Optimization of Phycocyanin Production and Purification from Spirulina platensis CCATMU through micronutrient induction: Evaluation of Antioxidant Activity and Biosafety Assessment

Nel mondo dei coloranti naturali, un blu profondo e vibrante è una merce rara e preziosa. Mentre i coloranti sintetici possono essere economici e costanti, molti contengono strutture chimiche che sollevano preoccupazioni per la salute, portando le industrie alimentari e cosmetiche a cercare alternative vegetali più sicure. Una delle fonti più promettenti per questo blu naturale è un tipo di microalga nota come Spirulina platensis. Questo organismo produce una proteina chiamata ficocianina, che non solo fornisce una sorprendente tonalità blu, ma possiede anche potenziali benefici per la salute, come il contrasto allo stress ossidativo nel corpo. Tuttavia, la raccolta di questo pigmento in grandi quantità è stata storicamente difficile. Il processo richiede spesso attrezzature costose per separare il colore puro dal resto dell'alga, e i metodi di coltivazione standard non sempre inducono l'alga a produrre abbastanza pigmento da rendere l'impegno conveniente. Gli scienziati si sono a lungo chiesti se modificare la "dieta" dell'alga — specificamente aggiungendo piccole quantità di minerali specifici — potesse agire come un interruttore per stimolare la produzione di pigmento senza necessitare di una complessa separazione chimica in seguito.

Un team di ricercatori della Tarbiat Modares University in Iran si è posto l'obiettivo di risolvere questo problema testando un nuovo approccio alla crescita e alla raccolta della Spirulina. Inveve di affidarsi alle tecniche di coltivazione standard, hanno coltivato l'alga in enormi vasche all'aperto contenenti 3.000 litri d'acqua, con 1.000 litri di terreno di coltura, una scala molto più grande rispetto ai tipici esperimenti di laboratorio. Hanno diviso le vasche in nove diversi gruppi, ognuno dei quali riceveva un supplemento nutritivo unico. Alcuni gruppi ricevevano ferro extra, altri zinco extra, e diversi ricevevano diverse quantità di cromo, un metallo in tracce. L'obiettivo era vedere se queste aggiunte specifiche incoraggiassero l'alga a costruire più pigmento o a crescere complessivamente di più. Una volta raccolta l'alga, il team ha utilizzato un metodo delicato ma potente basato su onde sonore per rompere le cellule e rilasciare il pigmento, seguito da una serie di passaggi a base di sali per pulire e purificare il liquido. Infine, hanno testato il liquido blu risultante per vedere quanto fosse efficace nel combattere le molecole nocive e se fosse sicuro per gli organismi viventi.

I risultati hanno rivelato una distinzione netta tra la crescita di più alghe e la crescita di più pigmento. Mentre l'aggiunta di ferro extra a una specifica concentrazione aiutava le alghe a crescere in una massa maggiore, fu l'aggiunta di cromo a trasformare davvero il risultato per il pigmento stesso. Nelle vasche in cui è stato aggiunto il cromo a una concentrazione di 0,1 milligrammi per millilitro, l'alga ha prodotto la maggiore quantità di ficocianina, raggiungendo quasi 30 milligrammi per millilitro. Si è trattato di un salto significativo rispetto al gruppo di controllo, che non riceveva alcun supplemento speciale. I ricercatori hanno scoperto che far crescere semplicemente di più le alghe non significava automaticamente che producessero più colore; al contrario, il giusto equilibrio di minerali sembrava spingere l'alga a concentrare le proprie energie nella creazione del pigmento. Ciò suggerisce che l'alimentazione mirata sia una strategia più efficace per la produzione di pigmenti rispetto al semplice tentativo di massimizzare il peso totale del raccolto.

Dopo aver estratto il pigmento, il team si è concentrato sulla sua pulizia per garantire che fosse abbastanza puro per utilizzi di alta qualità. Hanno utilizzato un processo in due fasi che coinvolgeva il solfato di ammonio, un sale comune, per separare la proteina blu desiderata dalle altre parti cellulari indesiderate. A questo è seguito un passaggio di dialisi, che agisce come un setaccio fine per rimuovere eventuali altre piccole impurità. Il prodotto finale dal gruppo supplementato con cromo era eccezionalmente puro, raggiungendo un punteggio di purezza che lo classifica come materiale di grado di ricerca. Questo livello di purezza è fondamentale perché significa che il pigmento è privo di contaminanti che potrebbero influenzarne il colore o la sicurezza nell'alimentazione e nella medicina. Il team ha dimostrato che questo alto livello di qualità poteva essere raggiunto senza le macchinari costosi e complessi solitamente richiesti per tale separazione, rendendo il processo più accessibile per la produzione su larga scala.

Per capire quanto possa essere utile questo pigmento, i ricercatori hanno testato la sua capacità di agire come antiossidante, una sostanza che protegge le cellule dai danni. Hanno sciolto il pigmento purificato in diversi liquidi, tra cui acqua, etanolo e metanolo, ed esposto a un test chimico che misura quanto bene neutralizzi i radicali liberi nocivi. Il pigmento sciolto in metanolo ha mostrato l'attività più forte, neutralizzando quasi la metà delle molecole nocive a una specifica concentrazione. Ciò indica che il pigmento ha un reale potenziale come ingrediente che promuove la salute, sebbene la sua efficacia dipenda da come viene preparato e somministrato. I test hanno confermato che il potere del pigmento è reale, ma hanno anche evidenziato che la scelta del liquido utilizzato per scioglierlo conta significativamente per la sua performance.

Infine, il team doveva assicurarsi che questa potente sostanza blu fosse sicura da usare. Hanno testato il pigmento su piccoli crostacei brine, minuscole creature acquatiche spesso utilizzate come modello rapido e affidabile per controllare la tossicità. I crostacei sono stati esposti a varie concentrazioni di pigmento per diversi giorni. I risultati sono stati rassicuranti: anche ai livelli più alti testati, il tasso di mortalità dei crostacei è rimasto inferiore al cinque per cento. La quantità di pigmento necessaria per uccidere la metà della popolazione di crostacei era molto superiore a qualsiasi concentrazione che i ricercatori avrebbero previsto di utilizzare nelle applicazioni del mondo reale. Ciò suggerisce che il pigmento è non tossico e sicuro per l'uso in alimenti, cosmetici o integratori, purché sia utilizzato entro limiti ragionevoli.

Lo studio conclude che, regolando attentamente la dieta minerale della Spirulina e utilizzando le onde sonore per estrarre il pigmento, è possibile produrre coloranti blu di alta qualità, sicuri e potenti su larga scala. Il metodo con supplementazione di cromo si è rivelato il più efficace, fornendo un prodotto che è sia abbondante che puro. Sebbene l'esatto meccanismo biologico per cui il cromo innesca questa risposta rimanga un mistero per la ricerca futura, il risultato pratico è chiaro. Questo approccio offre una via percorribile per le industrie che cercano di sostituire i coloranti sintetici con un'alternativa naturale, sicura e altamente efficace che può essere prodotta efficientemente in grandi volumi.