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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA SUR
ÁREA DE CONOCIMIENTOS DE CIENCIAS DEL MAR
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE BIOLOGÍA MARINA
TESIS
RENDIMIENTO Y CALIDAD DE ALGINATO DEL ALGA CAFÉ EUALARIA FISTULOSA (POSTEL Y RUPRECHT) M.J.
WYNNE DE LAS ISLAS ALEUTIANAS, ALASKA.
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
BIÓLOGO MARINO
PRESENTA:
MIGUEL ÁNGEL VILLA ARCE
DIRECTOR:
DR. GUSTAVO HERNÁNDEZ CARMONA
LA PAZ, BAJA CALIFORNIA SUR, NOVIEMBRE DE 2013.
i
RESUMEN
La demanda de algas por parte de las industrias procesadoras de alginatos
ha ido en aumento debido a la alta demanda que tienen y sus diversas
aplicaciones. El presente trabajo tuvo como objetivo analizar la composición
química proximal, el rendimiento y los parámetros de calidad del alginato de
Eualaria fistulosa, con la finalidad de determinar la viabilidad de utilizar esta
especie como un recurso alterno para la producción comercial de alginato. La
extracción del alginato y la determinación de sus parámetros de calidad se llevó a
cabo mediante los métodos propuestos por Arvizu-Higuera et al. (1997) y
Hernández-Carmona et al. (2012) respectivamente. Los análisis químicos
proximales mostraron que E. fistulosa puede utilizarse como suplemento
alimenticio, presenta un promedio de: humedad 11.56%, proteína 14.31%, extracto
etéreo 0.24%, fibra cruda 5.84%, ceniza 34.26%, carbohidratos 44.58% y energía
2,579 k cal. El rendimiento de alginato de E. fistulosa fue de 14.12%, su variación
espacial mostró diferencias significativas, al igual que con los parámetros físicos
(viscosidad y fuerza de gel). Los valores promedios fueron: viscosidad 522.5
mPa·s y fuerza de gel 1,944 g cm-2. Estos valores son apropiados para la
aplicación de los alginatos de esta especie en las industrias que requieren un
producto con alta fuerza de gel, como la biotecnológica, biomédica y alimenticia.
E. fistulosa es un alga café que podría considerarse como recurso alterno para la
extracción de alginatos.
Palabras claves: alginato, rendimiento, viscosidad, fuerza de gel, análisis
químicos proximales.
ii
DEDICATORIA
Este Trabajo está dedicado a:
Mi hermosa mamá Ma. Lourdes Arce Arce y a mi papá Miguel A. Villa Zavala,
gracias por apoyarme y por contar siempre con ustedes en las buenas y en las
malas.
A mis tres hermanas Beatriz A., Legna C. y Gema V., por financiarme copias,
pesero, comidas y millones de cosas más!, Al igual a Catalina Ortiz (Katy).
Ahhhh y sin duda a mis sobrinos (Natalia, Nicole, Antonio, Bernardo y Ángel)
por ponerle emoción e intensidad a mi vida por sus ocurrencias.
Finalmente a mi tía Alma Rosa Villa de Segura (Q.E.D), que fue mi segunda
madre.
…“¡Siempre hay que ser positivos e intentar realizar lo que creemos nos es
imposible, para eso se hicieron los retos... para superarlos!”.
iii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco primordialmente a mi director de tesis Dr. Gustavo Hernández
Carmona, por todo su apoyo durante este proceso y por darme la oportunidad de
realizar este trabajo MUCHAS GRACIAS!
Este trabajo se desarrolló como parte de las investigaciones coordinadas por
la Dra. Brenda Konar, bajo el proyecto de la NSF "Kelp Forest Interaction Webs in
the Aleutian Archipelago: Patterns and Mechanisms of Change Following the
Collapse of an Apex Predator". Agradezco al M.C. Renato Borras quien asistió a
esta expedición y nos proporcionó las muestras de alga, que fueron vitales para la
realización de este trabajo.
A mi comité: Dr. Rafael Riosmena Rodríguez y Dr. Juan Manuel López Vivas
por su gran contribución, sugerencias y tiempo dedicado.
A los revisores: M.C Elizabeth Montesinos Rodríguez y M.C. Alvin Noé
Suárez, por dedicarle parte de su tiempo contribuyendo de forma importante con
sus sugerencias y correcciones.
Al Dr. Mauricio Muñoz (Por estar siempre pendiente), M.C. Dora Luz Arvizu y
el Dr. Jesús Iván Murillo. Gracias por sus consejos durante el periodo que estuve
realizando mi tesis y por ayudarme en cualquier detalle.
A mis grandes e invaluables amigos de la carrera: Araceli (Arachola), Lupita
(Lupis), Vicky (Vickichy), Ana (No te tenía nombre, porque te enojabas) y Belén
(Belensita), gracias por todo el apoyo, sin duda se los agradezco!
También gracias a todos los compañeros del laboratorio!
iv
INDICE
Resumen i
Dedicatoria ii
Agradecimientos iii
Índice iv
Lista de tablas vi
Lista de figuras vi
Glosario vii
1. Introducción 1
1.1. Generalidades 1
1.2. Estructura química, función biológica y producción de alginato 2
1.3. Eualaria fistulosa (Postel y Ruprecht) M.J. Wynne: descripción
morfológica y distribución
5
1.4. Ciclo de vida 7
1.5. Clasificación taxonómica de Eualaria fistulosa 8
2. Antecedentes 9
2.1. Generalidades 9
2.2. Composición química y producción 9
2.3. Rendimiento, viscosidad y fuerza de gel 10
2.4. Producción de alginatos en México. 13
2.5. Estudios referentes a E. fistulosa 13
v
3. Justificación 14
4. Hipótesis 16
5. Objetivo general 16
5.1. Objetivos particulares 16
6. Área de estudio 17
7. Material y métodos 20
7.1. Análisis químicos proximales 20
7.2. Hidratación y pre-extracción ácida 20
7.3. Extracción alcalina 21
7.4. Rendimiento y determinación de viscosidad 22
7.5. Fuerza de gel 23
7.6. Análisis estadísticos 24
8. Resultados 25
9. Discusión 30
10. Conclusiones 35
11. Recomendaciones 35
12. Bibliografía 36
vi
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Distribución de las localidades de acuerdo a su ubicación
geográfica……………………………………………………………………..………
19
Tabla 2. Análisis químicos proximales de E. fistulosa……….………………….. 25
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Estructura del ácido manurónico (a) y gulurónico (b), bloques de
ácidos en agrupación MM (c) y GG (d) (Tomado de Santacruz et al.,
2005)…………………………………………………………………………………..
03
Figura 2. Eualaria fistulosa y sus estructuras (Modificado de Wynne,
2009)…………………………………………………………………………………..
06
Figura 3. Distribución de E. fistulosa, desde las costas de Alaska, EUA,
hasta las costas de Japón y Rusia, también reportando en California (EUA) y
Baja California (México)……………………………….………………………….…
07
Figura 4. Ubicación de las islas muestreadas del Archipiélago las Aleutianas,
Alaska (USA)…………………………………………………………………….……
18
Figura 5. Determinación del rendimiento de alginato de sodio entre las
diferentes localidades del Archipiélago Islas Aleutianas. Las líneas verticales
indican +1 DE. Las letras indican las muestras que son significativamente
iguales o diferentes (p < 0.05)..……………………………………...……………..
