Enzyme assisted extraction of alginate from brown seaweed (S. latissima and A. esculenta)

Abstract

Alginat er et anionisk polysakkarid og forekommer som et av de viktigste polysakkaridene i brun tang. Ekstraksjonen av alginat skjer hovedsakelig ved den konvensjonelle metoden for ekstraksjon med alkalisk. Den komplekse celleveggen av brun tang fungerer som en barriere som begrenser alginatekstraksjon fra brun tang. Dette resulterer i at mye av alginatet fortsatt er igjen i tangrester etter ekstraksjon. Barrieren som celleveggen pålegger har forårsaket bruk av kjemikalier under tøffe forhold (høy temperatur), giftige kjemikalier med lengre ekstraksjonsperioder for å muliggjøre et høyt utbytte av alginat ekstrahert fra brun tang.

Målet med dette arbeidet var å bruke kommersielt tilgjengelige enzymcocktailer som et hjelpemiddel i alginatekstraksjon under milde forhold for å øke utbyttet og kvaliteten på alginat, samt å utvikle en mer effektiv og bærekraftig ekstraksjonsmetode. Enzymer ble anvendt på den konvensjonelle metoden for å ekstrahere alginat fra ferske frosne prøver av S. latissima og A. esculenta. Det ekstraherte alginatet ble analysert med SEC-Mall, CNS-analyse, H1NMR og HPAEC for å bestemme dets molekylvekt, viskositet, nitrogen- og svovelinnhold (fukose), kjemisk sammensetning og monosakkaridsammensetning. Etter ekstraksjon ble restene av tang også analysert med CNS-analyse og HPAEC for å bestemme nitrogen- og svovelinnholdet (fukose), monosakkaridanalyse og askeanalyse gjort for å bestemme askeinnholdet. Resultatene viste at enzymer kunne være nyttige verktøy for å skalere opp utbyttet og kvaliteten på alginat (molekylvekt og viskositet) og utvikle en mer effektiv og bærekraftig ekstraksjonsmetode. Dette kan oppnås med en riktig forbehandlingsprosess før enzymene påføres.

Alginate is an anionic polysaccharide and occurs as one of the major polysaccharides in brown seaweed. The extraction of alginate is done mainly by the conventional method of extraction with alkaline. The complex cell wall of brown seaweed acts as a barrier limiting alginate extraction from brown seaweed. This results in much of the alginate still left in the seaweed residues after extraction. The barrier imposed by the cell wall has caused the use of chemicals under harsh conditions (high temperature), toxic chemicals with prolonged extraction periods to enable a high yield of alginate extracted from brown seaweed.

The aim of this work was to apply commercially available enzyme cocktails as an aid in alginate extraction under mild conditions to increase the yield and quality of alginate as well as developing a more efficient and sustainable extraction method. The enzymes were applied to the conventional method to extract alginate from fresh frozen samples of S. latissima and A. esculenta. The alginate extracted was analysed with SEC-Mall, CNS analysis, H1NMR and HPAEC to determine its molecular weight, viscosity, nitrogen and sulphur (fucose) content, chemical composition and monosaccharide composition. After extraction, the residues of the seaweeds were also analysed with CNS analysis and HPAEC to determine their nitrogen and sulphur (fucose) content, monosaccharide analysis and ash analysis done to determine ash content. The results showed that enzymes could be useful tools to scale up the yield and quality of alginate (molecular weight and viscosity) and develop a more efficient and sustainable extraction method. This can be achieved with a proper pretreatment process before applying the enzymes.