02 revista latinoamericana de biotecnologia ambiental y algal
TRANSCRIPT
-
Revista Latinoamericana de Biotecnologa Ambiental y Algal RELBAA
Revista Latinoamericana de Biotecnologa Ambiental y Algal
RELBAA
Volumen 1 No. 1, 2010
www3.inecol.edu.mx/relbaa
ISSN en trmite. Cdula de integracin No. 00000-354. Folio No. 00000-355
Reserva 04-2009-062211101200-102
-
Revista Latinoamericana de Biotecnologa Ambiental y Algal RELBAA
Editor en Jefe
Eugenia. J. Olgun
Editores Asociados
Gabriel Acin Fernndez Gloria Snchez Galvn Ever Morales Avendao
Hugo Moreira Soares
II NN EE CC OO LL
MM EE XX II CC OO
Sitio Web:
www3.inecol.edu.mx/relbaa
-
Revista Latinoamericana de Biotecnologa Ambiental y Algal RELBAA
Editor en Jefe
Eugenia J. Olgun Instituto de Ecologa, A.C., Mxico
. Editores Asociados
Gabriel Acin Fernndez
Universidad de Almera, Espaa
Gloria Snchez Galvn
Instituto de Ecologa, A.C., Mxico
Ever Morales Avendao
Universidad del Zulia, Venezuela
Hugo Moreira Soares
Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil
Comit Editorial
Katiushka Arvalo Nio Universidad Autnoma del
Estado de Nuevo Len, Mxico
Bertha Olivia Arredondo Vega
Centro de Investigaciones Biolgicas del Noroeste, S.C.,
Mxico
Roberto De Philippis Universit degli Studi di
Firenze, Italia
Elisa Esposito Universidade de Mogi das
Cruzes, Brasil
Jorge Luis Folch Mallol Universidad Autnoma del Estado de Morelos, Mxico
Joan Garca Universidad Politcnica de
Catalua, Espaa
Jorge Gmez Hernndez Universidad Autnoma
Metropolitana-Iztapalapa, Mxico
Mariano Gutirrez Rojas Universidad Autnoma
Metropolitana-Iztapalapa, Mxico
Mara Elizabeth Hernndez Alarcn
Instituto de Ecologa, A.C., Mxico
Sylvie Le Borgne Universidad Autnoma
Metropolitana-Cuajimalpa, Mxico
Adriana Matiz Villamil Pontificia Universidad Javeriana, Colombia
scar Monroy Hermosillo Universidad Autnoma
Metropolitana-Iztapalapa, Mxico
Marcia Morales Ibarria Universidad Autnoma
Metropolitana-Cuajimalpa,
Mxico
Ral Muoz Universidad de Valladolid,
Espaa
Leopoldo Naranjo Briceo Instituto de Estudios
Avanzados, Venezuela
Adela Irmene Ortiz Lpez Universidad Autnoma
Metropolitana-Cuajimalpa, Mxico
Juan Jos Pea Cabriales
Centro de Investigacin y de Estudios Avanzados del
Instituto Politcnico Nacional- Irapuato, Mxico
Sergio Revah
Universidad Autnoma Metropolitana-Cuajimalpa,
Mxico
Mnica Cristina
Rodrguez Palacio Universidad Autnoma
Metropolitana-Iztapalapa, Mxico
Eliora Z. Ron
Tel-Aviv University, Israel
Georgina Sandoval
Centro de Investigacin y Asistencia en Tecnologa y
Diseo del Estado de Jalisco, Mxico
Avigad Vonshak
Ben-Gurion University of the Negev, Israel
Produccin Editorial R.E. Gonzlez-Portela y M.M. Loera-Quezada
Diseo de portada: J. Sandria, Instituto de Ecologa, A.C., Mxico
Derechos Reservados
REVISTA LATINOAMERICANA DE BIOTECNOLOGA AMBIENTAL Y ALGAL // INSTITUTO DE ECOLOGA, A.C.
-
Revista Latinoamericana de Biotecnologa Ambiental y Algal RELBAA
Objetivos y Temtica
La Revista Latinoamericana de Biotecnologa Ambiental y Algal (RELBAA), es la
primera revista en la regin, dedicada a la publicacin de trabajos inditos de carcter cientfico y/o de desarrollo tecnolgico, revisiones crticas y notas cientficas relacionados con la biotecnologa ambiental y algal, y tambin con bioprocesos ms limpios para el desarrollo sustentable. Asimismo, ofrece un foro para que la comunidad cientfica y tecnolgica latinoamericana, comunique sus investigaciones en el mbito internacional. Los manuscritos enviados se sometern a un proceso riguroso de revisin por pares.
Se considera a la Biotecnologa Ambiental como un campo multidisciplinario que
integra las ciencias y la ingeniera con el objeto de aprovechar el potencial bioqumico de los microorganismos, plantas, animales y su material gentico, para desarrollar, usar y regular sistemas biolgicos para la remediacin de ambientes contaminados (suelo, aire, agua), as como para generar procesos ambientalmente pertinentes para el uso sustentable de los recursos naturales y la conservacin del medio ambiente.
Por otra parte, se considera a la Biotecnologa Algal como un campo en donde se
integran las ciencias y la ingeniera para el aprovechamiento de las microalgas y de las macroalgas con la finalidad de generar nuevos productos de inters alimentario, farmacutico o energtico y/o para lograr el reciclaje de nutrientes de aguas residuales y/o la captura de carbono y su transformacin en biomasa algal.
Finalmente, es importante sealar que en esta revista tambin se incluye la
temtica de los Bioprocesos ms Limpios, en consideracin a que contribuyen al desarrollo industrial sustentable. Se adopta la definicin de Produccin ms Limpia de Naciones Unidas: es la aplicacin continua de una estrategia ambiental integrada y preventiva a procesos, productos y servicios para incrementar la eco-eficiencia y reducir riesgos a los seres humanos y el medio ambiente.
La revista es una publicacin semestral a cargo de un grupo de investigadores del
rea de Biotecnologa Ambiental del Instituto de Ecologa, A.C. Ocasionalmente aparecern nmeros especiales. Se aceptan trabajos en espaol, ingls y portugus.
Considerando que la tendencia actual es la publicacin en formato electrnico
logrando ahorro de papel, esta revista se publicar exclusivamente en este formato y estar accesible al pblico en general sin costo, por lo menos el primer ao. Sin embargo, es esencial que los usuarios citen los artculos dando crdito a los autores y a la revista, citando la referencia completa como aparece en todas las pginas de cada uno de ellos.
-
Revista Latinoamericana de Biotecnologa Ambiental y Algal RELBAA
CONTENIDO
Vol. 1 No. 1 2010
Artculos originales de investigacin
Effect of culture medium and nutrient concentration on fatty acid content of
Chaetoceros muelleri Juan Manuel Pacheco Vega, Marco Antonio Cadena Roa, M. del Pilar Snchez Saavedra,
Dariel Tovar Ramrez y Carlos Rangel Dvalos (Mxico) ............................................................. 6
Variacin estacional de arsnico total en algas comestibles recolectadas en el Golfo San
Jorge (Chubut, Argentina) Adriana A. Perez, Laura B. Perez, Analia M. Strobl, Silvina Camarda, Silvia S. Farias, Clara
M. Lpez y Mara A. Fajardo (Argentina) ................................................................................... 16
Eliminao autotrfica de nitrognio pela oxidao de tiossulfato atravs de uma
cultura mista de microrganismos Rafael S. Amim, Fabrcio B. Santana, Willibaldo Schmidell y Hugo M. Soares (Brasil) ............ 31
Revisiones crticas
Mecanismos de interaccin con cromo y aplicaciones biotecnolgicas en hongos
J. Flix Gutirrez Corona, ngeles E. Espino Saldaa, Alejandro Coreo Alonso, Francisco
Javier Acevedo Aguilar, Georgina E. Reyna Lpez, Francisco Jos Fernndez, Araceli
Tomasini, Kazimierz Wrobel y Katarzyna Wrobel (Mxico) ....................................................... 47
Arthrospira platensis como biofactora de metabolitos secundarios de inters
farmacolgico: el cido pipeclico Leopoldo Naranjo-Briceo, Diego Rojas-Tortolero, Hctor Gonzlez, Rubn Torres Parra,
Jorge Zegarra Narro, Luca Sena DAnna, y Daynet Sosa del Castillo (Venezuela) .................... 64
Las microalgas oleaginosas como fuente de biodiesel: retos y oportunidades Maribel M. Loera-Quezada y Eugenia J. Olgun (Mxico) .......................................................... 91
Nota Cientfica
Spirulina (Arthrospira) platensis en la prevencin del fotodao celular producido por luz
ultravioleta en ratones CF1 Luca Lpez-Agero, Mnica M. Storni, M. Cristina Zaccaro, Ana M. Stella y Gloria
Zulpa (Argentina) ........................................................................................................................ 117
-
PPaacchheeccoo eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::66--1155
6
Artculo original de investigacin
Effect of culture medium and nutrient concentration on fatty acid content of Chaetoceros muelleri
Juan Manuel Pacheco Vega1*
, Marco Antonio Cadena Roa1, M. del Pilar Snchez
Saavedra2, Dariel Tovar Ramrez
3 y Carlos Rangel Dvalos
1
1Universidad Autnoma de Baja California Sur (UABCS), Apartado Postal 19-B. C.P. 23080.
La Paz, Baja California Sur, Mxico. 2Centro de Investigacin Cientfica y de Educacin Superior de Ensenada (CICESE). Departamento de
Acuicultura, Kilmetro 107 Carretera Tijuana-Ensenada. Apartado Postal 2732 C.P. 22860.
Ensenada, Baja California, Mxico. 3Centro de Investigaciones Biolgicas del Noroeste (CIBNOR) S.C. Apartado Postal 128, C.P. 23000.
La Paz, Baja California Sur, Mxico.
*Author of correspondence: [email protected]
Resumen
Los cidos grasos en microalgas bajo cultivo pueden ser modificados por las condiciones de
cultivo. La propuesta de este trabajo fue determinar el efecto de las formas de nitrgeno y su
concentracin en el contenido de cidos grasos polinsaturados (PUFA) de Chaetoceros muelleri.
