NAGIOS: RODERIC FUNCIONANDO

Evaluation of biological properties of extracts obtained from marine biomass assisted by pulsed electric fields (PEF) and pressurized liquid extraction (PLE)

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Evaluation of biological properties of extracts obtained from marine biomass assisted by pulsed electric fields (PEF) and pressurized liquid extraction (PLE)

dc.contributor.advisor	Barba Orellana, Francisco José
dc.contributor.advisor	Collado Amores, María Carmen
dc.contributor.author	Wang, Min
dc.contributor.other	Departament de Medicina Preventiva i Salut Pública, Ciències de l'Alimentació, Toxicologia i Medicina Legal	es_ES
dc.date.accessioned	2022-11-03T07:27:43Z
dc.date.available	2022-11-04T05:45:06Z
dc.date.issued	2022	es_ES
dc.date.submitted	14-11-2022	es_ES
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10550/84379
dc.description.abstract	As an important part of biodiversity, marine resources are found to be an important source of variety of High-Added-Value Compounds (HAVCs), including protein, lipids, bioactive peptides, polyphenols, etc. Marine side streams such as fish head, viscera, skin, are discarded or not used effectively during the food processing, resulting in a waste of resources, however, they are a great source of HAVCs. Traditionally, conventional methods using high amounts of solvents, which in some cases are toxic, long extraction times and high temperatures, have been used. Therefore, at this stage of development there is a need for developing suitable, innovative, and sustainable extraction technologies to recover more efficiently the HAVCs from marine resources. In this doctoral dissertation, two innovative approaches, Pulsed Electric Fields (PEF) and Pressurized Liquid Extraction (PLE), also known as Accelerated Solvent Extraction (ASE), have been optimized and applied to recover HAVCs from fish (rainbow trout and sole) side streams and microalgae. The bioactivity of the extracts was also evaluated, including the antioxidant capacity, antibacterial properties, anti-inflammatory properties, and the impact on human gut microbiota by use of in vitro model. The results showed that PEF and PLE significantly improved the protein extraction rate of fish side streams, and the molecular weight distribution of protein was also changed, which was mainly manifested as protein changes with molecular weighs between 5~250 kDa. Meanwhile, the antioxidant capacity of skin and head extracts from rainbow trout and sole was also significantly improved. In addition, the extracts can inhibit the growth of pathogenic bacteria. In this sense, PLE-assisted rainbow skin and PEF-assisted sole viscera extracts had an inhibitory effect on the growth of Staphylococcus aureus. On the other hand, some extracts (such as fish head and skin extracts) can promote probiotics growth and anti-inflammatory activity. The impact of innovative extraction technologies on the mineral yield and bioaccessibility was also investigated, observing that PLE-assisted extraction enhanced the recovery of Mg and Fe from rainbow trout and sole viscera extracts. Furthermore, some extracts also showed a great potential to modulate the gut microbiota, for example sole viscera extract increased the levels of Bifidobacterium and Lactobacillus members and promoted the production of specific microbial metabolites (SCFAs). Regarding microalgae samples, the extraction of bioactive compounds was affected by multiple factors, including the type of treatment (PEF, PLE or conventional extraction), solvent and extraction time. In this sense, PEF-assisted treatment increased the yields of most of the high-added-value compounds evaluated. For instance, the application of PEF+H2O for 120 min, led to the highest protein (43.05±2.35 mg/g DW) and polyphenols (5.21±0.05 mg/g DW) extraction yields, respectively. On the other hand, the use of PEF+50% DMSO, allowed the higher chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids extraction yields (0.50, 0.60 and 0.15 mg/g, respectively). It was also found that the higher protein and polyphenols´content had a positive correlation with the Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC), while the chlorophyll and carotenoid contents had a high correlation with the oxygen radical absorption capacity (ORAC). When PLE technique was used to recover the high-added-value compounds from microalgae, it was found that H2O promoted a higher extraction rate of proteins, while 100% DMSO allowed a better recovery of polyphenols, chlorophyll and carotenoids. PLE+100% DMSO was a useful tool to recover antioxidants and minerals from different microalgae (Spirulina, Chlorella and Phaeodactylum tricornutum), being of particular interest the extraction of individual carotenoids such as β-carotene, lutein and zeaxanthin. Using PEF and PLE to assist the recovery of HAVCs from aquaculture, can not only improve the extraction efficiency, but also protecting the bioactivity of the HAVCs from being destroyed. Moreover, selecting the appropriate methods to extract and recycle HAVCs is of great significance to reducing waste of resources and achieving sustainable development.	en_US
