Interés nutricional y uso como ingredientes alimentarios de las algas y microalgas

UNIVERSIDAD DE SEVILLA FACULTAD DE FARMACIA INTERÉS NUTRICIONAL Y USO COMO INGREDIENTES ALIMENTARIOS DE LAS ALGAS Y MICROALGAS María Martín Vázquez UNIVERSIDAD DE SEVILLA FACULTAD DE FARMACIA Grado en Farmacia Trabajo Fin de Grado Revisión bibliográfica Interés nutricional y uso como ingredientes alimentarios de las algas y microalgas María Martín Vázquez Departamento de Nutrición y Bromatología, Toxicología y Medicina Legal Tutora: Mª Lourdes Morales Gómez Publicación: Junio de 2022 RESUMEN Las algas y las microalgas forman parte de los organismos más primitivos de la tierra, y han sido empleadas en la medicina y alimentación tradicional de diversas civilizaciones desde hace 14.000 años. Ambas se caracterizan por una rica composición química compuesta por pigmentos, lípidos, proteínas, vitaminas, minerales y carbohidratos, entre otros, que varía en función de la especie y las condiciones de cultivo. Sin embargo, también presentan metales pesados y producen toxinas, pudiendo afectar a la salud de los consumidores. De forma similar, diversos estudios han demostrado la aparición de reacciones adversas en personas que excedían el consumo de la cantidad diaria recomendada de microalgas y algas. Actualmente, la demanda de productos naturales ha aumentado debido a la concienciación de la población sobre la relación entre la salud y la alimentación. Las algas y microalgas presentan diversas actividades beneficiosas para la salud (antioxidantes, antiinflamatorias, antidiabéticas…), de forma que la introducción de ambas en la dieta a través de ingredientes incorporados en alimentos convencionales, podría ayudar a tratar y mejorar una serie de enfermedades. Además, son de gran interés en la industria alimentaria debido a su empleo para mejorar las características organolépticas y la conservación de los productos a los que se añaden, pudiendo utilizarse como pigmentos, antioxidantes, espumantes, emulsionantes y espesantes. Sin embargo, todavía existen una serie de desafíos que afrontar para que la producción industrial de productos a base de algas y microalgas crezca a nivel mundial. Palabras claves: algas, microalgas, composición, ingredientes alimentarios. ÍNDICE INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………....1 OBJETIVOS……………………………………………………………………………..….......2 METODOLOGÍA………………………………………………………………………..……...2 RESULTADOS Y DISCUSIÓN…………………………………………………………..........2 1. COMPOSICIÓN QUÍMICA Y APORTE NUTRICIONAL DE LAS ALGAS Y MICROALGAS………………………………………………………………………….2 1.1 Proteínas………..……………………………………………………………………3 1.2 Carbohidratos………………………………………………………………………..4 1.3 Lípidos………………………………………………………………………………7 1.4 Pigmentos……………………………………………………………………………8 1.5 Vitaminas……………………………………………………………………………9 1.6 Minerales……………………………………………………………………………9 1.7 Compuestos fenólicos………………………………………………………..….....10 1.8 Toxinas y seguridad…………...…………………………………………………...10 2. EFECTOS BENEFICIOSOS SOBRE LA SALUD……………………………………11 2.1 Actividad anticancerígena………………………………………………………….11 2.2 Actividad antihipertensiva…………………………………………………………12 2.3 Actividad antiinflamatoria…………………………………………………………13 2.4 Actividad antiobesidad…………………………………………………………….13 2.5 Actividad antibacteriana…………………………………………………………...14 2.6 Actividad antifúngica…………………………………………………………...….15 2.7 Actividad antiviral…………………………………………………………………15 2.8 Actividad antioxidante……………………………………………………………..16 2.9 Actividad anticoagulante…………………………………………………………..16 2.10 Actividad inmunomoduladora…………………………………………………17 2.11 Actividad antidiabética………………………………………………………...17 2.12 Actividad neuroprotectora…………………………………………………..…18 2.13 Actividad protectora cardiovascular………………………………………...…19 3. APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA……………………………….19 CONCLUSIONES…………………………………………………………………………..…27 BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………..……..28 1 INTRODUCCIÓN Las algas son organismos fotosintéticos (Barkia et al., 2019) capaces de crecer en condiciones extremas, tanto en ambientes terrestres como acuáticos (Ścieszka y Klewicka, 2019). Además, pueden tolerar un amplio rango de temperaturas, salinidades, valores de pH e intensidades de luz (Khan et al., 2018). Presentan formas micro y macroscópicas, incluyendo especies eucariotas y procariotas. De esta forma, las macroalgas son organismos pluricelulares macroscópicos de hasta 60 metros de longitud y las microalgas son organismos unicelulares microscópicos que miden desde 1 micra hasta varios centímetros (Khan et al., 2018; Pina-Pérez et al., 2017). Todo ello, convierte a las algas en el conjunto de organismos genéticamente más diverso del planeta (Barkia et al., 2019). Las microalgas procariotas pertenecen a la división Cyanophyta (cianobacterias), mientras que las microalgas eucariotas se dividen en Chrysophyta (algas doradas), Bacillariophyta (diatomeas), Pyrrophyta (dinoflagelados), Chlorophyta (algas verdes) y Euglenophyta (Euglenas). Con respecto a las macroalgas eucariotas, se dividen en Rhodophyta (algas rojas), Chlorophyta (algas verdes) y Phaeophyta (algas marrones) (Liao et al., 2021; Vieira et al., 2020). Las algas han sido consumidas como alimentos durante