Assessment of potentially toxic elements in macroalgae grown in an integrated multi trophic aquaculture system

Abstract

O consumo de macroalgas pelos seres humanos tem vindo a aumentar nos últimos anos, o que está relacionado, para além do valor nutricional que lhes é reconhecido, com os seus compostos biofuncionais benéficos para a saúde. Assim, há a necessidade de aumentar sua produção de forma sustentável, onde os sistemas de Aquacultura Multitrópica Integrado (IMTA) surgem como uma alternativa promissora à aquacultura convencional, envolvendo mais de um nível trófico. No âmbito do controlo de qualidade deste novo tipo de alimento, surge um desafio: as macroalgas são organismos que tendem a bioacumular elementos potencialmente tóxicos (PTEs). O objetivo deste estudo foi monitorar a concentração de Cd, Pb, Hg e Al na macroalga Ulva rigida cultivada na empresa ALGAplus num sistema IMTA implementado pela empresa na Ria de Aveiro e inferir de um possível impacto dos factores de produção na concentração destes elementos nas algas. Avaliaram-ase três diferentes situações que poderiam influenciar a acumulação de PTEs nas algas: densidade de cultivo, taxa de renovação da água e época do ano (sazonalidade). Foi ainda feita uma comparação entre espécies cultivadas na empresa e pertencentes a outras classes: Fucus vesiculosus e Gracilaria sp. O teor de Cd, Pb e Al na biomassa de macroalgas foi determinado por atomização com plasma associada a deteção com espectroscopia de massa (ICP-MS), após digestão com ácido e microondas. O teor de Hg foi determinado por absorção atómica após combustão da amostra em atmosfera de oxigénio. As concentrações de Pb, Cd, Hg e Al para a Ulva rigida foram 0.3-3.1, <0.05, 0.01-0.03, e 121-3178 μg/g (peso seco – DW), respetivamente. A variabilidade sazonal não foi significativa (ρ > 0.05), e as condições de cultivo apenas influenciaram estatisticamente o teor de Pb (ρ < 0.05). Todos os valores obtidos para os PTEs quantificados estão abaixo do valor limite indicado na legislação que regula a qualidade das algas para consumo humano, o que evidencia que neste sistema IMTA não ocorrem problemas de contaminação com PTEs.

Macroalgae consumption by humans has been increasing in the last years, which is related with their biofunctional compounds with health benefits. Therefore, there is the need to increase their production in a sustainable way where Integrated Multi Trophic Aquaculture (IMTA) emerges as a promising alternative to conventional aquaculture that involves more than one trophic level. Quality assurance of this new aliment is crucial and that is why this study is so important: macroalgae are known to be high bioaccumulators of potentially toxic elements. The objective of this study is to monitor the concentration of Cd, Al, Pb, and Hg in Ulva rigida during the year, assessing possible correlations with the cultive conditions and seasonality. There were evaluated three situations that could influence PTEs accumulation in macroalgae: cultivation density, water renewal rate and season. A comparison was made with other species also cultivated in the company and belonging to other classes: Fucus vesiculosus and Gracilaria sp. Cd, Hg, Pb and Al content in macroalgal biomass was determined through plasma atomization and mass spectrometry detection (ICP-MS), after acid and microwave digestion. Hg content was determined through atomic absortion after oxygen-rich combustion of the sample. Concentrations of Pb, Cd, Hg e Al in Ulva rigida ranged as it follows: 0.3-3.1, <0.05, 0.01-0.03, e 121-3178 μg/g dry weight (DW), respectively. Seasonal variability was not significant (p >0.05), and cultivation conditions were significant only for Pb (p< 0.05). All values obtained are below the limit of legislation which proves that in the IMTA system there are no relevant problems related with potential toxic elements accumulation in macroalgae