Microalgas para colorear el planeta
- 7 feb
- 8 Min. de lectura
Mariana Manzoni Maroneze
Andrea Teresa Téllez Galicia
Daniela Morales Sánchez
Resumen
Los consumidores están empezando a exigir colorantes más seguros y naturales para los alimentos, y las microalgas están a la altura de las circunstancias. Estos organismos fotosintéticos producen pigmentos que además de brindar color a los alimentos, telas, y cosméticos, presentan beneficios a la salud del consumidor y al medio ambiente. El mercado actual de los pigmentos de microalgas podría alcanzar un valor de 452,4 millones de USD este año, por lo que el potencial es enorme. En el IBT UNAM se están estudiando estas posibilidades, usando algas extremófilas que producen colorantes azules, verdes, amarillos y naranjas.
Palabras clave:
Algas, antioxidantes, pigmentos.
¿Qué son los pigmentos?
El planeta está lleno de colores. El cielo, las plantas, las flores, frutas y todo a nuestro alrededor. ¿Pero, de dónde vienen estos colores originados por pigmentos? Empecemos por definir que es un pigmento, los pigmentos son sustancias que cambian el color que refleja o transmite un objeto, como resultado de la absorción selectiva de luz según ciertas longitudes de onda. Por lo tanto, se utilizan para dar color a diversos materiales. De ahí su nombre, ya que proviene del latín “pigmentum” y “pingere”, que significan sustancia colorante. El uso generalizado de pigmentos en diversas industrias destaca su importancia para añadir color, funcionalidad y atractivo estético a una amplia gama de productos. Los pigmentos se producen tradicionalmente de manera natural, pueden ser vegetales, animales o minerales, también pueden producirse de manera sintética a partir de combustibles fósiles (Figura 1). Sin embargo, los pigmentos naturales presentan desventajas, en el caso de los vegetales, tienen problemas inherentes a la producción agrícola, los provenientes de animales presentan problemas éticos en su producción y los minerales no son renovables, lo que los vuelve muy costosos. Por otra parte, los pigmentos sintéticos presentan inconvenientes, como el hecho de que se ha demostrado que son causantes de enfermedades como el cáncer y de alergias alimenticias. También son promotores de la contaminación de aguas subterráneas debido a que pueden permanecer en el medio ambiente y resistir a la degradación natural, lo que genera un impacto ambiental a largo plazo alterando los ecosistemas. Además, la fabricación de estos pigmentos y tintes químicos consume energía y genera grandes cantidades de residuos peligrosos y gases de efecto invernadero.
¿Alternativa? ¡Si! Microalgas.
Las microalgas son organismos fotosintéticos, como las plantas, que capturan el CO2 y a cambio nos regresan oxígeno y varios productos de interés, como por ejemplo ácidos grasos omega-3 y una gran variedad de pigmentos (Figura 1). Las microalgas están presentes en todos los ecosistemas, tanto acuáticos como terrestres, por lo que su cultivo es flexible. Las ventajas que presentan con respecto a las otras fuentes naturales de obtención de pigmentos, es que las microalgas pueden aprovechar mejor la luz solar para hacer fotosíntesis, crecer más rápido y no presentan los problemas inherentes a la agricultura, además, su cultivo no utiliza tierra cultivable y pueden crecer incluso en aguas residuales. Los pigmentos a partir de microalgas pueden ser renovables y no contaminan el medio ambiente, de hecho, capturan parte importante de uno de los gases de efecto invernadero - el CO2.
¿Qué pigmentos podemos producir con las microalgas?
Aunque las microalgas suelen ser verdes gracias a un pigmento llamado clorofila, tienen un talento oculto: ¡pueden producir una sorprendente variedad de colores! Estos pigmentos no solo hacen que las microalgas se vean vibrantes, sino que son esenciales para un proceso vital en la Tierra: la fotosíntesis. En pocas palabras, las microalgas usan la luz solar para convertirla en energía, lo que nos ayuda a capturar CO2 y liberar oxígeno. Entre los pigmentos más comunes en las microalgas están las clorofilas, los carotenoides y las ficobiliproteínas, cada uno con una función muy específica para absorber la luz (Figura 2, Tabla 1).
