Thesis (Ph. D.)--Oregon State University, 1996. / Typescript (photocopy). Includes bibliographical references (leaves 128-138). Also available on the World Wide Web.

Graduation date: 2003

In land-based integrated aquaculture of marine finfish and macroalgae, rearing space is a large expense. Increasing algal stocking density can increase efficiency, but this may require greater irradiance because of self-shading. To determine the irradiance needed, experiments were conducted in one-litre flasks with enriched seawater under natural and artificial illumination. Under natural illumination, a Daily Photon Dose of 17 mol m-2 d-1 at 10 and 14 ºC, Palmaria palmata cultured at 10 g L-1 grew 100 % faster and absorbed 20 % more nutrients than Chondrus crispus. However, Atlantic halibut farm effluent can reach up to 19 ºC in summer, too high for P. palmata. Under artificial illumination, C. crispus performed better than under natural illumination. Light saturation curves indicated nutrient uptake by C. crispus at 10 g L-1 and 10 ºC was highest at 23 mol m-2 d-1 irradiance, equivalent to 400 µmol m-2 s-1 for 16 hours

Les macroalgues Palmaria palmata et Saccharina longicruris sont riches en nutriments et contiennent des molécules antioxydantes ainsi que des inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine (ECA). C’est également le cas du fromage de type Camembert. Cependant, l’impact de la combinaison de ces deux aliments sur la bioactivité globale est inconnu. Une analyse de la composition nutritionnelle des algues montre que P. palmata était la plus riche en protéines et en sucres totaux. S. longicruris avait un contenu plus élevé en fibres totales, minéraux totaux, sodium, potassium et lipides. Les capacités antioxydante et inhibitrice de l’ECA de l’extrait soluble > 1 kDa de S. longicruris étaient supérieures à celle de P. palmata. Trois différents traitements de fromages modèles ont été étudiés : un contrôle (CC), un modèle contenant 2 % de P. palmata (C2PP) et un autre contenant 2 % de S. longicruris (C2SL). Durant l’affinage (20 jours), l’évolution du pH du caillé des trois traitements était significativement similaire, partant de 4,89 et terminant à 6,77. La même tendance a été observée pour la capacité antioxydante (ORAC), débutant de 0 pour finir à 41,28 mmol TE/g de fromage. La capacité inhibitrice de l’ECA des trois traitements était significativement similaire au jour 0 (13,20%) et au jour 20 (58,27%). Par contre, C2SL n’avait pas la même courbe d’évolution que CC et C2PP. Ces résultats ont permis de valider la richesse nutritionnelle et des bioactivités des macroalgues. Aucun changement n’a été observé sur le développement et la bioactivité finale des deux fromages aux algues. / Seaweeds Palmaria palmata and Saccharina longicruris have high nutritional value and contain antioxidants and angiotensin-converting enzyme (ACE)-inhibitor compounds. This is also applicable to Camembert-type cheese. However, the impact of combining these two foods on the global bioactivity is unknown. The nutritional composition of the two dried seaweeds was characterized. P. palmata had the highest protein and total carbohydrate contents. S. longicruris had the highest contents in total fiber, total minerals, sodium, potassium and lipids. The antioxidant capacity (ORAC) and ACE-inhibitor activity of S. longicruris soluble extract > 1 kDa were higher than P. palmata. Three different types of cheese were studied: cheese control (CC) without seaweeds, cheese with 2% of P. palmata (C2PP) and cheese with 2% of S. longicruris (C2SL). During ripening (20 days), the curd pH of all treatments was significantly similar, starting from 4.89 and finishing at 6.77. The same trend was observed for their ORAC values, starting at 0 and then reached 41.28 mmol TE/g of cheese. The ACE-inhibitor capacity of the three treatments was significantly similar, at day 0 (13.20%) and day 20 (58.27%). On the other hand, C2SL did not have the same evolution curve as CC and C2PP. These results have shown and validated the nutritional value and bioactivities of seaweeds. Also, at the concentration of 2% of seaweeds, no impact was observed on the development and final bioactivities of the two seaweeds cheeses.

