Questa tesi si concentra sull'estrazione di molecole bioattive dai residui marini, con l'obiettivo di esplorare il potenziale di queste risorse naturali per applicazioni nel settore alimentare e farmaceutico. Lo studio ha analizzato diverse prospettive sul tema, tra cui la caratterizzazione nutrizionale, la sicurezza alimentare, le tecnologie innovative e la biodiversità. Abbiamo valutato l’effetto di due tempi di immersione (24 h e 18 h) sulla crescita, mortalità, composizione biochimica ed elementare di Ostrea edulis (O. edulis) e Magallana (Crassostrea) gigas (M. gigas), allevate in off-bottom nelle “Valli di Comacchio” (Ferrara) da Gennaio a Luglio 2023. Mentre M. gigas non ha mostrato differenze nella massa finale, O. edulis è stata influenzata dal tempo di immersione. La lunghezza del guscio era maggiore con 24 h di immersione, ma la mortalità aumentava con 18 h di immersione solo in O. edulis. Il tasso di crescita era massimo a Maggio per le ostriche immerse 24 h, probabilmente dovuto a temperature più alte e maggiore disponibilità di cibo. L’analisi biochimica ha mostrato che O. edulis allevata per 18 h aveva una maggiore percentuale di acidi grassi saturi, probabilmente a causa di un aumento dell’acido palmitico. La composizione elementare del guscio variava, ad eccezione di calcio e manganese. Tuttavia, il tempo di immersione ha avuto un impatto limitato sulla parte edibile delle ostriche. Entrambe le specie hanno raggiunto la taglia commerciale in 6-7 mesi, confermando le “Valli di Comacchio” come un sito promettente per l’allevamento di ostriche. Lo studio sottolinea inoltre l’importanza della conservazione della biodiversità, in particolare la protezione della specie autoctona O. edulis. Ulteriori ricerche hanno esaminato la qualità di O. edulis nelle diverse stagioni. Le proprietà nutrizionali e antiossidanti, i carotenoidi e i contaminanti sono stati analizzati in inverno, estate e autunno. Proteine, EPA, DHA e alcuni amminoacidi hanno raggiunto i livelli massimi in inverno, mentre l’acido oleico, la lisina e il magnesio erano più elevati in estate. Lipidi e carboidrati erano più abbondanti in autunno. I livelli di metalli tossici erano più alti in inverno, mentre gli idrocarburi policiclici aromatici erano presenti in estate e autunno. La seconda parte della tesi ha esaminato la biochimica di Hermodice carunculata (H. carunculata) e il recupero di carotenoidi utilizzando l’estrazione con fluidi supercritici (SFE). Inoltre, è stato valutato l’effetto sulle cellule HaCaT, un modello cellulare per studi di tossicità e proliferazione. Lo studio ha dimostrato che H. carunculata è una fonte preziosa di composti nutrizionali, come proteine, lipidi e carotenoidi. L’estrazione con CO₂ supercritica ha ottenuto il massimo recupero di carotenoidi a 40°C, 25 MPa, 10% EtOH e 75 min. L’astaxantina è risultata il carotenoide predominante, con la massima concentrazione a 40°C, 35 MPa, 4% EtOH e 30 min. Inoltre, alcune concentrazioni di estratti SFE hanno migliorato la vitalità cellulare negli HaCaT, suggerendo potenziali applicazioni in cosmetica e medicina rigenerativa. Infine, lo studio ha analizzato le variazioni stagionali della composizione biochimica di Ulva sp. prelevata dalla Sacca di Goro. Rispetto ad altri studi, questi campioni presentavano livelli più elevati di carboidrati e proteine, ma quantità inferiori di lipidi totali e amminoacidi. Minerali, carotenoidi, clorofille e amido hanno mostrato un’elevata variabilità, probabilmente influenzata da fattori ambientali come temperatura, intensità luminosa, disponibilità di nutrienti, posizione geografica, inquinamento e stato biologico dell’alga.Tuttavia, questa ricerca preliminare sulle molecole bioattive e sulla stagionalità supporta l’integrazione di Ulva sp. in pratiche sostenibili, contribuendo alla gestione dei rifiuti biologici e sfruttandone il potenziale biochimico per applicazioni industriali.
