pigmentos específicos.
- Nanopartículas y campos magnéticos: Tecnologías emergentes con potencial para aumentar la producción de pigmentos.
Tecnologías de Punta para la Enriquecimiento de Pigmentos
Dos innovadoras tecnologías están revolucionando la producción de pigmentos microalgales: la aplicación de nanopartículas metálicas y la utilización de campos magnéticos. Estos enfoques ofrecen prometedoras posibilidades para aumentar los niveles de pigmentos de interés comercial.
Conclusión
Las microalgas representan una fuente sostenible y versátil de pigmentos naturales con múltiples aplicaciones. Comprender los factores que influyen en la producción de estos compuestos es fundamental para desarrollar estrategias de cultivo eficientes y optimizar su extracción. El futuro de la industria de pigmentos parece brillante, gracias a los avances científicos y tecnológicos en este campo.
El estudio fue financiado por el proyecto DGAPA UNAM.
Contacto
Aitor Aizpuru
Universidad del Mar, Campus Puerto Ángel
San Pedro Pochutla, 70902, Oaxaca, México
Email: aitor@angel.umar.mx
Armando González-Sánchez
Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México
Ciudad Universitaria, Circuito Escolar, 04510, Mexico City, Mexico
Email: agonzalezs@iingen.unam.mx
Referencia (acceso abierto)
Aizpuru, A., González-Sánchez, A. Traditional and new trend strategies to enhance pigment contents in microalgae. World J Microbiol Biotechnol 40, 272 (2024). https://doi.org/10.1007/s11274-024-04070-3
