The production of microalgae biomass shows wide valuable uses, in the aquaculture, biotechnology, and food science, among others. However, microalgae show fluctuations in their chemical profile generated mainly by the culture conditions. This study was designated to assess the effects of nitrogen starvation on growth, nutrient uptake, and gross chemical composition of Chlorella sp. and Nannochloropsis oculata. The control experiments were performed with Conway culture medium in 13-day batch cultures, 12 h photoperiod, and aeration. A second experimental condition was the addition of the nutrients except nitrogen, one week after the start of growth (experiments designed as N-). Cell yield were similar in the control and in the N- experiments for both species. Cell biovolumes did not vary over growth in the control, but both microalgae exhibited larger cell biovolumes in N- experiments, probably as a consequence of the higher accumulation of storage substances. Dissolved nitrogen was exhausted before the end of the experiments, but phosphorus was not totally consumed. Protein and total carotenoid did not vary from the exponential to the stationary growth phase of the control in both species. For Chlorella sp., concentrations of lipid did not vary in the control either, but there was a significant increase of carbohydrate over growth. In the N- experiment, concentrations of all substances varied throughout growth of Chlorella sp., except lipid. For N. oculata, all substances exhibited significant variations over growth, except protein and total carotenoid in the control. Protein and chlorophyll-a concentrations decreased over growth in N- experiments for both species. In contrast, concentrations of carbohydrate increased throughout growth in N- experiments, especially in Chlorella sp. Nitrogen starvation caused accumulation of carbohydrate, but increments of lipid were restricted to N. oculata. Both species showed a fast growth, but the small content of lipid in Chlorella sp. is unfavorable for its use as a food-species in a monospecific diet in mariculture, and as a feedstock for biodiesel production. N. oculata is a lipid-rich species, and its lipid content can be successfully incremented through nitrogen starvation. This species is promising in uses that demand high concentrations of lipid, such as the production of biodiesel.

La producción de biomasa de microalgas presenta variados y valiosos usos en la acuicultura, biotecnología y ciencias de los alimentos, entre otros. Sin embargo, las microalgas muestran fluctuaciones en su perfil químico causado principalmente por las condiciones de cultivo. En este estudio se evaluó los efectos de la carencia de nitrógeno sobre el crecimiento, absorción de nutrientes y composición química bruta de Chlorella sp. y Nannochloropsis oculata. Los experimentos control se efectuaron en un medio de cultivo Conway durante 13 días, 12 h de fotoperiodo y aeración. Una segunda condición experimental fue la adición de nutrientes, excepto nitrógeno, una semana después del inicio del crecimiento (denominados experimentos N-). Los rendimientos celulares fueron similares en el control y en los experimentos N- en ambas especies. Los biovolúmenes celulares no variaron con el crecimiento en el control, pero ambas microalgas presentaron mayores biovolúmenes celulares en los experimentos N-, probablemente como consecuencia de una mayor acumulación de sustancias almacenadas. El nitrógeno disuelto se agotó antes del término de los experimentos, pero el fósforo no fue totalmente consumido. En ambas especies, las proteínas y carotenoides totales no variaron desde la fase exponencial hasta la fase estacionaria de crecimiento del control. En Chlorella sp., las concentraciones de lípidos no variaron en el control, pero se determinó un aumento significativo de carbohidratos durante el crecimiento. En los experimentos N-, las concentraciones de todas las sustancias variaron durante el crecimiento de Chlorella sp., a excepción de los lípidos. En N. oculata, todas las sustancias presentaron variaciones significativas durante el crecimiento, excepto proteínas y carotenoides totales en el control. Las concentraciones de proteínas y clorofila-a disminuyeron durante el crecimiento en los experimentos N- de ambas especies. En contraste, las concentraciones de carbohidratos aumentaron durante el crecimiento en los experimentos N-, especialmente en Chlorella sp. La carencia de nitrógeno causó una acumulación de carbohidratos, pero el incremento de lípidos se restringió a N. oculata. Ambas especies presentaron un crecimiento rápido, pero el escaso contenido de lípidos en Chlorella sp. es desfavorable para su uso como alimento en una dieta monoespecífica en acuicultura y como materia prima para la producción de biodiesel. N. oculata es una especie rica en lípidos y su contenido en lípidos puede ser incrementado exitosamente a través de la carencia de nitrógeno. Esta especie es promisoria en usos que demanden altas concentraciones de lípidos, como la producción de biodiesel.