miles de años por diferentes culturas, siendo Chile el país donde se emplearon por primera vez hace 14.000 años. Actualmente, diversos escritos muestran el uso de algas con fines alimenticios por todo el mundo durante los últimos siglos (Torres-Tiji et al., 2020), iniciándose así el cultivo de microalgas a principios de 1.800 en Japón (Mishra et al., 2021). No fue hasta mediados del siglo XX, cuando comenzó a aplicarse una visión más sistemática de los cultivos (Grossman et al., 2020) debido al temor de un posible suministro insuficiente de proteínas por un rápido aumento de la población mundial (Vieira et al., 2020). La tendencia actual hacia el consumo responsable, respetuoso con el medio ambiente y una alimentación cada vez más saludable, está propiciando el consumo de productos alimenticios cada vez más naturales. En este sentido, consideramos de gran interés evaluar el potencial de las algas y microalgas como ingredientes en la industria alimentaria. 2 OBJETIVOS Dada la importancia de la estrecha relación entre la dieta y la salud, el objetivo fundamental de esta revisión bibliográfica ha sido el estudio del valor nutricional y las posibles aplicaciones como ingredientes alimentarios de las algas y microalgas. Para ello, se plantearon los siguientes objetivos específicos: 1. Conocer la composición química y evaluar el aporte de nutrientes de las algas y microalgas. 2. Recabar información sobre los efectos beneficiosos de las algas y microalgas con relación a la salud. 3. Conocer el consumo actual de algas y microalgas y su aplicación en la industria alimentaria. METODOLOGÍA Para la realización de la revisión bibliográfica se recopiló información de diferentes bases de datos, capítulos de libros y revistas científicas. Las principales bases de datos consultadas fueron: Pubmed, Science Direct y Scielo. Las palabras claves empleadas en la búsqueda de información en estas plataformas fueron: “food ingredient”, “algae”, “microalgae”, “properties”, “toxicity”, etc. La primera selección se llevó a cabo teniendo en cuenta la relevancia del trabajo en relación con los índices de calidad de la revista en la que estaba publicada. Posteriormente, se leía el resumen para ver cuales ofrecían información de utilidad necesaria para la realización de esta revisión. Aunque la mayoría de los artículos escogidos están escritos en inglés, también hay algunos en español que resultaron de gran utilidad. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 1. COMPOSICIÓN QUÍMICA Y APORTE NUTRICIONAL DE LAS ALGAS Y MICROALGAS Las algas están constituidas fundamentalmente por carbohidratos, proteínas, lípidos, vitaminas, pigmentos, minerales y otros compuestos. Aunque existen diferencias debido a las condiciones de cultivo y a las diversas especies (Tabla 1), las proteínas (12–35 %) son los principales constituyentes en las microalgas, seguido de los lípidos (7–23 %) y los carbohidratos (5–23 %) (Vieira et al., 2020). En el caso de las macroalgas, predominan los hidratos de carbono (5-75%), seguido de las proteínas (5-47%) y los lípidos (<5%) (Hentati et al., 2020). 3 Tabla 1. Composición química de diferentes especies de microalgas (Barkia et al., 2019). 1.1 Proteínas En las algas, las proteínas se encuentran localizadas en el citosol e interior de los orgánulos como proteínas libres solubles en agua, o asociadas a las membranas y paredes celulares (Yatipanthalawa y Martín, 2021), ejerciendo por ello, funciones estructurales y metabólicas involucradas en la fotosíntesis (Barkia et al., 2019). Las algas presentan una rica concentración de aminoácidos, comparables con fuentes de proteínas de alta calidad, como la lactoglobulina, la albúmina del huevo y la soja (Barkia et al., 2019; Mishra et al., 2021). Sin embargo, las proteínas de las microalgas comparadas con las proteínas de origen animal, presentan una baja digestibilidad debido a la presencia de polisacáridos estructurales, lo que implica el uso de procesos de separación para mejorar su Especies Clase % Proteína %Carbohidratos % Grasa Chlamydomonas reinhardtii Chlorophyceae 48 17 21 Dunaliella sp. Chlorophyceae 34.17 14.57 14.36 Scenedesmus oblicuo Chlorophyceae 48–56 10–17 12–14 Spirulina maxima Cyanophyceae 60–71 13–16 6-7 Nanocloropsis sp. Eustigmatophyceae 30 10 22 Schizochytrium sp. Thraustochytriaceae - - 50–77 Chlorella vulgaris Trebouxiophyceae 51–58 12–17 14–22 4 biodisponibilidad (Benavente-Valdés et al., 2021). Algunas microalgas ricas en proteínas son Arthrospira platensis, Arthrospira maxima y Euglena gracilis (Kim et al., 2022). Respecto a las macroalgas, Ulva spp. contiene aminoácidos esenciales comparables con los que poseen las leguminosas (valina, leucina o isoleucina), y Palmaria palmata que además de contener valina y leucina, presenta metionina (Bourgougnon et al., 2011). 