02 Revista Latinoamericana de Biotecnologia Ambiental y Algal

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


Editor en Jefe

Eugenia. J. Olgun

Editores Asociados

Gabriel Acin Fernndez Gloria Snchez Galvn Ever Morales Avendao

Hugo Moreira Soares

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MM EE XX II CC OO

Sitio Web:

www3.inecol.edu.mx/relbaa


Editor en Jefe

Eugenia J. Olgun Instituto de Ecologa, A.C., Mxico

. Editores Asociados

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Instituto de Ecologa, A.C., Mxico

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Mxico

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Instituto de Ecologa, A.C., Mxico

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Metropolitana-Cuajimalpa,

Mxico

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Diseo del Estado de Jalisco, Mxico

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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.


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.


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).


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


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


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


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


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.


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.


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.

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16


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.


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


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


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.


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).


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


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


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


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


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


(2009)

Porphyra sp. Francia 4,25 0,13


(2009)

Porphyra

umbilicales

Espaa

28,949,5

Besada et al.

(2009)


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


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.


28

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31


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

02 Revista Latinoamericana de Biotecnologia Ambiental y Algal

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