RENDIMIENTO Y CALIDAD DE ALGINATO DEL ALGA ...biblio.uabcs.mx/tesis/te3065.pdfi RESUMEN La demanda de algas por parte de las industrias procesadoras de alginatos ha ido en aumento

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

Acleto O.C. y A.R. Zúñiga. 1998. Introducción a las algas. Edit. Escuela Nueva.

Perú. 383 pp.

Armisen R. y F. Galatas. 1987. Production properties and uses of agar. Production

and utilization of products from commercial seaweeds. FAO. Rome. 1–57.

Arvizu D.L., Rodríguez Y.E.; Hernández C.G. y J.I. Murillo. 2007. Chemical

constituents of Eisenia arborea Areschoug from Baja California Sur, México.

Investigaciones Marinas. 35 (02): 63-69.

Arvizu-Higuera D.L., Hernadez-Carmona G. y Y.E. Rodríguez-Montesinos. 1996.

Efecto de la temperatura y el tiempo de extracción en el proceso de

obtención de alginato de sodio a partir de Macrocystis pyrifera. Ciencias

Marinas. 22 (04): 511-521.

Arvizu-Higuera D.L., Hernández-Carmona G. y Y.E. Rodríguez-Montesinos. 1997.

Efecto del tipo de precipitación en el proceso de obtención de alguinato de

sodio: método de alguinato de calcio y método de ácido alguinico. Ciencias

Marinas. 23 (02): 195-207.

Bixler H.J y H. Porse. 2011. A decade of change in the seaweeds hydrocolloids

industry. Appl. Phycol. 23. 312-335.

Bondi A. 1987. Animal nutrition. John Wiles and Sons. Great Britain. 540pp.

Boraso L.A., Rico E.A., Perales S., Perez L. y H. Zalazar. 2004. Algas marinas de

la Patagonia, una guía ilustrada. Edit. Vazquez Mazzini. Argentina. 56 pp.

38

Burtin P. 2003. Nutritional value of seaweeds. Electron J. Environ Agr Food Chem.

2: 248–503.

Camacho O. y G. Hernández-Carmona. 2012. Fenología y alginatos de dos

especies de Sargassum de la costa caribe de Colombia. Ciencias Marinas.

38(2). 381–393.

Carrillo-Dominguez S., Casas-Valdez M., Ramos-Ramos R., Pérez-Gil Romo F. y

I. Sánchez-Rodríguez. 2002. Algas marinas de Baja California Sur, México:

Valor nutrimental. ISI Master Journal List. 52 (4): 400-401.

Casas-Valdez M., Contreras-Hernández H., Marín-Álvarez A., Aguila-Ramirez

R.N., Sánchez-Rodríguez I., Rodríguez-Astudilla S., Hernández-Guerrero

C.J. y S. Carrillo-Domínguez. 2008. Uso de algas marinas como

alimentación de ganado. Baja Sur Produce. 17-19.

Castro-González M.I., Carrillo-Dominguez S. y F. Pérez-Gil. 1994. Chemical

composition of Macrocystis pyrifera (Giant Sargazo) collected in summer

and winter and its possible use in animal feeding. Ciencias Marinas. 20(1):

33-40.

Chapman V.J y D.J. Chapman. 1980. Seaweeds and their uses. Edit. Chapman

and Hall. USA. 334 pp.

Cubero N.; Monferrer A. y J. Villalta. 2002. Aditivos Alimenticios. Edit. Mundi-

Prensa. España. 241 pp.

Danisco. 2012. Funcional ingredients for food. Denmark.130 pp.

39

Darley W.M. 1987. Biología de las algas, enfoque fisiológico. Edit. Limusa. México.

236 pp.

Donati I. y S. Paoletti. 2009. Materials Properties of Alginates (Alginates: Biology

and Applications). Berlin. 1-53.

Draget K.I., Smidsrod O. y G. Skjak-Braek. 2005. Polysaccharides and polyamides

in the food industry. Properties, production and parents. Edit. WILEY-VCH.

Noruega. 30 pp.

Druehl L.D. 2003. Pacific Seaweeds, a guide to common seaweeds of the west

coast. Harbour. Canadá. 190 pp.

Edwards M.S. y B. Konar. 2012. A comparison of dragon kelp, Eualaria fistulosa

(Phaeophyceae), fecundity in urchin barrens and nearby kelp beds

throughout the Aleutian Archipelago. Phycological Society of America. 1-21.