26
Figura 6. Viscosidad de las soluciones de alginato de sodio, viscosidad a
22C° con (NaPO3 )6 entre las diferentes localidades del Archipiélago las Islas
Aleutianas. Las líneas verticales indican +1 DE. Las letras indican las
muestras que son significativamente iguales o diferentes (p < 0.05)…………..
28
Figura 7. Fuerza de gel de los geles de alginato de calcio, determinada para
las diferentes localidades del archipiélago Islas Aleutianas. Las líneas
verticales indican +1 DE. Las letras indican las muestras que son
significativamente iguales o diferentes (p < 0.05)………………………………...
29
vii
GLOSARIO
Esporofilos: Órgano laminar (en forma de hoja) en el que se localizan las
esporas.
Esporófito: Planta que, en alguna fase de su ciclo biológico, se reproduce por
esporas.
Gametófito: Generación haploide que procede de las esporas y origina los
gametos.
Isomerización: Proceso de reordenación interna de los átomos de una molécula
para obtener un isómero.
Isómero: Compuestos que tienen los mismos números de átomos de los mismos
elementos pero diferente estructura y como consecuencia, diferentes
propiedades.
Litófita: Plantas o algas que crecen en o sobre rocas.
Monómeros: Una molécula simple, que puede ligarse a otras para formar un
polímero.
Polisacárido: Polímero de carbohidratos, compuesto por monómeros de
monosacáridos.
Zoospora: Células reproductivas de algas y plantas.
Rizoide: Se aplica al pelo o al filamento que funciona como una raíz en ciertas
plantas que carecen de ella.
Estipe: Órgano entre el sujetador y la fronda.
1
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Generalidades
Las algas marinas constituyen un grupo importante de organismos
heterogéneos que han adquirido un gran valor comercial en la actualidad, ya que
son recursos susceptibles de explotación sustentable. Esto se debe a las múltiples
aplicaciones que tienen, entre ellas destaca el uso alimenticio e industrial, debido
a que son una fuente importante de polisacáridos, ampliamente utilizados por sus
propiedades reológicas (Hernández-Carmona et al., 2012). Dentro de los
productos industriales que pueden extraerse de las algas encontramos los
ficocoloides (Boraso et al., 2004) los cuales se definen como aquellos compuestos
de las algas que tienen la capacidad de formar soluciones viscosas o geles.
Existen tres tipos principales de ficocoloides: agar y carragenano que se
encuentran en las algas rojas (Rhodophytas) y alginato, que se encuentra en las
algas cafés (Ochrophytas) (García y Martel, 2005).
La clase Phaeophyceae está conformada por géneros que habitan en su
mayoría ambientes marinos, con excepción de algunos que se encuentran en
ambientes dulceacuícolas. Las algas cafés se caracterizan por poseer como
pigmento accesorio la fucoxantina, por ser litofitas y por distribuirse en mares
templados o subpolares, predominando por lo general en la zona intermareal
rocosa, constituyendo la vegetación más destacada, tanto por su variedad,
biomasa y tamaño de sus talos, que van desde centímetros hasta los de gran
2
tamaño, que superan 50 m y que forman extensos bosques marinos (Darley, 1987;
Acleto y Zuñiga, 1998; Druehl, 2003; Boraso et al. 2004). Actualmente se
considera que las algas cafés tienen un gran valor económico debido a que se
utilizan como fertilizantes, alimento y para la extracción del ácido algínico y sus
derivados (alginatos) (Darley, 1987).
La técnica para la extracción de alginatos se basa en una serie de
reacciones de intercambio iónico, que permite extraer el producto de una materia
prima en particular. El procedimiento se ha ido modificando y optimizando con el
tiempo, permitiendo la producción de distintos tipos de alginatos con diferentes
grados de calidad para su uso en numerosos productos con particularidades
únicas (Yabur-Pacheco, 2005).
1.2. Estructura química, función biológica y producción de alginato
El ácido algínico es un polisacárido lineal que consiste de dos unidades
monoméricas o dos ácidos urónicos, el β-D-Manurónico (M) y el α-L-Gulurónico
(G) isómero del primer ácido (Figura 1). La agrupación de estos dos ácidos se
realiza en bloques MM, GG o MG mediante un enlace glucosídico β (1-4). La
fuerza, conformación y rigidez de las cadenas de estos dos grupos de ácidos
definen las propiedades estructurales internas de los alginatos a producir, como lo
es la elasticidad y fuerza del gel (Lobban y Harrison, 1997; Miranda-Medina et al.,
2008).
3
Figura 1. Estructura del ácido manurónico (a) y gulurónico (b), bloques de ácidos en agrupación
MM (c) y GG (d) (Tomado de Imeson, 2010).
Los alginatos son sales (Na+, K+, Mg+ y Ca+ entre otras) derivadas del ácido
algínico que se encuentran dentro de la pared celular y los espacios intercelulares
(matriz celular) que sirve para mantener la estructura de los tejidos del alga. Son el
polisacárido más abundante debido a que constituyen entre el 80 y 85% de la
materia orgánica intercelular, que en peso seco representa un 18-40%
(Hernández-Carmona y Aguirre-Vilchis, 1987; Mesa et al., 1999; Reyes-Tisnado et
al., 2005). Los alginatos desempeñan una función estructural importante para el
alga, debido a que les confieren una estructura flexible que les permite soportar
las fuerzas y movimientos debido a la acción del oleaje. Además actúa como un
reservorio de agua que previene la deshidratación del alga cuando está queda
expuesta al aire (Arvizu-Higuera et al. 2007; Miranda-Medina et al., 2008; Donati y
Paoletti, 2009). La cantidad de alginatos que componen internamente a las algas
cafés suele variar de forma estacional y geográficamente, relacionado a diversos
4
factores como: el oleaje, corrientes, disponibilidad de nutrientes, profundidad y
temperatura. Estas características físicas y biológicas, van a influir directamente
en el contenido de alginatos (Hernández-Carmona et al., 1985).
Anteriormente se mencionaba que el ácido algínico era exclusivo de las
algas cafés, pero ahora se sabe que existen dos géneros de bacterias
(Pseudomona Migula 1894 y Azotobacter Beijerinck, 1901) así como una especie
de planta terrestre perteneciente al Orden Liliales (Pancriatium maritimun Linnaeus
1753) que son capaces de producirlo. Aunque estos organismos son capaces de
producir una fuente viable de alginatos, todavía se requieren más estudios sobre
sus propiedades y si son aptos para el consumo humano. En la actualidad las
algas cafés siguen siendo el principal recurso para la extracción de alginatos
(Miranda-Medina et al., 2008; Sanaa et al., 2012).
Los alginatos son utilizados principalmente por las industrias farmacéutica,
biotecnológica, alimentaria, textil y cosmetológica para producir diversos
productos, como: antiácidos, capsulas, bio-vendajes, impresiones dentales,
impresiones textiles, cosméticos, texturizador (pastas y productos cárnicos), etc.
