Alimentómica de microalgas: determinación de metabolitos primarios y secundarios en biomasas microalgales para la elaboración de alimentos funcionales

En los últimos años el grupo de investigación en microalgas del CIB ha liderado proyectos a nivel nacional para la utilización de las microalgas como un suplemento alimenticio carbono-neutral potencial para la alimentación de animales. Estas han mostrado perfiles nutricionales de altos contenidos de proteína, carbohidratos y lípidos funcionales. Por medio del desarrollo de sistemas de producción en donde se aprovecha los residuos agroindustriales se ha disminuido los costos de producción de materias primas que puedan sustituir parcialmente el maíz y la soya. Sin embargo, los beneficios de las microalgas no se limitan a su contenido de proteínas, lípidos y carbohidratos, estas presentan una serie de metabolitos y minerales que podrían contribuir a mejorar la nutrición y la salud de los animales y del ser humano. Actualmente, a nivel nacional la información con que se cuenta del contenido de los metabolitos primarios y secundarios en las biomasas cosechadas con medios de cultivo alternativos es muy limitado, se requiere comprender con detalle la composición de los metabolitos secundarios y minerales lo que permitiría al sector industrial conocer la composición de las biomasas de la microalga y usarlas en la construcción de suplementos de animales o humanos como un alimento funcional. Para ello, se requiere profundizar en los estudios haciendo uso de herramientas como las omicas para mostrar todo el potencial que las microalgas presentan. A través de la alimentómia (disciplina que examina todo el conjunto de sustancias presentes en los alimentos, sus propiedades nutricionales y su impacto en la salud) se realizará un estudio trandisciplinario para determinar el perfil de metabolitos de las microalgas Haematococcus pluvialis, Isochrysis galbana y Arthrospira maxima como fuente potencial de alimentos funcionales. Se desarrollarán cultivos suplementados con micronutrientes como Zinc (Zn), Manganeso (Mn) y Selenio (Se) para su incorporación en la biomasa microalgal, además, se realizarán ensayos para determinar el poder antioxidante (valor ORAC). La investigación incluye, además, pruebas de escalamiento y determinación de puntos críticos, para asegurar el crecimiento estable de las microalgas en condiciones de cultivo masivo al ser suplementadas con micronutrientes. Se realizará el diseño de un prototipo de núcleo mineral proteico para el sector avícola, acuícola y un prototipo de Snack para humanos que cumpla con las normativas del reglamento RTCA y el Códex Alimenticio. Los resultados generados permitirán impactar a las industrias de producción alimenticia nacional y a los consumidores debido a las posibles mejoras a nivel nutricional de los productos derivados de huevos, pescado y biomasa de microalgas lo cual contribuiría a la salud pública con acciones que atiendan las diferentes formas de malnutrición que se podría presentar en nuestra sociedad. El proyecto puede generar conocimiento innovador donde se podría generar patentes o secreto industrial, a su vez el producto (s) podrían concebir alternativas de solución para diversos sectores con represión alimentaria tales como: pacientes con diversas patologías, pacientes quirúrgicos, adultos mayor y familias en desnutrición.

Palabras clave: Alimentos funcionales, micro nutrientes, microalgas

• Subárea: Biotecnología Ambiental

Caracterización de actividad lipasa endógena de especies de microalgas y desarrollo de transesterificación in situ para la producción de ésteres etílicos de ácidos grasos, como materia prima para biocombustibles.

Las lipasas son enzimas naturales en las microalgas que permiten realizar la transesterificación de los lípidos en la biomasa húmeda, reduciendo costos de secado y extracción del lípido; además, prescinde de catalizadores para la producción de la materia prima para biocombustible (esteres metílicos de ácidos grasos o FAEE) pues las mismas enzimas de la biomasa pueden conducir esta reacción con altos rendimientos de hasta 80%. Este proyecto busca encontrar una cepa de microalga con alta actividad lipasa y posteriormente inducirla a producir mayor cantidad de lípidos mediante modificación de las condiciones de crecimiento. Los aceites producidos por el alga posteriormente serán transformados en precursores de biocombustibles por medio de la transesterificación directa en la biomasa húmeda mediante la adición de etanol para generar los FAEE. A futuro, los procesos desarrollados podrán ser escalados permitiendo maximizar los rendimientos para aplicarse a proyectos de gran interés en el ámbito de la "bioenergía alternativa".

Objetivo general:

Desarrollar un proceso de transesterificación por actividad lipasa endógena de microalgas silvestres de Costa Rica para la producción de ésteres etílicos de ácidos grasos, como materia prima para biocombustibles

El presente estudio muestra la aplicación de dos heurísticas de optimización combinatoria (algoritmo genético y sobrecalentamiento simulado) a tres problemas de optimización, que surgen al modelar el número de infectados y los costos de aplicar ciertas medidas de control, ante la propagación de una enfermedad infecciosa.

Para la simulación se emplean las ecuaciones discretas de los modelos SIR (en una y dos poblaciones) y SIS (en dos poblaciones), y en cada caso se utiliza un funcional de costo que permite cuantificar el valor conjunto de la aplicación de las medidas de control, junto con la atención de los infectados.

En total se formulan y se estudian ampliamente tres problemas combinatorios que permiten determinar la forma óptima de aplicar algunas medidas de control ante el brote de una enfermedad infecciosa, en una misma población o en dos poblaciones interconectadas (dependiendo del caso). Esto se realiza con el objetivo de minimizar en cada problema el número total de infectados durante el periodo de desarrollo de la enfermedad, así como el costo de aplicación de esas medidas.

Se demostró nuevamente que las simulaciones con modelos matemáticos proporcionan información útil sobre las medidas de control que se deben tomar para lograr controlar una enfermedad a tiempo y evitar consecuencias desastrosas. Esta información pueden usarla los profesionales en salud para la planeación de programas de salud pública. Además, el modelo se puede utilizar para la evaluación de programas de control, trabajando otras simulaciones, constituyendo una opción económica y efectiva. En los resultados obtenidos se hace evidente que el propósito principal de las restricciones en el flujo de personas infectadas es retrasar la propagación de la enfermedad hasta que se puedan desarrollar y aplicar otras intervenciones, o bien se pueden combinar con otras medidas de control (Herrera-Valdez et al., 2011). Ese retraso puede ser de gran ayuda en el desarrollo de la conciencia pública, la aplicación del distanciamiento social y la preparación de los centros de atención y de las medidas de prevención. Todo tiempo adicional que permita prepararse es una oportunidad para reducir los efectos potenciales de varias enfermedades.