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Rev Cubana Aliment Nutr 1999;13(2):123-8

Composición bioquímica y evaluación de la calidad proteica de la biomasa autotrófica de chlorella vulgaris

Centro de Investigaciones de Energía Solar. Santiago de Cuba

Humberto Joaquín Morris Quevedo,¹ María Magdalena Quintana Cabrales,² Ángel Almarales Arceo³ y Lisethy Hernández Nazario³

Resumen

Descriptores DeCS: CHLORELLA/química; BIOMASA; SUPLEMENTOS DIETETICOS.

Las microalgas representan una fuente proteínica con posibles aplicaciones en la nutrición humana y como complemento de piensos animales, debido básicamente a sus elevados contenidos proteicos, potenciados por el hecho de poseer un buen balance de aminoácidos y bajos valores de ácidos nucleicos en comparación con otras fuentes de proteína unicelular.¹

Aunque las investigaciones sobre la utilización de las microalgas en la alimentación parecen ser un tema relativamente reciente, en realidad su consumo por los habitantes de determinadas zonas data de tiempos inmemoriales;² sin embargo, los primeros ensayos con Chlorella en la dieta humana fueron realizados en la década de los 60, unido a la ejecución de estudios adicionales demostrativos de que Scenedesmus era una excelente fuente de proteínas para el hombre. Estas evidencias motivaron a los nutricionistas a continuar investigando las posibilidades de empleo de la biomasa obtenida a partir de cultivos masivos de microalgas en la formulación de tabletas, extractos, hidrolizados y otros productos dietéticos.³

Al tomar en consideración el interés actual en nuestro país por el desarrollo de nuevos suplementos nutricionales y la experiencia del Centro de Investigaciones de Energía Solar en el cultivo intensivo de diferentes especies de microalgas, se decidió estudiar en el presente trabajo la composición bioquímica general y las características del perfil aminoacídico de la proteína de Chlorella vulgaris, cultivada en régimen autotrófico, y evaluar preliminarmente su calidad mediante métodos químicos.

Métodos

Para su conservación, la biomasa fue secada por aspersión en un secador spray (Niro Atomyzer) y el polvo de color verde claro quedó almacenado en recipientes plásticos hasta su utilización.

Caracterización bioquímica de la biomasa de Chlorella vulgaris. Para el análisis bioquímico de la biomasa se tomaron muestras, las que fueron caracterizadas en relación con: pérdidas por desecación, nitrógeno total, proteína bruta (micro-Kjeldahl, empleando 6,25 como factor de conversión para la estimación del contenido proteico), fibra cruda y cenizas, según los procederes de la Association of Official Analytical Chemists (AOAC).⁴

Las proteínas verdaderas se cuantificaron por el método de Lowry y otros⁵ y los carbohidratos por el de fenol-sulfúrico, según Dubois y otros.⁶ El contenido de lípidos en la biomasa se evaluó como aconseja Kocher,⁷ luego de extraer los compuestos de bajo peso molecular con ácido perclórico 0,2 N en baño de hielo.

Los ácidos nucleicos totales fueron determinados espectrofotométricamente en la región ultravioleta mediante el método de Rut,8 previa extracción con ácido perclórico 0,5 M. Todos los análisis se realizaron por triplicado.

Composición aminoacídica. La composición de aminoácidos se precisó en un analizador automático (Alpha Plus, modelo 4151, LKB), después de la hidrólisis de las muestras con HC1 5,7 N a 110 °C durante 24 h.⁹ La cuantificación de triptófano se hizo mediante espectrofotometría UV de la cuarta derivada, según Fletouris y otros.¹⁰

Evaluación de la calidad proteica. La digestibilidad de la proteína microalgal fue evaluada mediante la simulación in vitro del sistema enzimático tripsina-quimotripsina-peptidasa, a partir de los valores de pH de las suspensiones proteicas, registrados exactamente a los 10 min de iniciada la digestión enzimática, según Hsu y otros.¹¹

El cómputo químico se obtuvo de comparar el perfil de aminoácidos esenciales de la proteína microalgal, corregido en función de su digestibilidad (PDCAAS), con los requerimientos de aminoácidos esenciales (mg/g de proteína bruta) establecidos por FAO/OMS para edades fluctuantes entre 2-5 años. La selección de este patrón de demandas se justifica por presentar las mayores exigencias, con excepción de menores de 2 años.¹²

El índice modificado de aminoácidos esenciales (MEAA) se calculó mediante el procedimiento descrito por Oser,¹³ según las modificaciones de Mitchell.¹⁴

Resultados

La digestibilidad in vitro de la biomasa de Chlorella vulgaris tuvo un valor promedio de 75,9 %, relativamente inferior al alcanzado por la caseína (93,4 %).

La tabla 2 registra la composición aminoacídica de Chlorella vulgaris en comparación con la proteína de referencia de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y Alimentación (FAO)¹⁵ y otras proteínas de microalgas y alimentos convencionales.¹⁶ El patrón de aminoácidos evidenció en general una distribución bien equilibrada, con un índice de aminoácidos esenciales de 82,¹³ y un valor del PDCAAS de 0,64.