(Hernández-Carmona et al., 2012). Su aplicación comúnmente se basa en sus
propiedades como: agente espesante, retenedor de agua, gelificante y
estabilizante coloidal (Rodríguez-Llimós et al., 2003; Yabur-Pacheco, 2005).
Dentro de las algas cafés existen varios géneros susceptibles de explotación
industrial, por su importancia se mencionan algunos: Macrocystis C. Agardh, 1820,
5
Laminaria J.V. Lamouroux, Ascophylum Stackhouse, 1809 y Sargassum C.
Agardh, 1820. Los factores que favorecen el éxito comercial e impacto que han
tenido son su abundancia, distribución geográfica y altos contenidos de alginato
(Mesa et al., 2003).
Países como Japón, Estados Unidos, Francia, Noruega, Chile y Argentina
son los principales productores de alginatos (Hernández-Carmona, 1985; Vázquez
y Fonck, 1993). De acuerdo con la FAO se estima que se recolectan anualmente
95, 000 t en peso seco de algas, para producir entre 23,000-26,500 t de alginato
con un valor de 318 millones de dólares americanos, el cual representa en
promedio el 30% de ficocoloides producidos anualmente (McHugh, 2002; Bixler y
Porse, 2011; Hernández-Carmona et al., 2012).
1.3. Eualaria fistulosa (Postel y Ruprecht) M.J. Wynne: descripción morfológica y
distribución.
El orden de las Laminariales comprende uno de los grupos más abundantes
del Pacifico Norte Americano, cerca del 75% de sus géneros pertenecen a esta
región. En el caso de la familia Alariacea todas las especies tienden a distribuirse
en el pacifico norte, tanto en la parte occidental como la oriental (Lüning, 1990).
Unas de las especies más representativas de esta familia es Eualaria fistulosa
(Postels y Ruprecht) M.J. Wynne 2009 (antes Alaria fistulosa Postels y Ruprecht
1840) (Guiry y Guiry, 2013). Esta especie también conocida con el nombre común
de alga dragón, se caracteriza morfológicamente por presentar un sujetador con
6
grandes ramificaciones, un estipe entre 20-25 cm, así como láminas que pueden
llegar a alcanzar 25 m de largo y 1 m de ancho (Setchell y Holman, 1925;
www.eol.org). Las láminas se encuentran conformadas por una nervadura central
que mide entre 2-3 cm, previstos con pequeñas cámaras de gas (fistulas) que
permite la flotabilidad del alga en la columna de agua (Lindeberg y Lindstrom,
2010). Los esporofilos se desarrollan en la parte superficial del estipe, estos
comúnmente son cortos y numerosos, pueden llegar a las 200 unidades con una
longitud de 30-50 cm y 3-6 cm de ancho (Setchell y Holman, 1925) (Figura 2).
Figura 2. Eualaria fistulosa y sus estructuras (Modificado de Wynne, 2009)
7
La distribución de E. fistulosa abarca desde el Archipiélago de las Islas
Aleutianas, EUA hasta las costas de Rusia y Japón (reportándose ejemplares
también en California y Baja California, México (Druehl, 2003). Usualmente habita
en la zona intermareal o submareal, creciendo a menudo sobre rocas (Lindeberg y
Lindstrom, 2010) (Figura 3).
Figura 3. Distribución de E. fistulosa, desde las costas de Alaska, EUA, hasta las costas de Japón
y Rusia, también reportando en California (EUA) y Baja California (México).
1.4. Ciclo de vida
Las algas pertenecientes al Orden Laminariales, presentan una alternancia
de generación tipo heteromórfica, existe una forma macroscópica y microscópica.
El ciclo comienza cuando el esporofito maduro produce zoosporas en láminas
especializadas llamadas esporofilos, que se ubican en la parte basal de la fronda,
teniendo una capacidad de producir hasta 10,000 esporas. Los esporofilos
8
maduros liberan las zoosporas a la columna de agua, si estas zoosporas
encuentran un sitio adecuado para su desarrollo se fijaran al fondo, donde
germinaran dando lugar a los gametofitos femeninos y masculinos (fase
microscópica), quienes producen esperma y óvulos. La fertilización dependerá de
la cercanía existente entre los gametofitos, debido a que los compuestos químicos
(asociados a gametofitos femeninos) que actúan en este proceso solo funcionan a
corta distancia. Como resultado de la fertilización de los gametofitos se dará la
formación de un esporofito microscópico, que con el tiempo se desarrollara como
un esporofito juvenil y posteriormente un esporofito adulto (fase macroscópica)
(Darley, 1987; McPeak et al., 1988; Hernández-Carmona, 2000).
1.5. Clasificación taxonómica de Eualaria fistulosa
La familia Alariacea se encuentra integrada por 22 especies, de un total de
nueve géneros activos. El género Alaria es el que cuenta con más especies (12 en
total). E. fistulosa pertenece al género Eularia, anteriormente pertenecía al género
Alaria.
Reino: Chromista
Phylum: Heterokontophyta
Clase: Phaeophyceae
Orden: Laminariales
Familia: Alariacea
Género: Eualaria
Especie: Eualaria fistulosa (Postel y Ruprecht) M.J. Wynne
(Guiry y Guiry, 2013).
9
2. ANTECEDENTES
2.1. Generalidades
La utilización de las algas marinas como un recurso alterno para obtener
algún tipo de beneficio o aplicación (cultural, científico, económico etc.) es una
actividad que se ha practicado y desarrollado durante cientos de años.
Históricamente las algas se empezaron a utilizar como fuente de alimento tanto
del hombre como de sus animales domesticados; también se tienen registros que
durante el siglo XVII se trabajaba con la ceniza de algunas algas cafés para
manufacturar vidrio y jabón (KELCO, 1996). Un grupo de algas que ha captado la
atención de diversos investigadores han sido las algas cafés, esto se debe a la
obtención del alginato entre otros polisacáridos.
2.2. Composición química y producción de alginatos
El químico británico Stanford, en 1881, fue el primero en descubrir y
describir el alginato. Stanford también contribuyó en la explicación de su estructura
química. Krifting, en 1886, fue el primero en patentar el proceso de obtención de
ácido algínico. En 1926 algunos investigadores independientes como Atsuki y
Tomoda (1926) y Schmidt y Vocke (1926), estudiaron la estructura del ácido
algínico y descubrieron que el ácido urónico es un constituyente de las algas
(Arvizu-Higuera et al., 1997; Draget et al., 2005). La producción de alginatos inicio
en EUA en 1929, basándose en las patentes realizadas por Clark y Green (1936),
Green (1936) y LeGloahec y Herter (1938). A partir de entonces, estos avances
10
permitieron que se fueran desarrollando nuevas técnicas para mejorar el proceso
de extracción de alginatos como los realizados por Bashford et al. (1950) y
después seguido por Haug (1964), quienes plantearon la transformación del ácido
algínico insoluble a alginato de sodio mediante dos etapas de intercambio iónico
(Arvizu-Higuera et al., 1996).