1.2 Carbohidratos En las algas existen dos tipos de carbohidratos, polisacáridos de almacenamiento y polisacáridos estructurales que forman parte de sus paredes. Respecto a los primeros, las algas pueden contener cinco tipos diferentes: almidón, almidón florideano, glucógeno, crisolaminarina y paramilón (Bernaerts et al., 2019). Los tres primeros son digeribles e insolubles en agua, mientras que los dos últimos son solubles e indigestos. El almidón está formado por una combinación de amilosa y amilopectina. La amilosa está compuesta por una cadena lineal de unidades de glucosa unidas por enlaces glucosídicos α-1,4 mientras que la amilopectina tiene estructura ramificada y está formada por unidades de glucosa repetidas con enlaces glucosídicos α-1,4 y α-1,6. Mientras que el almidón está formado por unidades repetitivas de glucosa unidas por enlaces glucosídicos α-1,4, el glucógeno lo hace por enlaces glucosídicos α-1,6. Por otro lado, el almidón florideano no presenta estructuras de amilosa (Ravindran y Rajauria, 2021) y sus gránulos están compuestos de polímeros más ramificados en comparación con el almidón (Bernaerts et al., 2019). La crisolaminarina está formada por subunidades de glucosa unidas por enlaces glucosídicos (Ravindran y Rajauria, 2021) β-1,3 y β-1,6 y el paramilón por enlaces β- 1,3 (Figura 1) (Bernaerts et al., 2019). Algunas algas y microalgas ricas en polisacáridos de almacenamiento son Chlorella spp. que presenta almidón, las algas rojas contienen almidón florideano, Euglena spp. está formada por paramilón y los heterocontos están constituidos por crisolaminarina (Kim et al., 2022). Sin embargo, la ubicación de cada polisacárido en la célula es diferente. Así, el almidón florideano, paramilón y glucógeno se ubican como gránulos en el citosol, los gránulos de almidón se almacenan en los cloroplastos y la crisolaminarina se acumula en las vacuolas (Bernaerts et al., 2019). 5 Figura 1. Representación esquemática de los cinco tipos de polisacáridos de almacenamiento (Bernaerts et al., 2019). Respecto a los polisacáridos estructurales, no son digeribles y las algas pueden contener dos tipos diferentes: los insolubles en agua como la celulosa, hemicelulosa, los mananos y el xilano (Lu y Chen, 2022), y los solubles en agua como el agar, alginato, ulván, fucán y la carragenina (Yatipanthalawa y Martín, 2021). La celulosa, el principal polisacárido estructural insoluble de cadena lineal, está compuesta por unidades de D-glucosa unidas por enlaces glucósidos β-1,4. En las algas, está rodeada por una matriz que contiene hemicelulosa, pectina y lignina, que sostiene la pared celular. Se puede aislar de varias partes de la pared celular, pero debido a la información limitada y la diferente composición de dicha estructura entre especies, se dificulta encontrar un método de extracción adecuado. Algunas de las especies que la presentan son Valonia spp., Cladophora spp. y Lyngbya spp. (Madadi et al., 2021). Los principales polisacáridos estructurales solubles en agua presentes en las macroalgas son: Agar El agar es un polisacárido estructural extraído de las membranas de las algas rojas Gracilaria spp., Gelidium spp., Pterocladia spp., Acanthopeltis spp. y Ahnfeltia spp.(Dang et al., 2022). Está compuesto por agarosa (gelificante) y agaropectina (no gelificante). La agarosa está constituida por unidades de agarobiosa (restos de D-galactosa unidos con el enlace β-1,4- glucosídico con 3,6-anhidro-L-galactosa), mientras la estructura de la agaropectina es una cadena de D-galactosa unida con enlaces β-1,3-glucosídicos (Figura 2). Dicha composición, convierte al agar en un hidrocoloide insoluble en agua fría, pero con propiedades gelificantes en agua caliente (Liao et al., 2021), resultando de interés en la industria alimentaria (Ścieszka y Klewicka, 2019). 12 por la cual la PC es tóxica para las células tumorales, pero no para las células sanas. Este hecho podría deberse a que en el caso de las células cancerígenas, son inestables genómicamente y acumulan mutaciones, mientras que las células sanas son estables genómicamente y están controladas por mecanismos de reparación (Braune et al., 2021). Con respecto a los lípidos presentes en la algas, Nappo et al. (2012) examinaron la actividad de Cocconeis scutellum en las siguientes líneas celulares: BT20 (cáncer de mama humano), MBMDA468 (cáncer de mama humano), LNCaP (células de adenocarcinoma de próstata humano), COR (transformadas por el virus de Epstein-Barr), JVM2 (linfoblasto inmortalizado con el virus de Epstein-Barr) y BRG-M (células de linfoma de Burkitt). Los resultados determinaron que Cocconeis scutellum fue más efectiva en la línea celular BT20, debido a su contenido rico en ácido eicosapentaeónico (EPA). Sin embargo, los autores alegaron que no está claro si solo el EPA o una asociación sinérgica entre diferentes compuestos, son los responsables de la apoptosis de dicha línea celular. Por otro lado, se encontró que la fracción lipídica rica en digalactosildiacilglicerol (DGDG) y sulfoquinovosildiacilglicero (SQDG) del alga parda Sargassum marginatum, inhibe el crecimiento de las células de leucemia promielocítica humana (HL-60). No obstante, los autores atribuyeron la actividad anticancerígena a las especies de lípidos más abundantes del alga, subestimando otras especies de lípidos no identificadas (Lopes et al., 2021). 