The chemical profiles of Desmapsamma anchorata, Hymeniacidon heliophila (Porifera), Bunodosoma caissarum, Renilla muelleri (Cnidaria), Aplysia brasiliana, Eledone massyae, Isognomon bicolor (Mollusca), Echinaster brasiliensis, Echinometra lucunter, Holothuria grisea, Lytechinus variegatus (Echinodermata), and Phallusia nigra (Chordata) were determined. Hydrosoluble protein was the most abundant class of substances for all species, except for the ascidian Phallusia nigra, in which the carbohydrate content was higher. The percentages of hydrosoluble protein (dry weight, dw) varied widely among the invertebrates, ranging from 5.88% (R. muelleri) to 47.6% (Eledone massyae) of the dw .The carbohydrate content fluctuated from 1.3% (R. muelleri) to 18.4% (Aplysia brasiliana) of the dw. For most of the species, lipid was the second most abundant class of substances, varying from 2.8% (R. muelleri) to 25.3% (Echinaster brasiliensis) of the dw. Wide variations were also found for the invertebrates nitrogen content, with the lowest value recorded in the cnidarian R. muelleri (2.02% of the dw) and the highest in the molluscan E. massyae (12.7% of the dw). The phosphorus content of the dw varyed from 0.24% (R. muelleri) to 1.16% (E. massyae). The amino acid composition varied largely among the species, but for most of the species glycine, arginine, glutamic acid, and aspartic acid were the most abundant amino acids, with histidine and tyrosine among the less abundant amino acids. The actual content of total protein in the samples was calculated by the sum of amino acid residues, establishing dw values that fluctuated from 11.1% (R. muelleri) to 66.7% (E. massyae). The proteinaceous nitrogen content was high in all species, with an average value of 97.3% of the total nitrogen. From data of total amino acid residues and total nitrogen, specific nitrogen-to-protein conversion factors were calculated for each species. The nitrogen-to-protein conversion factors ranged from 5.10 to 6.15, with an overall average of 5.45. The use of the specific nitrogen-to-protein conversion factors established here is recommended, since it would yield more accurate determinations of total protein in the species tested in this study.

Se determinaron los perfiles químicos de Desmapsamma anchorata, Hymeniacidon heliophila (Porifera), Bunodosoma caissarum, Renilla muelleri (Cnidaria), Aplysia brasiliana, Eledone massyae, Isognomon bicolor (Mollusca), Echinaster brasiliensis, Echinometra lucunter, Holothuria grisea, Lytechinus variegatus (Echinodermata), y Phallusia nigra (Chordata). La clase más abundante de sustancias para todas las especies fueron las proteínas hidrosolubles, excepto para la ascidia Phallusia nigra, en la que el contenido de carbohidratos fue mayor. Los porcentajes de proteínas hidrosolubles (peso seco, ps), variaron ampliamente entre los invertebrados, de 5,88% (R. muelleri) a 47,6% (Eledone massyae) del ps. El contenido de carbohidratos fluctuó de 1,3 % (R. muelleri) a 18,4% (Aplysia brasiliana) del ps. Para la mayoría de las especies, los lípidos fueron la segunda clase más abundante de sustancias, que varió de 2,8% (R. muelleri) a 25,3% (Echinaster brasiliensis) del ps. También se encontraron grandes variaciones en el contenido de nitrógeno de los invertebrados, con el valor más bajo registrado en el cnidario R. muelleri (2,02% del ps) y el más alto en el molusco E. massyae (12,7% del ps). El contenido de fósforo varió de 0,24% (R. muelleri) a 1,16% (E. massyae) del ps. La composición de aminoácidos varió ampliamente entre las especies, pero en la mayoría de las especies la glicina, arginina, ácido glutámico y ácido aspártico fueron los aminoácidos más abundantes, siendo histidina y tirosina los menos abundantes. El contenido total de proteína total en las muestras se calculó mediante la suma de residuos de aminoácidos, estableciendo valores de ps que fluctuaron de 11,1% (R. muelleri) a 66,7% (E. massyae). El contenido de nitrógeno proteínico fue alto en todas las especies, con un valor promedio de 97,3% del nitrógeno total. De los datos de los residuos de aminoácidos totales y nitrógeno total, se calcularon los factores específicos de conversión nitrógeno-proteína para cada especie. Los factores de conversión de nitrógeno-proteína variaron de 5,10 a 6,15, con un promedio general de 5,45. Se recomienda el uso de los factores específicos de conversión nitrógeno-proteína establecidos aquí, ya que produciría determinaciones más precisas de la proteína total en las especies sometidas a prueba en este estudio.