García R.G. y Q.A. Martel. 2005. Usos y aplicaciones de macroalgas, microalgas y

cianobacterias en agricultura ecológica. Biology. 89: 117-124.

Gonzáles-Alvarado G.G. 2009. Estabilidad e intercambió de iones calcio en geles

de alginato. Instituto tecnológico de Durango. Residencia profesional. 44 pp.

Graham E.L y W.L. Wilcox. 2000. Algae. Prentice Hall. U.S.A. 640 pp.

Helgerud T., Gaserød O., Fjaereide T., Andersen P.O. y K.C. Larsen. 2010. Food

Stabilisers, Thickeners and Gelling Agents. Chapter 4: Alginates. Edit.

Wiley-Blackwell. 352 pp.

40

Hernández-Carmona G. 1985. Variación estacional del contenido de alginatos en

tres especies de feofitas de Baja California Sur, México. Inv. Mar. CICIMAR.

02 (01): 30-45.

Hernández-Carmona G. y M. Aguirre-Vilchis. 1987. Propiedades de intercambio

iónico de Macrocystis pyrifera durante la pre-extracción ácida, para la

extracción de alginatos. Inv. Mar. CICIMAR. 03 (02): 54-64.

Hernández-Carmona G., 2000. El alga gigante Macrocytis pyrifera (L.) C. Agardh

en Baja California Sur, México: ecología y su aprovechamiento para la

producción de alginatos. CIB. Tesis de doctorado en ciencias. México. 54

pp.

Hernández-Carmona G., McHugh D.J. y F. Lopez-Gutierrez. 2000. Pilot plant scale

extraction of alginates from Macrocystis pyrifera. 2: Studies on extraction

conditions and methods of separating the alkaline-insoluble residues. J Appl

Phycol. 11: 493-502.

Hernández-Carmona G., Carrillo-Domínguez S., Arvizu-Higuera D.L.; Rodríguez-

Montesinos Y.L., Murillo-Álvarez J.I., Muñoz-Ochoa M y R. M. Castillo-

Domínguez. 2009. Monthly variation in the chemical composition of Eisenia

arborea J.E. Areschoug. J Appl Phycol. 21: 607–616

Hernández-Camona G., Reyes Tisnado R., Rodríguez-Montesinos Y.E., Murillo-

Alvarez J.I., Arvizu-Higuera D.L y Muñoz-Ochoa M. 2012. Avances

tecnológicos en la producción de alginatos en México. Ingeniería

investigación y tecnología. 13 (02): 155-168.

41

Imeson A. 2010. Food stabilisers, thickening and gelling agents. Willey-Blackwell.

Singapore. 352 pp.

Keith M.R., Bley D.C., Marcus H.S., McCafferty D., Mosleh A., North R.C. y M.

Williams. 2008. Risk of vessel accidents and spills in the Aleutian Island.

National Academy of Sciences. USA. 225pp.

KELCO. 1996. Alginates products for scientific water control. USA. Fourth Edition.

33 pp.

Larsen, B. 1981. Biosynthesis of alginate. Proceedings of the International

Seaweed Symposium. 7-34.

Lindeberg M.R. y S.C. Lindstrom. 2010. Field Guide to Seaweeds of Alaska.

Alaska sea grant. 192 pp.

Lobban C.S. y P.J. Harrison. 1997. Seaweed Ecology and Physiolgy. Cambridge

University Press. U.S.A. 366 pp.

Lüning K. 1990. Seaweeds, their environment, biogeography and ecophysiology.

Edit. Wiley. USA. 527 pp.

Mafra L.L. y S.R. Cunha. 2006. Sargassum cymosum (Phaeophyceae) in southern

Brazil: Seasonality of biomass, recovery after harvest and alginate yield. J.

Coast. Res. 39: 1861-1866.

McHugh D.J. 1987. Production, properties and uses of alginates. Production and

Utilization of Products from Seaweeds. FAO. Rome. 58–115.

McHugh D.J. 2002. Perspectivas para la producción de algas marinas en los

países en desarrollo. La industria de las algas marinas. FAO. Rome. 3 pp.

42

McPeak H., Glantz D.A. y C.R. Shaw. 1988. The amber forest, beauty and biology

of California´s subamarine forest. Edit. Watersport p. USA. 144 pp.