Les algues sont des organismes photosynthétiques connus pour leur large utilisation à la fois dans l'alimentation humaine et dans l'établissement et la préservation des écosystèmes marins. Les régions froides comme l'est du Canada ont des zones couvertes de glace de façon saisonnière et ne reçoivent la lumière du soleil qu'une partie de l'année, ce qui limite la saison de croissance des algues. Ainsi, les algues marines telles que *Palmaria palmata* et *Saccharina latissima* présentent une variation de leur composition chimique, et notamment de leur teneur en protéines, due à leurs caractéristiques de croissance et de fixation à leur substrat dans les conditions offertes par l'environnement. Les connaissances sur les protéines d'algues sont encore limitées, principalement en raison d'une grande quantité de composantes tels les polysaccharides et les polyphénols, qui interfèrent avec leur extraction et leur purification. Ce facteur affecte directement la solubilité, la bioaccessibilité et la bioactivité des protéines en termes de réponse physiologique dans l'environnement gastro-intestinal. En général, les études sur la digestibilité gastro-intestinale des algues marines sont encore limitées, en particulier celles axées sur la bioactivité et le degré de dégradation des protéines après les processus digestifs. Ce projet visait à évaluer les composantes algales, dont les protéines en fonction des conditions environnementales de récolte (sauvage et cultivée), leur bioactivité en relation avec la méthode d'hydrolyse enzymatique (chymotrypsine) et leur digestibilité gastro-intestinale *in vitro*, afin d'étudier l'influence des conditions environnementales sur la teneur en protéines, sur la méthode d'extraction et sa digestibilité *in vitro* et la bioactivité subséquente de ces composés, dans le but de favoriser leur application dans des domaines tels que l'alimentation et la santé (activité antihypertensive). *Le premier objectif* de ce projet était d'évaluer l'effet de la saisonnalité, des conditions environnementales (température de l'eau, salinité, rayonnement photosynthétiquement actif/PAR et fluorescence/matière organique dissoute chromophorique/CDOM) et des sites d'échantillonnage sur la teneur en protéines de *P. palmata* et *S. latissima* prélevés à partir d'herbiers sauvages et de culture en mer. Les résultats obtenus pour *P. palmata* ont indiqués que l'échantillon cultivé était une importante source de protéines. Une corrélation négative entre les données PAR et les niveaux de glucides suggère que *P. palmata* sauvage est acclimatée à l'ombre dans la région du golfe du Saint-Laurent. Les résultats obtenus pour *S. latissima* ont indiqué que cette espèce est acclimatée au Bas-Saint-Laurent et que les variations des composantes chimiques étaient probablement affectées par des interactions complexes des conditions environnementales. *Le deuxième objectif* était de déterminer la bioactivité des hydrolysats protéiques des échantillons de *P. palmata* et *S. latissima* selon la teneur protéique la plus élevée obtenue à l'objectif 1. Les résultats de cette étude ont indiqué que le rendement de l'extraction des protéines entraînait un faible niveau d'hydrolyse des protéines. Cela suggère que les caractéristiques des protéines extraites, en plus des composés interférents (peut-être des polyphénols), n'étaient pas compatibles avec la capacité hydrolytique de la chymotrypsine, et dans les conditions appliquées dans cette recherche, l'activité antihypertensive des peptides générés dans le processus appliqué était faible. *Le troisième objectif* a fait l'objet d'une étude visant à établir un modèle in vitro de digestion gastro-intestinale d'échantillons d'algues, sauvages et cultivées, de *P. palmata* et *S. Latissima*, en plus de caractériser la bioaccessibilité et la bioactivité des protéines, du pourcentage de désintégration et des nutriments non digérés. Les résultats obtenus ont montré que l'algue *P. palmata* présentait une meilleure digestibilité et une plus grande capacité de désintégration que l'algue *S. latissima*. Le degré de désintégration et la teneur en protéines non digérées étaient fortement associés à la teneur en fibres solubles et insolubles dans les échantillons d'algues. En revanche, l'utilisation de la capacité inhibitrice de l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ECA) et de l'activité antioxydante comme méthodes d'évaluation de la bioactivité a indiqué une activité inhibitrice élevée de l'ECA dans les algues brunes, mais une activité antioxydante faible. Sur la base de ces résultats, on peut conclure que les facteurs environnementaux stipulés dans cette recherche n'étaient pas les seuls déterminants des caractéristiques de la composition en protéines des deux espèces d'algues analysées, bien que les deux espèces aient présenté des niveaux de protéines importants dans les conditions environnementales de récolte. La méthode de solubilisation des protéines a augmenté la libération de ces composés, cependant la bioactivité était faible par rapport à l'activité antihypertensive des peptides générés par le procédé d'hydrolyse. La méthode gastro-intestinale *in vitro* utilisée pour l'évaluation de la digestibilité des protéines dans les échantillons d'algues *P. palmata* et *S. latissima* a été considéré comme un bon indicateur du degré de désintégration des protéines et de sa bioactivité en tant qu'agent antihypertenseur potentiel. / Algae are photosynthetic organisms known for their wide use both in human nutrition and in the establishment of marine ecosystems. Cold regions like eastern Canada have seasonally ice-covered areas and only receive sunlight for part of the year, which limits the growing season for algae. Thus, seaweeds such as *Palmaria palmata* and *Saccharina latissima* generally present protein variation due to their growth and settling characteristics under the conditions offered by the environment. Knowledge about algal proteins is still limited, mainly due to a large amount of viscous substances (phycocolloids) that interfere with protein extraction and purification. This factor directly affects the degree of solubility, bioaccessibility, and bioactivity of proteins in terms of physiological response in the gastric-intestinal environment. In general, in seaweed, studies on gastrointestinal digestibility are still limited, especially those focusing on bioactivity and degree of protein disintegration after digestive processes. This project aimed to quantify algae proteins according to the environmental conditions of harvest, their bioactivity in relation to the solubilization method and their gastrointestinal digestibility in vitro. With the purpose of studying the influence of environmental conditions on protein content, extraction method and *in vitro* digestibility and subsequent bioactivity of these compounds, thus allowing their application in areas such as food and health. *The first objective* of this project was to assess the effect of seasonality, environmental conditions (water temperature, salinity, photosynthetically active radiation/PAR and fluorescence/chromophoric dissolved organic matter/CDOM) and sampling sites on the protein content of *P. palmata* and *S. latissima* collected from wild and cultivated stocks. The results obtained for *P. palmata* indicated that the cultured sample was an important source of protein. A negative correlation between PAR data and carbohydrate levels suggests that wild *P. palmata* is acclimated to shade in the Gulf of St. Lawrence region. The results obtained for *S. latissima* indicated that this species is acclimatized to the Lower St. Lawrence and that variations in chemical components were probably affected by complex interactions of environmental conditions. *The second objective* was to determine the degree of solubility and the protein bioactivity of the samples of *P. palmata* and *S. latissima* according to the protein profile obtained in objective 1. The result of this study indicated that the yield of the extraction protein resulted in a low level of protein hydrolysis. This suggests that the characteristics of the extracted proteins, in addition to the interfering compounds, were not compatible with the hydrolytic capacity of chymotrypsin, and under the conditions applied in this research, the antihypertensive activity of the peptides generated in the applied process was weak. *The third objective* was the subject of a study aimed at establishing an *in vitro* model of gastrointestinal digestion of wild and cultivated, *P. palmata* and *S. latissima* samples, in addition to characterizing the bioaccessibility and bioactivity of proteins, as well as disintegration and undigested nutrients. The results showed that *P. palmata* presented a better digestibility and a greater disintegration capacity than *S. latissima*. The degree of disintegration and undigested protein content were strongly associated with soluble and insoluble fiber content in the seaweed samples. In contrast, the use of Angiotensin-I-converting enzyme/ACE inhibitory and antioxidant activities as methods for assessing bioactivity indicated high ACE inhibitory activity in brown algae, but low antioxidant activity. Based on these results, it can be concluded that the environmental factors stipulated in this research were not the only determinants regarding the characteristics of the protein composition of the two seaweed species analyzed, although both species presented relevant protein contents in the environmental conditions of the harvest. The protein solubilisation method, as a function of ammonium sulphate concentration (%), increased the release of these components; however, the bioactivity was low compared to the antihypertensive activity of the peptides generated by the hydrolytic method. The *in-vitro* gastrointestinal method used to evaluate protein digestibility in *P. palmata* and *S. latissima* seaweed samples is a good indicator of the degree of protein disintegration and the bioactivity as a potential antihypertensive agent.