La microalga C. muelleri fue mantenida en cultivos estticos a 19C y una intensidad de luz de
150 mmol m-2
s-1
. El medio fue utilizado como control. Las microalgas se cultivaron en tres
diferentes concentraciones de medio de cultivo (f, f/2 y f/4). El medio de cultivo experimental
fue preparado con fertilizantes agrcolas lquidos (AF) en tres diferentes concentraciones (AF,
AF/2 y AF/4). La microalga se cosech en la fase exponencial. La extraccin de cidos grasos
fue por transterificacin directa y su cuantificacin por cromatografa de gases. El mayor
porcentaje de cidos grasos altamente insaturados (HUFA) se obtuvo al utilizar el medio f/2
(8.65%), mientras que el menor porcentaje se obtuvo al utilizar el medio a base de fertilizantes
agrcolas (5.78%). Se encontr una relacin directa entre la cantidad de HUFA y la
concentracin de nutrientes en ambos tipos de medio de cultivo. Se concluye que para obtener el
mayor contenido de HUFA en C. muelleri, sta debe ser cultivada en el medio f/2 o su
equivalente AF/2. Adicionalmente, dicha prctica disminuye el costo de nutrientes.
Palabras clave: microalgas, Chaetoceros muelleri, cidos grasos, fertilizantes agrcolas, medio
de cultivo.
Abstract
Fatty acid content in microalgae can be modified by culture conditions. The purpose of this study
was to determine the effect of nitrogen sources and their concentration in the polyunsaturated
fatty acid (PUFAs) contents of cultured Chaetoceros muelleri. Chaetoceros muelleri was batch
cultured at 19C and a continuous light intensity of 150 mmol m-2
s-1
. Three different
concentrations of culture medium (f, f/2 and f/4) were used. The experimental medium was
prepared with liquid agricultural fertilizers (AF) in three concentrations (AF, AF/2 and AF/4).
-
PPaacchheeccoo eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::66--1155
7
Chaetoceros muelleri was harvested at lag phase. Extraction of fatty acids was performed by
direct transesterification and quantified by gas chromatography. The highest HUFA percentage
was obtained with f/2 medium (8.65%), while the lowest was obtained with AF/2 medium
(5.78%). A direct relationship between HUFA concentration and nutrient concentration in both
culture media was found. It is concluded that C. muelleri must be cultured with f/2 medium or
its equivalent AF/2 in an effort to obtain the highest HUFAs content. Additionally, the use of
AF/2 medium results in a more cost effective option.
Key words: microalgae, Chaetoceros muelleri, fatty acids, agricultural fertilizers, culture
medium.
1. Introduction
Microalgae cultures are used to feed fish
larvae, crustacean larvae and mollusks in all
stages (Meireles et al. 2003). Survival and
growth of these organisms is determined by
the nutritional quality of these cultures,
which is also related to the content of highly
polyunsaturated fatty acids (HUFAs)
(Spektorova et al. 1986; Meireles et al.
2003). Polyunsaturated fatty acids (PUFAs)
have specific physiological functions such as
being structural components of phospholipid
biomembranes (Trautwein 2001, Miliou et
al. 2006). Several groups of marine
organisms (e.g. fishes and shrimps) require
an exogenous incorporation of PUFA due to
their inability to synthesize them. The
biochemical composition of microalgae can
be modified as a function of culture
conditions such as temperature, light
intensity and spectral composition, source
and concentration of nitrogen (Reitan et al.
1994). Among the different microalgae
species used in aquaculture, C. muelleri is
one of the most commonly used due to its
biochemical composition and ease of
production.
Agricultural fertilizers are widely used in the preparation of media for microalgae in
outdoor cultures for commercial aquaculture
in Northwest Mxico (Lpez-Elas et al.
2005). However, fertilizers frequently
contain more than one nitrogen source. This
may affect their relative availability for
microalgae uptake and growth, causing
variations in biomass yield and biochemical
composition (Lourenco et al. 2002;
Richmond 2003). The aim of this study was
to compare the production of HUFA by C.
muelleri grown with different concentrations
of a standard medium (f medium) and with a
non-conventional medium obtained from
agricultural fertilizers containing different
nitrogen sources (e.g. urea, ammonium and
nitrate).
2. Materials and methods
2.1 Culture maintenance
The C. muelleri strain used in this study was
obtained from the microalgae culture
collection of the Centro de Investigacin
Cientfica y de Educacin Superior de
Ensenada (CICESE). The main strain was
isolated from the Oceanic Institute of
Hawaii, USA in 1981. The culture was kept
non-axenic and in f/2 medium (Guillard
1975) at 19 C with continuous white light at
150 moles m-2
s-1
. The experiments in this
study were conducted at Pichilingue
Aquaculture Laboratory (latitude:
2416'12.80"N, longitude: 11019'19.20"W)
at the Universidad Autonoma de Baja California Sur.
Seawater was filtered through 10, 5 and 1
m cotton filters and UV irradiated. For culture maintenance, seawater was sterilized
as described by Guillard and Ryther (1962).
For plastic bag cultures, seawater was
-
PPaacchheeccoo eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::66--1155
8
disinfected as mentioned by Hemerick
(1973). Agricultural fertilizers were
prepared with 72% phosphoric acid as the
source of phosphorous plus a liquid
fertilizer, with 32% total nitrogen provided
as urea (16.4%) and ammonium nitrate
(15.6%). These proportions matched the
phosphorous and nitrogen concentrations of
the f/2 medium. The f/2 medium (Guillard
1975) was used as control. For both culture
media, three nutrient concentrations were
used: f, f/2, f/4 and AF, AF/2, AF/4
(Table 1)
2.2 Acclimation of the microalgae in the
culture media
Triplicate non-axenic cultures were kept for
eight days in 250 ml Erlenmeyer flasks with
150 ml of the three control nutrient
concentrations (f, f/2, f/4) and non-
conventional (AF, AF/2, AF/4) culture
media. For each culture condition plastic
translucent bags of 28 cm x 66 cm (9 L),
were conducted in triplicate.
Cell concentrations were measured daily
with a Beckman DU 640 spectrophotometer
at 550 nm. The pH was measured daily with
an Orion 301 pH meter and maintained at 7-
8. The specific growth rate was measured as
described by Fogg and Thake (1987). The
cultures were maintained at 19 C with
continuous light at 150 moles m-2
s-1
.
Triplicate samples were used to evaluate
biomass production and cell composition.
Total dry weight was determined
gravimetrically according to Sorokin (1973).
Protein content was determined according to
Lowry et al. (1951) modified by Malara and
Charra (1972). Carbohydrates were
determined according to White (1987) and
Dubois et al. (1956). Lipids were
determined colorimetrically according to
Table 1. Nutrient composition and concentration of the different culture media used in the present study.
Component / AF AF/2 AF/4 f f/2 f/4
Macronutrients mL L-1 ml L-1 mL L-1 mg L-1 mg L-1 mg L-1
Nitrogen: Nitrate (7.8%),
Ammonium (7.8%), Urea (16.4 %).
118.4 59.2 29.6 150* 75* 37.5*
Phosphoric acid 4.8 2.4 1.2 - - -
Sodium phosphate - - - 10 5 2.5
Silica 1000.0 500.0 250.0 60 30 15
Micronutrients g L-1 g L-1 g L-1 g L-1 g L-1 g L-1
EDTA-Fe 8.6 4.3 2.1 8.6 4.3 2.1
Copper sulfate 19.6 9.8 4.9 19.6 9.8 4.9
Zinc sulfate 44.0 22.0 11.0 44.0 22.0 11.0
Cobalt chloride 20.0 10.0 5.0 20.0 10.0 5.0
Manganese chloride 360.0 180.0 90.0 360.0 180.0 90.0
Sodium molybdate 126.0 63.0 31.5 126.0 63.0 31.5
Vitamins mg L-1 mg L-1 mg L-1 mg L-1 mg L-1 mg L-1
Biotin 2.0 1.0 0.5 2.0 1.0 0.5
Cyanocobalamin (B12) 2.0 1.0 0.5 2.0 1.0 0.5
Thiamine HCl (B1) 40.0 20.0 10.0 40.0 20.0 10.0
*Only nitrate
-
PPaacchheeccoo eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::66--1155
9
Pande et al. (1963), after extraction with the
method of Bligh and Dyer (1959) modified
by Chiaverini (1972).
2.3 Extraction and characterization of fatty
acids
Samples of each experimental condition
(400 mL) were collected on the fourth day of
culture post acclimation. Each sample was
concentrated to 30 mL by centrifugation at
3000 rpm for 18 min using an IEC Centra
GP8R. Samples were then lyophilized with
a LABCONCO freeze dry system/freezone
4.5. The extraction of fatty acids was done
by direct transesterification (Carrapiso and
Garcia 2000). Injection of the samples was
then performed in a gas chromatograph,
Varian CP-3800, fitted with a Mass Detector
1200L. The samples were injected in 1 l
volumes into a capillary column Omegawax
250 of Funded Silica with dimensions of
30m X 0.25 mm X 0.25 um (SUPELCO).
The carrier gas was helium (99%) at a flow-
rate of 1.2 ml min-1
. Identification of fatty
acids was made by comparing the obtained
retention times with those of commercial
standards of methyl-esters of PUFA (Kit,
SIGMA). In addition, further confirmation
was performed by comparing the masses of
the obtained compounds with those in a
mass spectra (NBS75K and NIST98) library.
2.4 Statistic analysis
Statistical analysis was performed using
STATISTIC 7.0 software for Windows
(Statsoft, USA). Percentage data obtained
from the proximal composition and fatty
acid profiles were arcsine-square-root
transformed prior to analysis. Differences in
cell concentration, specific growth rate, dry
weight and proximal composition of C.
muelleri cultured under the experimental
conditions were determined by one-way
analysis of variance (ANOVA). When
variances were homogeneous and residuals
were normally distributed, a Tukey a
posteriori test was used to identify
significant differences among treatments (P<
0.05). Differences in the percentage of each
fatty acid as a function of the culture media
and concentration of nutrients were
determined with a two-way analysis of
variance.
3. Results
Cell concentration and growth rate was
significantly different among treatments
(P
-
PPaacchheeccoo eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::66--1155
10
Table 2. Mean values and standard deviations of cell concentrations (106 cells ml-1
), specific growth rate
(divisions day-1), dry weight (g per 106 cells) and proximate composition (as percentage of dry weight) of
Chaetoceros muelleri cultures in f and AF media prepared with agricultural fertilizer (AF) at different
nutrient concentrations. Standard deviation is indicated in brackets; values with the same letter within the
same row indicate that they are not significantly different (P>0.05; a>b>c>d>e>f).