Las clorofilas son probablemente los pigmentos más conocidos, debido a que son las responsables del color verde en las plantas y las algas. Se presentan en diferentes formas químicas, pero la clorofila es la más abundante. Además de ser esencial para la fotosíntesis, la clorofila tiene propiedades que la hacen muy valiosa en la industria alimentaria, cosmética y farmacéutica, gracias a sus beneficios antioxidantes, antiinflamatorios y anticancerígenos. Aunque comúnmente se extrae de plantas como la espinaca, que generalmente contiene hasta un 2% de clorofila en su peso fresco, las microalgas están ganando terreno en la producción de clorofila. Estas pueden contener hasta un 7% de clorofila en su peso. Lo mejor de todo es que las microalgas se pueden cultivar de manera sostenible, sin necesidad de agua dulce ni pesticidas, lo que las convierte en una opción ecológica y prometedora.
Pigmento | Color | Origen | Beneficios a la salud | Aplicaciones |
Clorofila | Verde | Plantas, microalgas | Antioxidante | Suplementos alimenticios, cosméticos, colorante natural |
β-caroteno | Naranja | Alimentos como zanahoria y calabaza, algas | Precursor de la vitamina A, fortalece la visión y el sistema inmune | Colorante, suplementos alimentarios, cosméticos |
Astaxantina | Rojo- naranja | Microalgas | Potente antioxidante, protege la piel, ojos, sistema nervioso y cardiovascular | Nutracéuticos, cosméticos anti-edad, acuicultura (le da color al salmón y algunos mariscos) |
Luteína | Amarillo | Vegetales, flor de cempasúchil, microalgas | Protege la salud ocular (mácula), antioxidante | Suplementos para la vista, alimentos funcionales, colorante |
Ficocianina | Azul | Cianobacterias, microalgas rojas | Antioxidante, antidiabético, antiinflamatorio | Colorante en alimentos y bebidas, cosméticos, reactivo químico |
Tabla 1. Características de algunos pigmentos microalgales.
Por otro lado, los carotenoides que también pueden ser producidos en microalgas son pigmentos que suelen ser de colores amarillos, naranjas o rojos. Son conocidos por sus potentes propiedades antioxidantes, que ayudan a proteger nuestras células del daño oxidativo y por sus vibrantes colores. Uno de los carotenoides más famosos es el β-caroteno, el cual pigmenta de color naranja y nuestro cuerpo tiene la capacidad de convertirlo en vitamina A, una vitamina crucial para la salud ocular, el sistema inmunológico y la piel. El β-caroteno, producido por microalgas, especialmente del género Dunaliella, también se utiliza como colorante natural en alimentos. Otro carotenoide destacado producido por especies como Haematococcus pluvialis y Chlorella zofingiensis, es la astaxantina, que le da su color rosado o rojo al salmón y otros mariscos. Además de su intenso color, la astaxantina es un excelente antioxidante que protege nuestras células contra el envejecimiento y el daño solar. Finalmente, la luteína y la zeaxantina, que son generalmente producidas por algunas especies del género Chlorella, Dunaliella, Acutodesmus y Nannochloropsis, son carotenoides de color amarillo, importantes para la salud ocular, ya que ayudan a proteger nuestros ojos de la luz dañina y previenen enfermedades oculares relacionadas con la edad.
Otro pigmento imposible de olvidar es la ficocianina, la cual es una ficobiliproteína de color azul que también se encuentra en algunas microalgas y cianobacterias como Spirulina. Las ficobiliproteínas son un grupo de proteínas-pigmento que ayudan a estos microorganismos fotosintéticos a capturar la energía de la luz. Este pigmento no solo aporta un color vibrante, sino que tiene propiedades notables para nuestra salud ya que es conocido por su potente capacidad antioxidante y antiinflamatoria, lo que significa que puede ayudar a reducir la inflamación y proteger nuestras células del daño causado por los radicales libres. Además, algunos estudios sugieren que la ficocianina podría tener efectos beneficiosos en el control de la diabetes, ayudando a regular los niveles de glucosa en sangre. Al ser producida por organismos que crecen rápidamente en ambientes diversos, la ficocianina se presenta como una opción sostenible y natural, en contraste con los colorantes sintéticos, que pueden tener efectos negativos en nuestra salud y en el medio ambiente. Así que la próxima vez que veas un color azul brillante, ¡puede que esté siendo generado por estas algas tan versátiles!
