Publication
Production of high-value ingredients from Raphidonema monicae biomass and evaluation of their impact in aquafeed applications
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Varela, J. | |
| dc.contributor.advisor | Pereira, Hugo | |
| dc.contributor.author | Vitorino, Rafael | |
| dc.date.accessioned | 2024-04-19T10:35:04Z | |
| dc.date.available | 2024-04-19T10:35:04Z | |
| dc.date.issued | 2023-12-20 | |
| dc.description.abstract | Global problems including lack of food, clean water, and energy, are worsening, especially in aquaculture due to overfishing damaging ecosystems. Meanwhile, meeting a rising seafood demand while wild fisheries decline is a challenge. However, microalgae, highly adaptable and diverse microorganisms, could provide sustainable feed solutions, but to tap into their potential, it is necessary to optimize biorefinery processing methodologies. In this thesis, a novel microalga, Raphidonema monicae (previously known as Koliella antarctica), was selected to produce fractions enriched in high-value compounds. By combining high-pressure homogenization and enzymatic hydrolysis techniques, a methodology comprised of 1 cycle of HPH at 1068 bars followed by a 1h alcalase treatment at 5% concentration (w/w), 50 ºC, pH 8 was optimized, achieving 71% disruption efficiency. Using fractionation methodologies including micro and ultrafiltration, pH shifting and ethanolic extractions, six fractions were produced, found to be enriched in high-value compounds including PUFA, such as eicosapentaenoic acid (EPA), arachidonic acid (ARA), linoleic acid (LA), α-linolenic acid (ALA), and γ-linolenic acid (GLA), and certain bioactive pigments including lutein, neoxanthin, zeaxanthin and β-carotenes. These, and non-treated and disrupted fractions of R. monicae, to a total of 9 fractions, were evaluated in their potential to improve fish health by assessing the transcriptional response of genes related to the epithelial integrity (OCL and TJP2), antioxidant capacity (GPx and CAT) and immunostimulation (COX2 and IL1B) in the intestine. While these fractions were found to have no significant influence on the transcription response, some up and down-regulatory expression trends were noticed regarding the antioxidant and immunostimulation genes, suggesting the fractions potentially contributed to the protection of the intestine. Further studies are however needed, to fully ascertain if these fractions hold any potential as feed ingredients for the amelioration of fish health. | pt_PT |
| dc.description.abstract | As microalgas são um grupo diverso de microrganismos que possuem notáveis capacidades de adaptação. Como causa e efeito, a composição bioquímica destes organismos também é bastante variada, incluindo um grande leque de diversos compostos com potencial bioatividade, incluindo aminoácidos, açúcares redutores, ácidos gordos polinsaturados (PUFA), proteínas, lípidos, açúcares, vitaminas, pigmentos e fenóis. Tendo em conta a vasta biodiversidade das microalgas, estas têm um elevado potencial como ferramenta para vários setores industriais, sendo utilizadas para o tratamento de águas residuais, bem como fontes sustentáveis de compostos de alto valor com potencial bioatividade para a produção de biocombustíveis, fertilizantes, nutracêuticos, alimentos, entre outros. Com o agravamento de problemas a nível global, como a escassez de alimentos, água potável e energia, é cada vez mais imperativo a procura de soluções. Isto é particularmente importante no setor de aquacultura, que a cada ano que passa está cada vez mais sob pressão à medida que a humanidade tenta transitar da pesca para o cultivo controlado de produtos marinhos. No entanto, os produtos marinhos requerem vários recursos bem como um controlo muito preciso das suas condições de crescimento visto que estão bastante suscetíveis a adoecerem face condições de stress. Neste cenário, as microalgas podem ser utilizadas como recursos sustentáveis para a produção de alimentos de aquacultura ou substituir ingredientes não sustentáveis, bem como fornecer suplementos bioativos capazes de modular o sistema imunológico de forma a fortalecer a vitalidade dos organismos e prevenir o adoecimento. Todavia, para se maximizar o aproveitamento do potencial das microalgas nesta área industrial, é necessário desenvolver uma cadeia de processamento em bio-refinaria que combine técnicas de