Discusión

Los niveles de lípidos, inferiores al 1 %, son una consecuencia lógica de la extracción de muchos de los compuestos lipofílicos de la biomasa con etanol. Este tratamiento se realizó para atenuar la coloración verde intensa de la biomasa, con la consiguiente mejoría de las propiedades organolépticas e incremento de la aceptabilidad.

Las cenizas representaron una fracción considerable del peso seco, que resultó comparable con los valores informados para otras especies dulceacuícolas y por debajo de los existentes en las especies marinas.¹⁶

Los ácidos nucleicos devienen el único componente intrínseco de relevancia toxicológica y una de las mayores limitaciones para el uso de este tipo de biomasa, al constituir una fuente no despreciable de purinas, que en su metabolismo producen ácido úrico.¹⁷ Las altas concentraciones de ácidos nucleicos son típicas de todas las proteínas unicelulares; en Chlorella vulgaris, el contenido total de éstos (RNA + DNA) presentó un valor de 5,69 %, comprendido en el intervalo notificado para las algas unicelulares e inferior al de bacterias y levaduras.

El contenido de 8,20 % de fibra cruda refleja la fracción de materiales derivados de la pared celular. Las proteínas microalgales (a excepción de las cianobacterias) brindan pobres resultados si se utilizan como células intactas en la alimentación de animales monogástricos y seres humanos, por lo cual se desarrollan diferentes métodos mecánicos, enzimáticos y químicos para degradar las células y aumentar así la disponibilidad nutritiva de estas proteínas.

En nuestro estudio, la digestibilidad in vitro presentó un valor de 75,9 %, que cumple con las especificaciones de calidad establecidas por el Ministerio de Salud Pública para las tabletas de Spirulina.¹⁸

La composición aminoacídica de Chlorella vulgaris fue comparable con la proteína de referencia de la FAO, excepto por los bajos contenidos de los aminoácidos sulfurados (Met + Cys), fenómeno muy común en otros microorganismos. En cambio, presentó niveles de lisina superiores al patrón FAO y similares al huevo entero; aminoácido este que es el limitante en muchos cereales, por lo que tal microalga constituye una fuente apropiada para mejorar la calidad de dichos alimentos, en función de su composición de aminoácidos.

En la literatura existen referencias sobre las propiedades hipocolesterolémicas de la microalga Chlorella vulgaris. Se ha demostrado que la relación Lys/Arg influye significativamente sobre el metabolismo del colesterol en las ratas: una relación Lys/Arg de 1,0 se asocia a una disminución de los niveles de colesterol en suero, hígado y aorta y a un incremento de la conversión oxidativa del colesterol en ácidos biliares, en comparación con un valor de 2,0.¹⁹ Mientras menor sea esta relación, mayor será la reducción de la concentración de colesterol plasmático. La proteína de Chlorella vulgaris presentó una relación Lys/Arg de 0,97; elemento que conjuntamente con otros factores podría explicar sus acciones moduladoras sobre el metabolismo del colesterol.

La determinación del índice modificado de aminoácidos esenciales (MEAA) es un procedimiento que brinda resultados muy próximos a los valores obtenidos en los ensayos biológicos de alimentación. El índice en Chlorella vulgaris (82,13), aunque fue inferior al de la caseína (92,24), no mostró diferencias significativas con respecto al de la microalga marina Dunaliella tertiolecta (81,00) y la cianobacteria Spirulina (85,22) y presentó un valor superior al de Scenedesmus (70,72).¹⁶

La razón de eficiencia proteica (PER) ha sido reconocida tradicionalmente como el método preferencial de evaluación de la calidad proteica, sin embargo, sobreestima el valor de ciertas proteínas animales, a la vez que subvalora a las vegetales. En este sentido, la Regional Federation of Food and Drug Administration (FDA) recomendó la sustitución de la razón de eficiencia proteica y la introducción, con propósitos regulatorios, del cómputo de aminoácidos corregido en función de la digestibilidad proteica (PDCAAS) para la evaluación nutricional de productos destinados al consumo humano.²⁰

El PDCAAS de la biomasa autrotrófica de Chlorella vulgaris tuvo un valor de 0,64, en el cual incidieron fundamentalmente la digestibilidad de la fuente proteica y el déficit de los aminoácidos sulfurados (primer limitante). Es oportuno señalar que la aplicación de este método para la evaluación de la calidad proteica de las microalgas resulta novedosa y que no existe en la bibliografía consultada referencia alguna sobre su uso con anterioridad. Hasta el presente, la mayor parte de las evaluaciones realizadas emplean la razón de eficiencia proteica en experimentos de alimentación a corto plazo en ratas recién destetadas.¹

Los resultados del presente trabajo sugieren la utilización de la biomasa autotrófica de Chlorella vulgaris como materia prima en la formulación de suplementos dietéticos y preparados bioestimulantes, en virtud de su composición bioquímica y calidad proteica.

Summary

Subject headings: CHLORELLA/chemistry; BIOMASS; DIETARY SUPPLEMENTS.

Referencias bibliográficas

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Recibido: 9 de febrero de 1999. Aprobado: 26 de marzo de 1999.
Lic. Humberto Joaquín Marris Quevedo. Agramonte No. 58 entre Veteranos y Correoso, El Cristo, Santiago de Cuba, CP 94310, Cuba.