2.2 Actividad antihipertensiva En el cuerpo, la presión arterial está regulada por una gran cantidad de sistemas complejos gobernados por la enzima convertidora de la angiotensina (ECA) en el sistema reninaangiotensina-aldosterona. La ECA cataliza la conversión de angiotensina-I inactiva (Ag I) a angiotensina-II (Ag II), un péptido vasoconstrictor que induce un potente efecto hipertensivo. La ECA además regula la hipertensión a través de la inactivación de un péptido vasodilatador dependiente del endotelio, la bradicinina (Barkia et al., 2019). Actualmente, el tratamiento de la hipertensión con fármacos sintéticos inhibidores de la ECA, como el captopril, lisinopril y enalapril, han mostrado ser eficaces. Sin embargo, son costosos y presentan efectos secundarios desagradables como hipotensión, angioedema, tos, mareos, dolores de cabeza, náuseas y daño renal. De forma que existe un interés creciente en el empleo de antihipertensivos de origen natural. Hasta el momento, se han empleado las especies Chlorella vulgaris, Chlorella ellipsiodea, Arthrospira platensis y Nannochloropsis oculata para producir péptidos inhibidores de la ECA (Barkia et al., 2019). Siguiendo la misma línea, Suetsuna y Nakano (2000), identificaron cuatro tetrapéptidos en Undaria pinnatifida que mostraron actividad inhibidora de la ECA en ratas espontáneamente hipertensas (SHR). También se ha aislado un péptido antihipertensivo de Palmaria palmata que inhibe la renina, 13 una enzima que regula el sistema renina-angiotensina-aldosterona, un objetivo clave en el tratamiento de la presión arterial alta (Bleakley y Hayes, 2017). 2.3 Actividad antiinflamatoria Un estudio investigó la actividad antiinflamatoria de extractos lipídicos de tres algas rojas (Palmaria palmata, Porphyra dioica, Chondrus crispus) y una microalga (Pavlova lutheri), en macrófagos THP-1 humanos. Los extractos lipídicos de Pavlova lutheri y Palmaria palmata fueron los más potentes y suprimieron la producción de la citoquina proinflamatoria IL-6, mientras que el extracto lipídico de Chondurs crispus, pareció mostrar el potencial antiinflamatorio más bajo debido a su alto contenido en ácido araquidónico (ARA). De manera similar, el extracto de lípidos de Palmaria palmata redujo la producción de la citoquina proinflamatoria IL-8. Finalmente, Porphyra dioica inhibió la expresión de una gran cantidad de genes inflamatorios en comparación con las otras especies probadas (Robertson et al., 2015). De forma similar, Yang et al. (2010) encontraron que los extractos lipídicos de cinco algas (Laurencia okamurae, Grateloupia elliptica, Sargassum thunbergii, Gloiopeltis furcata y Hizikia fusiformis) redujeron la inflamación en la línea celular de macrófagos RAW 264.7 de ratón a través de la inhibición en la producción de prostaglandina E2 (PGE2), interleucina-6 (IL-6) y factor de necrosis tumoral α (TNF-α). Con respecto a los ácidos grasos poliinsaturados (PUFAS), Khan et al. (2007) encontraron que los ácidos grasos omega-3 de Undaria pinnatífida tenían propiedades antiinflamatorias. De forma que el ácido estearidónico (SDA) actuó frente a la inflamación de oído y el ácido eicosapentanoico (EPA), fue activo contra el edema, el eritema y el flujo sanguíneo en ratones. 2.4 Actividad antiobesidad El consumo de fibra dietética está asociado a la pérdida de peso, como es el caso del alginato, el cual reduce la absorción de colesterol y glucosa, inhibe enzimas gastrointestinales y controla la digestión de los lípidos. Por ello, es considerado un polisacárido antiobesidad y es comercializado como complemento alimenticio o incorporado en alimentos convencionales. En el estómago, el alginato se expande y forma un gel estable a pH ácido, ofreciendo saciedad durante 6 a 8 horas. Tras ese periodo de tiempo, se disuelve en el intestino a pH neutro o básico (Gheorghita Puscaselu et al., 2020). Koo et al. (2019) emplearon la microalga Phaeodactylum tricornutum, rica en ácido eicosapentanoico (EPA) y fucoxantina, para determinar si presentaba actividad antiobesidad. Los resultados mostraron una reducción de la adipogénesis en preadipocitos 3T3-L1 y por tanto, 14 una menor acumulación de lípidos celulares. En otra investigación, se obtuvieron células madre de tejido adiposo humano (hASC) de una donante no diabética y con sobrepeso, y se trataron con un extracto de Euglena gracilis. Los resultados mostraron que se redujo el contenido celular de triglicéridos y se inhibió la diferenciación de adipocitos (Sugimoto et al., 2018). Hernández-Lepe et al. (2019) llevaron a cabo un ensayo clínico para evaluar el efecto de la suplementación a corto plazo con Spirulina maxima sobre los niveles de lípidos en plasma y el índice de masa corporal (IMC). Para ello, se dividió a hombres jóvenes (26 ± 5 años) sedentarios con IMC ≥ 25 kg/m 2, algunos de los cuales padecían dislipidemia, en dos grupos de intervención: el grupo Sm recibió un suplemento de Spirulina maxima y el grupo control recibió placebo. Los resultados mostraron en el tratamiento Sm, una disminución significativa del colesterol total (TC) y los triglicéridos (TG) junto con un aumento significativo en el colesterol HDL en sujetos obesos, mientras que el colesterol LDL fue menor en sujetos con sobrepeso, obesidad y dislipidemia. En cuanto al IMC, solo se observó una reducción significativa en sujetos obesos y dislipidémicos después del tratamiento Sm. 2.5 Actividad antibacteriana El mal uso generalizado de antibióticos en las