Microalga target per la produzione industriale di luteina naturale

La microalga Scenedesmus almeriensis ha attirato un crescente interesse come fonte naturale di luteina ed in particolare al momento rappresenta l'unica microalga maggiormente studiata per l'estrazione di questo pigmento [1].
La luteina (β,ε-carotene-3,3'-diolo; E161b), insieme ad altri carotenoidi, agisce nelle cellule delle microalghe come un raccoglitore di energia luminosa migliorando l’efficienza della fotosintesi e prevenendone il foto-danneggiamento. La luteina mostra anche benefici effetti sulla salute dell’uomo agendo come antiossidante, come agente antinfiammatorio e, accumulandosi nella macula della retina dell'occhio, è in grado di prevenire la malattia degenerativa della macula. L’Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare (EFSA) suggerisce quindi l’assunzione giornaliera di luteina pari a 1 mg/kg di peso corporeo [2], per i sui numerosi benefici effetti sulla salute.  Inoltre, la luteina avendo anche proprietà coloranti viene impiegata come additivo nei mangimi per il pollame e, per i sui effetti antiossidanti e vitaminici, può avere applicazioni per scopi nutraceutici e farmaceutici.
L’interesse verso la ricerca di nuove fonti di luteina come la microalga S. almeriensis è dovuto anche alla capacità naturale delle microalghe di utilizzare la CO2 per la fotosintesi clorofilliana. Questa loro capacità può essere sfruttata per catturare la CO2 proveniente da impianti industriali e produrre biomassa dalla quale estrarre prodotti di alto valore nutrizionale, come i carotenoidi e gli acidi grassi, fermo restando che la biofissazione e la produzione di biomassa da parte delle microalghe dipendono fortemente dalla selezione del ceppo e dalle condizioni di crescita adottate [3].
Data la capacità che S. almeriensis ha dimostrato nel produrre la luteina, Molino et al. 2018 hanno effettuato uno studio sulla coltivazione su scala di laboratorio di questa microalga per la cattura della CO2 e per la produzione di luteina all’interno di due fotobioreattori tubulari (bubble column), testando diverse concentrazioni di CO2 e mettendo in relazione la capacità di cattura della CO2 con la biomassa prodotta e la quantità di luteina ottenuta [4].
La maggior quantità di biomassa di S. almeriensis è stata ottenuta alla maggiore concentrazione di CO2 testata cioè 3.0% v/v, confermando la potenzialità di sfruttare il suo metabolismo per la cattura della CO2, offrendo benefici ambientali e contribuendo alla riduzione delle emissioni di gas serra (GHG). In questa condizione, testando cioè la maggiore percentuale di CO2, è stata ottenuta anche la maggiore quantità di luteina, pari a 8,54 mg · g −1, ovvero circa 6 volte maggiore rispetto all’analogo processo condotto senza aggiunta di CO2.
La luteina è stata estratta dalla biomassa mediante l’utilizzo di solventi organici  ed utilizzando la tecnologia dell’estrazione liquida pressurizzata mediante la tecnologia ASE 200, accelerated solvent extractor. L'etanolo, riconosciuto come solvente sicuro (GRAS), Generally Recognised as Safe, è stato utilizzato per la fase di estrazione, operando a 67 °C, 10 MPa. L'estrazione è stata eseguita su biomassa liofilizzata di S. almeriensis pretrattata meccanicamente per implementare la quantità di luteina estratta. L'analisi della luteina è stata effettuata mediante u-HPLC-DAD.
In conclusione, questo studio ha mostrato il ruolo chiave del contenuto di CO2 nella coltivazione di S. almeriensis per la produzione di biomassa e di luteina. L’insieme di questi dati ci porta a credere che, a causa del notevole contenuto di luteina, S. almeriensis potrebbe essere un candidato ideale per la potenziale produzione industriale di luteina naturale derivata da microalghe.  Ci auguriamo che questo studio, mostrando l'integrazione sostenibile del sequestro di CO2 con la concomitante coltivazione di microalghe per la produzione di luteina e altre sostanze chimiche ad alto valore aggiunto, possa contribuire positivamente all’attuale letteratura scientifica.

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Bibliografia: 

• 1. Lin, J.H.; Lee, D.J.; Chang, J.S. Lutein in specific marigold flowers and microalgae. J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2015, 49, 90–94
• 2. EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS) Scientific Opinion on the re-evaluation of lutein (E 161b) as a food additive. EFSA J. 2010, 8, 1678.
• 3. Choi, Y.Y.; Joun, J.M.; Lee, J.; Hong, M.E.; Pham, H.M.; Chang, W.S.; Sim, S.J. Development of large-scale and economic pH control system for outdoor cultivation of microalgae Haematococcus pluvialis using industrial flue gas. Bioresour. Technol. 2017, 244, 1235–1244.
• 4. Molino, A., Mehariya, S., Karatza, D., Chianese, S., Iovine, A., Casella, P., ... & Musmarra, D. (2019). Bench-Scale Cultivation of Microalgae Scenedesmus almeriensis for CO2 Capture and Lutein Production. Energies, 12(14), 2806.