2.3. Rendimiento, viscosidad y fuerza de gel
Casas-Valdez (1982), desarrollo un método a nivel laboratorio para extraer
alginato de cuatro especies comunes de Phaeophytas (Eisenia arborea Areschoug
1876, Sargassum magdugalli, Sargassum sinicola Setchell & N.L.Gardner 1924 y
Macrocystis pyrifera (Linnaeus) C.Agardh 1820) de Baja California Sur, con el fin
de determinar la variación y el potencial de las algas para su industrialización. Este
estudio concluye que M. pyrifera es la que tenía mayor rendimiento (39 %). Casas-
Valdez también realizó diferentes pruebas como: lavado de algas, tratamiento con
formol, extracción ácida y concentración etc. para determinar cómo influían y si
éstas se podrían optimizar para mejorar la extracción y rendimiento del alginato.
Hernández-Carmona (1985), determinó la variación estacional del contenido de
alginato para: S. sinicola, M. pyrifera y E. arborea, encontrando para las dos
primeras especies una variación entre 17 y 35%, mientras que para E. arborea
estuvo más estable su rendimiento 24.6 y 27.4%, concluyendo que factores como
la temperatura, niveles de nutrientes así como su estadio influyen en la variación
del alginato.
11
Truus et al. (2001), estudiaron el rendimiento y viscosidad del alginato de
Fucus vesiculosus Linnaeus 1753, encontrando diferentes intervalos de viscosidad
(8.1-79.7 cps) y rendimiento (7-15%) asociados al método, tiempo de
procesamiento y temperatura de extracción. Concluyendo que estos factores
deben de considerarse para cuando se realiza el proceso de extracción.
Yabur-Pacheco (2005), realizó un amplio estudio referente a la producción y
propiedades (viscosidad y composición) del alginato de sodio obtenido de S.
sinicola, para la inmovilización de una microalga (Chlorella sorokiniana Shihira &
R.W. Krauss 1965) y una bacteria (Azospirillum brasilense), para el tratamiento de
aguas residuales y promotor de crecimiento de plantas. Encontrando que S.
sinicola posee un rendimiento del 15%, una viscosidad de 100 mPa.s y un alto
contenido de ácido gulurónico 64 %, que hace que este alginato posea una alta
estabilidad y capacidad de formación de gel, lo que es ideal para la inmovilización
de microorganismos. Murillo-Álvarez y Hernández-Carmona (2007), por medio de
análisis de infrarrojos y resonancia magnética nuclear (RMN), determinaron la
composición de monómeros de ácidos manurónico y gulurónico, de alginato en
tres especies de algas café con importancia comercial M. pyrifera, E. arborea y S.
sinicola, encontrando un porcentaje de ácidos gulurónico de 38, 47 y 64%
respectivamente. Corroborando teóricamente lo descrito por diversos autores que
alginatos (ej. S. sinicola) que poseen un alto contenido de ácido gulurónico tienen
aplicaciones biomédicas (encapsulación celular), debido a la formación de geles
12
fuertes. Mientras que un alto contenido de ácido manurónico genera geles débiles
o elásticos, que tiene aplicación en productos alimenticios.
Mushollaeni (2011), analizó el rendimiento y viscosidad de un grupo de algas
cafés (Sargassum crassifolium J. Agardh 1848, Sargassum polycystum C. Agardh
1824, Sargassum echinocarpum J. Agardh 1848 y Padina sp. Adanson 1763) de
Indonesia encontrando en S. crassifolium un rendimiento de 30.3%, las otras
especies presentaron un porcentaje entre 16-20%. En cuanto a la viscosidad se
registró un intervalo entre 20-40 mPa.s, al final se concluyó que tienen un potencial
para la extracción de alginato, asociado a su abundancia. Swee-Yong et al.
(2011), obtuvieron el rendimiento y estudiaron la variación de la viscosidad de
alginato de Sargassum baccularia (Mertens) C.Agardh 1824, Sargassum binderi
Sonder ex J.Agardh 1848, Sargassum siliquosum J.Agardh 1848 y Turbinaria
conoides (J.Agardh) Kützing 1860 por medio de dos métodos de extracción (frío y
caliente) para ver la potencialidad de estas algas como productoras de alginatos.
Encontraron en ambos métodos rendimientos superiores al 20% y determinaron
que la temperatura durante la extracción influye en el rendimiento y la viscosidad.
Un trabajo similar pero incluyendo el parámetro de fuerza de gel fue realizado por
Camacho y Hernández-Carmona (2012), donde determinaron el rendimiento y los
parámetros de calidad (viscosidad y fuerza de gel) del alginato de dos especies
Sargassum cymosum C. Agardh 1820 y Sargassum sp. Obteniendo un
rendimiento de 15.9-20.9 %, viscosidad de 7.0-14.2 mPa.s y fuerza de gel 709-866
g cm-2 respectivamente, ellos mencionan que la fuerza de gel y el rendimiento son
13
aceptables para la producción comercial de alginato, mientras que su baja
viscosidad le da poca utilidad como espesante en las industrias alimenticias.
El estudio y la determinación del rendimiento y sus parámetros de calidad
son importantes debido a que permiten establecer si el alga en interés es viable
para su aprovechamiento. Las características específicas que posea el alginato
referentes a su viscosidad y fuerza de gel van a definir su uso industrial.
2.4. Producción de alginatos en México
Actualmente en México no se producen alginatos, todo lo que se consume se
importa, en datos reciente se sabe que México importa entre 300 a 500 toneladas
de alginato al año proveniente de 12 países diferentes, de los cuales destacan
Estados Unidos, Francia, Reino Unido, Irlanda, Chile, Japón y Noruega. Un 80%
de la importación fue realizada por 17 empresas y se reporta un exportador, que
probablemente revende lo que importa, ya que en México no hay fábricas de
producción de alginatos (Secretaría de Economía, 2009).
2.5. Estudios referentes a E. fistulosa.
En 1912 Eualaria fistulosa en conjunto con M. pyrifera y Nereocystis sp.,
fueron utilizadas para la producción de fertilizantes y extracción de potasio, las
cuales se empezaron a comercializar a gran escala (debido a su gran abundancia)
(Chapman y Chapman, 1980).
14
Usov et al. (2005) realizaron una determinación cuantitativa de polisacáridos
tales como manitol, fucoidano y alginato, en diferentes partes del talo (lámina,
nervadura, esporofilos y el estipe junto con los rizoides) de E. fistulosa
perteneciente a la Península de Kamchatka, Rusia. Estos autores encontraron que
los tejidos como la lámina y nervadura presentan mayor concentración de alginato
que los esporofilos y el estipe con rizoides.
Hasta la fecha no se tienen registros de la composición química proximal, el
contenido y calidad de alginato del archipiélago las Aleutianas.
