Sequential extraction of natural products from carrageenophytes: focus on hybrid carrageenans and the impact of the molecular mass on their gel properties

Abstract

As carrageninas são polissacarídeos sulfatados conhecidas pelas suas propriedades de gelificação termorreversíveis, amplamente utilizadas nas indústrias alimentar, farmacêutica e cosmética. Recentemente, as carrageninas híbridas (K2) têm despertado interesse devido às suas propriedades de gelificação intermediárias. Este estudo tem como objetivo desenvolver um método de extração sequencial (SE) para algas vermelhas (Chondrus crispus, Mastocarpus stellatus, Gigartina pistillata), alinhado ao conceito de biorrefinaria, por extrusão extrativa. Os principais objetivos deste trabalho incluem a extração e caracterização de K2-carrageninas, avaliando o impacto de extrações prévias e o tempo de extração. Adicionalmente, pretende-se estudar o efeito da redução de massa molecular (Mw) e determinar uma massa molecular crítica (Mc) para a gelificação da K2-carragenina. Para isolar ficobiliproteínas, clorofila-a, carotenoides e carrageninas das algas, foi utilizada a seguinte sequência: extração com água fria (CWE), extração etanólica (EE), extração com água quente (HWE) e extração alcalina quente (HAE). O rendimento foi determinado para cada fração, e os extratos de carrageninas foram analisados quanto à Mw, aos níveis de sulfatação (FTIR, 1H-NMR) e às propriedades reológicas dos seus géis e líquidos resultantes. A redução da Mw foi alcançada através de ultrassonicação, com os produtos degradados sujeitos a análises semelhantes às anteriores. Os resultados indicam que a SE separa eficazmente os componentes das algas, facilitando a recuperação de carrageninas com alta Mw, particularmente em M. stellatus e G. pistillata, com elasticidade de gel (G’) e viscosidade superiores em comparação com os controlos. A HWE produz carrageninas de alto Mw e com propriedades reológicas melhoradas, enquanto os extratos HAE apresentam menor Mw e potencial de gelificação reduzido. Em geral, extrações prolongadas melhoram a Mw e a G', embora C. crispus tenha mostrado uma tendência distinta. Os resultados da Mw destacam que o ultrassom leva à diminuição e dessulfatação das carrageninas ao longo do tempo de processamento. Ademais, a Mc depende da composição química, sugerindo uma Mc de ~1·10⁵ g/mol para híbridas ricas em κ e ~3·10⁵ g/mol para híbridas ricas em ι, além das quais a degradação adicional tem impacto mínimo na gelificação. Em suma, este estudo demonstra o potencial de adaptação de protocolos de extração para atender às necessidades industriais, contribuindo para a valorização sustentável das algas vermelhas através de métodos de biorrefinaria.