Mesa J.M., Valle M.M. y L.E. Brossard. 2003. Utilización de algas pardas

(Sargazos) para la obtención de alginatos de sodio de diferentes calidades.

Universidad de Oriente. 1-12.

Miranda-Medina A., Peralta-Peláez L., Gonzalez-Valdés A., García-Hernández M.

y M. Sánchez-García. 2008. Diseño de una planta productora de ácido

algínico y alginatos a partir de Azotobacter vinelandii. Tecnol. Ciencia. 23

(02): 91-98.

Morgan L., Maxwell S., Tsao F., Wilkinson T.A.C. y P. Etnoyer. 2005. Áreas

prioritarias marinas para la conservación, Baja California hasta el Mar de

Béring. Comisión para la cooperación ambiental de América del Norte y

marine conservation biology institute. 136 pp.

Murillo-Álvarez J.I. y G. Hernández-Carmona. 2007. Monomer composition and

sequence of sodium alginate extracted at pilot plant scale from three

commercially important seaweeds from Mexico. J Appl Phycol. Vol.19. 545-

548.

Mushollaeni W. 2011. The physicochemical characteristics of sodium alginate from

Indonesian brown seaweeds. African Journal of Food Science. Vol. 5 Num.

6. 349 – 352.

Reyes-Tisnado R., Hernández-Carmona G., Rodríguez-Montesinos Y.E., Arvizu-

Higuera D.L. y F. López-Gutiérrez. 2005. Food grade alginates extracted

43

from the giant kelp Macrocystis pyrifera at pilot-plan scale. Investigaciones

Marinas. 26 (03): 185-192.

Rodríguez-Llimós A.C., Bragni C. y C. Santos-Caballeros. 2003. Microesferas de

alginato para uso dermatofarmacéutico. Ars Phamaceutica. 44 (03): 215-

224.

Sanaa A., Boulila A., Boussaid M. y N.B. Fadhel. 2012. Alginic acid and

derivatives, new polymers from the endangered Pancratium maritimum L.

Elsevier. 44: 290-293.

Schumacher J. D. y P.J. Stabeno. 2009. Prolonged biological production, ocean

color and eddies in the Green Belt of the southeastern Bering Sea. NOAA. 6

pp.

Setchell W.A. y Holman R.M. 1925. The marine algae of the pacific coast of North

America part III. Edit. University of California Publications in Botany. USA.

898 pp.

Swee-Yong C., Ping-Keong W. y W. Ching-Lee. 2011. Extraction and

characterisation of alginate from brown seaweeds (Fucales, Phaeophyceae)

collected from Port Dickson, Peninsular Malaysia. J Appl Phycol. 23: 191–

196.

Usov A.I., Smirnova G.P. y N.G. Klochkova. 2005. Polysaccharides of algae, the

polysaccharide composition of the pacific brown alga Alaria fistulosa P. & R.

(Alariacea, Laminariales). Russian chemical bulletin, international version.

54 (5): 1282-1286.

44

Vázquez J.A. y E.A. Fonck. 1993. Estado actual y perspectivas de la explotación

de algas alginofitas en sudamerica. Universidad católica del norte. Chile. 14

pp.

Yabur-Pacheco R. 2005. Producción y propiedades de alginato de Sargassum

sinicola (Setchell y Gardner) y su aplicación en la inmovilización celular.

IPN-CICIMAR. Tesis Doctoral en ciencias del mar. México. 93 pp.

Yabur-Pacheco R., Bashan Y. y G. Hernández-Carmona. 2007. Alginate from the

macroalgae Sargassum sinicola as a novel source for microbial

immobilization material in wastewater treatment and plant growth promotion.

Journal of Applied Phycology. 43-53.

Wynne M.J. 2009. Marine algae and early explorations in the upper North Pacific

and Bering Sea. Algae. Vol. 24 Num. 1. 1-29.

Citas de Internet:

Encyclopedia Of Life. 2012. www.eol.org; 22 de Febrero de 2013.

Guiry M.D. & Guiry, G.M. 2013. AlgaeBase. World-wide electronic publication,

National University of Ireland, Galway. http://www.algaebase.org; 4

septiembre de 2013.

Secretaría de Economía, Negociaciones comerciales. 2009. Disponible en:

http://www.economia–snci.gob.mx