The lowest SAFA concentration was found
in f media (50.33%) and the highest in AF/2
media (63.95%). The lowest MUFA
concentration was found in the AF/4
treatment (28.45%) and the highest value
was for F/4 treatment (36.51%). The lowest
PUFA was for AF/4 media (4.62%) while
that the highest value was for f/2 treatment
(17.18%).
Significant differences were obtained in the
concentration of HUFAs (P
-
PPaacchheeccoo eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::66--1155
11
11
Table 3. Mean values of fatty acids of Chaetoceros mulleri cultures in f and AF media with different nutrient
concentrations. Data is presented as percentage of fatty acids; values with the same letter within the same row
indicate that they are not significantly different (P>0.05; a>b>c>d>e>f).
Fatty acid Culture medium
f f/2 f/4 AF AF/2 AF/4
Saturated
14:00 18.35 b 24.19
ab 13.69
c 25.68
a 15.32
bc 13.78
bc
15:00 1.10 a 1.05
a 1.19
a 1.40
a 1.17
a 1.37
a
16:00 28.70cde
21.55 d 36.28
b 25.07
de 32.38
ce 47.15
a
17:00 Trace 0.05 c 0.10
a 0.08
b 0.04
c 0.11
a
18:00 1.25 b 3.38
a - 0.28
d 0.72
c -
19:00 0.48 b 0.57
b 0.15
a 0.17
d 2.11
a 0.33
c
20:00 0.45 c 0.80 b 0.80
b 0.63
b 1.48
a 1.21
a
21:00 - - - - 0.28 a -
Sum SAFA 50.33 51.59 52.21 53.31 53.5 63.95
Monounsaturated
16:1 (n-7) 29.04 bc
32.15 ab
36.11 a 27.98
bc 33.39
ab 27.85
bc
16-1 (n-5) 0.41 ab
0.37 b 0.18
b 0.65
ab 0.29
b 0.14
b
17:1 0.47 a 0.19
b 0.08
c 0.18
b 0.06
c
22:1 (n-7) - - - 0.81 a 0.17
c 0.46
b
22:1 (n-9) 4.69 - - - - -
20:1 (n-6) - 1.09 b 0.13
c - 2.11
a -
Sum MUFA 34.61 33.80 36.51 29.62 36.02 28.45
Polyunsaturated
16:2 (n-4) 3.96 a 3.30
b 1.04
c 2.21
b 1.58
c 0.73
c
16:3 (n-3) 5.50 ab
4.35 b 0.81
c 6.77
a 3.95
b 0.89
c
18:2 (n-6) 1.07 ab
0.17 d 1.11
b 0.52
c 0.44
c 1.14
a
18:3 (n-3) 0.23 c 0.71
a 0.34
bc 0.34
b 0.95
a 0.43
b
18:4 (n-3) trace trace 0.03 b - trace 0.18
a
20:4 (n-6) - 1.24 b 0.50
c - 0.26
c 0.13
d
20:5 (n-3) 4.06 e 7.41
a 0.99
d 4.80
b 4.58
c 1.12
f
22:6 (n-3) - - - - 0.94 -
Sum HUFA (ARA,
EPA and DHA)
4.06 8.65 1.49 4.80 5.78 1.25
Sum PUFA 14.82 17.18 4.82 14.64 12.70 4.62
Trace= detection of fatty acids present in trace amounts, - not detected.
-
PPaacchheeccoo eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::66--1155
12
South and Whittick (1987) described that
nitrogen sources that are reduced to
ammonium (NH+4
) are preferably used for
amino acid biosynthesis. The low protein
concentration in the f/2 medium could have
had an effect on the low cell densities
obtained. The nitrogen deficiency in the
microalgae, due to nitrogen limitation during
the log phase, possibly affected protein
synthesis, thus reducing the amount of
soluble protein available for metabolic
processes. This was also observed by Matos
Moura et al. (2007).
An increase in the lipid content of the
cultures with lower nutrient content was
observed, since the accumulation of lipids in
microalgae can be induced by nitrogen
limitation in the medium (Snchez-Saavedra
and Voltolina 2005, Medina-Reyna and
Cordero-Esquivel, 1998). In other studies,
results obtained with Nannochloris atomus
and Tetraselmis sp. showed that the lipid
content decreases when a limitation of
phosphorus exists (Reitan et al. 1994). We
found no differences in the percentages of
carbohydrates. Collectively, these results
suggest that by the third day of culture
(harvest day), the microalgae had not been
able to accumulate carbohydrates. The low
dry weight in the microalgae cultured with
f/2 and AF/2 is attributed to the decline of
nutrients in the media, which eventually
leads to a decrease in the cellular content.
Desaturases catalyze the formation of double
bonds for the conformation of unsaturated
fatty acids (Martin et al. 2007). Previous
studies with Euglena gracilis found that the
desaturase acitivty is stimulated when
cultures are in the presence of NH+4
. Also,
quantitative differences between distinct
forms of nitrogen can be determined from
the intake of nutrients by cells. In
cyanobacteria, it is known that there is a
periplasmic protein that makes solute
binding easier. These are integral
cytoplasmic proteins with ATPase activity
associated that regulate the intake of NO-3
and NO-2
into the cell (Wu and Stewart,
1998; Martinez-Espinosa 2003). However,
in eukaryotic cells such as C. muelleri, NH4+
permeates through biological membranes
(Martinez-Espinoza 2003). Therefore, our
results show that the nutrient concentrations
of f/2 and AF/2 facilitate cell intake, thus
producing in this way the highest levels of
HUFA.
Results in this study also show that the fatty
acid profile of C. muelleri can be modified
by the concentration and source of nitrogen.
Liang and Mai (2005) found that in C.
gracilis the total amount of MUFA increased
while that of PUFA decreased with culture
age. These trends were also observed in the
present study. The biosynthesis of fatty
acids in chloloroplasts may be regulated by
acetyl coenzime-A and malanolin-ACPs,
which are enzymes that initiate the formation
of ACP protein transporters (Mcginnis and
Sommerfeld 2000). In addition, the
proportion of PUFA in C. muelleri may vary
when different nitrogen sources are used
(Post-Beittenmiller et al. 1992 and Liang et
al. 2006). For instance, in a study by the
later authors, urea was the only chemical
form that yielded a high quantity of 20:5 n-3
fatty acids, followed by nitrates and
ammonia. In that same study, no significant
differences were found in the content of
other HUFAs, such as DHA. The present
results do not show a clear relationship
among the contents of HUFAs. Low (f/4
and AF/4) and high (AF) nutrient
concentration diminished the HUFA
concentration in C. muelleri. On the other
hand, induced stress by reducing nutrient
concentration in the culture media increased
the total lipid content of the microalgae.
However, this not always applies to the
HUFA proportion.
-
PPaacchheeccoo eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::66--1155
13
The results presented in this work are in
agreement with those of Pernet et al. (2003),
who mentioned that total lipids in C.
muelleri could increase because of nutrient
deficiency. The relative proportion of
nutrients can modify the fatty acid profile of
the microalgae, increasing SAFA and
MUFA proportion and in smaller amount
PUFA content. The percentage of
phosphorus was found to be the limiting
nutrient related to the synthesis of
phospholipids. Nevertheless, fatty acid
biosynthesis and proportion may vary
according to the microalgae species (Guan-
Qun 2007).
5. Conclusions
Based on the results of the present study it is
concluded that, under the described
conditions, the specific growth of a four-day
culture of C. muelleri is affected when the
culture medium contains a low concentration
of nutrients (f/4 and AF/4). Depending on
the desired major cellular component
(proteins, lipids or carbohydrates) it is
recommended to use the culture medium
accordingly. To get the highest value of
HUFAs, the use of f/2 or the proposed AF
medium (agricultural fertilizers) is
recommended.
Acknowledgments
This work was supported by the internal
project AICM-CTM-04-11-25-11-05-24 of
Universidad Autnoma de Baja California
Sur and the project SEP-CONACyT 454844.
We would like to thank Daniel Porras for his
assistance and Laura Carren for technical training. We also thank Dr. L. Salinas-Flores
for critical and English review of the original
manuscript.
References
Bligh, E.G., Dyer, W.J. 1959. A rapid method of
total lipid extraction and purification. Can J
Physiol Biochem 37:911-917.
Carrapiso, A.I., Garcia, C. 2000. Development in
lipid analysis: some new extraction
techniques and in situ transesterification.
Lipid 35:1167-1177.
Chiaverina, J. 1972. Techniques d extraction et analyses des lipids. Universit de Paris.
Station Zoologique. Villefranche-sur-Mer.
Notes de Travail 12:12p.
Darley, W.M. 1987. Biologa de las algas:
Enfoque fisiolgico.Ed. Limusa, Mxico,
D.F. 236p.
Dubois, M., Gilles, K. A., Hamilton, J.K.,
Rebers, P. A. Smith, F. 1956. Colorimetric
method for determination of sugars and
related substances. Ann Chem 28:350-356.
Fogg, G.E., Thake, B. 1987. Algal cultures and
phytoplankton ecology. 3th Edition.
University of Wisconsin Press. USA. 189p.
Guan-Qun C., Yue J., Feng C. 2007. Variation
of lipid class composition in Nitzschia laevis
as a response to growth temperature change.
Food Chem 109(1): 88-94.
Guillard, R.L.L., Rhyter, J.H. 1962. Studies on
marine planktonic diatoms I. Cyclotella nana
Hustedt and Detonula confervacea (Cleve).
Grans Can J Microbiol 8:229-239.
Guillard, R.L.L. 1975. Culture of phytoplankton
for feeding marine invertebrates. pp 29-60.
In: M.L. Smith and M.H. Chanley (Ed.).
Culture of Marine Invertebrates Animals.
Plenum Press, New York. 338p.
Hemerick, G. 1973. Mass culture. In: Handbook
of Physiological Methods. J.R. Stein, (Ed.).
pp.255-273.
Iriarte, J.L., Quiones, R.A., Gonzlez, R.R.,
Valenzuela, C.P. 2007. Relacin entre
actividad enzimtica y biomasa de ensambles
fitoplanctnicos en el sistema pelgico. Inv
Mar Valparaiso 35(1): 71-84
Liang, Y., Beardall, J., Heraud, P. 2006. Effects
of nitrogen source and UV radiation on the
growth, chlorophyll fluorescence and fatty
-
PPaacchheeccoo eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::66--1155
14
acid composition of Phaeodactylum
tricornutum and Chaetoceros muelleri.