Nowadays algal biofuels are considered one of the most promising solutions of global energy crisis and climate change for the years to come. By manipulation of the culture conditions, many algal species can be induced to accumulate high concentrations of particular biomolecules and can be directed to the desired output for each fuel. In this context, the present study involved the assessment of the effects of CO2 availability and nitrogen starvation on growth and chemical composition of the cyanobacterium Synechococcus subsalsus, testing a fast-growing native strain. The control experiments were performed with Conway culture medium in 12-day batch cultures, in 6-liter flasks and 12 h photoperiod, with addition of 2 L min-1 filtered air to each flask. Other two experimental conditions were also tested: (i) the placement into the cultures of additional dissolved nutrients except nitrogen, one week after the start of growth (N-), and (ii) the input of pure CO2 into the flasks from the 5th day of growth (C+). In all cultures, daily cell counts were done throughout the cultivation, as well as measurements of pH and cell biovolumes. Maximum cell yield were found in N-experiments, while cell yields of C+ and control were similar. Dissolved nitrogen was exhausted before the end of the experiments, but dissolved phosphorus was not totally consumed. Protein and chlorophyll-a concentrations decreased from the exponential to the stationary growth phase of all experiments, except for protein in the control. In all experiments, carbohydrate, lipid and total carotenoid increased from the exponential to the stationary growth phase, as an effect of nitrogen limitation. Increments in carbohydrate concentrations were remarkable, achieving more than 42% of the dry weight (dw), but concentrations of lipid were always lower than 13% dw. The addition of pure CO2 did not cause a significant increase in biomass of S. subsalsus nor generated more lipid and carbohydrate than the other treatments. Nitrogen starvation caused an intense accumulation of carbohydrate, but the increments of lipid were small. Despite the fast growth, the cyanobacterium S. subsalsus has a virtually null potential for biodiesel production, given its low lipid concentrations. The high concentrations of carbohydrate combined with fast growth point to the potential use of this species as raw material for other possible biotechnological processes, after a demonstration of technical and economic viability.

Actualmente los biocombustibles elaborados con algas se consideran una de las soluciones más prometedoras de la crisis energética mundial y el cambio climático para los años venideros. Mediante la manipulación de las condiciones de cultivo, muchas especies de algas pueden ser inducidas para acumular altas concentraciones de biomoléculas particulares que se pueden dirigir a la producción de diferentes combustibles. En este contexto, el presente estudio consistió en la evaluación de los efectos de la disponibilidad de CO2 y falta de nitrógeno sobre el crecimiento y la composición química de la cianobacteria Synechococcus subsalsus, probando una cepa nativa de rápido crecimiento. Los experimentos de control se realizaron con medio de cultivo Conway en cultivos durante 12 días, en matraces de 6 L y 12 h de fotoperíodo, con la adición de 2 L min-1 de aire filtrado a cada matraz. También se ensayaron otras dos condiciones experimentales: (i) la colocación en los cultivos de nutrientes disueltos adicionales excepto de nitrógeno, una semana después del inicio del crecimiento (N-), y (ii) la adición de CO2 puro en los matraces desde el quinto día de crecimiento (C+). En todos los cultivos, los recuentos de células se realizaron a diario durante todo el cultivo, así como mediciones de pH y biovolumes de células. El rendimiento celular máximo se encontró en los experimentos N-, mientras que los rendimientos celulares de C+ y del control fueron similares. El nitrógeno disuelto se agotó antes del final de los experimentos, pero el fósforo disuelto no se consumió totalmente. Las concentraciones de proteínas y clorofila-a disminuyeron de la fase exponencial a la fase estacionaria de crecimiento en todos los experimentos, excepto para la proteína en el control. En todos los experimentos, los hidratos de carbono, lípidos y carotenoides totales se incrementaron de la fase exponencial a la fase de crecimiento estacionario, como un efecto de limitación de nitrógeno. Incrementos en las concentraciones de hidratos de carbono fueron notables, alcanzando más del 42% del peso en seco (ps), pero las concentraciones de lípidos fueron siempre inferiores a 13% peso seco. La adición de CO2 puro no causó un aumento significativo en la biomasa de S. subsalsus ni generó más lípidos e hidratos de carbono que los otros tratamientos. La falta de nitrógeno causó una intensa acumulación de hidratos de carbono, pero los incrementos de lípidos fueron pequeños. A pesar del rápido crecimiento, la cianobacteria S. subsalsus tiene un potencial prácticamente nulo para la producción de biodiesel, debido a sus bajas concentraciones de lípidos. Las altas concentraciones de hidratos de carbono combinadas con crecimiento rápido apuntan para el uso potencial de esta especie como materia prima para otros procesos biotecnológicos posibles, después de una demostración de la viabilidad técnica y económica

