Abstract:
O interesse na produção de astaxantina de fontes naturais vem aumentando
significativamente, devido principalmente à sua capacidade como potente agente
antioxidante. Na obtenção da astaxantina por via biotecnológica, a microalga
Haematococcus pluvialis é um dos micro-organismos industrialmente mais
interessantes. Entretanto, como a maioria dos carotenoides, a astaxantina é uma
molécula altamente insaturada que pode ser facilmente degradada por processos
térmicos. Em função desta instabilidade, uma possibilidade que se abre, a fim de
proteger sua atividade biológica de fatores ambientais e reforçar a sua estabilidade
física, é o encapsulamento. Neste sentido, este trabalho vem contribuir em inovações
relacionadas ao desenvolvimento de tecnologia para ruptura celular, extração e
nanoencapsulamento de astaxantina produzida por via biotecnológica, mais
especificamente de astaxantina obtida através do cultivo de H. pluvialis. Neste estudo,
os cultivos foram realizados em meio BBM e acetato de sódio e conduzidos a
temperatura constante de 25±1 ºC em fotobiorreatores de 1 L com aeração por
borbulhamento de ar de 300 mL.min-1
, agitação manual diária e sob iluminância
constante de 444 µmol fótons.m-2
s
-1
durante 15 dias, sendo inoculados com suspensão
de microalgas previamente preparada, na proporção de 10%, e pH ajustado em 7,0. A
biomassa foi recuperada dos cultivos por centrifugação e seca a 35 °C por 48 h. Em
seguida, foram empregadas diferentes técnicas de ruptura celular (química, mecânica e
enzimática). Após a ruptura, foi realizada a extração dos carotenoides e a quantificação
dos carotenoides totais (µg.g-1
) e da extratibilidade (%). Entre os solventes testados no
método de ruptura química, o diclorometano foi o selecionado para a extração dos
pigmentos carotenoides. Dentre as técnicas mecânicas de ruptura celular, a maceração
da biomassa congelada com terra diatomácea resultou na maior extratibilidade e
carotenoides totais (66,01% e 972,35 μg.g-1
). A melhor condição de lise da parede
celular de H. pluvialis, utilizando o preparado enzimático Glucanex®
, ocorreu em pH do
meio reacional de 4,5 a 55 ºC, com atividade inicial de β-1,3-glucanase de 0,6 U.mL-1
e
um tempo de reação de 30 min, alcançando-se 17,73% de atividade lítica relativa.
Nestas condições, com a reação enzimática assistida por ultrassom sem congelamento
prévio da biomassa, atingiu-se 83,90% e 1235,89 µg.g
-1
, respectivamente, para
extratibilidade e carotenoides totais. Dentre as técnicas combinadas testadas, a
maceração com terra diatomácea associada à lise enzimática apresentou valores de
extratibilidade e carotenoides totais de, respectivamente, 93,83% e 1382,12 µg.g-1
. No
encapsulamento do extrato contendo astaxantina obtido por lise enzimática associada
por ultrassom, envolvendo a coprecipitação com PHBV (poli(3-hidroxibutirato-cohidroxivalerato))
em fluidos supercríticos, o aumento da pressão tendeu a reduzir o
diâmetro da partícula formada, enquanto que o aumento da relação biomassa contendo
astaxantina:diclorometano usada na etapa de extração incrementou o percentual de
encapsulamento e a eficiência de encapsulamento para ambas pressões testadas (80 e
100 bar). Os maiores valores de percentual de encapsulamento (17,06%) e eficiência de
encapsulamento (51,21%) foram obtidos nas condições de 80 bar e relação
biomassa:diclorometano de 10 mg.mL
-1
. Nestas condições, o diâmetro médio de
partícula foi de 0,228 µm. Com base nos resultados obtidos, técnicas para a obtenção de
astaxantina de H. pluvialis e seu encapsulamento foram desenvolvidas com sucesso,
podendo ser extendidas a outros produtos intracelulares de microalgas.
The interest in the production of astaxanthin from natural sources has increased
significantly, mainly due to its capacity as a powerful antioxidant. In the
biotechnological production of astaxanthin, the microalgae Haematococcus pluvialis is
one of the industrially most interesting microorganisms. However, as most of the
carotenoids, astaxanthin is a highly unsaturated molecule and can be easily degraded by
thermal processes. In function of this instability, in order to protect its biological
activity of environmental factors and enhance their physical stability, the encapsulation
is a possibility to avoid damages. Thus, this work contributes with innovations in the
development of technologies related to cell rupture, extraction and nanoencapsulation of
astaxanthin produced by biotechnological methods, more specifically astaxanthin
obtained in the cultivation of H. pluvialis. In this study, the cultivation was performed
using BBM and sodium acetate medium and performed at a constant temperature of
25±1 °C in photobioreactors of 1 L with aeration of 300 ml.min -1
, daily manual
agitation and under constant illuminance of 444 μmol fotons.m-2
s
-1
for 15 days,
inoculated with a previously prepared suspension of microalgae, corresponding to 10%,
and pH adjusted to 7.0. The biomass was recovered from cultures by centrifugation and
dried at 35 °C for 48 h. In sequence, different techniques of cell disruption were
employed (chemical, mechanical and enzymatic). After the rupture, it was performed
the extraction of carotenoids, and total carotenoids (μg.g-1
) and extractability (%) were
determined. Among the solvents tested in chemical rupture method, dichloromethane
was selected for extraction of carotenoid pigments. Among the mechanical cell
disruption techniques, maceration with diatomaceous earth with previous freezing of
biomass resulted in the highest extractability and total carotenoid (66.01% and 972.35
μg.g-1
). The best condition for enzymatic lysis of cell wall, using the enzymatic
preparation Glucanex®
, has occurred in pH 4.5 at 55 °C, with β-1,3-glucanase initial
activity of 0.6 U.mL-1
and reaction time of 30 min. In these condictions, with enzymatic
reaction assisted by ultrasound without previous freezing, it was reached 83.90% and
1235.89 μg.g-1
, respectively, for extractability and total carotenoid. Among the
combined techniques, maceration with diatomaceous earth associated with enzymatic
lysis showed values for extractability and total carotenoid of 93.83% and 1382.12
μg.g-1
, respectively. In the encapsulation of the extract containing astaxanthin produced
by enzymatic lysis assisted by ultrasound, involving the coprecipitation with PHBV
(poly (3-hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate)) in pressurized fluids, the increase of
pressure decreased the particle diameter, while the increase of biomass containing
astaxanthin:dichoromethane ratio led to an increase of encapsulation percentage and
encapsulation efficiency for both pressures (80 and 100 bar). The best values for
encapsulation percentage (17.06%) and encapsulation efficiency (51.21%) were
obtained with 80 bar and biomass:dichloromethane ratio of 10 mg.mL-1
. In these
condictions, the mean diameter of the particles was 0.228 µm. Based on the results
obtained, techniques for obtaining astaxanthin from H. pluvialis and their encapsulation
have been successfully developed, may be extended to other intracellular products from
microalgae.