últimas décadas, ha dado lugar a una mayor resistencia de los microorganismos a los antibióticos, lo que hace necesaria la búsqueda de nuevos agentes antimicrobianos. Los antibióticos sintéticos actuales no han tratado las enfermedades de manera satisfactoria debido a los efectos secundarios, el alto costo y el riesgo de generar cepas patógenas resistentes. Por lo tanto, los investigadores siguen buscando nuevos antibióticos naturales con un amplio espectro de acción y menos efectos adversos (Khan et al., 2018). Según Mohamed et al. (2002), la cianobacteria Lyngbya majuscule presenta una actividad antibacteriana frente a Bacillus subtilis y Escherichia coli. Otro estudio realizado por Skočibušić et al. (2019) mostraron que la cianobacteria Rivularia mesentérica inhibía el crecimiento de Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Enterobacter cloacae y Pseudomonas aeruginosa. Los compuestos fenólicos son de gran interés debido a su actividad antibacteriana contra ciertos microorganismos demostrado en diversos estudios. Por ejemplo, Stapleton et al. (2004) mostraron que el florotanino de Eisenia bicyclis inhibía a Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA). Además, flavonoides como la rutina, la quercetina y el kaempferol, aislados de Gracilaria dendroides exhibieron actividad antibacteriana contra Staphylococcus aureus, Escherichia coli y Enterococcus faecalis (Al-Saif et al., 2014). Otra investigación realizada por Ford et al. (2020), mostraron la actividad antibacteriana del florotanino extraído de Ascophyllum 15 nodosum frente a Escherichia coli, Salmonella agona y Salmonella Enteritidis. Con respecto a los ácidos grasos, un estudio llevado a cabo por Cakmak et al. (2014), puso de manifiesto que los ácidos grasos omega 3 y 6 extraídos de Dunaliella salina, inhibieron el crecimiento de Listeria monocytogenes. En otro estudio similar, se observó que el ácido eicosapentaenoico (EPA) y el ácido palmitoleico (PA) de Phaeodactylum tricornutum, actuaron contra Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA) (Desbois et al., 2008). El mecanismo de acción de los compuestos antibacterianos consiste en la unión de estos con la superficie bacteriana. Estas moléculas atraviesan la pared celular para posteriormente actuar sobre las bacterias, lisando la membrana citoplasmática, filtrando proteínas y rompiendo las moléculas de ADN, lo que finalmente conduce a la muerte celular (Bhowmick et al., 2020; Shannon y Abu-Ghannam, 2016). 2.6 Actividad antifúngica Las algas también presentan actividad antifúngica frente a diversos hongos, como es el caso de la cianobacteria Lyngbya majuscula, que inhibió el crecimiento de Aspergillus flavus (Mohamed et al., 2002). Otra investigación realizada por De Corato (2019), demostró el potencial antifúngico de Laminaria digitata contra Rhizopus stolonifer. Se ha comprobado también que las algas Ulva reticulata y Turbinaria triquetra actúan contra la levadura, Candida albicans (Omar et al., 2012). Otra alga, Trichodesmium erythraeum fue efectiva contra Aspergillus niger y Aspergillus flavus, debido a su rica composición en ácidos grasos poliinsaturados (PUFAS) (Thillairajasekar et al., 2009). 2.7 Actividad antiviral El mecanismo general que desempeñan los compuestos presentes en las algas con actividad antiviral consiste en interferir en la adhesión y/o penetración del virus a la célula huésped, o inhibir la síntesis de proteínas y replicación del genoma viral, para evitar la infección y producción de la enfermedad (Chaisuwan et al., 2021). El fucoidano, un heteropolisacárido extraído de Sargassum trichophyllum, mostró efecto antiviral contra el virus del herpes simple tipo 2 (VHS-2), de forma que inhibió los pasos de adsorción y/o penetración del virus. En esta línea, Sargazo henslowianum produjo fucoidanos antivirales contra el virus del herpes simple tipo 1 y 2 (VHS-1 y VHS-2), que interfirieron en la unión de los viriones a las células huésped (Chaisuwan et al., 2021). Por otro lado, el monogalactosildiacilglicérido producido por Coccomyxa sp., actúa contra el HSV2 y provoca cambios físicos en la envoltura del virus del papiloma humano (VPH), de forma que el virus no pudo adherirse a la célula huésped (Carbone et al., 2021; Khavari et al., 2021). 16 2.8 Actividad antioxidante Las especies reactivas de oxígeno (ROS) se producen durante el metabolismo normal, aunque también pueden ser introducidas por la contaminación, los hábitos alimenticios poco saludables, el tabaquismo, la falta de sueño, la luz ultravioleta (UV), rayos X o rayos gamma. Si las ROS no son neutralizadas por los constituyentes celulares, pueden producir daño celular, tisular y genético. Este tipo de daño oxidativo está relacionado con varias enfermedades degenerativas. Por ello, el uso de algas como antioxidantes se ha considerado una opción interesante (Barkia et al., 2019). Según Kim et al. (2007), los fucanos sulfatados de Sargassum fulvellum son secuestrantes de óxido nítrico (NO) más potentes que antioxidantes comerciales como el α-tocoferol y el βhidroxiácido (BHA). Las carrageninas y las ulvanas aisladas de Spyridia hypnoides y Ulva pertusa, respectivamente, exhiben propiedades antioxidantes relacionadas