dc.description.abstract	Teniendo en cuenta el gran interés por la biodiversidad, los recursos marinos representan una fuente importante de compuestos de alto valor añadido como proteínas y péptidos bioactivos, lípidos y ácido grados vitaminas, minerales y compuestos bioactivos, etc. Los residuos y subproductos del pescado como cabeza, vísceras y piel, entre otros, se descartan o no se utilizan de manera efectiva durante el procesamiento de los alimentos, lo que resulta en un gran desperdicio de recursos, sin embargo, son una gran fuente de compuestos con alto valor añadido y que pueden tener un potencial uso considerable en las industrias alimentaria, farmacéutica, cosmética y otras, existiendo, por lo tanto, un interés creciente en la recuperación de estos compuestos. Tradicionalmente se han utilizado métodos convencionales que consumen altas cantidades de disolvente, siendo en algunos casos tóxicos, largos tiempos de extracción y altas temperaturas. Por lo tanto, en esta etapa de desarrollo existe la necesidad de desarrollar tecnologías de extracción adecuadas, innovadoras y sostenibles para recuperar de manera más eficiente el alto valor añadido de las fuentes marinas. En esta tesis doctoral, se han optimizado y aplicado dos enfoques innovadores, Pulsos Eléctricos (PE) y Extracción con Líquidos Presurizados (PLE) para recuperar compuestos de alto valor añadido a partir de subproductos de pescado (trucha arcoíris y lenguado) y microalgas. También se evaluó la bioactividad de los extractos, incluida la capacidad antioxidante, las propiedades antibacterianas, las propiedades antiinflamatorias y los efectos de éstos sobre la microbiota intestinal humana en modelo in vitro. Los resultados mostraron que tanto la utilización de PE como PLE mejoraron significativamente la tasa de extracción de proteínas de los subproductos de pescado, y también cambió la distribución del peso molecular de las proteínas, lo cual se observó principalmente como cambios en las proteínas con pesos moleculares entre 5 y 250 kDa. Asimismo, la capacidad antioxidante de los extractos de piel y cabeza de trucha arcoíris y lenguado también mejoró significativamente. Además, se obtuvo que los extractos de algunos subproductos, como por ejemplo los obtenidos a partir de piel de trucha arco iris tras PLE y el extracto de vísceras de lenguado tras PE podían inhibir el crecimiento de bacterias patógenas, en particular Staphylococcus aureus. Algunos extractos también presentaron un alto potencial para promover el crecimiento de compuestos probióticos y antiinflamatorios. Por otro lado, se investigó el efecto de PE y PLE en la extracción de minerales y como afectaban a su bioaccesibilidad. En este sentido, se observó una mejor recuperación de Mg y Fe tras PLE, a partir de extractos de vísceras tanto de trucha arcoíris como de lenguado. También tuvo se obtuvo un efecto significativo en la bioaccesibilidad mineral. Además, algunos extractos también mostraron potencial para regular el microbiota intestinal, por ejemplo, la adición de extracto de vísceras de lenguado aumentó los niveles de los géneros Bifidobacterium y Lactobacillus, favoreciendo la producción de algunos metabolitos bacterianos como los ácidos grasos de cadena corta (AGCC). Para las microalgas, la extracción de compuestos bioactivos se vió afectada por múltiples factores, incluidos el tiempo de extracción y el disolvente cuando se utilizaron los PE. El tratamiento asistido por PE aumentó los rendimientos de compuestos bioactivos antioxidantes. Así pues, la utilización de H2O como disolvente combinado con PE durante 120 min, permitió obtener los mayores rendimientos de extracción de proteínas (43,05±2,35 mg/g materia seca (MS)) y polifenoles (5,21±0,05 mg/g MS) y, respectivamente. Mientras que, cuando se utilizó DMSO al 50 % como disolvente, el rendimiento de extracción de clorofila a (0,50 mg/g), clorofila b (0,60 mg/g) y carotenoides (0.15 mg/g), respectivamente, fue mayor. Al mismo tiempo, el contenido de proteína y polifenoles tuvo una alta correlación con la capacidad antioxidante equivalente de Trolox (TEAC), y el contenido de clorofilas y carotenoides tuvo una alta correlación con los valores de ORAC (capacidad de absorción de radicales de oxígeno). Tras utilizar la extracción con líquidos presurizados (PLE) para recuperar compuestos bioactivos a partir de microalgas, se observó que la tasa de extracción de proteína fue mejor cuando se usó H2O como disolvente, mientras que la tasa de extracción de polifenoles, clorofila y carotenoides fue mayor cuando se usó el DMSO al 100% como disolvente. Además, la combinación de PLE+100% DMSO resultó una estrategia muy interesante para recuperar antioxidantes y minerales de diferentes microalgas (Spirulina, Chlorella y Phaeodactylum tricornutum), destacando en particular de los carotenoides β-caroteno, luteína y zeaxantina. La utilización de PE y PLE para facilitar la recuperación de compuestos de alto valor añadido no solo mejora la eficiencia de extracción, sino que también protege la bioactividad de estos compuestos para que no se destruyan. También es importante tener en cuenta la selección de métodos apropiados para extraer y reciclar los compuestos de alto valor añadido para reducir así el desperdicio de recursos y lograr un desarrollo sostenible.	es_ES
dc.format.extent	459 p.	es_ES
dc.language.iso	en	es_ES
dc.subject	fish side streams	es_ES
dc.subject	microalgae	es_ES
dc.subject	pulsed electric fields	es_ES
dc.subject	pressurized liquid extraction	es_ES
dc.subject	bioactive compounds	es_ES
dc.title	Evaluation of biological properties of extracts obtained from marine biomass assisted by pulsed electric fields (PEF) and pressurized liquid extraction (PLE)	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::CIENCIAS AGRARIAS	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::CIENCIAS DE LA VIDA	es_ES
dc.embargo.terms	0 days	es_ES