This thesis focuses on the extraction of bioactive molecules from sea waste, aiming to explore the potential of these natural resources for applications in food products and pharmaceutical sectors. The study explored different perspectives on the topic, including nutritional characterizing, food security, innovative technologies and biodiversity. First, we evaluated the effect of two immersion times (24 h and 18 h) on the growth, mortality, biochemical, and elemental composition of Ostrea edulis (O. edulis) and Magallana (Crassostrea) gigas (M. gigas), farmed using off-bottom methods in the “Valli di Comacchio” (Ferrara) from January to July 2023. While M. gigas showed no differences in final mass, O. edulis was affected by immersion time. Shell length was greater with 24 h immersion, but mortality increased with 18 h immersion only in O. edulis. Growth rates were highest in May for oysters immersed 24 h, likely due to warmer temperatures and better food availability. Biochemical analysis showed O. edulis reared for 18 h had more saturated fatty acids, probably due to higher palmitic acid. Shell elemental composition varied, except for calcium and manganese. However, immersion time had limited effects on the edible part of the oysters. Both species reached commercial size in 6–7 months, confirming “Valli di Comacchio” as a promising farming site. The study also highlights the importance of biodiversity conservation, particularly the protection of native species O. edulis. Further research focused on O. edulis quality across seasons. Nutritional and antioxidant properties, carotenoids, and contaminants were analyzed in winter, summer, and autumn. Proteins, EPA, DHA, and amino acids reached the maximum in winter, while oleic acid, lysine, and magnesium were highest in summer. Lipids and carbohydrates were more abundant in autumn. Toxic metal levels were higher in winter, while polycyclic aromatic hydrocarbons appeared in summer and autumn. Monitoring these factors is essential for improving farming techniques and determining the best period for consumption. In the second part of my thesis, we examine the initial insights into the biochemistry of Hermodice carunculata (H. carunculata) and the recovery of carotenoids using supercritical fluid extraction (SFE). Additionally, we evaluated the implication for HaCaT cell viability. The study demonstrated that H. carunculata is a valuable source of different nutritional compounds, such as proteins, lipids and carotenoids. Supercritical CO₂-assisted extraction achieved the highest carotenoid recovery at 40°C, 25 MPa, 10% EtOH, and 75 min. Astaxanthin was the predominant carotenoid in H. carunculata extracts, with the highest concentration obtained at 40°C, 35 MPa, 4% EtOH, and 30 min. Additionally, certain concentrations of SFE extract show improved cell viability when tested on HaCaT cells, suggesting positive effects on proliferation could be exploited for cosmetic or regenerative medicine purposes. In conclusion, the study of Ulva sp. highlights seasonal variations in its biochemical composition. Samples from the “Sacca di Goro” showed higher carbohydrates and protein levels than reported in other studies but lower total lipids and amino acids. Minerals, carotenoids, chlorophylls, and starch exhibited high variability. However, these variations are likely influenced by abiotic factors such as temperature, light intensity, nutrient availability, geographic location, pollution, and the biological condition of the algae. For this reason, generalisations about the composition of seaweed are of limited use. Due to these fluctuations, generalizing seaweed composition is challenging. However, this preliminary research on bioactive molecules and seasonality supports the integration of Ulva sp. into sustainable practices, helping manage biomass disposal while exploting its biochemical potential for industrial applications.