3. JUSTIFICACIÓN
El hombre ha utilizado aproximadamente 500 especies de algas para
alimento, forraje o elaboración de productos con fines industriales. Las algas cafés
son uno de los grupos algales considerado más importante en la industria, debido
a que a partir de ellas es posible extraer ácido algínico y derivados denominados
alginatos (ej. PGA, Na, K) (Graham y Wilcox, 2000). Sin embargo existe un
número limitado de especies susceptibles de explotación industrial, entre las que
se encuentran las siguientes especies Ascophyllum nodosum (Linnaeus) Le Jolis
1863, Laminaria hyperborea (Gunnerus) Foslie 1884 y Laminaria digitata (Hudson)
J.V.Lamouroux 1813 (Europa), Laminaria japonica Areschoug 1851 (Asia),
Lessonia nigrescens (América del Sur), Ecklonia máxima (Osbeck) Papenfuss
1940 (Sudáfrica), Durvillaea antartica (Australia y Chile) y Macrocystis pyrifera
(E.U.A y México) (Hernández-Carmona, 1985; McHugh, 2002). Por lo tanto, es
15
importante buscar nuevas fuentes para la producción de alginatos, lo que a su vez
trae consigo una reducción en el impacto y presión ejercida en ciertas especies
ocasionada por la alta demanda de ficocoloides (Bixler y Porse, 2011).
La extracción del ácido algínico y sus derivados (alginatos) se lleva a cabo
en muy pocos géneros. Esto se asocia principalmente a los parámetros de calidad
tales como: fuerza de gel y viscosidad son dos características fundamentales para
su comercialización (Bixler y Porse, 2011). A pesar que Eualaria fistulosa posee
una amplia distribución y abundancia en el Archieplielago de las Aleutianas
(Edwards y Konar, 2012), los conocimientos acerca de su composición química
(rendimiento y parámetros calidad de alginatos) son limitados. La mayoría de los
estudios que se han realizado en relación a esta especie se relacionan con su
taxonomía.
Debido al escaso conocimiento que existe sobre la composición química de
E. fistulosa, se desarrolló el presente trabajo para determinar el rendimiento y sus
parámetros de calidad, y relacionarlas con su distribución entre diferentes islas del
Archipiélago de las Aleutianas. Esta Información puede contribuir en el
establecimiento del uso industrial del alginato producido por esta alga a partir de
sus propiedades de viscosidad y fuerza de gel.
16
4. HIPÓTESIS
El contenido y calidad de alginato de Eualaria fistulosa es similar entre las
diferentes islas del Archipiélago las islas Aleutianas.
5. OBJETIVO GENERAL
Determinar la composición química proximal y contenido y calidad del
alginato de E. fistulosa, así como su, variación espacial entre islas del Archipiélago
de las Aleutianas.
5.1 Objetivos particulares
Analizar la composición de E. fistulosa mediante análisis químicos
proximales.
Determinar el rendimiento de alginato de E. fistulosa.
Determinar la variación espacial de rendimiento de alginato de E. fistulosa
entre las diferentes islas del Archipiélago de las Aleutianas.
Determinar y comparar la variación de los parámetros de calidad
(viscosidad y fuerza de gel) de E. fistulosa entre las diferentes islas del
Archipiélago de las Aleutianas.
17
6. ÁREA DE ESTUDIO
Las Islas Aleutianas comprenden un archipiélago conformado por más de
200 islas de origen volcánico, que se caracterizan por ser una estrecha
plataforma, en donde es frecuente la actividad sísmica y volcánica. Este complejo
de islas en forma de arco se sitúan en el Mar de Bering correspondiente a la parte
norte del océano pacifico, extendiéndose 1,200 millas (1,931 km) desde el oeste
de la Península de Alaska hasta la Península de Kamchatka en Rusia (Keith et al.,
2008).
Este archipiélago es reconocido por tener una importante diversidad
biológica, que se atribuye a su proximidad con el “cinturón verde” del Mar de
Bering una región que se caracteriza por una alta productividad primaria, asociada
a las continuas surgencias y corrientes que se generan por la topografía de la
zona. La cadena de islas está influenciada por corrientes ricas en nutrientes y con
altos niveles de zooplancton y fitoplancton, construyendo así la red trófica de este
archipiélago (Schumacher y Stabeno, 2009; Keith et al., 2008).
Este conjunto de islas alberga numerosas especies de vertebrados e
invertebrados tanto marinos como terrestres, así como diferentes tipos de hábitat
que proporcionan resguardo y sustrato para los organismos. Las islas se
encuentran conformadas por costas rocosas en donde existen abundantes
bosques de kelp y pastos marino (Morgan et al., 2005; Keith et al., 2008). Los
ecosistemas costeros de este archipiélago han sido históricamente dominados por
18
mantos densos de Eualaria fistulosa así como otras especies de los géneros
Saccharina, Laminaria y Agarum (Edwards y Konar, 2012). El alga se recolectó en
un total de 15 islas (Figura 4). Se procesaron un total de 20 muestras, todas de
diferentes localidades.
Figura 4. Ubicación de las islas muestreadas del Archipiélago las Aleutianas, Alaska (U.S.A.).
19
La representación de los resultados referentes al rendimiento y sus
parámetros de calidad las localidades fueron ordenadas conforme a su distribución
geográfica (este a oeste), como dato adicional se anexo la temperatura registrada
en la colecta (Tabla 2).
Tabla 2. Distribución de las localidades de acuerdo a su ubicación geográfica.
Numero de localidad Isla Temperatura °C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Unalaska
Umnak
Chuginadak
Yunaska
Seguam
Atka 1
Atka 2
Adak 1
Adak 2
Tanaga Bay
Tanaga Bay
Skagul
Skagul
Ogliuga
Amchitka
Rat
Nizki
Agattu
Attu
Attu
5.0
3.3
2.7
2.2
3.8
3.3
3.3
3.8
3.8
3.8
3.8
3.8
3.8
3.8
3.8
3.8
3.8
5.0
5.0
5.0
20
7. MATERIAL Y METODO
Análisis químico proximal.
Se realizó un análisis químico proximal químico por cuadruplicado en las
instalaciones del CIBNOR. Se determinó humedad, proteína, extracto etéreo
(lípidos), fibra cruda, ceniza (minerales), ELN (extracto libre en nitrógeno) y
energía. La determinación de la humedad se realizó por diferencia de peso a
105ºC/4 h. Cenizas por diferencia de peso, calcinación a 600ºC/5 h. Proteína y
nitrógeno total por el método de Dumas equipo LECO FP528. Extracto etéreo por
el método de Soxtec-Avanti 2050 TECATOR. Fibra cruda por el método de
hidrólisis sucesiva (ácido/base). Energía por el método calorímetro LECO AC600.
Pre-extracción ácida
La extracción del alginato de E. fistulosa se realizó mediante el método
propuesto por Arvizu-Higuera et al. (1997) y su control de calidad con las técnicas
de Hernández-Carmona et al. (2012). Las extracciones se realizaron por triplicado.
Se pesaron 20 g de E. fistulosa seca y molida y se rehidrató durante 16 h
utilizando 180 mL de formaldehido al 0.1% con una pureza comercial de 37.5%. La
solución de formaldehido se drenó con un filtro de tela y se enjuagó con agua
destilada, con el fin de eliminar la mayor cantidad posible de dicha solución.
Después se colocaron las muestras en vasos de precipitado de 500 mL y se
agregaron 300 mL de agua destilada. Se ajustó el pH a 4, con un potenciómetro
21
añadiendo HCl 1 N de forma continua. Una vez ajustado el pH, se agitaron durante
15 min y se lavaron de nuevo las muestras con agua.
Extracción alcalina
La extracción alcalina se efectuó colocando las tres muestras drenadas en
vasos precipitados de 1 L donde se adicionaron 500 mL de agua destilada y se
ajustó el pH a 10 agregando Na2CO3 al 10% con una pureza comercial 99.5%.