(Bacillariophyceae). J Photochem Photobiol
Biol 82:161172.
Lpez-Elas, J.A., Voltolina, Enrquez-Ocaa,
F., Gallegos-Simental, G. 2005. Indoor and
outdoor mass production of the diatom
Chaetoceros muelleri in a Mexican
commercial hatchery. Aquacult Nutr 33:181-
191.
Lourenco, S.O., Barbarno, E., Mancini-Filho, J.,
Schinke, K.P., Aidar, E. 2002. Effects of
different nitrogen sources on the growth and
biochemical profile of 10 marine microalgae
in batch culture: An evaluation for
aquaculture. Phycologia 41(2):158162.
Lowry, O. H., Rosebrough, N. J., Farr, A.L.,
Randall, R.J. 1951. Protein measurement with
the Folin phenol reagent. J Biol Chem
193:265-275.
Malara, G., Charra, R. 1972. Dosages des
proteines partiulaires selon la mthode de
Lowry. Universit de Paris. Station
Zoologique. Villefrenche-Sur-Mer. Notes de
Travail. 6:11p.
Martnez-Espinosa, R. 2003. Fisiologa de la
asimilacin de nitrgeno en Haloferax
mediterranei. Purificacin y caracterizacin
de nitrato y nitrito reductasas asimiladas.
Tesis Doctoral. Universidad de Alicante.
Facultad de Agroqumica y Bioqumica.
Espaa. 181p.
Martin, C.E., Oh, C.S., Jiang, Y. 2007.
Regulation of long chain unsaturated fatty
acid synthesis in yeast. Biochim Biophys Acta
Mar 1771(3):271-285.
Matos Moura, A., Bezerra Neto, E., Koening,
M.L., Eskinazi Leca, E. 2007. Chemical
composition of three microalgae species for
possible use in mariculture. Braz Arch Biol
Technol 50(3): 461-467.
McGinnis, K.M., Sommerfeld, M.R. 2000.
Plastid fatty acid biosynthesis in the diatoms
Nitzschia alba and Nitzschia laevis. J Phycol
36(s3):46-46.
Medina-Reyna, C. E., Cordero-Esquivel, B.
1998. Crecimiento y composicin bioqumica
de la diatomea Chaetoceros muelleri
(Lemerman), mantenida en cultivo esttico
con un medio comercial. Cienc Mar (UMAR)
6:19-26.
Meireles, L.A., Catarina A. Guedes A.C.,
Malcata F.X. 2003. Lipid class composition
of the microalga Pavlova lutheri:
Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic
acids. J Agric Food Chem 51:2237-2241.
Milioub, H., Fintikakia, M., Tzitzinakisa, M.,
Kountourisa., Verriopoulos, G. 2006. Fatty
acid composition of the common octopus,
Octopus vulgaris, in relation to rearing
temperature and body weight. Aquaculture
256:311-322.
Pande, S. V., Khan, R. P., Venkitasubramanian,
T. A. 1963. Microdetermination of lipids and
serum total acids. Anal Biochem 6:415-423.
Perneta, F., Tremblayb, R., Demersc, E.,
Roussy, M. 2003. Variation of lipid class and
fatty acid composition of Chaetoceros
muelleri and Isochrysis sp. grown in a
semicontinuous system. Aquaculture
221:393-406.
Post-Beittenmiller, D., Roughan, G., Ohirogge,
J.B. 1992. Regulation of plant fatty acid
biosynthesis analysis of acyl-coenzyme A and
acyl-acyl carrier protein substrate pools in
spinach and pea chloroplasts. Plant Physiol
100:923-930.
Reitan, K., Raunuzzo, J., Olsen, Y. 1994. Effect
of nutrient limitation on fatty acid and lipid
content of marine microalgae. Phycology
30:972-979.
Richmond, A. 2003. Handbook of Microalgal
Culture: Biotechnol Appl Bioc. Blackwell
Publishing, New York. 612p.
Snchez-Saavedra, M. P., Voltolina, D. 2005.
The growth rate, biomass production and
composition of Chaetoceros sp. grown with
different light sources. Aquacult Eng 35(2):
161-165.
Sorokin, C. 1973. Dry weight, packed cell
volume and optical density. 321-343 pp. In:
-
PPaacchheeccoo eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::66--1155
15
J.R. Stein (Ed.). Handbook of Phycological
Methods. Culture Methods and Growth
Measurements. Cambridge University Press,
Cambridge. 448p.
South, G. R., Whittick, A. 1987. Introduction to
Phycology. Blackwell Scientific Publications,
London. 341p.
Spektorova, L. V., Goronkova, O. I., Nosova, L.
P., Albitskaya, O. N., Danilova, G. 1986.
High-density cultures of marine microalgae
promising items for mariculture III. Mass
culture of Monochrysis lutheri Droop.
Aquaculture 55:231-240.
Trautwein, E.A. 2001. n-3 fatty acidsphysiological and technical aspects for their
use in food. J Agric Food Chem 51: 2237-
2241.
White, J.N.C. 1987. Biochemical composition
and energy content of six species of
phytoplankton used in mariculture of
bivalves. Aquaculture 60:231-241.
Wu, Q., Stewart, V. 1998. NasFED proteins
mediate assimilatory nitrate and nitrite
transport in Klebsiella oyitoca (pneumoniae)
M5al. J Bacteriol 180:1311-1322.
Zar, J.H. 1984. Biostatistical Analysis. Prentice-
Hall, New York. 622p.
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
16
Artculo original de investigacin
Variacin estacional de arsnico total en algas comestibles recolectadas en el Golfo San Jorge (Chubut, Argentina)
Adriana A. Perez1*, Laura B. Perez
1, Analia M. Strobl
1, Silvina Camarda
1, Silvia S. Farias
2,
Clara M. Lpez 3 y Mara A. Fajardo
1
1Centro Regional de Investigacin y Desarrollo Cientfico Tecnolgico (CRIDECIT), Universidad
Nacional de la Patagonia San Juan Bosco Comodoro Rivadavia, Chubut, Argentina.
2Comisin Nacional de Energa Atmica, Gerencia de Tecnologa y Medio Ambiente (CNEA).
Buenos Aires, Argentina. 3Ctedra de Toxicologa y Qumica legal. Universidad da Buenos Aires (UBA).
Buenos Aires, Argentina. J. M. Rodrigo 527 (9000) Comodoro Rivadavia, Chubut.
*Autor de correspondencia: [email protected]
Resumen En las costas Patagnicas Argentinas las macroalgas marinas son explotadas para la obtencin
de ficocoloides destinados a la alimentacin y asimismo podran utilizarse como indicadoras
de bioacumulacin de contaminantes metlicos. El objetivo de este trabajo, fue determinar la
variacin estacional del arsnico total (As) en Porphyra columbina (alga roja) y Ulva sp. (alga
verde) en tres zonas del Golfo San Jorge (Argentina) y evaluarlas desde el punto de vista de la
inocuidad alimentaria. Las zonas de muestreo fueron Baha Solano (BS) y Punta Maqueda
(PM), ambas alejadas de la actividad antropognica y la desembocadura del Arroyo La Mata
(AM), sitio que recibe efluentes de la actividad petrolera e industrial. El As total se cuantific
mediante un espectrmetro de emisin de plasma inductivo (ICP-OES) multielemental
simultneo, axial, con detector de estado slido. En Porphyra columbina las medianas de la
concentracin de As total, oscilaron entre 21,9 a 39,3 g g-1
peso seco (p.s.) con variacin
estacional en AM y PM. En Ulva sp. las medianas fluctuaron entre 3,0 a 8,8 g g-1
p.s. y las
variaciones estacionales se dieron en BS y PM. La Ingesta Semanal Tolerable Provisional de
As (ISTP-OMS) para As inorgnico, que es la especie ms txica, es de 15 g-1
kg de peso
corporal por semana. Para una persona de 70 kg correspondera un ISTP de 1050 g As por
semana. El consumo de 30 g de Porphyra columbina seca por semana, aportara valores de As
cercanos al ISTP si se tratara slo de As inorgnico, mientras que el consumo de Ulva sp. no
supondra un riesgo para la salud dado que Porphyra columbina bioconcentra ms As que
Ulva sp. Se recomienda llevar a cabo estudios de especiacin de As para evaluar el riesgo real
asociado a la ingesta de As a partir de macroalgas comestibles recolectadas en el Golfo San
Jorge que bioacumulan As.
Palabras clave: macroalgas, arsnico total, Porphyra columbina. Ulva sp., Argentina.
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
17
Abstract
In Argentineans Patagonian coast, marine seaweeds are exploited to obtain ficocoloids and food, as well as to use them as pollutants biomonitors. The aim of this study was to determine
the seasonal variation of total arsenic (As) in Porphyra columbina (red seaweed) and Ulva sp.
(green seaweed) from three places of Gulf San Jorge (Argentina) and to evaluate them from
the point of view of food safety. Sampling sites were located at Bay Solano (BS) and Punta
Maqueda (PM) (non polluted areas, far from anthropogenic activities) and the mouth of the
Arroyo La Mata (AM), area that receives effluents from the oil activity. Total As was
quantified by multielemental, simultaneous inductively coupled plasma- optical emission
spectrometry (ICP-OES) provided with axial view and of solid state detectors. Arsenic
concentration, expressed in g g-1
dry weight (d.w.), in Porphyra columbina, ranged from 21.9
to 39.3; and seasonal variations for the metalloid were observed in AM and PM. For Ulva sp.,
Arsenic levels ranged between 3.0 at 8.78 g g-1
(d.w.); seasonal variations were detected in
BS and PM. Provisional Tolerable Weekly Intake (PTWI) value of 15 g As week-1
kg-1
corporal weight is referred to inorganic As. For a 70 kg person, a PTWI of 1,050 g As per
week, would be expected. Considering As only present as inorganic As, a 30 g of Porphyra
columbina (d.w.) intake per week would provide As values near to the As ISTP. In contrast,
the intake of Ulva sp. would not represent a threat for human health. In conclusion, Porphyra
columbina bioaccumulate much more As than Ulva sp. and represents a higher risk. Authors
strongly suggest to carry out speciation studies related to As species present in edible
seaweeds from San Jorge Gulf to evaluate the real health risk.
Keywords: seaweed; total arsenic, Porphyra columbina; Ulva sp., Argentina.