Extraction of bioactive molecules from sea waste
CHIEFA, FRANCESCO
2025
Abstract
Questa tesi si concentra sull'estrazione di molecole bioattive dai residui marini, con l'obiettivo di esplorare il potenziale di queste risorse naturali per applicazioni nel settore alimentare e farmaceutico. Lo studio ha analizzato diverse prospettive sul tema, tra cui la caratterizzazione nutrizionale, la sicurezza alimentare, le tecnologie innovative e la biodiversità. Abbiamo valutato l’effetto di due tempi di immersione (24 h e 18 h) sulla crescita, mortalità, composizione biochimica ed elementare di Ostrea edulis (O. edulis) e Magallana (Crassostrea) gigas (M. gigas), allevate in off-bottom nelle “Valli di Comacchio” (Ferrara) da Gennaio a Luglio 2023. Mentre M. gigas non ha mostrato differenze nella massa finale, O. edulis è stata influenzata dal tempo di immersione. La lunghezza del guscio era maggiore con 24 h di immersione, ma la mortalità aumentava con 18 h di immersione solo in O. edulis. Il tasso di crescita era massimo a Maggio per le ostriche immerse 24 h, probabilmente dovuto a temperature più alte e maggiore disponibilità di cibo. L’analisi biochimica ha mostrato che O. edulis allevata per 18 h aveva una maggiore percentuale di acidi grassi saturi, probabilmente a causa di un aumento dell’acido palmitico. La composizione elementare del guscio variava, ad eccezione di calcio e manganese. Tuttavia, il tempo di immersione ha avuto un impatto limitato sulla parte edibile delle ostriche. Entrambe le specie hanno raggiunto la taglia commerciale in 6-7 mesi, confermando le “Valli di Comacchio” come un sito promettente per l’allevamento di ostriche. Lo studio sottolinea inoltre l’importanza della conservazione della biodiversità, in particolare la protezione della specie autoctona O. edulis. Ulteriori ricerche hanno esaminato la qualità di O. edulis nelle diverse stagioni. Le proprietà nutrizionali e antiossidanti, i carotenoidi e i contaminanti sono stati analizzati in inverno, estate e autunno. Proteine, EPA, DHA e alcuni amminoacidi hanno raggiunto i livelli massimi in inverno, mentre l’acido oleico, la lisina e il magnesio erano più elevati in estate. Lipidi e carboidrati erano più abbondanti in autunno. I livelli di metalli tossici erano più alti in inverno, mentre gli idrocarburi policiclici aromatici erano presenti in estate e autunno. La seconda parte della tesi ha esaminato la biochimica di Hermodice carunculata (H. carunculata) e il recupero di carotenoidi utilizzando l’estrazione con fluidi supercritici (SFE). Inoltre, è stato valutato l’effetto sulle cellule HaCaT, un modello cellulare per studi di tossicità e proliferazione. Lo studio ha dimostrato che H. carunculata è una fonte preziosa di composti nutrizionali, come proteine, lipidi e carotenoidi. L’estrazione con CO₂ supercritica ha ottenuto il massimo recupero di carotenoidi a 40°C, 25 MPa, 10% EtOH e 75 min. L’astaxantina è risultata il carotenoide predominante, con la massima concentrazione a 40°C, 35 MPa, 4% EtOH e 30 min. Inoltre, alcune concentrazioni di estratti SFE hanno migliorato la vitalità cellulare negli HaCaT, suggerendo potenziali applicazioni in cosmetica e medicina rigenerativa. Infine, lo studio ha analizzato le variazioni stagionali della composizione biochimica di Ulva sp. prelevata dalla Sacca di Goro. Rispetto ad altri studi, questi campioni presentavano livelli più elevati di carboidrati e proteine, ma quantità inferiori di lipidi totali e amminoacidi. Minerali, carotenoidi, clorofille e amido hanno mostrato un’elevata variabilità, probabilmente influenzata da fattori ambientali come temperatura, intensità luminosa, disponibilità di nutrienti, posizione geografica, inquinamento e stato biologico dell’alga.Tuttavia, questa ricerca preliminare sulle molecole bioattive e sulla stagionalità supporta l’integrazione di Ulva sp. in pratiche sostenibili, contribuendo alla gestione dei rifiuti biologici e sfruttandone il potenziale biochimico per applicazioni industriali.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
