Selenium accumulation in Clorella vulgaris biomass grown under different trophic states for food supplementation

Abstract

Almost all European countries, including Portugal, have soils with low selenium (Se) concentrations. This mineral has antioxidant and chemoprotective functions essential for the human immune system. Despite Se being mostly supplied in the inorganic form, organic Se is more rapidly assimilated by the organism, presenting lower toxicity. Microalgae can incorporate inorganic Se and transform it into less toxic organic forms. Therefore, C. vulgaris biomass was tested as a biological carrier for organic Se. For this purpose, C. vulgaris was cultivated under two different trophic regimes (auto- and heterotrophic) and sodium selenate (Na2SeO4) concentrations. The optimal Na2SeO4 concentration for autotrophic cultivation was 20 mg.L-1. In this case, from the 1.2% Se absorbed by the biomass, 81% was organic. The components of Seenriched biomass compared with the non-supplemented were similar (41 vs42% proteins, and 5.3 vs 6.2% lipids, respectively), except for carbohydrates (0.64 vs 2.6%, respectively). C18:1 and C18:0 compounds were the major lipids present, and differences were observed in both conditions' fatty acid profiles. The same happened for monosaccharides, and glucose was the main monosaccharide. The pigments (Chl a, Chl b, and total carotenoids) were similar for both conditions. All potential toxic metals were below the limits regulated by the European Union. Under the optimal Se concentration for autotrophic C. vulgaris growth, most of the selenium added was converted into an organic form: 0.72 g biomass would be enough to satisfy daily Se requirements. C. vulgaris showed a high potential to be used as a biofortified food to correct or prevent Se deficiency-related diseases.

Quase todos os países europeus, incluindo Portugal, têm baixas concentrações de selénio (Se) nos solos. Este mineral tem funções antioxidantes e protetoras essenciais para o sistema imunitário humano. Apesar de o Se ser suplementado na forma inorgânica, o Se orgânico é mais rapidamente assimilado pelo organismo, e apresenta menor toxicidade. As microalgas conseguem incorporar o Se inorgânico e transformá-lo em formas orgânicas menos tóxicas. Por isso, a biomassa de C. vulgarisfoi testada como fonte biológica de Se orgânico. Para atingir este objetivo, a C. vulgaris foi cultivada em dois regimes tróficos (auto- e heterotrófico) e concentrações de selenato de sódio (Na2SeO4) diferentes. A concentração ótima de Na2SeO4 para o cultivo autotrófico foi 20 mg.L- 1. Neste caso, de 1.2% do Se absorvido pela biomassa, 81% era orgânico. O Se orgânico foi determinado pela diferença entre o Se total e o Se inorgânico. Os componentes da biomassa enriquecida com Se em comparação com a não suplementada foram semelhantes (41 vs 42% de proteínas e 5.3 vs 6.2% de lípidos, respetivamente), exceto para os carbohidratos (0.64 vs 2.6%, respetivamente). Os compostos C18:1 e C18:0 foram os principais lípidos presentes e o perfil de ácidos gordos foi diferente em ambas as condições. O mesmo aconteceu com os monossacáridos, sendo a glucose o principal monossacárido. Os pigmentos (Chl a, Chl b, e carotenóides totais) foram semelhantes em ambas as condições. Os potenciais metais tóxicos estavam abaixo dos limites regulados pela União Europeia. Com a concentração de Se otimizada em crescimento autotrófico da C. vulgaris, a maior parte do selénio adicionado foi transformado na sua forma orgânica: 0.72 g de biomassa seriam suficientes para satisfazer as necessidades dárias de Se. A C. vulgaris apresentou um elevado potencial para ser usada como um alimento biofortificado para corrigir ou prevenir doenças relacionadas com a carência de selénio.