Novos métodos de extracção, rendimento, propriedades estruturais e reológicas de carragenana extraida de novos cultivares de Kappaphycus alvarezii das Filipinas

Abstract

A carragenana é um hidrato de carbono economicamente importante (polissacarídeo) derivado de algas vermelhas (Rhodophyta) devido à sua utilização na indústria como agente gelificante, espessante e estabilizante. Kappaphycus alvarezii é a fonte mais comum de kappa-carragenana, cultivada principalmente em países asiáticos. A crescente procura de polissacáridos de algas marinhas levou à introdução de algas não nativas em muitas regiões tropicais. Estas introduções intencionais podem conduzir à sua propagação a partir das zonas agrícolas, o que pode estabelecer-se e alterar a dinâmica dos ecossistemas beneficiários. O aquecimento global representa uma grande ameaça para o cultivo de K. alvarezii. Mudanças abruptas na salinidade, temperatura oceânica e intensidade luminosa causam danos físicos ao Kappaphycus spp., afetando os processos eco-fisiológicos, reprodutivos e metabólicos das algas marinhas, tornando-as mais suscetíveis a doenças e diminuindo sua produtividade (por exemplo, "doença do gelo"). Isto cria a necessidade de produzir novas estirpes destas algas para garantir fontes de carragenana.Convencionalmente, o processo de extração das carragenanas tem sido realizado por um tratamento alcalino de até três horas com aquecimento. A inovação de técnicas de extração aprimoradas é crucial para acelerar as técnicas de extração, reduzindo a pegada ecológica e os custos de solventes, energia e tempo. Este estudo tem como objetivo investigar oito novas estirpes de K. alvarezii das Filipinas e testar e desenvolver novos métodos de extração de carragenana recorrendo a diferentes tratamentos químicos: extração assistida por ultrassons (EAU) e extração por fluido supercrítico (EFS).A espectroscopia FTIR-ATR foi utilizada para caracterizar a estrutura das diferentes frações de carragenana. A caracterização bioquímica foi utilizada para avaliar a eficiência das extrações, e a medição da viscosidade e as propriedades físico-químicas também foram determinadas. O potencial de absorvância UV também foi determinado por espectrofotometria UV-Vis. Assim, informações detalhadas sobre as propriedades e estrutura dos polissacarídeos presentes nos novos cultivares foram reveladas e o potencial industrial avaliado. Os resultados iniciais da extração de polissacarídeos permitiram identificar o cultivar com maior teor de carragenana e foi realizada uma caracterização profunda sobre este, de forma a recolher informação e otimizar os métodos de extração para cada um dos cultivares restantes.Tanto o método de extração convencional quanto a assistida por ultrassom (EAU) usando meio alcalino NaOH (1 M) revelaram valores dentro da gama aceitável para a produção de carragenana refinada comercial. Além disso, a EAU usando meio alcalino KOH (8%) revelou um rendimento alto e semelhante ao método de extração convencional com KOH, aplicando metade do tempo de extração e melhorando a viscosidade, revelando fontes promissoras de carragenana semi-refinada comercial. A extração por fluido supercrítico (EFS) revelou um rendimento relativamente alto de carragenana, mas a viscosidade foi menor e o pH ácido.

Carrageenan is an economically important carbohydrate (polysaccharide) derived from red seaweed (Rhodophyta) because of its use in industry as a gelling, thickening, and stabilizing agent. Kappaphycus alvarezii is the most common kappa-carrageenan source, primarily farmed in Asian countries. The increasing demand for seaweed polysaccharides has led to the introduction of non-native seaweeds in many tropical regions. Such intentional introductions can lead to the spread of these from farming areas, which can become established and alter the dynamics of the recipient ecosystems. Global warming poses a major threat to K. alvarezii cultivation. Abrupt changes in salinity, ocean temperature, and light intensity cause physical damage to Kappaphycus spp., affecting the eco-physiological, reproductive, and metabolic processes of the seaweed, making it more susceptible to diseases and declining its productivity (e.g., "ice-ice disease"). This creates the need to produce novel strains of this seaweed to guarantee carrageenan sources.Conventionally, the extraction process for carrageenans has been performed by an alkaline treatment of up to three hours with heating. The innovation of enhanced extraction techniques is crucial to accelerate extraction techniques while reducing the ecological footprint and the costs of solvents, energy, and time. This study aims to investigate eight novel strains of K. alvarezii from the Philippines and test and develop novel carrageenan extraction methods using different chemical treatments: ultrasound-assisted extraction (UAE) and supercritical fluid extraction (SFE). FTIR-ATR spectroscopy was used to characterize the structure of the different carrageenan fractions. Biochemical characterization was used to assess extractions efficiency, and viscosity measurement and physio-chemical proprieties were also determined. UV-absorbance potential was also determined by UV-Vis spectrophotometry. Thus, detailed information regarding the properties and structure of the polysaccharides present in these novel strains was revealed and their industrial potential evaluated. The initial results of polysaccharide extraction allowed to identify the strain with the highest carrageenan content and a deep characterization was performed on this, in order to collect information and optimizing the extraction methods for each of the remaining strains.Both the conventional extraction method and UAE using NaOH (1 M) revealed values within the acceptable range for commercial refined carrageenan. Furthermore, UAE using KOH (8%) showed a high and similar yield compared with the conventional extraction method under half of the extraction time and improved carrageenan viscosity, revealing promising sources of semi-refined carrageenan. SFE showed a relatively high yield of carrageenan, but the viscosity was found to be lower and the pH acidic.