disrupção, fracionamento e estabilização de biomassa. Nesta tese, a microalga Raphidonema monicae foi escolhida devido ao seu perfil bioquímico enriquecido em compostos bioativos incluindo PUFA e certos tipos de pigmentos. Em relação à sua disrupção, o processamento que combinou técnicas de disrupção via homogeneização de alta pressão (HPH) e hidrólise enzimática (EH) foi otimizado. Em relação à técnica de HPH, verificou-se que a condição mais eficiente para a disrupção da biomassa envolvia uma passagem no homogenizador a uma pressão de 1068 bars, levando a uma eficiência de disrupção de 50%. Em relação à técnica de hidrólise enzimática, verificou-se que das enzimas testadas a 4% (w/w), que incluiu celulase, mananase, viscozyme, pectinase e alcalase, a mais eficiente na disrupção da biomassa foi a alcalase, com uma eficiência de disrupção de 63%. Ao combinar as duas técnicas de disrupção, tendo um tratamento inicial com HPH a 1068 bars, por 1 ciclo, seguido de uma disrupção enzimática com alcalase a 5% (w/w) por 90 minutos a 50 ºC, foi possível atingir uma eficiência de disrupção de 71%. Adicionalmente, foi possível concentrar em 2 vezes os açúcares solúveis e lípidos totais, e em 5 vezes os aminoácidos livres e proteínas solúveis. Através de uma metodologia de fracionamento de solubilização alcalina, micro- e ultrafiltração e extração etanolica, foi possível fracionar esta biomassa em 6 frações enriquecidas em diferentes tipos de compostos de elevado valor. Em relação à extração de pigmentos, foi possível extrair neoxantina até 1,79 mg/g, luteína até 3,75 mg/g, zeaxantina até 0,56 mg/g, α-carotenos até 0,12 mg/g e β-carotenos até 9,84 mg/g. Em relação aos ácidos gordos polinsaturados, foi possível extrair, em abundância relativa de ácidos gordos totais, ácido eicosapentanóico (EPA) até 19.20±3.26 %, ácido linoleico (LA) até 16.27±0.25 %, ácido araquidónico (ARA), até 7.98±0.51 %, ácido α-linolénico (ALA) até 14.59±0.17 %, e ácido γ-linolénico (GLA) até 1.27±0.01 %. As frações atrás mencionadas, assim como a biomassa hidrolisada e a biomassa não tratada foram testadas no seu potencial de melhorar a vitalidade dos peixes, através da avaliação da modulação transcricional destas frações em genes associados com a estabilidade epitelial (OCL; TJP1), resposta antioxidante (GPx; CAT) e imunoestimulação (COX2; IL1B) em células intestinais de dourada (Sparus aurata). No entanto, não foi possível identificar nenhuma influência indutora ou inibitória destas frações na expressão destes genes. Foram, no entanto, detetadas tendências inibitória ou amplificadoras destas frações nos genes associados à resposta antioxidante e imunoestimulação. Mais especificamente, em relação à resposta antioxidante, foi observado uma tendência não significativa amplificadora em ambos os genes. Esta resposta transcricional sugere que os compostos de alto valor presentes nas frações processadas possuíam atividade moduladora da resposta antioxidante, agindo como amplificadores/estimuladores da resposta antioxidante. Em relação à defesa imunológica, foi detetada uma tendência não significativa inibitória em relação ao gene IL1B. Isto sugere que as frações produzidas estariam enriquecidas em compostos anti-inflamatórios que sequestraram compostos inflamatórios e criaram um ambiente com reduzida atividade inflamatória que possibilitou a redução na resposta imunológica. No entanto, tendo e conta que estas tendências observadas foram não significativas, será necessário recorrer a estudos mais aprofundados ex-vivo e in-vivo para avaliar o potencial destas frações no melhoramento da vitalidade dos peixes, como fonte de vários compostos bioativos de alto valor. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 203469976 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.1/20646 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | Raphidonema monicae | pt_PT |
| dc.subject | Bio-refinaria | pt_PT |
| dc.subject | Alto valor | pt_PT |
| dc.subject | Bioativo | pt_PT |
| dc.subject | Pufa | pt_PT |
| dc.title | Production of high-value ingredients from Raphidonema monicae biomass and evaluation of their impact in aquafeed applications | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.grantor | Universidade do Algarve. Faculdade de Ciências e Tecnologia | |
| thesis.degree.level | Mestre | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Biologia Molecular e Microbiana | pt_PT |