The amino acid composition and contents of nitrogen, phosphorus, lipid, carbohydrate and protein were determined in muscles of Dactylopterus volitans, Genypterus brasiliensis, Mullus argentinae, Paralichthys patagonicus, Percophis brasiliensis, Pinguipes brasilianus, Rhizoprionodon lalandii, Rhizoprionodon porosus, and Urophycis cirrata. The samples showed low carbohydrate content (<3.5% dry weight in all species) and were rich in protein (>66% dry weight in all species). The percentage of total lipid varied widely among species, andM. argentinae showed the highest concentrations (16%). The percentage of nitrogen and phosphorus was high and similar among species, with overall average values of 13.3% and 1.2%, respectively. The amino acids composition was similar among the animals, with glutamic acid and lisine as the most abundant amino acid and histidine in low concentrations. Among species, the content of proteinaceous nitrogen was high, with an average of 96.8% of the total nitrogen. From data of total amino acid and total nitrogen, specific nitrogen-to-protein conversion factors were calculated for each species. The nitrogen-to-protein conversion factors ranged from 5.39 to 5.98, with an overall average of 5.71. These findings showed that the traditional conversion factor of 6.25 overestimates the actual protein content and should be avoided.

Se determinó la composición de aminoácidos y el contenido de nitrógeno, fósforo, lípidos, carbohidratos y proteínas en los músculos de Dactylopterus volitans, Genypterus brasiliensis, Mullus argentinae, Paralichthys patagonicus, Percophis brasiliensis, Pinguipes brasilianus, Rhizoprionodon lalandii, Rhizoprionodon porosus y Urophycis cirrata. Las muestras mostraron un contenido bajo en carbohidratos (<3,5% en peso seco para todas las especies) y alto en proteínas (>66% en peso seco para todas las especies). El porcentaje de lípidos totales varió ampliamente entre las especies, y M. argentinae presentó las mayores concentraciones (16% en peso seco). El porcentaje de nitrógeno y fósforo fue alto y similar entre las especies, con valores promedios de 13,3% y 1,2%, respectivamente. La composición de aminoácidos fue similar entre los animales, los aminoácidos más abundantes fueron ácido glutámico y lisina e histidina la de menor concentración. Entre las especies, el contenido de nitrógeno proteico fue alto, con un promedio de 96,8% de nitrógeno total. En consecuencia, los peces mostraron una concentración muy baja de nitrógeno no proteico. A partir de los datos de aminoácidos totales y nitrógeno total para cada especie, se calcularon factores de conversión de nitrógeno a proteína específicos para cada especie de pez. Los factores de conversión de nitrógeno a proteína variaron de 5,39 hasta 5,98, con un promedio general de 5,71. Estos hallazgos muestran que el factor de conversión tradicional de 6,25 sobreestima el contenido de proteína real de peces y debería ser evitado.

Métodos de extração, mudanças na concentração durante o crescimento e efeitos de condições de cultivo sobre conteúdos de nitrogênio inorgânico intracelular (NII - amônia, nitrito e nitrato) foram estudados em nove espécies de microalgas marinhas em cultivos estanques. As microalgas foram analisadas para comparar três métodos de extração de NII, um dos quais desenvolvido neste estudo. A extração de NII ocorre de forma eficiente com os três métodos para quatro espécies. Contudo, para cinco espécies diferenças significativas foram encontradas e os melhores resultados foram obtidos com o método novo. As microalgas acumulam formas inorgânicas de nitrogênio em proporções diferentes. As espécies apresentam concentrações de amônia ou nitrato como as mais altas e sempre menores concentrações de nitrito. Microalgas de menores volumes celulares tendem a atingir valores mais altos de NII por micrômetro cúbico (contrariamente para espécies de volumes celulares maiores), com algumas exceções (Amphidinium carterae e Nannochloropsis oculata). A adição de aeração nos cultivos determina um decréscimo na concentração de NII, favorece a assimilação de nitrogênio e gera um aumento na taxa de crescimento e na razão C:N. Concentrações altas de NII são características da fase de crescimento exponencial, mas em alguns casos sua ocorrência pode resultar de deficiência por carbono.