Después se dejaron las muestras en baño maría con agitación externa (800 rpm)
mediante motores de velocidad variable, provistos con aspas inclinadas tipo
propela, durante un periodo de dos horas con una temperatura constante de 80°C.
Durante este periodo se tomó la lectura del pH en un intervalo de 5-10 min, con
papel pH (intervalo de 9-12), se ajustó constantemente el pH para mantenerlo en
10. Terminado el periodo de las dos horas se procedió a medir la viscosidad a una
temperatura de 76 C° y se agregó tierra de diatomeas para facilitar la filtración. La
pasta obtenida se filtró al vacío con ayuda de tierra de diatomeas, papel filtro y un
embudo de Buchner. Durante el proceso de filtración se adicionó 1 L de agua
destilada caliente a cada réplica, teniendo un volumen final de 1500 mL de
solución clarificada de alginato de sodio. Las soluciones obtenidas se colocaron en
vasos precipitados de 2 L.
La precipitación del alginato de sodio se efectuó utilizando alcohol al 96% en
una proporción de 1:1.5. Para la precipitación de las fibras de alginato de sodio se
añadió lentamente la solución clarificada al alcohol, se agitó lentamente en forma
22
circular con un agitador de plástico. Las fibras que se obtuvieron se colectaron con
un agitador o de forma manual, en caso que fuese necesario se filtraron con tela.
Después se prensaron manualmente con una tela, con el fin de eliminar el alcohol,
esto facilitó la separación de las fibras y su posterior secado. Las fibras se
separaron manualmente y se colocaron en cajas de Petri de vidrio donde se
etiquetaron (fecha, número de muestra y réplica) y se colocaron en un horno a una
temperatura de 60°C durante 22 h, posteriormente se retiraron y se colocaron en
un desecador durante 22 h para extraer la mayor cantidad de humedad.
Rendimiento y determinación de la viscosidad
Las fibras de alginato de sodio secas con una humedad del 10%, se pesaron
en una balanza analítica. A partir de esto se calculó el rendimiento de alginato de
sodio obtenido para cada réplica: Rendimiento (%) = Peso del alginato seco/Peso
de la muestra de alga*100.
Para la determinación de la viscosidad se pesaron 3 g de cada réplica de
alginato de sodio, o la cantidad obtenida en el caso de réplicas inferiores a 3 g.
Las muestras de alginato se colocaron en tres vasos precipitados de 500 mL y se
añadió agua destilada en una proporción de 1:1. Se agitaron utilizando un agitador
magnético hasta que las fibras se disolvieron completamente, formándose una
solución de alginato de sodio. Posteriormente se ajustó la temperatura de las
muestras a 22°C y se midió en un viscosímetro Brookfield modelo LTV, con la
aguja apropiada a la viscosidad. Las mediciones se realizaron con la misma
23
velocidad de rotación de la aguja (60 rpm), a menos que la medición salga del
intervalo de lectura. La viscosidad final (en mili Pascales por segundo o mPa.s) se
obtuvo de la lectura multiplicada por el factor proporcionado en tablas por el
fabricante, que depende de la aguja y la velocidad de rotación.
Para obtener una medición de la viscosidad más, sin la influencia que
pudiera tener los iones calcio del agua, se volvió a determinar la viscosidad
agregando previamente 0.5% de hexametafosfato de sodio (NaPO3)6. Se dejó
disolviendo manteniendo una agitación con un agitador magnético. Se volvió a
ajustar la temperatura a 22°C y se tomó la lectura de viscosidad. El
hexametafosfato de sodio funciona como secuestrante del calcio que pudiera estar
presente en las muestras (McHugh, 1987). Al final, se calculó el porcentaje de
reducción: % Reducción = (Visc. inicial – Visc. final)/Visc. Inicial*100.
Fuerza de Gel
Para determinar la fuerza de gel se utilizó una membrana poro-molecular de
la marca Spectrum cortadas en tiras de 15 cm. Estas se hidrataron en agua
destilada. Después se cerró el extremo inferior de cada una de las membranas
con broches tipo clip y se vertió cada solución de alginato de sodio, se cerró la
parte superior, asegurándose formar cilindros de 10 cm de largo. En total se
realizaron tres cilindros por muestra (uno por cada réplica) y se dejaron dializar
durante 22 h en una solución de CaCl2 al 10% con una pureza comercial de 95%.
Para evitar la formación de burbujas en el interior de los bloques se eliminó el aire
24
retenido por agitación o con una varilla. Otra manera fue colocar los bloques de
alginato con un grado de inclinación dentro del vaso de precipitado de tal manera
que se les pudiera ejercer presión facilitando así la eliminación de burbujas.
Cada bloque de alginato se cortó en tres unidades de 2.5 cm, teniendo por
muestra nueve unidades (tres por cada bloque). Las unidades se analizaron con
un texturómetro modelo TA.TXPlus.
Para el análisis se colocó cada unidad o corte de alginato de sodio en la
platina del equipo centrándolo en la sonda. Las mediciones se hicieron de forma
computarizada programando una penetración a una velocidad de 2 cm en cinco
segundos. El equipo tiene un programa (Texture Exponent 32) que traza una curva
con el valor máximo de resistencia, cuando ocurre el rompimiento del gel. El valor
que se registra para este tipo de medición es en gramos por centímetro cuadrado.
Pero se hace un cálculo de ajuste por que la sonda es un poco menor.
Análisis estadísticos
Se determinaron los estadísticos de normalidad (Kolmogorov-Smirnov) y
homocedasticidad, en base a esto se realizaron análisis de varianza (ANDEVA,
nivel de confianza .95 %) de una vía. Este análisis se realizó para cada uno de los
parámetros determinados como rendimiento, viscosidad a 22°C con (NaPO3)6 y
fuerza de gel. También se realizó una prueba Tukey para determinar diferencias
significativas cuando los datos no fueron normales. Los análisis fueron realizados
en el programa Statistica 8.
25
8. RESULTADOS
Análisis químicos proximales.
El contenido de humedad de las muestras fue entre 10 y 12 %, el promedio
de estas muestras fue 11.56%. Los valores referentes a proteínas en las muestras
fue mayor al 12 % (promedio 14.31%), en cuanto al extracto etéreo los porcentajes
son inferiores al 0.37 % (promedio 0.24%), y la fibra cruda en las localidades 01,
02 y 03 fue superior a 6 %, excepto la 04 que presentó un valor de 3.63 %
(promedio 5.84%). El porcentaje de ceniza encontrado fue superior al 33 %
(promedio 34.26%) y los valores de carbohidratos superaron el 42 % en todas las
muestras (promedio 44.58%), por último la energía en donde los casos fueron
superiores a 2,400 kcal (promedio 2,579 k cal). Tabla 2.
Tabla 2. Análisis químicos proximales de E. fistulosa.