1. Introduccin
El medio ambiente recibe aportes de
elementos de origen natural y antropognico.
Los naturales provienen de la formacin de
menas, meteorizacin, erosin de rocas,
lixiviacin y fenmenos asociados al
vulcanismo. Los aportes de origen
antropognico son consecuencia de la
actividad humana, principalmente
procedentes de la actividad industrial (Prs,
1980).
El medio acutico y en especial el marino, es
uno de los ambientes ms expuestos a los
contaminantes debido a que es el receptculo
final de todas las descargas naturales y de la
actividad humana. Los ocanos cubren
alrededor del 71% de la superficie terrestre,
aproximadamente 360 millones de km2.
Ellos son un espejo de la vida del planeta
Tierra (Gerlach, 1981). Esta inmensidad
contribuye al mito de que tienen una
capacidad de dilucin infinita y que por lo
tanto, pueden considerarse como un
gigantesco vertedero para todos los
desperdicios del hombre.
Los ocanos contienen ms de 30 elementos,
metales o metaloides presentes en cantidades
traza en los tres compartimentos: agua,
sedimentos y biota marina. Sus
concentraciones se ven incrementadas
fcilmente con la contaminacin generada
por la actividad antropognica. Algunos de
esos elementos vertidos, como es el caso del
As, pueden llegar a ser txicos para el
crecimiento y el metabolismo de los
vegetales y los animales marinos (Yun et al.,
2001).
El arsnico (As), un metaloide de color gris
acero y de olor aliceo, se encuentra
ampliamente distribuido en la naturaleza
formando diferentes compuestos minerales.
En su mayor parte, el arsnico es
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
18
transportado en el ambiente por el agua,
donde est usualmente en forma inorgnica,
como As (V) o As (III). En los organismos
marinos, se han detectado especies
arsenicales inorgnicas y orgnicas, estas
ltimas de menor toxicidad como es la
arsenobetana (que se encuentran en
concentraciones elevadas en los pescados,
moluscos y crustceos) y los arsenoazcares
presentes en macroalgas marinas y en
algunos moluscos (Cullen y Reimer, 1989;
Rose et al., 2007).
El As, ingresa al hombre por va digestiva a
travs del agua, los alimentos y por malos
hbitos higinicos en el trabajo (Falc et al.,
2006). En sus formas inorgnicas pueden
producir intoxicaciones tanto agudas como
crnicas, y est considerado como un
carcingeno para el hombre. Es genotxico y
un conocido carcingeno asociado
especialmente con cncer de hgado, pulmn
y piel. El As (III) es capaz de unirse a los
grupos sulfihidrilos e inhibir la accin de
determinadas enzimas relacionadas con el
metabolismo celular y la respiracin (Soria
et al., 1995) y es generalmente reconocido
por ser mas txico que el As (V) (Rose et al.,
2007).
La utilizacin de las macroalgas como
alimento humano es una de las aplicaciones
ms antiguas y se remonta al ao 2.700 a.C.
en China. Paralelamente, los griegos y los
romanos las empleaban como alimento,
como plantas medicinales y en cosmtica.
Este hbito tan antiguo se observa an en
varios pases del sureste de Asia. Adems de
ser utilizadas para la alimentacin, tienen
aplicaciones industriales, agropecuarias,
mdico-farmacolgicas, preparados
cosmticos y en la restauracin ambiental
(Mabeau y Fleurence, 1993; Caliceti et al.,
2002).
Se conocen unas 25.000 especies de algas, y
el hombre utiliza para alimentarse unas 160
(25 verdes, 54 pardas y 81 rojas) (Leister y
Morris, 1990). En Europa, desde hace unos
aos, se estn convirtiendo en una autntica
revolucin en materia alimentaria debido a
su contenido en nutrientes (Darcy- Vrilln,
1993).
En los pases occidentales el uso de algas ha
estado relacionado tradicionalmente con la
industria farmacutica y cosmtica. En las
ltimas dcadas se ha incrementado el
consumo directo de distintas especies de
algas por los beneficios nutricionales y
teraputicos ya que constituyen un alimento
rico en protenas, minerales y vitaminas y
otros nutrientes especficos como los cidos
grasos poliinsaturados (Mabeau y Fleurence,
1993; Darcy-Vrillon, 1993; Van Netten et
al., 2000).
Las algas del litoral martimo argentino
constituyen recursos naturales renovables
econmicamente importantes (Ferrario et al.,
1997). La mayora de las algas de la costa
patagnica argentina son explotadas para la
obtencin de ficocoloides. Sin embargo,
existen especies con posible utilizacin en
alimentacin como Porphyra columbina y
Ulva sp. (Fajardo et al., 1998).
La ingesta media de algas marinas en los
pases occidentales est lejos de ser la de los
pases orientales. En Japn, las algas llegan a
representar hasta un 25% de la dieta diaria,
siendo incorporadas directamente en estado
fresco o seco. Los japoneses consumen
anualmente un promedio de 1,6 kg de algas
marinas secas por persona (Fujiwara-Arasaki
et al., 1984) por lo que se estima una ingesta
de 3,3 g en peso seco por da (Darcy-Vrillon,
1993); asimismo se debe considerar en todos
los pases, la existencia de consumidores
mayores al promedio porque siguen una
dieta macrobitica y no se dispone de
antecedentes correspondientes en la
Argentina. Solamente se cuenta con datos
previos realizados en la zona, los cuales
determinaron que el consumo de 30 g de
Porphyra columbina seca (tres cucharadas
de algas seca y molida), contribuiran con
una ingesta de 85 a 124 mg de cido
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
19
ascrbico, 400 a 636 mg de potasio, 200 a
272 mg de magnesio, de 6,2 a 9,0 g de
protenas, y 11,6 a 16,3 de fibra diettica, en
funcin de la estacin del ao en que sean
recolectadas (Fajardo, 1998).
Existe otro aspecto a tener en cuenta adems
de los beneficios nutricionales y es el que las
algas presentan una elevada capacidad de
bioconcentrar no slo elementos esenciales,
sino tambin elementos txicos del medio
ambiente. Por dicha razn, si las algas
provienen de reas contaminadas, su
consumo puede representar un peligro para
la salud pblica, aunque tambin pueden ser
utilizadas como bioindicadoras de
contaminacin y agentes de remediacin del
ecosistema marino (Riget et al., 1997;
Almela et al., 2002).
En Argentina, las algas y productos
derivados, carecen de regulacin especfica
respecto al As. Desde el punto de vista de la
evaluacin de la seguridad alimentaria de
estos productos, la estimacin de la ingesta
de arsnico inorgnico a travs del consumo
de algas est siendo estudiada en pases
europeos, en el Sudeste asitico y China
(Yasui et al., 1983; Morita y Shibata, 1990;
Almela et al., 2002; Laparra et al., 2003,
2004; FSA, 2004) y en forma ms
exhaustiva desde que se ha encontrado una
elevada concentracin de As total (103149 g g
-1 p.s.) y As inorgnico (32,1- 69,5) en
un alga utilizada para la alimentacin
humana, llamada hiziki (Hizikia fusiforme).
En tal sentido, en julio del 2004 la British
Food Standard Agency advirti no ingerir
esta alga por su elevada concentracin de As
inorgnico (Besada et al., 2009).
El objetivo de este trabajo fue determinar la
variacin estacional del As total en Porphyra
columbina (alga roja) y Ulva sp. (alga verde)
del Golfo San Jorge (Argentina) y evaluar su
seguridad como alimento.
2. Materiales y Mtodos
2.1 Zona de Muestreo
El Golfo San Jorge est situado en la costa
de las provincias del Chubut y de Santa
Cruz, entre el Cabo Dos Bahas y el Cabo
Tres Puntas. De toda la costa Argentina es el
golfo ms pronunciado, con acantilados
activos que poseen una altura promedio de
2,50 m. La costa es muy irregular, con un
rgimen macromareal alto, posee accidentes
menores y plataformas de abrasin
(localmente llamadas restingas) que quedan
expuestas en bajamar.
Las puntas de este golfo encierran una
cuenca sedimentaria rica en hidrocarburos,
denominada Cuenca del Golfo San Jorge
(Sciutto, 1995). Considerando estas
caractersticas, las zonas de muestreo
elegidas de Norte a Sur fueron:
1) Baha Solano (BS): a 20 km al norte
Comodoro Rivadavia Provincia de Chubut
(45 38 L.S., 67 21 L.O.). Se caracteriza por estar alejada de la actividad
antropognica.
2) Desembocadura del Arroyo La Mata
(AM): se ubica a 10 km al Sur de Comodoro
Rivadavia, Provincia de Chubut (45 52 L.S., 67 30 L.O.). Recibe efluentes de la actividad industrial y petrolera.
3) Punta Maqueda (PM): se ubica a 30 km.
al Sur de Comodoro Rivadavia, en la
Provincia de Santa Cruz (46 01, L.S., 67 34 L.O.). Se caracteriza por estar alejada de la actividad antropognica y por poseer una
restinga rocosa con piletas de marea de poca
extensin y profundidad. Los tres lugares de
muestreo se observan en la Figura 1.
En las zonas de muestreo se colectaron las
especies de inters: Porphyra columbina y
Ulva sp. estacionalmente (verano, otoo,
invierno y primavera) durante el ao 2002.
Al realizar la colecta se lavaron las algas in
situ con abundante agua de mar para
liberarlas de cuerpos extraos y de otras
clases de algas (epfitas). Se guardaron en
bolsas de polietileno y se transportaron
refrigeradas a 5 C al laboratorio.
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
20
Figura 1. Golfo San Jorge sitios de muestreo: Baha Solano, Arroyo La Mata y Punta Maqueda
En el laboratorio se lavaron con agua ultra
pura y se secaron a temperatura ambiente
durante 24 horas. Finalmente el material se
guard en envases plsticos, a -20 C hasta
el momento de su procesamiento.
Se conservaron rplicas en congelacin y se
apart material algal para ser herborizado.
2.2 Lavado del material
El material utilizado en la recoleccin,
pretratamiento y mineralizacin de las
especies estudiadas fue lavado con
detergente neutro, enjuagado con agua,
sumergido en HNO3 al 50% v/v durante 24 h
y enjuagado 6 veces con agua ultra pura.
El agua ultra pura fue obtenida por
bidestilacin en destilador de vidrio
convenientemente tratado con cido ntrico y
luego enjuagado con agua ultra pura.