con el contenido de sulfato presentes en sus estructuras (Sudharsan et al., 2018; Li et al., 2018). Curiosamente, las actividades de quelación de metales y eliminación de radicales libres del fucano extraído de Sargassum tenerrimum están relacionadas con el bajo peso molecular y su proporción de sulfato/fucosa (Li et al., 2018). En cuanto a los pigmentos, su actividad antioxidante se debe a la composición y distribución de su estructura. Como es el caso de los carotenoides, cuya actividad antioxidante se atribuye a los dobles enlaces conjugados en su estructura o a la presencia de grupos específicos. Por otro lado, el pigmento fucoxantina y sus derivados, como la auroxantina, aislados de la microalga Undaria pinnatifida, tienen una acción eliminadora de radicales libres mayor en comparación con el βcaroteno (Khan et al., 2018). Una explicación a este hecho sería la presencia de un enlace alénico y un grupo funcional acetilo en la estructura de la fucoxantina (Lourenço-Lopes et al., 2021). Un estudio demostró que la B-ficoeritrina (B-PE) extraída de Pseudendoclonium marinum exhibió una actividad antioxidante bastante similar al ácido ascórbico y mayor que el butilhidroxitolueno (BHT) (Gargouch et al., 2018). 2.9 Actividad anticoagulante Cui et al. (2018), mostraron que el fucoidan de Nemacystus decipiens presentó una actividad fibrinolítica. En otro estudio similar, Zhao et al. (2016) encontraron que el fucoidan aislado del alga parda Laminaria japonica exhibió una importante capacidad fibrinolítica en ratas. Por último, en un estudio realizado por Faggio et al. (2016), probaron que los polisacáridos obtenidos de Ulva fasciata y Agardhiella subulata prolongaban el tiempo de tromboplastina y el tiempo de protrombina, de forma que evitaban la coagulación de la sangre. Fonseca et al. (2008) 17 explicaron que existe una relación entre la actividad anticoagulante y el contenido de sulfato en los polisacáridos. De forma que, al aumentar la cantidad de sulfato en las estructuras de los polisacáridos, mayor actividad anticoagulante desempeñaban. 2.10 Actividad inmunomoduladora Los polisacáridos sulfatados extraídos de Tribonema sp. presentaban efectos inmunoestimuladores en células de macrófagos murinos, de forma que estimularon la regulación positiva de interleucina-6 (IL-6), interleucina-10 (IL10) y factor de necrosis tumoral α (TNF-α) (Chen et al., 2019; Bahramzadah et al., 2019). Por último, Park et al. (2017) revelaron que los polisacáridos del alga Thraustochytriidae sp. estimulaban la proliferación celular en linfocitos B humanos. 2.11 Actividad antidiabética Los polisacáridos de algas constituyen la fracción de fibra con bajo índice glucémico (IG) que reduce la hiperglucemia postprandial al retrasar la absorción de glucosa en el intestino delgado, haciendo de las algas un alimento adecuado para el tratamiento de la diabetes mellitus tipo 2 (DM2). Una dieta con un IG bajo es más eficaz para controlar la hemoglobina glicada (HbA1c) y la glucemia en ayunas que una dieta con un IG alto según han demostrado diversos autores (Ojo et al., 2018; Bocanegra et al., 2021). La capacidad de formación de gel y la inhibición de la enzima α-glucosidasa por parte del alginato, desempeñan un papel importante en la reducción de la absorción de nutrientes después de la digestión, de forma que evita un aumento postprandial de glucosa e insulina en sangre. Sin embargo, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) desestimó la alegación saludable del alginato de sodio de Ascophyllum nodosum sobre la reducción de la actividad de las enzimas digestivas y la reducción de la absorción de glucosa en 2011 ya que el panel de expertos consideraba que la reducción de la glucemia postprandial estaba asociada a un incremento de la respuesta insulinémica (EFSA, 2011). Por otro lado, el extracto de fucoidan de Undaria pinnatifida, Fucus vesiculosus y Ecklonia maxima parece actuar como inhibidor de la α-glucosidasa, mientras que el fucoidan de Ascophyllum nodosum y Turbinaria ornata ha mostrado un efecto inhibitorio sobre la α-amilasa. Además, los extractos de fucoidan de Cucumaria frondose y Acaudina molpadioides aumentan la producción de insulina y la captación de glucosa en sangre por el músculo y el tejido graso. La laminarina, una clase de βglucanos de almacenamiento de bajo peso molecular que se encuentra en las algas 18 pardas Laminaria sp., Undaria pinnatifida, Fucus vesiculosus y Saccharina sp., bloquea la digestión del almidón (Lu y Chen, 2022). Los péptidos extraídos del alga roja Palmaria palmata, aumentaron la producción de insulina tras el aumento de glucosa en sangre postprandial (Lu y Chen, 2022). Asimismo, el extracto rico en fenoles de Ascophyllum nodosum y Fucus vesiculosus disminuyó el nivel de glucosa en sangre postprandial en ratas bajo dietas hiperglucémicas. De hecho, la ingestión de esta mezcla 30 minutos antes del consumo de carbohidratos, reduce el área de la curva de insulina y aumenta la sensibilidad a la insulina en un ensayo clínico en humanos (Afonso et al., 2019). El mecanismo antidiabético de la fucoxantina es debido a su función inhibidora de la αglucosidasa, que retrasa la digestión y la absorción de glucosa (Lu y Chen, 2022). Este hecho se observó en un estudio, donde se empleó fucoxantina obtenida de Undaria pinnatífida en ratones con obesidad inducida por la dieta hiperlipidémica. Según los resultados, los niveles de glucosa e insulina en plasma aumentaron en los ratones alimentados con una dieta alta en grasas, mientras que disminuyeron en los ratones que recibieron fucoxantina como complemento alimenticio. Curiosamente, el efecto hipoglucemiante de la fucoxantina solo se observa en modelos de ratones con una patología dietética, como la diabetes u obesidad, ya que ratones sobrealimentados pero sanos, no se observó una reducción de la glucemia (Lourenço-Lopes et al., 2021). 