Două pachete de lucru din Proiectul Specific 4 au fost fie finalizate, fie sunt într-un stadiu avansat de implementare:
- WP 4-1: Recoltarea și caracterizarea speciilor de macroalge marine și a extractelor de alge;
- WP 4-2: Soluții orientate către afaceri pentru valorificarea biomasei algale la produse chimice și bioproduse de valoare ridicată.
Obiectivul principal al WP 4-1 a fost caracterizarea exhaustivă a speciilor de alge verzi macrofite selectate Ulva lactuca syn. Ulva rigida prezente frecvent de-a lungul Litoralului Românesc al Mării Negre, în vederea obținerii de extracte cu potențial biologic activ, dar și furnizarea de fracții de polizaharide, lipide și proteine prin fracționarea speciilor de alge verzi Ulva rigida. Pentru atingerea obiectivului au fost implementate o serie de activități și anume:
- Au fost dezvoltate și selectate metodele de colectare, tratare și triajul materiei prime algale, necesare pentru realizarea tuturor activităților din proiect. S-au stabilit procedeele de obținere ale extractelor din sursele marine prin metode comparative, convenționale (macerarea la rece și extracția la cald Soxhlet) și prin metode moderne (ultrasonicare, iradiere cu microunde și extracție în fază solidă Manifold), s-au testat etapele tehnologice de obținere (pre-tratamente, extracția propriu-zisă și purificare) și s-au optimizat parametrii de lucru, precum: tipul și concentrația agentului de extracție, raportul țesut/solvent, temperaturile și timpii de lucru. Extractele obținute au fost caracterizate din punct de vedere al principiilor bioactive prezente, conținutului de clorofile a și b, carotenoide, flavonoide și compuși polifenolici.
- S-au aplicat două metodologii generale de separare și purificare a principalelor fracții de biocomponente (polizaharide, lipide și proteine) din macroalgele colectate în perioade de timp diferite: (A) separarea directă a unui anumit tip de fracție și (B) extracția secvențială a fracțiilor de biocomponente.
- S-au selectat metodele optime de procesare ale produselor vegetale din flora indigenă utilizate pentru îmbogățirea extractelor algale cu compuși bioactivi. S-a stabilit metoda optimă pentru obținerea extractelor algale îmbogățite cu ingrediente bioactive prezente în două produse vegetale selectate pentru potențialul biologic reprezentativ a acestora, cu efect sinergic pentru extractele algale din specia Ulva lactuca (sin. Ulva rigida) studiată. Extractele fluide algale mixturi din specia Ulva rigida (sin. Ulva lactuca) îmbogățite cu compuși bioactivi din specii de plante vasculare indigene (extracte etanolice 70:30 (v/v)), cu o valoroasă activitate antioxidantă și potențial antimicrobian, sunt promițătoare pentru formularea ulterioară a unor produse farmaceutice și/sau dermato-cosmetice topice semisolide cu utilizări terapeutice, cu acțiune protectoare împotriva radiațiilor UV.
Pachetul de activități WP 4-2 a avut drept obiectiv principal dezvoltarea unor abordări inovatoare bazate pe tehnologii (bio)chimice verzi pentru producerea de bio-produse și valorificarea fracțiilor Ulva rigida și a produselor secundare deșeu în produse finite utile, care includ biocombustibili, produse cu valoare adăugată și bio-materiale inovatoare. Activitățile implementate sau în curs de implementare pentru îndeplinirea obiectivului au demarat cu sintetizarea unor formulări farmaceutice ce au integrat Ulvanul extras din Ulva lactuca. În acest sens, s-au ales ca formulă de încorporare hidrogelurile. Scopul studiului a fost cel de dezvoltare a unui hidrogel nou și îmbunătățit pe bază de alginat și alcool polivinilic (PVA), prin încorporarea Ulvanului, și evaluarea acestuia din punct de vedere structural și morfologic, pentru utilizarea potențială ca material pentru pansamente de răni. Rezultatele au arătat că membranele de hidrogel sunt biocompatibile și prezintă proprietăți care promovează procesul de vindecare a rănilor. Deși toate hidrogelurile sunt citocompatibile, în general, viabilitatea celulară a crescut la hidrogelurile cu Ulvan în compoziție. Valoarea indicatorului demonstrează aplicabilitatea practică a rezultatelor în rezolvarea unei provocări majore din domeniul bio-economic, prin dezvoltarea de noi produse care înglobează componente extrase din algele marine Ulva lactuca.
Printre activitățile în curs de implementare se numără
- Testarea citotoxicității a 4 variante de hidrogeluri pe bază de Ulvan și a 4 extracte din alge pe diferite linii celulare.
- Deshidratarea catalitica a ulvanului in sisteme mono- si bifazice si in prezenta unei serii de catalizatori Nb@zeolit (BEA, raport Si/Al =18 si Y, raport Si/Al = 30) preparati prin dealuminare parțială a zeolitului urmată de impregnarea cu etoxid de Nb. Sistemele catalitice au fost optimizate pentru producerea selectiva a ramnozei (Rha) si a hidroximetilfurfuralului (HMF).
- Oxidarea HMF la acid 2,5-furandicarboxilic (FDCA) in prezenta unor catalizatori de tip Fe3O4@SiO2-MnOx, Fe3O4@SiO2-CoOx si Fe3O4@SiO2-FeOx, cu 1, 5 si 10wt% faza activă (MnOx, CoOx si FeOx). De asemenea, au fost preparați, caracterizati si testati o serie de catalizatori bimetalici, fie prin combinarea fazelor active ale catalizatorilor magnetici monometalici de mai sus, fie prin piroliza materialelor FexCoy-MOF.
- Sinteza un ramnolipid cunoscut Rha-C10-C10, necesar pentru obținerea solventului supramolecular SUPRAs1. Pentru obținerea compusului țintă s-a avut în vedere o abordare sintetică pornind de la L-ramnoză (Rha) și folosind un ester de benzil β-hidroxidecanoat ca element de construcție pentru crearea fragmentului C10-C10. Prima problemă abordată a fost obținerea unei cantități rezonabile de ramnoză peracetilată care să acționeze ca stoc pentru următoarele etape sintetice.
- Pentru valorificarea fracției de lipide la biodiesel prin reacții de transesterificare cu metanol s-au testat catalizatori solizi bazici tipici, materiale bimetalice Cu,Zn-ZIF si Ca,Zn-ZIF si nanocompozite ZIF-8/lignine. Rezultate promitatoare s-au obtinut in prezenta probelor Cu,Zn-ZIF si Ca,Zn-ZIF, care permit o conversie de peste 90% a uleiului algal, in conditii energetice avantajoase.
- S-au derulat activități de valorificare a biomasei algale pentru obținerea de nanocompozite fotocatalitice și adsorbanți sau precursori pentru biochar dopat cu heteroatomi. In acest scop, ca precursori pentru bio-materialele carbonice au fost utilizate doua tipuri de alge verzi, Ulva Lactuca (U. Lactuca) si Cladophora Vagabunda (C. Vagabunda), in timp ce ulvanul separat din Ulva lactuca s-a utilizat pentru generarea CQDs, folosite ulterior in sinteza nanocompozitelor ZnO@CQD. Materialele obținute s-au furnizat proiectului PS5 pentru utilizare în procese fotocatalitice de descompunere a poluanților emergenți din industria farmaceutica și în absorbția metalelor grele din ape uzate.