Assessment of an integrated extraction-purification process for obtaining phlorotannin-rich extracts with antihypergly cemic potential from chilean brown seaweeds
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2022
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Abstract
Chile es el mayor productor de algas de Occidente. Sin embargo, éstas se comercializan secas, principalmente como commodities de bajo valor. En la última década, las algas se han descrito como una gran fuente de compuestos de alto valor beneficiosos para la salud. Entre ellos, destacan los florotaninos por su capacidad antioxidante superior y sus diversas actividades biológicas, como anticancerígena, antidiabética y antinflamatoria. Los florotaninos son compuestos fenólicos característicos de algas pardas, constituidos únicamente por unidades de floroglucinol (1,3,5-trihidroxibenceno). Su obtención ha suscitado gran interés investigativo e industrial. Sin embargo, las algas acumulan metales, y se han detectado niveles de metales pesados potencialmente tóxicos en algas comestibles y productos derivados. El objetivo de este trabajo fue diseñar un proceso de extracción/purificación eficiente para la obtención de extractos de florotaninos inocuos y grado alimentario con potencial antihiperglicémico desde las algas chilenas Durvillaea incurvata y Lessonia spicata. Se estudió la parte del talo —disco, estipe y fronda— y dos áreas de cosecha —Las Cruces y Niebla. Para la obtención de los extractos de florotaninos, se evaluó la eficiencia de un proceso de extracción con líquido caliente presurizado (ELCP) basado en glicerol (15% v/v en agua), solvente amigable con el medio ambiente y grado alimentario. Posteriormente, se diseñó un proceso de purificación en resina macroporosa para
recuperar los florotaninos y eliminar contaminantes de los extractos (metales pesados y manitol). Para ello, se estudiaron las capacidades de adsorción/desorción de las resinas HP-20, XAD7HP y XAD16N. Se analizaron los efectos de la especie, la parte del talo y el área de cosecha, en el contenido de polifenoles y florotaninos de los extractos; la capacidad antioxidante y la actividad inhibitoria de las enzimas de la hidrólisis de carbohidratos — -glucosidasa y -amilasa. La estructura química de los florotaninos se determinó mediante HPLC-MSn para establecer relaciones estructura-función. ELCP con glicerol-agua al 15% v/v mostró una alta eficiencia en la extracción de los polifenoles de las algas, con recuperaciones entre 60% y 180% de la obtenida con extracción clásica con acetona. La parte del talo demostró un efecto significativo en el contenido de polifenoles (CPT) y la capacidad antioxidante de los extractos crudos, mostrando el disco los valores más altos (CPT: 95 ± 24 mg equivalentes de floroglucinol/g de extracto seco; DPPH: 400 ± 140 mol equivalentes de Trolox/g extracto seco; ORAC: 560 ± 130 mol ET/g extracto seco). Adicionalmente, los extractos crudos de disco presentaron las actividades inhibitorias de -glucosidasa más altas, y los extractos de D. incurvata de Niebla mostraron una actividad equivalente a quince veces la de la acarbosa. La fronda de D. incurvata de Niebla también mostró resultados prometedores, ya que los extractos presentaron una actividad inhibitoria 2,5 veces mayor a la de la acarbosa. No se detectó actividad inhibitoria de -amilasa en ningún extracto. Se encontraron niveles de cadmio potencialmente peligrosos (por encima de la norma francesa) y concentraciones de manitol de hasta un 50% del peso seco en la mayoría de las algas y extractos crudos. Entre las resinas macroporosas estudiadas y las concentraciones de etanol en el eluyente, HP-20 y etanol al 80% v/v mostraron el mejor rendimiento de
adsorción/desorción de florotaninos. Los extractos purificados evidenciaron recuperaciones de polifenoles de hasta un 66% y 29 veces de enriquecimiento. En la mayoría de los purificados las concentraciones de cadmio se redujeron a niveles por debajo del límite de cuantificación. No se detectó manitol en ningún purificado. Los isómeros de fucoles/floretoles/fucofloretoles de bajo peso molecular (hasta 4 unidades de floroglucinol) fueron los florotaninos más representativos en todos los extractos. Algunos fenoles vegetales, principalmente ácidos hidroxicinámicos, ácidos hidroxibenzoicos y flavonoles, se detectaron en bajas concentraciones o en trazas. Las altas abundancias de florotaninos —especialmente fucoles/floretoles/fucofloretoles— y la presencia de especies con alto grado de polimerización (hasta 21 unidades de floroglucinol) explicarían mayoritariamente la alta actividad inhibitoria de -glucosidasa de los extractos de discos y de fronda de D. incurvata de Niebla. En conclusión, el proceso integrado de ELCP y purificación en resina macroporosa demostró ser eficiente para la obtención de extractos seguros y grado alimentario ricos en florotaninos, y con actividad antihiperglicémica in vitro, de D. incurvata y L. spicata. Adicionalmente, se demostró que D. incurvata tiene un gran potencial para la obtención de productos antihiperglicémicos en base a florotaninos. Este estudio ayuda a revalorizar las algas chilenas como fuente de productos de alto valor agregado.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2022