2.12 Actividad neuroprotectora Los fármacos empleados en enfermedades neurodegenerativas, presentan efectos adversos como somnolencia, fatiga, sequedad de boca, desequilibrio, ansiedad o nerviosismo, entre otros. Actualmente, los investigadores están buscando compuestos naturales con capacidades neuroprotectoras con el fin de prevenir la aparición de estos efectos secundarios, resultando las algas una fuente muy prometedora para ello (Lourenço-Lopes et al., 2021). Los PUFAS están involucrados en un correcto desarrollo del cerebro. De esta manera, diversos estudios en roedores y humanos muestran que la suplementación con DHA tendría un impacto beneficioso en las funciones cerebrales, incluido el aprendizaje, la memoria y las enfermedades mentales (Remize et al., 2021). Con respecto a los polisacáridos, se ha confirmado que los fucoidanos de Sargassum fusiforme mejoran la disfunción y capacidad cognitiva en ratones, pudiendo ser apropiado su uso para retrasar o detener el desarrollo de la enfermedad de Alzheminer (Hu et al., 2016). Por otro lado, los hallazgos del estudio de Luo et al. (2009) sugirieron que, debido a su actividad antioxidante, 19 el fucoidan extraído de L. japonica presentaba efectos neuroprotectores contra 1-metil-4-fenil- 1,2,3,6-tetrahidropiridina, una neurotoxina presente en la enfermedad de Parkinson. Los pigmentos de las algas también han mostrado un cierto efecto neuroprotector, así se ha observado que la fucoxantina redujo la lesión por isquemia/reperfusión cerebral inducida por la oclusión de la arteria cerebral media (Hu et al., 2018). Siguiendo la misma línea, el estudio realizado por Lu et al. (2010) presentaron la evidencia de que la astaxantina retrasó la acumulación de daño cerebral después de la isquemia/reperfusión. Por último, se ha demostrado que los accidentes cerebrovasculares, la hipertensión y la pérdida de memoria en la demencia vascular, también son prevenidos por la astaxantina (Hussein et al., 2006). 2.13 Actividad protectora cardiovascular Diversos estudios reflejaron que el consumo de alimentos a base de algas puede reducir el riesgo de arritmias cardíacas, infarto de miocardio, trombosis y paro cardíaco (Mishra et al., 2021). Según el estudio de Nuno et al. (2013), el consumo regular del alga parda Isochrysis galbana redujo los niveles de glucosa, triacilglicerol y colesterol en sangre. Una investigación realizada por Cicero et al. (2007), observaron que una dieta basada en productos naturales suplementada con ácido fólico y astaxantina, reducía el riesgo de enfermedad cardiovascular debido a la reducción de las ROS y la inflamación. Además, los niveles de colesterol, triglicéridos, Apo B y LDL fueron más bajos, mientras que los niveles de HDL aumentaron. Como hemos podido ver, las algas y microalgas presentan un amplio abanico de propiedades beneficiosas para la salud debido a su composición química. Sin embargo, muchos estudios solo han identificado los componentes bioactivos, por ello sería necesaria la realización de estudios que integren estos compuestos en alimentos e investigar como actuarían en el organismo humano, con la finalidad de su aprobación por la EFSA para su aplicación en la industria alimentaria. 3. APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA Según cifras de las Naciones Unidas, se espera que la población mundial crezca casi un 50 % en 2050, lo que conllevará un aumento en la demanda de alimentos y proteínas de origen animal (Camacho et al., 2019). La introducción de las algas como sustituto de proteínas de origen animal en la alimentación humana podría resolver esta situación. Sin embargo, solo se han utilizado un número limitado de cepas a nivel industrial para desarrollar este objetivo. Por ello, será necesario una amplia investigación y desarrollo para la detección de nuevas especies o la 20 mejora de las cepas existentes mediante ingeniería genética (Barkia et al., 2019). Por otra parte, las dietas ricas en carne y alimentos procesados además de ser perjudiciales para la salud, por ser causantes de enfermedades, se asocian con una mayor contaminación ambiental (Santiago- Díaz et al., 2021). De esta forma, la demanda de productos naturales y alimentos funcionales ha crecido en las últimas décadas, debido a la conciencia de los consumidores sobre la relación entre la alimentación y la salud. Los alimentos funcionales desencadenan efectos beneficiosos sobre las funciones fisiológicas, mejoran el bienestar y la salud de los consumidores y reducen el riesgo de enfermedad. Por lo tanto, la