Le microalghe sono organismi unicellulari fotosintetici, presenti in ambienti d’acqua dolce o marini. Nello specifico, il termine “microalghe” fa riferimento sia a microrganismi eucarioti sia ai più primitivi cianobatteri procarioti.
Nonostante le evidenti differenze biologiche, in primis la mancanza di strutture legate alla membrana nei cianobatteri, la fisiologia, le applicazioni biotecnologiche e i prodotti a valore aggiunto generati sono analoghi.
Il primo prodotto ottenuto dalle microalghe è stato la cosiddetta biomassa microalgale.
Quest’ultima può essere trattata tramite un processo di bioraffineria per dar luogo a lipidi, carboidrati, proteine e pigmenti.
Pigmenti dalle microalghe: la review
I pigmenti svolgono un ruolo decisivo nel valore della biomassa microalgale, con applicazioni anche nel settore cosmetico.
Si tratta di molecole organiche contenenti un cromoforo composto da lunghe catene o anelli chiusi con doppi legami di carbonio coniugati, capaci di assorbire in modo caratteristico regioni specifiche dello spettro visibile.
Sono classificati in quattro gruppi: clorofille, carotenoidi, ficobiliproteine e polifenoli.
Alcuni svolgono un ruolo fotosintetico, trasformando direttamente l’energia luminosa in energia chimica e biomassa microalgale (pigmenti fotosintetici primari) o espandendo la gamma di lunghezze d’onda solari raccolte (pigmenti fotosintetici ausiliari). Altri sono non fotosintetici e solitamente svolgono un ruolo antiossidante protettivo.
Considerando sia gli eucarioti sia i procarioti, le specie microalgali più promettenti per l’elevato contenuto di pigmenti a valore aggiunto sono Cyanobacteria, Rhodophyta, Chlorophyta e Heterokontophyta.
Il presente lavoro, pubblicato sul World Journal of Microbiology and Biotechnology, offre una panoramica globale sulla natura dei pigmenti microalgali, sulle loro proprietà e sull’ uso commerciale o potenziale.
In particolare, nella prima parte ciascuna delle quattro classi di pigmenti riscontrate nelle microalghe viene descritta in modo esaustivo e separato.
Grande attenzione è rivolta alle applicazioni commerciali e potenziali di ciascun gruppo, nonché alle principali funzioni all’interno della cellula microalgale.
Vengono, inoltre, presentate la struttura chimica caratteristica e le principali fonti microalgali note ad oggi. Poiché il contenuto di pigmenti può essere fortemente influenzato dalle condizioni di coltivazione, sono state discusse potenziali strategie per favorirne un incremento.
Quest’ultimo si ottiene in genere regolando le caratteristiche della luce (intensità e lunghezza d’onda) e la composizione del mezzo minerale.
Condizioni particolarmente determinanti sono la coltivazione in condizioni di limitazioni nutrizionali o in presenza di un’elevata salinità del mezzo, di agenti chimici induttivi o di sali metallici.
Da ultimo, sono analizzate due strategie esplorative di miglioramento dei pigmenti, l’applicazione di campi magnetici durante la coltivazione di microalghe e la presenza di nanoparticelle.
Parametri chiave nella coltivazione
Il quantitativo di pigmenti fotosintetici aumenta in situazioni non stressanti che favoriscono la crescita della biomassa.
D’altro canto, l’accumulo di pigmenti secondari (polifenoli e alcuni carotenoidi) avviene in circostanze di crescita avverse per contrastare la formazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS).
L’applicazione di nanoparticelle o campi magnetici può essere considerata una nuova condizione di stress, capace di incrementare la produzione di pigmenti non fotosintetici, integrando con successo le tipiche condizioni di stress (luce elevata, deplezione dei nutrienti).
È auspicabile prestare attenzione alle interazioni tra i parametri di coltivazione, soprattutto per quanto riguarda l’irradiazione luminosa: la stessa intensità luminosa potrebbe generare, infatti, momenti di crescita o stress in funzione della concentrazione di microalghe, della lunghezza d’onda della luce e del tipo di mezzo minerale.
Per incentivare la produzione commerciale di pigmenti microalgali sono, pertanto, ancora necessari studi elementari, in particolare per ottenere migliori interazioni sinergiche tra fattori di coltivazione fisici, chimici e biologici.
Aizpuru A., González-Sánchez A; Traditional and new trend strategies to enhance pigment contents in microalgae; World J Microbiol Biotechnol 40, 272 (2024). https://doi.org/10.1007/s11274-024-04070-3