Au Biodôme de Montréal, la culture d'algues marines pourrait contribuer à l'amélioration de l'habitat aquatique et permettre à l'institution de combler ses exigences en termes de qualité de l'eau. En effet, les macroalgues peuvent diminuer les concentrations en nitrates et en phosphates générés par la décomposition des déchets métaboliques des animaux captifs puisqu'elles absorbent ses nutriments pour combler leurs besoins de croissance. L'objectif de ce projet est de contribuer au développement d'un biofiltre macroalgal adapté aux conditions d'opération de l'écosystème marin du Biodôme de Montréal. Les performances de bioremédiation de deux espèces d'algues marines indigènes, Palmaria palmata et Ulva lactuca, ont été évaluées sous des conditions expérimentales similaires à celles des bassins d'exposition, soit deux températures (5 et 10°C) et trois concentrations élevées en nitrate et phosphate (2 856:194 vs. 3 570:242 vs. 4 284:291 µM NO₃-:PO₄³⁻). Après six jours de culture, nos résultats démontrent 1) que les différentes concentrations en nutriments et la température n'influencent pas significativement la vitesse d'absorption des nutriments chez les deux espèces; 2) que la croissance de P. palmata n'est pas influencée par les traitements et 3) qu'U. lactuca démontre une croissance maximale à 10°C et à concentration intermédiaire. Le niveau élevé de saturation tissulaire en N, en lien avec les conditions environnementales nutritives du milieu de culture, limiterait l'absorption des nutriments et la croissance des macroalgues. Entre les deux espèces, U. lactuca semble une meilleure candidate que P. palmata dans nos conditions expérimentales, car elle démontre une vitesse d'absorption des nitrates trois fois supérieure (1,76 ± 0,59 vs. 0,65 ± 0,15 mg N MS⁻¹ d⁻¹), une vitesse d'absorption des phosphates deux fois supérieure (0,32 ± 0,21 vs. 0,14 ± 0,11 mg P DW⁻¹ d⁻¹) et un taux de croissance trois fois supérieur à P. palmata (2,12 ± 0,89 vs. 0,64 ± 0,18 % MF d⁻¹). Pour poursuivre le développement d'un biofiltre macroalgal efficace, l'accès à la lumière, le contrôle du pH et la disponibilité en microéléments devraient être optimisés