Muestra Humedad
Proteína
Extracto
Etéreo
Fibra
Cruda
Cenizas
Carbohid
ratos
Energía
01 12.28
0.25
14.24
0.19
0.10
0.00
6.30
0.19
35.57
0.33
43.80
2,532
18.26
02 10.95
0.00
12.61
0.17
0.27
0.04
6.6
0.17
33.68
0.14
46.83 2,582
25.20
03 11.31
0.28
13.94
0.12
0.25
0.07
6.83
0.21
33.66
0.56
42.32 2,432
25.78
04 11.70
0.05
16.47
0.07
0.37
0.04
3.63
0.29
34.14
0.24
45.38 2,772
21.22
26
Rendimiento (%)
El rendimiento de alginato de sodio mostró diferencias significativas (P<0.05)
entre las diferentes islas del Archipiélago Islas Aleutianas. Las localidades 4 y 10
presentaron los porcentajes más bajos de rendimiento con 8.92 y 9.82 %
respectivamente. Las demás localidades tuvieron un porcentaje por arriba del 12
%, destacando la 7, 11 y 14, en las cuales el rendimiento fue superior a 17%
(Figura 5). El rendimiento promedio para todas las muestras fue de 14.12%.
Figura 5. Determinación del rendimiento de alginato de sodio entre las diferentes localidades del
Archipiélago Islas Aleutianas. Las líneas verticales indican + 1 DE. Las letras indican las muestras
que son significativamente iguales o diferentes (p < 0.05).
27
Viscosidad (mPa·s)
Para la descripción de la viscosidad y su fácil comprensión se decidió utilizar
la clasificación establecida por Hernández-Carmona et al., 2012: muy baja (25-35);
baja (70-100); media (340-460) y alta (680-920) medición en mPa·s. Las lecturas
registradas en descripción están en ordenadas de forma ascendente. Ambas
mediciones de viscosidad mostraron diferencias significativas (P<0.05) entre las
diferentes localidades del Archipiélago Islas Aleutianas.
Viscosidad a 22°C
El valor para la localidad 4 fue el más bajo de viscosidad 97.6 mPa·s,
clasificándose como baja. Las localidades 1,10, 6, 12, 5, 16 mostraron una
viscosidad media baja (223.7 mPa·s), mientras que la 18, 3, 8, 13 presentaron una
viscosidad media (384.5 mPa·s). Las muestras de la localidad 2 y 19 tuvieron una
viscosidad media alta (535 mPa·s), en las localidades, las 11, 15, 20, 14, 7,17 y 9
fue en donde se registró una viscosidad alta (957.2 mPa·s). Destacan por sus
altos valores las localidades 17 y 9 (1184.6 y 1217.3 mPa·s). La viscosidad
promedio fue de 537.4 mPa·s.
Viscosidad a 22°C después de secuestrar el calcio con (NaPO3)6
Las muestras tratadas con (NaPO3)6 mostraron una tendencia similar a las
no tratadas, solo que en este caso existieron pequeñas reducciones, debido al
efecto secuestrante que presenta el (NaPO3)6 sobre los iones calcio que queda
28
presente durante el proceso de extracción y por lo consiguiente modifica la
viscosidad real del alginato (Figura 6). La localidad 4 se mantuvo como la muestra
con más baja viscosidad con 74.8 mPa·s, seguido por la 1 (77.1 mPa·s). Las
demás localidades presentaron casi la misma viscosidad, encontrándose
variaciones mínimas, que no afectaron de forma significativa la viscosidad. La
viscosidad promedio fue de 522.5 mPa·s. por lo que se concluye que los alginatos
de E. fistulosa tienen una viscosidad media alta. El porcentaje de reducción entre
la primera y la segunda medición fue de: 2.72%, esto indica que no hubo gran
variación.
Figura 6. Viscosidad de las soluciones de alginato de sodio, viscosidad a 22 C° con (NaPO3)6
entre las diferentes localidades del Archipiélago las Islas Aleutianas. Las líneas verticales indican +
1 DE. Las letras indican las muestras que son significativamente iguales o diferentes (p < 0.05).
29
Fuerza de gel (g cm-2)
La fuerza de gel presentó diferencias significativas (P<0.05) entre las
diferentes islas del archipiélago. La muestra perteneciente a la localidad 4,
presentó el menor registro de fuerza 1,007 g cm-2. Las demás localidades
fluctuaron entre 1,300 y 2,768 g cm-2, siendo la localidad 20 en la que se registró
con el mayor valor de 2,688 g cm-2 (Figura 7). La fuerza de gel promedio fue de
1,944 g cm-2.
Figura 7. Fuerza de gel de los geles de alginato de calcio, determinada para las diferentes
localidades del archipiélago Islas Aleutianas. Las líneas verticales indican + 1 DE. Las letras
indican las muestras que son significativamente iguales o diferentes (p < 0.05).
30
9. DISCUSIÓN
Análisis químicos proximales
Las algas se consideran como un recurso importante debido a que se
pueden utilizar como suplemento alimenticio para animales (ganado: vacuno,
bobino o caprino) así como también para el hombre, por lo que es importante
conocer su composición (Casas-Valdez et al., 2008).
La humedad presente está en el límite recomendado, que es de 11.56%,
con mayor humedad se tiene el riesgo de la generación hongos y bacterias. El
nivel de proteína fue elevado (14.31%) superando a algunas especies de algas
cafés descritas por otros autores, y aproximándose al límite establecido por las
algas cafés (5-15%) (Carrillo-Domínguez et al 2002; Burtin, 2003; Hernández-
Carmona et al. 2009) por lo cual puede considerarse como una buena fuente de
proteína, similar a los valores del trigo y avena (7-15%), paja (3%) y heno (13-
17%) (Bondi, 1987; Carrillo-Domínguez et al., 2002). El extracto etéreo (lípidos)
determinado fue bajo (0.24%), comparándolo con otras especies como M. pyrifera
(0.56-0.75%) y del género Sargassum (0.63). En cuanto el nivel de fibra cruda fue
similar a las reportadas para las especies anteriormente mencionadas (Castro-
González et al., 1994; Carrillo-Domínguez et al., 2002). El contenido de cenizas
fue casi igual al reportado para M. pyrifera y superior a los registrados para el
género Sargassum y similares a los estudiados por Carrillo-Domínguez et al., 2002
(Castro-González et al., 1994; Mushollaeni, 2011). El nivel de carbohidratos de
31
esta especie es similar a la reportada para otras algas cafés. El valor presentado
está asociado a la presencia de alginato, fucoidano y manitol, estos dos últimos
son asimilados por el hombre (Hernández-Carmona et al., 2009). La energía de
esta especie es comparable con el género Sargassum, género utilizado para la
alimentación de distintos tipos de organismos.
Rendimiento
El rendimiento promedio de E. fistulosa fue de 14.12%, aproximadamente el
cual es comparable con el 15% de rendimiento obtenido de algunas especies de
los géneros Sargassum y Laminaria, tales como S. sinicola, S. cymosum y L.
digitata (Yabur-Pacheco, 2005; Vauchel et al., 2008; Camacho y Hernández-
Carmona, 2012), por lo que se considera que el rendimiento de E. fistulosa es
aceptable, tomando en cuenta que estas otras especies son consideradas viables
comercialmente para la producción de alginatos. El contenido de alginato de esta
especie presentó una variación espacial a lo largo de su distribución geográfica,
que fue de 8% a 17% (Figura 3). Se sabe que el alginato que contiene las algas
cafés varía estacional y geográficamente, relacionado a diversos factores, entre
ellos se menciona: la concentración de nutrientes, estado del desarrollo, cantidad
de luz (fotosíntesis) y temperatura (Hernández-Carmona et al., 1985; Mafra y
Cunha, 2006; Camacho y Hernández-Carmona, 2012).