Methods of extraction, changes in concentrations with growth, and effects of culture conditions on intracellular inorganic nitrogen pools (IIN - ammonia, nitrite, and nitrate) were studied in nine species of marine microalgae in batch cultures. The microalgae were analysed to compare three methods of extraction of IIN, one of them developed in this study. The extraction of IIN occurs efficient by with all three methods for four out of the nine species tested. However, for five species significant differences were found among the methods, the best results being obtained with the new method. Microalgae accumulate inorganic forms of nitrogen in different proportions. The species show higher concentrations of either ammonia or nitrate, and always lower concentrations of nitrite. Microalgae of smaller cellular volumes tend to attain higher values of IIN per cubic micrometer (the converse in large-volume species), with some exceptions (Amphidinium carterae and Nannochloropsis oculata). The use of aeration in the cultures determines a decrease in the concentrations of IIN, favours nitrogen assimilation, and generates an increase in growth rates and C:N ratio. High concentrations of IIN are characteristic of the exponential growth phase, but in some cases their occurrence may result from carbon deficiency.

O uso de microalgas e cianobactérias como fontes de nutrientes e substâncias bioativas para alimentos e suplementos alimentares vem despertando grande interesse nos últimos anos. Por meio de cromatografia em coluna aberta com espectrofotometria de absorção, cromatografia líquida de alta eficiência com detector de conjunto de diodos, cromatografia em camada delgada e reações de grupos funcionais, foram identificados trans-e cis-²-caroteno, equininona, ²-criptoxantina,3-hidroxi-4'-cetocarotenóide, zeaxantina e 3,3-diidroxi-4'-cetocarotenóide em Synechocystis pevalekii. A cianobactéria Synechocystis pevalekiiapresentou-se verde em condições normais de cultivo devido à presença de clorofilas. Com o cultivo em condições de "stress" (redução de 80% dos nutrientes do meio Conway original), as clorofilas desapareceram e a cianobactéria apresentou coloração laranja. O ²-caroteno diminuiu de 307 para 248 µg/g e a ²-criptoxantina de 94 para 13 µg/g.Por outro lado, a zeaxantina aumentou de 29 para 220 µg/g. S. pevalekii, portanto, apresenta potencial comercial como fonte de zeaxantina, carotenóide apontado como responsável pela ação protetora contra a degeneração macular e catarata, junto com a luteína. Os resultados demonstram que as condições de produção da cianobatéria podem ser estabelecidas de tal forma que a biossíntese de carotenóides importantes para saúde humana, de difícil obtenção, seja favorecida. Já existem várias fontes comerciais de ²-caroteno, mas são raras as fontes de zeaxantina.

The use of microalgae and cyanobacteria as sources of nutrients and bioactive substances for food and dietary supplements has attracted a lot of interest in recent years. Through open column chromatography-visible absorption spectrophotometry, high performance liquid chromatography with a photodiode array detector, thin layer chromatography and functional group chemical reactions, trans- and cis-²-carotene, echinenone, ²-cryptoxanthin, 3-hydroxy-4'-ketocarotenoid, zeaxanthin and 3,3-dihydroxy-4'-ketocarotenoid were identified in the cyanobacterium Synechocystis pevalekii. The cianobacterium was green because of the presence of chlorophylls. When cultivated under stress (80% reduction of nutrient content of the original Conway medium) the chlorophylls disappeared and the cyanobacterium assumed an orange color. ²-Carotene decreased from 307 to 248 µg/g and ²-cryptoxanthin from 94 to 13 µg/g. On the other hand, zeaxanthin increased from 29 to 220 µg/g. Thus, S. pevalekii appears to have commercial potential as source of zeaxanthin, which is implicated in the reduction of the risk of macular degeneration and cataract, together with lutein. The results also showed that conditions for the production of the cyanobacterium can be established so that the biosynthesis of carotenoids important to human health, but difficult to obtain, can be favored. There are already several commercial sources of ²-carotene, but sources of zeaxanthin are rare.