Las microalgas parecen ser un sustituto potencial a los cultivos agrícolas, debido a que producen rápidamente una gran biomasa que puede servir como una buena fuente de varios ingredientes funcionales que no se producen/sintetizan dentro del cuerpo humano y compuestos bioactivos no esenciales de alto valor.
Los metabolitos bioactivos derivados de las microalgas poseen varias bioactividades que incluye actividades antioxidantes, antiinflamatorias, antimicrobianas, anticancerígenas, antihipertensivas, antilipidérmicas y antidiabéticas, lo que eleva rápidamente su demanda como una opción interesante en productos farmacéuticos, nutracéuticos y alimentos funcionales.
Los investigadores de la Punjab Agricultural University, de la University of Massachusetts, de la Agricultural University, de la Chemical Resources (CHERESO), y de la SRUC Barony Campus, publicaron una revisión científica donde proporcionan conocimiento actualizados sobre las perspectivas de los metabolitos bioactivos de las microalgas, sus bioactividades relacionadas con la salud, el proceso de cultivo y recolección de microalgas, la extracción y purificación de los metabolitos bioactivos, el papel como suplementos dietéticos o alimentos funcionales, sus aplicaciones comerciales en las industrias nutricional y farmacéutica y los retos en esta área de investigación.
Nutrientes bioactivos
Los nutrientes bioactivos o bioproductos son sustancias fisiológicamente activas con propiedades funcionales que pueden potencialmente mejorar la salud. Estos incluyen enzimas, vitaminas, esteroles, pigmentos, ácidos grasos, proteínas y alcaloides.
El crecimiento de las microalgas en ambientes extremos y condiciones fototróficas les han permitido desarrollar un sistema protector en la forma de compuestos bioactivos como antioxidantes, clorofilas, carotenos y ficobiliproteínas.
Los compuestos bioactivos de origen microalgal como el β-caroteno, la ficocianina, el ácido linolénico, el ácido oleico, la vitamina E, la cobalamina (vitamina B12), la cianovirina, la luteína y la zeaxantina han mostrado acciones antimicrobianas, antienzimáticas, antibióticas, anticancerígenas, antiinflamatorias, fotoprotectoras, propiedades antienvejecimiento, antioxidantes e hipocolesterolemiantes.
Las microalgas pueden servir como material de partida de micro y macronutrientes para la industria de alimentos, piensos, farmacéutica, médica y cosmética.
Compuestos bioactivos de microalgas
Las microalgas son la fuente de varios compuestos bioactivos valiosos que pueden ser agrupados en carbohidratos, proteínas, pigmentos, esteroles, ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs), vitaminas, alcaloides y algunos otros compuestos.
Asimismo, las microalgas producen ácidos grasos y lípidos acilo exóticos que no se encuentran normalmente en las plantas terrestres. Inicialmente, el objetivo clave de la investigación de lípidos de microalgas era la producción de biodiésel, pero estos lípidos también se pueden utilizar como fuentes nutricionales alternativas o como nutracéuticos.
Los lípidos de microalgas se componen principalmente de lípidos polares (fosfolípidos y galactolípidos) y lípidos neutros (acilgliceroles, ácidos grasos libres y carotenoides). Durante la fase de crecimiento exponencial, las microalgas son en su mayoría ricas en lípidos polares, mientras que los triacilgliceroles se acumulan en condiciones de estrés cuando los nutrientes están restringidos, lo que es característico en la fase estacionaria.
Extracción de metabolitos bioactivos de microalgas
El paso clave para la producción de metabolitos bioactivos derivados de microalgas es el proceso de cultivo y cosecha.
Al ser de naturaleza versátil, las microalgas son capaces de crecer en diversas condiciones, como cultivo fototróficos, mixotróficos o heterótrofos. La producción comercial puede ser al aire libre, en tanques de hormigón, estanques poco profundos, lagunas, raceways; y el cultivo en interiores puede ser en fotobiorreactores de columna vertical, tubular cerrado, airlift o de placa plana.
La cosecha de microalgas implica una serie de métodos de disolución sólido-líquido mecánicos, biológicos, químicos y eléctricos.
Dependiendo de la calidad y cantidad de biomasa, tiempo de procesamiento, tipo de especie y costo, diferentes métodos como filtración, coagulación, centrifugación, floculación o en combinación, se emplean para deshidratar microalgas.
Bioactivos como suplementos de alimentos y nutrientes
El cultivo de microalgas para la producción de biomasa a nivel comercial se inició hace aproximadamente 60 años con la producción masiva de Chlorella vulgaris en Japón y Taiwán, y se estableció el cultivo de Dunaliella salina, Spirulina y Haematococcus pluvialis en Tailandia, China, Israel, Estados Unidos y Australia en 1980.
Arthrospira (espirulina) está ganando popularidad en todo el mundo debido a la presencia de proteínas, ficocianina, fenoles, pigmentos (carotenoides, xantofilas), ácidos grasos poliinsaturados como el ácido linolénico y vitaminas (A, B1, B2, B12).
La Chlorella, al igual que la Spirulina, también se usa como alimento natural o se puede incorporar en dulces, frijoles, pastas y bocadillos porque es rica en proteínas, polisacáridos, ácido ascórbico, vitaminas, minerales y pigmentos.
Debido a su alto contenido en lípidos y vitaminas, la Dunaliella salina también se cultiva como complemento alimenticio. Tiene un alto contenido de betacaroteno y, por lo tanto, podría utilizarse como pigmento alimentario natural.
Scenedesmus también se reconoce como una fuente dietética de nutrientes, pero su producción a escala comercial está restringida. Sus extractos líquidos o biomasa seca se pueden integrar en varios alimentos como pastas, bocadillos, sopas, postres y fideos.
Haematococcus parece ser la fuente más capaz de astaxantina para la producción industrial en comparación con la síntesis química tradicional.
Desafíos en la producción de microalgas
El uso de la biomasa de microalgas como base de bioproductos valiosos aún no es fácil de hacer a escala comercial debido a las preocupaciones y desafíos limitados, independientemente de una serie de esfuerzos e investigaciones sobre las microalgas.
Entre los desafíos más frecuentes se encuentra el procesamiento de microalgas que regulan la formación gradual de compuestos bioactivos.
La digestibilidad de los nutracéuticos a base de microalgas no varía exclusivamente con los rasgos genéticos, sino también con el proceso de alta tecnología posterior que está involucrado en la producción de biomasa.
El otro factor limitante de la utilización de microalgas a escala comercial para la ingesta humana es la presencia de un alto contenido de ácidos nucleicos que se descomponen en ácido úrico y pueden provocar problemas de salud como la gota.
Conclusión
La revisión científica exploró la perspectiva de las microalgas para varios metabolitos bioactivos renovables y sostenibles con propiedades valiosas que pueden explotarse en las industrias nutracéutica, alimentaria y farmacéutica.
No obstante, para comercializar valiosos bioproductos basados en las microalgas, se deben superar muchos obstáculos.
Referencia (acceso libre)
Kaur, M., Bhatia, S., Gupta, U. et al. Microalgal bioactive metabolites as promising implements in nutraceuticals and pharmaceuticals: inspiring therapy for health benefits. Phytochem Rev (2023). https://doi.org/10.1007/s11101-022-09848-7
