Screening of macroalgae for the production of bioactive compounds. Optimization of fucoxanthin extraction from Undaria pinnatifida and evaluation of its biological properties for industrial applications.

Abstract

The aim of this study is to optimize the extraction and purification of the fucoxanthin molecule that can be obtained from Algae matrices, especially from brown ones, also known as Phaeophyceae. Algae are a great vegetative resource that has been characterized, showing a high content in proteins, carbohydrates and minerals, but more importantly, in very diverse secondary metabolites like phenolic compounds and carotenes, making them a very interesting natural source for new ingredients. Being one of them fucoxanthin, one of the major carotenoids found in algae. Its structure includes an allenic bond and functional carbonyl, hydroxyl and carboxyl moieties that can be responsible for fucoxanthin’s diverse properties. Considering that industrial scale production of this molecule presents several difficulties and is not efficient enough for the commercial scale, it is of relevant interest to optimize a process of extraction and purification of this compound starting from a raw material, such as algae, that can achieve its production in larger doses. Fucoxanthin has gather much attention lately due to its strong antioxidant proprieties, anticancer and anti-inflammatory activities, as well as citoprotective, antiobesity, neuroprotective and skin protective effects. These results imply that fucoxanthin has great potential to be included in a nutritional supplement for the prevention and treatment of obesity and a wide variety of related pathologies, like metabolic syndrome, type 2 diabetes, and heart disease. Therefore, this study intends to experiment with several extraction methods and different solvents, to gather information about the various types of extractions in order to choose the best procedure to obtain fucoxanthin, as well as study some of the bioactivities previously reported, in order to incorporate the active extract to functional super food formulations. Considering that industrial scale production of this molecule presents several difficulties and is not efficient enough for the commercial scale, it is of relevant interest to optimize a process of extraction and purification of this compound starting from a raw material, such as algae, that can achieve its production in larger doses. Fucoxanthin has gather much attention lately due to its strong antioxidant proprieties, anticancer and anti-inflammatory activities, as well as citoprotective, antiobesity, neuroprotective and skin protective effects. These results imply that fucoxanthin has great potential to be included in a nutritional supplement for the prevention and treatment of obesity and a wide variety of related pathologies, like metabolic syndrome, type 2 diabetes, and heart disease. It is also important to verify the stability of the molecule as well as its bioavailability and toxicity in the human body so that it can be administered in the best possible way to obtain the highest results, as it appears to have in the in vitro and in vivo models studied. As such, this study intends to experiment with several extraction methods and different solvents, to gather information about the various types of extractions in order to choose the best procedure to obtain fucoxanthin, as well as study its stability and some of the bioactivities previously reported, in order to verify its efficacy and safety.

El objetivo de este estudio es optimizar la extracción y purificación de la molécula de fucoxantina que se puede obtener a partir de matrices de algas, especialmente de las marrones, también conocidas como Phaeophyceae. Las algas son un gran recurso vegetativo que se ha caracterizado, mostrando un alto contenido en proteínas, carbohidratos y minerales, pero, lo que es más importante, en metabolitos secundarios muy diversos como compuestos fenólicos y carotenos, lo que las convierte en una fuente natural muy interesante para obtener nuevos ingredientes, como la fucoxantina, uno de los principales carotenoides que se encuentran en las algas. Su estructura incluye un enlace alénico y restos carbonilo, hidroxilo y carboxilo funcionales que pueden ser responsables de las diversas propiedades de este compuesto. Teniendo en cuenta que la producción a escala industrial de esta molécula presenta varias dificultades y no es lo suficientemente eficiente para la escala comercial, es de gran interés optimizar un proceso de extracción y purificación de este compuesto a partir de una materia prima, como las algas, cuya producción en grandes cantidades es factible. La fucoxantina ha captado mucha atención últimamente debido a sus fuertes propiedades antioxidantes, anticancerígenas y antiinflamatorias, así como a los efectos citoprotectores, antiobesidad, neuroprotectores y protectores de la piel. Estos resultados implican que la fucoxantina tiene un gran potencial para ser incluida en un suplemento nutricional para la prevención y el tratamiento de la obesidad y una amplia variedad de patologías relacionadas, como el síndrome metabólico, la diabetes tipo 2 y las enfermedades cardíacas, entre otras. Por lo tanto, este estudio pretende experimentar con varios métodos de extracción y diferentes solventes, recopilar información sobre los distintos tipos de extracciones para elegir el mejor procedimiento para obtener fucoxantina, así como estudiar algunas de las bioactividades reportadas anteriormente, con el fin de incorporar el extracto activo a formulaciones de superalimentos funcionales

O obxectivo deste estudo é optimizar a extracción e purificación da molécula de fucoxantina que se pode obter a partir de matrices de algas, especialmente as de cor marrón, tamén coñecidas como Phaeophyceae. As algas son un gran recurso vexetativo que se caracterizou, mostrando un alto contido en proteínas, hidratos de carbono e minerais, pero o que é máis importante en metabolitos secundarios moi diversos como os compostos fenólicos e os carotenos, o que os fai unha fonte natural moi interesante para obter novos ingredientes, como a fucoxantina, un dos principais carotenoides atopados nas algas. A súa estrutura inclúe un enlace alénico e restos funcionales de carbonilo, hidroxilo e carboxilo que poden ser responsables das distintas propiedades deste composto. Tendo en conta que a produción a escala industrial desta molécula presenta varias dificultades e non é o suficientemente eficiente para a escala comercial, é de gran interese optimizar un proceso de extracción e purificación deste composto a partir dunha materia prima, como as algas, cuxa produción en grandes cantidades é factible. Fucoxantina atraeu moita atención últimamente debido ás súas fortes propiedades antioxidantes, anticancerosas e antiinflamatorias, así como aos efectos citoprotectores, anti-obesidade, neuroprotectores e protectores da pel. Estes resultados implican que a fucoxantina ten un gran potencial para incluírse nun suplemento nutricional para a prevención e tratamento da obesidade e unha gran variedade de patoloxías relacionadas, como a síndrome metabólica, a diabetes tipo 2 e as enfermidades do corazón, entre outros. Polo tanto, este estudo pretende experimentar con varios métodos de extracción e distintos disolventes, para recoller información sobre os distintos tipos de extraccións co fin de escoller o mellor procedemento para obter fucoxantina, así como estudar algunhas das bioactividades anteriormente descritas, co fin de incorporar o extracto activo ás formulacións de superalimentos funcionais.