2.3 Control de calidad del mtodo analtico
La exactitud de la metodologa se evalu de
acuerdo a requerimientos de la Norma
IRAM 301:2005 (equivalente a ISO/IEC
17025:05) y la gua EURACHEM-CITAC,
2000, empleando un material de referencia
certificado (CRM) BCR 279 Sea lettuce,
Ulva lactuca (Institute for Reference
Materials and Measurements, IRMM,
Bruselas, Blgica).
El material de referencia certificado (0,100
0,001 g) y un blanco de reactivos, fueron
tratados y mineralizados en las mismas
condiciones que las muestras para ser
analizados cada 25 determinaciones. Los
resultados no mostraron diferencias
significativas con los valores certificados. La
precisin evaluada como repetibilidad fue
del orden del 5% para los mbitos de
concentraciones evaluadas en este trabajo
(Tabla 1).
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
21
Tabla 1. Concentracin promedio DE en material certificado de referencia BCR 279
(Sea lettuce) ao 2002, (n=10)
Elemento Certificado
g g-1
p.s.
Encontrado
g g-1
p.s.
Recuperado
%
As 3,09 0,20 2,87 0,17 93,3 4,8
p.s.: peso seco
2.4 Determinacin de humedad y molienda
De todas las algas recolectadas se eligieron
al azar siete organismos de cada especie
(siete muestras) los cuales fueron procesados
individualmente. Se descongelaron, se
llevaron a peso constante mediante el
mtodo indirecto por desecacin en estufa a
100 5 C (AOAC, 2006) y se molieron en
morteros de porcelana.
2.5 Mineralizacin
Se pesaron 0,100 0,001 g 0,200 0,001
g de la muestra seca y molida de cada unidad
muestral; se colocaron en vasos de Tefln (Parr Instrument Company, Illinois, USA) y
se le agregaron 2 o 4 ml de HNO3 (J.T.
Baker ACS, EEUU), respectivamente. Se
colocaron en bombas de digestin, que
fueron llevadas a un digestor de microondas
para su puesta en solucin, a una potencia de
1200 watts (Sapp, 1991). Todos los
mineralizados fueron guardados en
recipiente de polipropileno a 20 C, hasta el momento de su cuantificacin.
2.6 Anlisis elemental cuantitativo
Las determinaciones de As se realizaron
mediante un espectrmetro de plasma
inductivo de argn (ICP OES), axial,
multielemental simultneo, provisto de
detector de estado slido y automuestreador
marca Perkin Elmer Optima 3100 XL
(Perkin Elmer, Ma. USA), cuyo software
operativo es el ICP- OPTIMA (Winlab 32
Versin 2.4).
El argn fue de calidad soldadura para
alimentacin de la descarga. Se emplearon
argn y nitrgeno calidad ultrapuro para el
enfriamiento de los detectores y para el
sistema ptico, respectivamente, provistos
por Indura S.A. (Argentina) en ambos casos.
Las lneas analticas fueron elegidas a partir
de la biblioteca del equipo. Las curvas de
calibracin se realizaron por sucesivas
diluciones de un estndar comercial de As de
concentracin 1000 g As/ml (CertiPUR Merck, Darmstadt, Alemania) en HNO3 1,5
M. Las muestras se analizaron por
duplicado, previa dilucin 1/10, para ajustar
los valores de acidez a los de las respectivas
curvas de calibracin. Las concentraciones
halladas en solucin en las muestras
analizadas se obtuvieron por interpolacin
en las respectivas curvas de calibracin. Los
valores de concentracin de As (p/p) se
obtuvieron corrigiendo esos valores por las
pesadas y diluciones correspondientes.
2.7 Anlisis estadstico
Los resultados descriptivos se expresaron
como promedio con su desviacin estndar y
mnimomximo (Min-Max) para poder comparar con los datos de bibliografa y
como mediana y quartilo (Q25 - Q75) por
tener una distribucin no paramtrica.
Para evaluar la asociacin entre variables se
utiliz el mtodo de las diferencias aplicando
la prueba de Wilcoxon-Mann Whitney y
Kruskal-Wallis empleando el test de
Student-Newman-Keuls como prueba post-
hoc. Los clculos estadsticos se realizaron
con el paquete informtico INSTAT 2.02 y
se consider como estadsticamente
significativo un valor de p
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
22
3. Resultados
En las Tablas 2 y 3 se observan las
concentraciones de As en Porphyra
columbina y en Ulva sp., respectivamente,
recolectadas en Baha Solano, Arroyo La
Mata y Punta Maqueda durante el ao 2002.
En las Figuras 2 y 3 se observan las
variaciones estacionales de las concentra-
ciones de As en Porphyra columbina, y en
Ulva sp.
4. Discusin
Del anlisis de la Tabla 2 se desprende que
las concentraciones de As encontradas en
Porphyra columbina, oscilaron entre 21,9 a
39,3 g g-1 p.s. y que no existen diferencias
estadsticamente significativas entre los
lugares de muestreo (p>0,05) en cada
estacin del ao. Esto indicara que a pesar
de que la desembocadura del Arroyo La
Mata es una zona que recibe los efluentes
industriales y. petroleros no habra descargas
de este elemento. Sin embargo, en Ulva sp.
las concentraciones de As (que oscilaron
entre 3,0 a 8,8 g g-1 p.s.) presentaron
diferencias estadsticamente significativas
entre los lugares de muestro en invierno y
verano (p
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
23
Este comportamiento podra sugerir que
aunque en sta alga verde se hayan
registrado las concentraciones mas bajas de
As, esta especie es sensible a pequeos
cambios de concentracin de As y debera
tenerse en cuenta durante el proceso de
seleccin de una especie bioindicadora de
contaminacin de As, como lo han referido
varios autores en estudios similares
realizados sobre la bio concentracin de
metales pesados en Ulva sp. (Haritonidis y
Malea, 1995, Caliceti et al., 2002,
Castellanos et al., 2005).
En las Figuras 2 y 3 se observa que existi
variacin estacional estadsticamente
significativa en ambas especies (p
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
24
fluctuaciones encontradas deberan reflejar
las variaciones naturales; en este estudio se
describi que la variacin estacional podra
ser atribuible al crecimiento, por lo tanto, en
invierno fue cuando las concentraciones eran
ms altas ya que el crecimiento era mnimo y
estas disminuyeron en verano cuando el
crecimiento era mximo; sin embargo, en
todos los casos la variacin no podra
explicarse por este fenmeno. Haritonidis y
Malea (1995, 1999) atribuyeron el modelo
de variacin estacional de las
concentraciones de varios metales en Ulva
rigida y Enteromorpha al crecimiento y a los
factores como la edad del tejido examinada,
y a factores abiticos como la salinidad y
temperatura (Villares et al., 2002).
Si se considera que Porphyra columbina
tiene un mximo de crecimiento al fin del
invierno y a los comienzos de la primavera
(Boraso de Zaixso, 1998), se puede presumir
que las concentraciones ms altas de As en
dicha estacin se deberan a su crecimiento.
Figura 2. Variacin estacional de la concentracin de As total en Porphyra columbina
(medianas DE); superndices distintos en la misma zona y lugar indican diferencias
estadsticamente significativas (p
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
25
No est estudiado el comportamiento
ecolgico de Ulva sp. en el Golfo San Jorge
como para establecer patrones de
comparacin.
En general, los niveles de As tanto para
Porphyra columbina como para Ulva sp.
descritos en este estudio son del mismo
orden que los documentados por varios
autores (Tabla 4).
Tabla 4. Concentraciones de As (g g-1 p.s.) en especies de Ulva sp. y Porphyra sp. de distintas reas
geogrficas del mundo (promedios o rangos)
Especies rea As Referencias
Ulva
lactuca
Golfo de Thermaikos (Grecia) 4,5-11,1 Djingova et al.,
(1987)
Ulva sp.
Chile
4,07 Vasquez,
(1996)
Ulva sp.
Qubec (Canad)
6,0 2,4 Phaneuf et al.,
(1999)
Ulva sp.
Laguna de Venecia Italia
73 Caliceti et al.,
(2002)
Ulva sp.
Espaa
5,2 0,05 Almela et al.,
(2002)
Ulva sp.
Sud frica 6,20,30
Misheer et al.,
(2006)
Ulva sp.
Pennsula de Delmarva EEUU 3,70 1,15 Chaudhuri et al., (2007)
Ulva sp. Baha de Cienfuegos (Cuba) 1,25
Castellanos et al.,
(2005)
Ulva
fasciata
Baha de Cienfuegos (Cuba) 1,10
Castellanos et al.,
(2005)
Ulva
rigida
Espaa
6,417,06
Besada et al.,
(2009)
Porphyra sp. Qubec (Canad)
19 4,2 Phaneuf et al.,
(1999)
Porphyra sp. Lago de Venecia Italia
13 13 Caliceti
(2002)
Porphyra sp. Chile
20,00 Vasquez
(1996)
Porphyra sp. Espaa
28,3 0,5 Almela et al.,
(2002)
Porphyra sp. Inglaterra
18-29 Martn Rose et al.,
(2007)
Porphyra sp. Korea 6,28 0,19
Rdenas de la Rocha et al.,
(2009)
Porphyra sp. Japn 9,70 1,20
Rdenas de la Rocha et al.,
(2009)
Porphyra sp. Francia 4,25 0,13
Rdenas de la Rocha et al.,
(2009)
Porphyra
umbilicales
Espaa
28,949,5
Besada et al.
(2009)
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
26
Caliceti et al., (2002) en Italia, por Almela et
al., (2002) en Espaa, por Misheer et al.,
(2006) en las costas de Africa y por Wei et
al., (2003) en China y mas bajos que los
descriptos por Sfriso et al. (4 a 65 g g-1
p.s., con una media de 30 g g-1 p.s.) (Sfriso
et al., 2000) y ms altos que los encontrados
en Cuba en la Baha de Cienfuegos
(Castellanos et al., 2005). Los valores de As
son tambin del mismo orden que los
analizados por Besada et al. (2009) en
productos comerciales de algas comestibles.
Asimismo, un estudio realizado por Faras et
al. (2002) en la Antrtida mostr resultados
para algas rojas en los que las
concentraciones de As oscilaban entre 5 y 28
g g-1 p.s. Adems, los valores reportados
en este estudio para las dos especies
estudiadas coinciden con los resultados
obtenidos por Muse et al., (1989) en
macroalgas de dos localidades de la
provincia de Chubut.