inclusión regular de los mismos en la dieta promueve una mayor calidad y expectativa de vida (Camacho et al., 2019; Vieira et al., 2020). En consecuencia, existe un gran interés en la búsqueda de nuevas fuentes a emplear como alimentos funcionales. Entre ellas, las microalgas se consideran una alternativa económicamente viable por varias razones (Pina-Pérez et al., 2019; Vieira et al., 2020): i. Presentan la capacidad de mejorar aspectos tecnológicos de los alimentos suplementados (Pina-Pérez et al., 2017; Vieira et al., 2020). ii. Contienen una rica composición bioactiva que aporta propiedades nutricionales adicionales a los alimentos suplementados (Pina-Pérez et al., 2017; Vieira et al., 2020). iii. Las condiciones de convección y la alta movilidad de las microalgas facilitan la exposición a la luz, de forma que se produce altas tasas de biomasa (Grossman et al., 2020). iv. Requieren una necesidad muy reducida de tierra cultivable, debido a que las microalgas se pueden cultivar en reactores (Grossman et al., 2020). v. Dependiendo de las condiciones de cultivo, se puede lograr una baja contaminación con microorganismos y minimizar la necesidad de pesticidas durante el cultivo, lo que garantiza la seguridad alimentaria (Grossman et al., 2020). La EFSA es la principal autoridad reguladora de seguridad alimentaria. Las algas están sujetas al Reglamento de la Ley General de Alimentos en lo que se refiere a productos ya comercializables. Además, son consideradas como Nuevos Alimentos tal como se definen estos en el Reglamento 2015/2283 del Parlamento Europeo y del Consejo: “un alimento obtenido a partir de microorganismos, hongos o algas, alimento producido utilizando nuevas tecnologías y procesos de producción, así como alimentos que se consumen o se han consumido tradicionalmente fuera de la UE antes del 15 de mayo de 1997” y por tanto, requieren una autorización previa para su comercialización o utilización como ingredientes alimentarios (Reglamento Europeo 2015/2283 del Parlamento Europeo y del Consejo, 2015). 21 Aunque existen un gran número de especies de microalgas, solo un número limitado de ellas son reconocidas como seguras para el consumo humano (GRAS) según la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA). Sin embargo, esta designación solo se aplica a la jurisdicción de EEUU y puede diferir según la reglamentación de otros países. En términos generales, las microalgas que lideran la industria alimentaria son Chlorella vulgaris, Arthrospira maxima, Arthrospira platensis y Tetraselmis chuii. Respecto a las tres primeras, se consumen comúnmente como complementos alimenticios por su rica composición nutricional (Caporgno y Mathys, 2018), mientras que la última se emplea como salsa, sal y condimento. Sin embargo, Dunaliella spp., Haemotococcus spp., Schizochytrium spp., Euglena gracilis y Ulkenia spp. están ganando aceptación en el mercado de los alimentos (Remize et al., 2021; Torres-Tiji et al., 2020). Por otro lado, autoridades nacionales como la FDA y la EFSA han restringido el uso de muchos aditivos sintéticos en los alimentos, debido a un aumento en el desarrollo de enfermedades (Vieira et al., 2020). De esta forma, las algas podrían considerarse una buena opción para su empleo como aditivos naturales (colorantes alimentarios, antioxidantes, espumantes, emulsionantes y espesantes). En la industria alimentaria, los antioxidantes aumentan la calidad nutricional y prolongan la vida del producto. Para ser empleados, los antioxidantes no deben afectar al color, olor y sabor de los alimentos, se deben utilizar en bajas concentraciones (0,001– 0,01 %), ser estables y económicos (Coulombier et al., 2021). En cuanto a los colorantes alimentarios, destacan Dunaliella salina por ser una fuente rica en β-caroteno (Mishra et al., 2021) y Spirulina sp. como fuente principal de ficocianina, mixoxantofila y zeaxantina (Ashaolu et al., 2021). Sin embargo, el potencial de las microalgas como colorante alimentario es limitado, siendo fotoinestables y perdiendo su color durante la cocción de los alimentos. No obstante, a pesar de esta limitación, el mercado de colorantes alimentarios derivados de microalgas es enorme (Mishra et al., 2021). Con respecto las proteínas de las microalgas, éstas muestran propiedades espumantes, emulsionantes, espesantes y gelificantes, pudiendo ser de interés para la industria alimentaria. Éstas presentan grupos funcionales hidrofílicos e hidrofóbicos, lo que les da la capacidad de actuar como emulsionantes estables frente a cambios amplios de pH y altas concentraciones de sal. Pudiendo maximizar esta capacidad, exponiéndolas a un pH alcalino y con altas concentraciones de proteínas. En cuanto a las propiedades gelificantes, parece que la desnaturalización de las proteínas se produce más rápidamente para formar geles cuando existe una alta concentración de proteínas. No obstante, esta propiedad se puede mejorar a una concentración de proteína baja (1,5–2,5 % en peso) mediante el uso de un agente estabilizador como CaCl 2. Otra propiedad que presentan las proteínas de las microalgas es la capacidad de 28 BIBLIOGRAFÍA 1. Acquah C, Ekezie FG, Udenigwe CC. 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