Mercado de pigmentos algales
El mercado de los pigmentos algales está en crecimiento, impulsado por un progresivo interés en los productos naturales, sostenibles y con un efecto positivo en la salud. Para este año, el mercado de los pigmentos de microalgas podría alcanzar un valor de 452,4 millones de USD y se pronostica que para el 2034 este valor se duplique (Figura 3). Los pigmentos extraídos de microalgas, como la clorofila, los carotenoides y la ficocianina, están ganando terreno en diversas industrias, entre las que destacan la industria cosmética, alimenticia, nutracéutica y textil. Sin embargo, aunque los pigmentos microalgales presentan muchas ventajas, su producción a gran escala aún se enfrenta a importantes desafíos, como por ejemplo la disminución en los costos de producción, el mejoramiento de su estabilidad química, sus propiedades sensoriales y el alargamiento de la vida de anaquel. Además los colorantes sintéticos son mucho más baratos de producir en comparación con los microalgales. Aún así, ya existen diversas empresas que se dedican a la producción de estos pigmentos a partir de microalgas.
Se estima que, en los próximos años, el mercado de pigmentos microalgales alcanzará un valor de cientos de millones de dólares, lo que implica la necesidad de contar con laboratorios de investigación que desarrollen nuevas metodologías para aumentar la producción de pigmentos y disminuir los costos, lo cual es clave en el desarrollo de nuevas aplicaciones y soluciones innovadoras basadas en pigmentos microalgales.
Pigmentos algales en investigación.
Cómo ves, el potencial de la producción de pigmentos a partir de microalgas es enorme. En el IBT hemos identificado este potencial y en nuestros laboratorios estamos investigando la produccion de colorantes en la gama amarillo-naranja con una microalga polar extremadamente interesante y flexible de cultivar que, además, produce altas concentraciones de ácidos grasos omega-3. Asimismo, estudiamos una microalga que produce ficocianina,que vive en ambientes ácidos y a altas temperaturas, lo cual provee una ventaja a la hora de su cultivo ya que ayuda a disminuir la contaminación por otros organismos. Aunque ya hay un progreso en el estudio de pigmentos a partir de microalgas, aún se requiere más investigación al respecto para poner estos procesos a la orden del consumidor.
Conclusión
Impulsar el desarrollo e investigación de pigmentos microalgales es clave para el mejoramiento de la salud de las poblaciones, la sostenibilidad alimentaria, y el medio ambiente.
Por ello,en el Instituto de Biotecnología de la UNAM seguimos explorando nuevas cepas de microalgas, optimizando las existentes en nuestro banco y perfeccionando bioprocesos para obtener pigmentos de alto valor comercial, para que en el futuro próximo todos podamos tener acceso a pigmentos seguros y sostenibles.
Literatura relacionada
Referencias:
Daniela Morales Sánchez. (2024). Adaptaciones al frío: ¿Cómo sobreviven los microorganismos polares? Biotecnología en Movimiento 37: 1. https://biotecmov.ibt.unam.mx/numeros/37/1.html
Maroneze, M. M., Dias, R. R., Severo, I. A., & Queiroz, M. I. (2020). Microalgae-based processes for pigments production. Pigments from microalgae handbook, 241-264.
Market Research Future. (n.d.). Algal Pigments Market Size, Share, Growth | Report, 2034. https://www.marketresearchfuture.com/reports/algal-pigments-market-25730
Semblanzas
Mariana Manzoni Maroneze. Investigadora posdoctoral en el Instituto de Biotecnología de la UNAM, con más de 12 años de experiencia en procesos biotecnológicos basados en microalgas, con un enfoque especial en la producción de pigmentos fotosintéticos.
mariana.manzoni@ibt.unam.mx, ORCID: 0000-0002-8157-8992
Andrea Teresa Téllez Galicia. Técnico Académico Titular A de tiempo completo (TC) en el Instituto de Biotecnología encargada de búsqueda y gestión de financiamiento nacional de proyectos de Investigación en el Instituto y de promover el emprendimiento en su comunidad.
andrea.tellez@ibt.unam.mx, ORCID: 0000-0002-9055-8096
Daniela Morales-Sánchez. Investigadora Titular A de TC del Instituto de Biotecnología de la UNAM especialista en biotecnología microalgal con más de 10 años de experiencia en formación de personal, docencia e investigación. daniela.morales@ibt.unam.mx, ORCID: 0000-0003-1395-7533.
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