Varios autores (Phillips, 1990; Almela et al,.
2002), describieron que la acumulacin de
As total en diferentes algas marinas es
funcin de la especie algal. La secuencia de
mayor a menor capacidad de
bioacumulacin observada por dichos
autores es: algas marrones > algas rojas >
algas verdes. Esta secuencia se observa en
las algas de este estudio, como puede
observarse en la Figura 4. En tal sentido, las
concentraciones medias anuales de As en
Ulva sp., fueron significativamente mas
bajas que en Porphyra columbina (p
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
27
es de 15 g semana-1
kg-1
de peso corporal,
lo que para un sujeto de 70 kg
correspondera a 1050 g As semanales
(Almela, 2002).
Si se estableciera una legislacin especfica
para los contenidos de As inorgnico en las
algas, se conseguira compatibilizar la
comercializacin y la proteccin del
consumidor. Sera pues conveniente seguir el
ejemplo de legislaciones ms avanzadas, que
regulan especficamente los niveles de As
inorgnico en algas proponiendo
concentraciones de 1 g g-1 p.s. como es el caso de Australia y Nueva Zelanda
(ANZFA, 1997) y de 3 g g-1 p.s como Francia y USA. (Mabeau y Fleurence, 1993).
El primer aporte al respecto, fue el realizado
por Norman et al. (1987) quien incluy
adems del As inorgnico a los cidos
monometilarsnico y dimetilarsnico,
sobrestimando probablemente el contenido
de As inorgnico (Almela et al., 2006).
Aunque actualmente la concentracin de As
total no es un parmetro til, en el estudio de
las implicancias toxicolgicas derivadas del
consumo de algas comestibles, es el
parmetro utilizado. Si se supone un
consumo de 30 g de Porphyra columbina
seca por semana (Fajardo, 1998),
considerando el mximo valor de As
detectado (39,3 g g-1 en invierno) y en el
hipottico caso de que todo el As fuera
inorgnico, el ISTP para un sujeto de 70 kg
que habita en la zona de estudio sera de
1179 g, valor que supera el lmite
establecido por la OMS. Este anlisis
amerita llevar a cabo estudios de especiacin
del As, As (III) + As (V), para evaluar el
riesgo real que supone el consumo de estas
algas. Los niveles de As en Ulva sp. menores
a los encontrados en la Porphyra columbina,
hace suponer que su consumo no constituira
un riesgo para la salud.
5. Conclusiones
Existi variacin estacional de la
concentracin de As total en Porphyra
columbina, la cual se observ AM y PM. En
Ulva sp. las variaciones estacionales se
dieron en BS y PM. Estos datos debern ser
considerados en el proceso de su recoleccin
para el consumo humano.
La ingesta de 30 g de Porphyra columbina
seca por semana aportara valores de As
cercanos al ISTP si se considerara que todo
el As estuviese presente como As
inorgnico. En el caso de la ingesta de la
misma cantidad de Ulva sp, sta no
supondra un riesgo para la salud.
Considerando los aspectos toxicolgicos y
su posibilidad de ser utilizados para la
alimentacin humana, es de destacar la
mayor capacidad de bioacumulacin de As
que posee Porphyra columbina respecto a
Ulva sp.
Sera prioritario notificar a los consumidores
de estos cambios estacionales y establecer
vedas de consumo de macroalgas en
temporadas de mayor acumulacin del As,
as como realizar monitoreos peridicos para
llevar a cabo estudios de especiacin de As y
as poder evaluar el riesgo real en las algas
comestibles recolectadas en el Golfo San
Jorge.
Agradecimientos
A la Dra. Dinoraz Vlez del Instituto de
Agroqumica y Tecnologa de Alimentos,
Valencia, Espaa por su valioso aporte para
el desarrollo del presente trabajo.
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
28
Referencias
Almela, C., Algora, S., Benito, V., Clemente, M.
J., Devesa, V., Ser, M. A., 2002. Heavy
metals total arsenic and inorganic arsenic
contents of algae food products. J Agric Food
Chem 50: 91823.
Almela, C., Clemente, M. J., Vlez, D.,
Montoro, R. 2006. Total arsenic, inorganic
arsenic, lead and cadmium contents in edible
seaweed sold in Spain. Food Chem Toxicol
44: 19011908.
Anzfa. 1997. Australian New Zealand Food
Authority. Food Standards Code. Issue 41.
AOAC Association of Analytical Communities,
Official Methods for Analysis. 2006.
Association of Official Agricultural
Chemists. The AOAC 18th, Washington
(DC). Government Printing Office.
Boraso de Zaixso A. 1998. Porphyra columbina
(Rhodophyta): II. Estadios de Desarrollo en
Punta Maqueda (Provincia de Santa Cruz,
Argentina). Physis 55:915.
Caliceti, M., Argese, E., Sfriso, A., Pavonim, B.
2002. Heavy metal contamination in the
seaweeds of the Venice lagoon. Chemosphere
47: 443-454.
Castellanos Gonzlez M. L., Lzara Sosa P.,
Angel R. Moreira G., Herminia Maya,
Saumel Prez S., Angel R. Len P., Gmez
M. B. (2005). Concentracin de arsnico en
macroalgas marinas de la Baha de
Cienfuegos, Cuba. Rev Invest Mar 26 (1):21-
26.
Cullen, W. y Reimer, K.J. 1989. Arsenic
Speciation in the Environment. Chem Rev 89:
713-764.
Chaudhuri, A., Mitra, M., Havrilla C.,
Waguespack, Y., Schwarz, J. 2007. Heavy
metals biomonitoring by seaweeds on the
Delmarva Peninsula, East Coast of the USA.
Bot Mar 151-158.
Darcy-Vrilln, B. 1993. Nutritional aspects of
the developing use of marine macroalgae for
the human food industry. Int J Food Sci Nut
44:23-35.
Dawson, S.B. y Trapp, R. 1994. Bioestadstica
mdica. 1ra ed. Mxico: Editorial El Manual
Moderno.
Djingova, R., Kuleff, I., Arpadjan, S.,
Alexandrov, S., Voulgaropoulos, A. 1987.
Neutron Activation and Atomic Absorption
Analysis of Ulva lactuca and Gracilaria
verrucosa from Thermaikos Gulf, Greece.
Toxicol Environ Chem 15:149-158.
EURACHEM-CITAC Guide. 2000. Quantifying
Uncertainty in Analytical Measurements.
Second Edition. S.L.R. Elison, M. Rosslein,
A. Williams Eds.
Fajardo, M.A., Alvarez, F., Pucci, O.H., Potela,
M.L. 1998. Contenido de algunos nutrientes,
minerales y variaciones estacionales en
Porphyra columbina, alga comestible de la
costa Patagnica Argentina. Arch Latinoam
Nutr 48(3):260264.
Fajardo, M. A. 1998. Estudio de las algas
patagnicas del gnero Porphyra para su
aprovechamiento en la alimentacin humana.
Tesis doctoral. Universidad Nacional de la
Patagonia San Juan Bosco. Chubut,
Argentina.
Falc, G., Nadal, M., Llobet, J.M., Domingo, J.
L. M. 2006. Riesgo txico por metales
presentes en alimentos. En: Camen, A.M.,
Repetto, M., editores. Toxicologa
Alimentaria. Espaa: Ediciones Daz Santos
p. 311-326.
Faras, S., Prez, S., Vodopivez, C.,
Smichowski, P. 2002. Levels of essential and
potentially toxic trace metals in Antrtic
macroalgae. Spectrochim Acta B 57: 2133-
2140.
Ferrario, M., Sar, E., Krisler, A., Cerezo, A.,
Werlinger, C. 1997. Macroalgas de Inters
Econmico. Editorial de la Universidad
Nacional de La Plata 296.
FSA, Food Standard Agency. 2004. Committee
on toxicity of chemicals in food, consumer
products and the environment. United
Kingdom. Disponible en URL:
http://www.food.gov.uk/multimedia/pdfs/arse
nicseaweed.pdf y
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
29
http://www.food.gov.uk/multimedia/pdfs/TO
X-2004-35.pdf
Fujiwara-Arasaki, T., Mino N., Kuroda, M.
1984. The protein value in human nutrition of
edible marine algae in Japan. Hydrobiol J
116/117: 513516.
Fuge, R., James, K. H. 1974. Trace metal
concentrations in Fucus from the Bristol
Channel. Mar Pollut Bull 5, 912.
Gerlach, S.A. 1981. Opportunities and uses of
the Ocean. Marine pollution Diagnosis and
Therapy. Berlin: Springer-Verlarg Berlin
Heidelberg New York p. 158-163.
Haritonidis, S. y Malea, P. 1995. Seasonal and
local variation of Cr, Ni and Co concentration
in Ulva rigida C. Agarth and Enteromopha
linza (Linneeus) from Thermaikos Gulf,
Greece. Envir Pollut 89: 319-327.
Haritonidis, S., Malea, P. 1999. Biocumulation
of metals by the green alga Ulva rigida from
Thermaikos Gulf, Greece. Envir Pollut 104:
365-372.
Laparra, J.M., Vlez, D., Montoro, R., Barber,
R., Farr, R. 2003. Estimation of arsenic
bioaccessibility in edible seaweed by an in
vitro digestion method. J Agric Food Chem
51: 6080-6085.
Laparra, J.M., Vlez, D., Montoro, R., Barber,
R., Farr, R. 2004. Bioaccessibility of total
As, inorganic arsenic, As (III) and As (V) in
raw and cooked H. fusiforme seaweed:
Influence of in vitro gastric and intestinal
stage. App Organomet Chem 18: 662-669.
Leister, G.L., Morris, J. 1990. Algae in Everyday
Life. Carolina Biological Supply Company.
U.S.A. 53(9): 3335.
Mabeau, S., Fleurence, J. 1993. Seaweed in food
products: biochemical and nutritional aspects.
Trends Food Sci Technol 4: 103-107.
Misheer, N., Kindness, A., Jonnalagadda, S. B.
2006. Seaweeds along KwaZulu-Natal Coast
of South Africa -3: Elemental Uptake by Ulva
lactuca (Sea Lettuce) J.Environ. Science
Health Part A 41:12491259.
Morita, M., Shibata, Y. 1990. Chemical form of
arsenic in marine macroalgae. App
Organomet Chem 4:181-190.
Muse, J.O., Tudino, M.B., d'Huicque, L.,
Troccoli, O.E., Carducci, C.N. 1989. Atomic
absorption spectrometric determination of
inorganic and organic arsenic in some marine
benthic algae of the southern Atlantic coast.