La temperatura y los nutrientes son factores que se considera que influye
directamente en la concentración del alginato, como se ha estudiado en E.
32
arborea, M. pyrifera y S. sinicola, (Hernández-Carmona et al., 1985). En el
presente estudio se encontró que en la localidad cuatro (2.2°C) se registró la
temperatura más baja entre todas localidades muestreadas, por lo que pudo ver
influido negativamente en su rendimiento. También es importante mencionar que
los nutrientes están fuertemente relacionados con este factor, por lo que la acción
de ambos factores pudo haber influido en la variación (Hernández-Carmona et al.,
1985)
Viscosidad
La viscosidad en la primera medición siempre fue más alta, esto se asocia a
la presencia de iones calcio, que producen un efecto de gelificación debido a la
interacción de este ión con la estructura del alginato (monómeros), produciendo
un aumento aparente de esta propiedad como se observó en este caso (KELCO,
1996 y Imeson, 2010). Comparando la viscosidad obtenida, se observa que la
viscosidad de E. fistulosa es superior a la registrada para el género Sargassum,
que presenta viscosidades inferiores a 100 mPa.s. Basándonos en la clasificación
de viscosidad, que es media alta (522.5 mPa·s) (Hernández-Carmona et al.,
2012), se considera que contiene un alginato con una gran variedad de
aplicaciones ya sea de tipo alimenticio o biomédico (impresiones dentales). Esto
se debe a que puede desempeñar funciones tales como: gelificante, espesante,
suspensor y estabilizante (Danisco, 2012). Para impresiones dentales se requieren
de alginatos con viscosidades superiores a 500 mPa·s como el producido por M.
33
pyrifera por lo tanto, el alginato obtenido de E. fistulosa también es aceptable para
esta aplicación (Reyes-Tisnado et al., 2004).
La variación de la viscosidad de E. fistulosa fue muy marcada en las
diferentes localidades del Archipiélago las Aleutianas con un intervalo de 78 a
1268 mPa·s. Las variaciones se relacionan con el peso molecular y composición
estructural, también está asociado a la estación del año, si proviene de estructuras
vegetativas o reproductivas (KELCO, 1996 y Usov et al., 2005). La variación de la
viscosidad también está relacionada con las condiciones de extracción
especialmente la temperatura y el pH. Cuando estas condiciones son muy severas
puede ocurrir la despolimerización de las cadenas que constituyen el alginato
generando consecuentemente una baja viscosidad (Hernández-Carmona et al.,
2000; Swee-Yong et al., 2011).
Fuerza de gel
La fuerza de gel fue significantemente diferente entre las localidades del
Archipiélago de las Aleutianas (Figura 5). La variación entre las islas se puede
asociar a lo dinámico que es el Mar de Bering, puesto que presenta fuertes
oleajes y corrientes, esto influye directamente en el contenido de ácidos
gulurónico y manurónico, relacionado a la ventaja adaptativa del alga (Graham y
Wilcox, 2000). Las algas pueden responder a las condiciones externas y por
consiguiente regular la composición del alginato mediante la biosíntesis de los
ácidos M y G por medio de la isomerización de sus monómeros, que al final
34
termina influyendo en la fuerza de gel del alginato (Larsen, 1981; Helgerud et al.,
2010). Adicionalmente la fuerza de gel está relacionada con el contenido de ácido
gulurónico. Esta unidad es la responsable de la fuerza de gel; por lo que alginatos
ricos en bloques G forman geles más fuertes, mientras que un alginato rico en
bloques M forma geles suaves y elásticos (Cubero et al., 2002; Miranda-Medina et
al., 2008; Imeson, 2010). La formación de geles de alginato está relacionado al
denominado modelo caja de huevo, el proceso de gelificación se inicia cuando los
bloques (heteropolímeros) de ácido gulurónico se alinean con otros, formando
cavidades entre los bloques que son ideales para acoplar cationes como el ión
calcio, que es atraído por la electronegatividad de los grupos carboxilos y los
átomos de oxígeno que conforman la estructura del monómero de alginato
(Gonzáles-Alvarado, 2009; Imeson, 2010).
La fuerza de gel promedio para todas las localidades de muestreo fue de
1944 g cm-2 lo que sugiere que cumplen con la calidad requerida por las industrias
productoras de este tipo de ficocoloide, que requieren de una fuerza de gel
superior a los 750 g cm-2 (Armisen y Galatas, 1987; Camacho y Hernández-
Carmona, 2012). Un alginato con esta propiedad puede ser utilizado con fines
biotecnológicos ya sea para la inmovilización (encapsulación) de microorganismos
(microalgas o bacterias), u otras aplicaciones de tipo alimenticias (gelatinas,
nieves, rellenos) (Yabur-Pacheco et al. 2007; Murillo-Álvarez y Hernández-
Carmona, 2007).
35
10. CONCLUSIONES
En base a los análisis químicos proximales se concluye que E. fistulosa
puede utilizarse como suplemente de animales como para el hombre.
Es factible la producción de alginato de E. fistulosa, con los procesos
desarrollados para otras algas (géneros Sargassum, Laminaria, Macrocystis etc.).
El rendimiento que contiene esta especie es aceptable, comparándolo con las
especies anteriormente mencionadas.
La viscosidad de este alginato es media alta, por lo que puede tener
aplicación en las industrias alimenticias y biomédicas.
La fuerza de gel de este alginato presenta un alto potencial para
aplicaciones de tipo biotecnológicas y alimenticias que requieran el
encapsulamiento de compuestos o microorganismos.
El rendimiento y sus parámetros de calidad (viscosidad y fuerza de gel)
mostraron diferencias entre las localidades de las diferentes islas. Lo cual está
asociado factores: físicos, químicos y biológicos. Se recomienda explotar las
poblaciones de las islas 7,11 y 14 por ser las que presentan mayores rendimientos
de alginato. Los resultados sugieren que E. fistulosa puede considerarse como un
recurso potencial para la extracción de alginatos. Sin embargo, deberá evaluarse
la biomasa existente, para determinar si hay suficiente materia prima como para
sostener una explotación industrial.
36
11. RECOMENDACIONES
E. fistulosa podría tener un mayor porcentaje de rendimiento de alginato en
otras épocas del año, por lo que se recomienda realizar estudios con muestreos
estacionales, con la finalidad de tener un aprovechamiento óptimo del recurso.
Se recomienda estudiar el periodo reproductivo de E. fistulosa, con el fin de
no interferir con su ciclo de vida, de esta manera se determinaría el periodo óptimo
para la cosecha, asegurando una explotación sustentable.
Se recomienda realizar una caracterización y cuantificación de los ácidos
manurónico y gulurónico del alginato de esta especie de manera que nos permita
relacionar la proporción de estos bloques con las propiedades del alginato y sus
alcances.
37
12. BIBLIOGRAFÍA
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