Environ Pollut 58:30312.
Norman, J. A., Pickford, C. J., Sanders, T. W.,
Waller, W. 1987. Human intake of arsenic
and iodine from seawater-based food
supplements and health foods available in the
UK. Food Add Contam 5:103-109.
Prs, J.M. 1980. Polucin por sustancias
minerales no nutritivas. En: Prs, J.M.
Bellan, G., Ramade, F., Ancellin, J., Le
Lourd, P.M., Gauthier, M., Soudan, F.,
Bellan, Santini, D. La Polucin de las aguas
marinas. Barcelona: Ediciones Omega p. 22-
33.
Phillips, D.J.H. 1990.Arsenic in aquatic
organisms: a review, emphasizing chemical
speciation. Aquatic Toxicol 16:161-186.
Phaneuf, D, Ct, I., Dumas, P., Ferron, L.A.
1999. Evaluation of the Contamination of
Marine Algae (Seaweeds) from St Lawrence
River and Likely to be Consumed by
Humans. Environ Res S A (80): S175-S182.
Riget, F., Johansem, P., Asmud, G. 1997.
Baseline levels and naturale variability of
elements in three seaweeds species from west
Greenland. Mar Pollut Bull 34: (3), 171-176.
Riget, F., Johansen, P., Asmund, G.1995.
Natural seasonal variation of cadmium,
copper, lead and zinc in brown seaweed
(Fucus vesiculosus). Mar Pollut Bull 30:(6),
409413.
Rdenas de la Rocha S., Snchez-Muniz F.J.,
Gmez-Juaristi M., Larrea Marn M.T. 2009.
Trace elements determination in edible
seaweeds by an optimized and validated ICP-
MS method. J Food Comp Anal 22: 330336.
Rose, M., Lewis J., Langhford N., Baxter M.,
Origgi S., Narber M., MacBain H., Thomas
K. 2007. Arsenic in seaweedForms,
-
PPeerreezz eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::1166--3300
30
concentration and dietary exposure. Food
Chem Toxicol 45: 1263-1267.
Sapp, R.E., and Davidson, S.D. 1991.
Microwave digestion of multi-component
foods for sodium analysis by atomic
absorption spectrometry. J Food Science 56
(5): 1412-1414.
Sciutto, J.C. 1995. Orgen y migracin de los
hidrocarburos en la cuenca del Golfo San
Jorge, Argentina. Naturalia Patagnica.
Ciencias de la Tierra 3: 1-23.
Sfriso, A., Pavoni, B., Marcomini, A., Orio, A.
A. 1992. Department of Environmental
Macroalgae, Nutrient Cycles, and Pollutants
in the Lagoon of Venice. Estuaries 15:517-
528.
Shibata, Y., Jin, K., Morita, M. 1990. Arsenic
compounds in edible red alga, Porphyra
tenera, and in nori and yakinori, fooditems
produced from red algae. App Organomet
Chem 4:255-260.
Soria, M.L., Repetto, G., Repetto, M. 1995.
Revisin general de la Toxicologa de los
metales. En: Repetto M. Toxicologa
Avanzada. Madrid: Editorial Daz Santo p.
393-424.
Van Netten, C., Hoption, Cann S. A., Morley,
D.R., and Van Netten, J. P. 2000. Elemental
and radioactive analysis of commercially
available seaweed. Sci Total Environ 255:
169-175.
Vasquez, J. A, Guerra, N. 1996. The use of
seaweeds as bioindicators of natural and
anthropogenic contaminants in northern
Chile. Hydrobiol 326:32733.
Villares, R., Puente, X., Caballeira A. 2002.
Seasonal Variation and Background levels of
heavy metals in two green seaweeds. Environ
Pollut 119:179-190.
Wei, C., Weihua, Li., Chao, Zhang, Marijn, Van,
Hulle, Rita, C., Xinrong, Zhang. 2003. Safety
Evaluation of Organoarsenical Species in
Edible Porphyra from the China Sea. J Agric
Food Chem 51: 5176-5182.
Yasui, A., Tsutsumi, C., Toda, S. 1983. Some
characters of water-soluble arsenic
compounds in marine brown algae, Hijiki
(Hijikia fusiforme) and Arame (Eisenia
bicyclis). Agric Biol Chem 47:1349-1351.
Yun, Y.S., Park D, Park J. M, Volesky B 2001.
Biosorption of trivalent chromium on the
brown seaweed biomass. Environ Sci Technol
35:4353-4358.
-
AAmmiimm eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::3311--4466
31
Artculo original de investigacin
Eliminao autotrfica de nitrognio pela oxidao de tiossulfato atravs de uma cultura mista de microrganismos
Rafael S. Amim1, Fabrcio B. Santana
2, Willibaldo Schmidell
1 e Hugo M. Soares
1*
1Departamento de Engenharia Qumica Universidade Federal de Santa Catarina, Laboratrio de
Engenharia Bioqumica, Centro Tecnolgico. Campus Universitrio, C.P. 476 CEP: 88010-970
Florianpolis SC Brazil 2Departamento de Qumica, Universidade Federal do Rio Grande Rua Eng. Alfredo Huch 475,
Rio Grande RS Brazil
*Autor de correspondncia: [email protected]
Resumo
Atualmente o principal impacto poluidor nos recursos hdricos ocasionado pelo lanamento de
efluentes industriais e esgotos domsticos sem tratamento. A matria orgnica continua sendo
aquela de maior impacto, devido s grandes quantidades envolvidas principalmente em pases em
desenvolvimento. No entanto, outros poluentes como metais pesados, nitrognio, fsforo e
enxofre, alm de micro poluentes de difcil biodegradao, tm sido matria de investigao.
Uma nova tecnologia para remover alguns destes poluentes dos efluentes a desnitrificao
autotrfica pela oxidao de compostos de enxofre como tiossulfato (S2O3-2
), sulfeto (S-2
) e
enxofre elementar (S0). Este processo realizado pela bactria Thiobacillus denitrificans. Neste
trabalho foi enriquecida uma cultura mista de microrganismos, inicialmente inoculado com uma
mistura de bactrias aerbias e anaerbias, provenientes de plantas de tratamento de efluentes
domsticos e industriais, submetidas a um meio autotrfico, para remover nitrognio na forma de
nitrato (N-NO3-) pela oxidao de compostos de enxofre na forma de tiossulfato (S-S2O3
-2). Um
reator de 10 L de volume til foi alimentado diariamente durante 211 dias para adaptar a
biomassa. Uma remoo de nitrognio acima de 90% e uma converso total do enxofre na forma
de tiossulfato a sulfato foi obtida quando o processo apresentava-se estvel. Um balano de
massa feito para o reator em condies de pseudo estado estacionrio demonstrou que o processo
tratava-se da desnitrificao autotrfica do nitrato, utilizando o tiossulfato como doador de
eltrons, apresentando valores de relao entre a produo de sulfato e remoo de nitrognio
(YN/S) similares ao estequiomtrico (0,35 mgN-NO3-/mg S-SO4
-2). Ensaios cinticos em batelada,
realizados com a cultura mista de microrganismos enriquecida, comprovaram os resultados do
balano de massa apresentando valores similares da relao YN/S. Concluiu-se que possvel
estabelecer este processo a partir de uma cultura mista de microrganismos facilmente encontrados
em sistemas de tratamento de efluentes convencionais, apresentando um grande potencial para
sua aplicao em larga escala.
Palavras chave: desnitrificao autotrfica, Thiobacillus denitrificans, remoo de nitrognio,
oxidao de enxofre.
-
AAmmiimm eett aall..,, 22001100.. RReevv LLaattiinnooaamm BBiiootteeccnnooll AAmmbb AAllggaall 11((11))::3311--4466
32
Abstract
Nowadays, the main environmental impact is the pollution of the water resources caused by
industrial and domestic wastewater without treatment. The organic matter is still the main
pollutant that causes environmental impact on developing countries because of the large
quantities it is generated. However, other pollutants such as heavy metals, nitrogen, phosphorous
and sulfur, besides recalcitrant micro pollutants, have being a matter of investigation. A new
technology used to remove some of these pollutants in wastewaters is the autotrophic
denitrification by the oxidation of reduced sulfur compounds, such as thiosulfate (S2O3-2
), sulfide
(S-2
), and elementary sulfur (S0). This process is performed by Thiobacillus denitrificans. In this
work, it was enriched a mixed culture of microorganisms, inoculated with a mixture of aerobic
and anaerobic bacteria cultures from industrial and domestic wastewater treatment plants,
submitted to an autotrophic media, to remove nitrogen as nitrate (N-NO3-) by sulfur oxidation as
thiosulfate (S-S2O3-2
). A 10 L net volume reactor was used to adapt the biomass during about 211
days of operation. Nitrogen removal above 90% and a complete conversion of the sulfur as
thiosulfate to sulfate was reached when the process was stable. A reactor input and output mass
balance on a pseudo steady state conditions demonstrated the main processes occurred was the
nitrate autotrophic denitrification using thiosulfate as final electron acceptor, showing a nitrate
removal and sulfate production yield (YN/S) similar to the stoichiometric value (0,35 mgN-NO3-
/mg S-SO4-2
). Kinetic assays in batch reactors with the enriched microorganisms confirmed the
results obtained in the mass balance, showing similar values for YN/S. It was concluded that it is
possible to establish this process starting from a mixed culture of microorganisms easily found in
conventional wastewater treatment systems, presenting a great potential for its application in full
scale plants.
Keywords: autotrophic denitrification, Thiobacillus denitrificans, nitrogen removal, sulfur
oxidation.
1. Introduo
Atualmente, o principal impacto poluidor a
degradao dos recursos hdricos,
ocasionada pelo lanamento de efluentes
industriais e esgotos domsticos sem
tratamento. Estes efluentes contm diversos
poluentes como metais pesados, matria
orgnica, e substncias como nitrognio e
enxofre.
Os impactos ocasionados pelo nitrognio no
meio ambiente so o fenmeno da
eutrofizao, toxicidade aos peixes (amnia),
doena em recm nascidos (nitrato), alm do
fato da amnia gerar demanda qumica de
oxignio (Liu e Koenig, 2002; Kimura et al.,
2002). Vrias indstrias promovem a
gerao de efluentes contendo elevadas
concentraes de nitrognio, podendo-se
citar a qumico-farm