ES2346124B2 - Proceso para la purificacion de xilooligosacaridos basado en el empleo de la diafiltracion. - Google Patents
Proceso para la purificacion de xilooligosacaridos basado en el empleo de la diafiltracion. Download PDFInfo
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Abstract
Proceso para la purificación de
xilooligosacáridos.
La presente invención, titulada "Proceso para
la purificación de xilooligosacáridos", reivindica un
procedimiento aplicable a la purificación de xilooligosacáridos
obtenidos mediante degradación hidrolítica (por vía química y/o
enzimática) de la fracción hemicelulósica de biomasa vegetal en
medio acuoso. Los licores de hidrólisis contienen xilooligosacáridos
junto con otros componentes no deseados, que deben ser eliminados
para permitir la utilización de los xilooligosacáridos con fines
alimentarios. Este objetivo se consigue por medio de diafiltración
(eventualmente, en combinación con otras operaciones de naturaleza
físico-química que se describen en el texto de la
solicitud). Se reivindica la utilización de las fracciones
conteniendo xilooligosacáridos purificados como ingredientes
alimentarios con propiedades prebióticas, aplicables en la nutrición
humana y en la alimentación animal.
Description
Proceso para la purificación de
xilooligosacáridos.
La invención plantea la aplicación de técnicas
básicas de la Química y de la Ingeniería Química (operaciones de
concentración y separación) a la purificación de disoluciones
obtenidas por procesamiento químico de biomasa vegetal rica en
hemicelulosas. Por las aplicaciones alimentarias del producto final
y por tratarse del desarrollo de un proceso químico, el objeto de
esta patente también está relacionado con áreas de la técnica como
la Tecnología de los Alimentos, Ingeniería de los Alimentos e
Ingeniería de Procesos.
La biomasa vegetal tiene una estructura
heterogénea y una composición variable en función de su origen. Sus
componentes incluyen polisacáridos (celulosa, hemicelulosas y
pectinas), compuestos fenólicos libres (extraíbles sin reacción
química) o ligados (formando parte de macromoléculas), proteínas,
componentes inorgánicos y otras fracciones de poca importancia para
los fines de esta invención. Algunos tipos de biomasa (como maderas
de frondosas, salvados y determinados residuos agrícolas) tienen
hemicelulosas principalmente constituidas por xilano (formado por
unidades de xilosa unidas por enlaces \beta 1-4),
en donde los monómeros estructurales pueden estar sustituidos (por
ejemplo, con azúcares, compuestos fenólicos, ácidos urónicos o metil
urónicos, y/o grupos acetilo). Información relevante sobre estos
puntos aparece publicada en los siguientes trabajos: Ebringerová,
A.; Heinze, T., Xylan and xylan derivatives - biopolymers with
valuable properties. 1. Naturally occurring xylans: structures,
isolation procedures and properties, Macromol. Rapid Commun. 2000,
21, 542-556; y Ebringerová, A.; Hromádková, Z.;
Heinze, T., Hemicellulose, Adv. Polym. Sci. 2005, 186,
1-67.
La hidrólisis parcial por vía química de las
hemicelulosas conteniendo xilano puede conducir a mezclas de
composición compleja, formadas por polímeros derivados del xilano de
menor peso molecular que el polímero original, xilooligómeros,
xilosa, otros monosacáridos, subproductos de reacción de los
monosacáridos (por ejemplo, furfural e hidroximetilfurfural), ácido
acético, metanol, componentes inorgánicos, compuestos nitrogenados,
fracciones extraíbles presentes en la materia prima y otros
componentes de menor interés para la finalidad de esta patente.
Alternativa o complementariamente, pueden generarse
xilooligosacáridos mediante enzimas con actividad xilanásica, que
pueden actuar sobre biomasa nativa conteniendo xilano, sobre
fracciones de biomasa enriquecidas en xilano por procesamiento
químico previo, o sobre disoluciones que procedan del
fraccionamiento químico de biomasa en donde aparezcan fracciones
poliméricas solubles derivadas del xilano. Información
complementaria sobre este tema puede encontrarse en los siguientes
artículos: Vázquez, M. J.; Alonso, J. L.; Domínguez, H.; Parajó, J.
C., Xylooligosaccharides. Manufacture and applications, Trends Food
Sci. Technol. 2000, 11, 387-393; y Moure, A.;
Gullón, P.; Domínguez, H.; Parajó, J. C., Advances in the
manufacture, purification and applications of xylooligosaccharides
as food additives and nutraceuticals, Proc. Biochem. 2006, 41,
1913-1923. Más específicamente, se han publicado
datos sobre la producción de xilooligosacáridos por la acción
directa de xilanasas sobre zuros de maíz (Katapodis, P.;
Christakopoulos, P., Enzymic production of feruloyl
xylooligosaccharides from corn cobs by a family 10 xylanase from
Thermoascus aurantiacus, LWT - Food Sci. Technol. 2008, 41,
1239-1243), por tratamiento directo de materiales
lignocelulósicos en medio acuoso (Carvalheiro, F.; Garrote, G.;
Parajó, J. C.; Pereira, H.; Girio, F. M., Kinetic modeling of
brewery's spent grain autohydrolysis, Biotechnol. Prog. 2005, 21,
233-243; Garrote, G.; Domínguez, H.; Parajó, J. C.,
Production of substituted oligosaccharides by hydrolytic processing
of barley husks, Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43,
1608-1614) y por procesamiento enzimático de licores
de autohidrólisis (Vegas, R.; Alonso, J. L.; Domínguez, H.; Parajó,
J. C., Enzymatic processing of rice husk autohydrolysis products for
obtaining low molecular weight oligosaccharides, Food Biotechnol.
2008, 22, 31-46; Vázquez, M. J.; Alonso, J. L.;
Domínguez, H.; Parajó, J. C., Enzymatic processing of crude
xylooligomer solutions obtained by autohydrolysis of Eucalyptus
wood, Food Biotechnol. 2002, 16, 91-105).
Los xilooligosacáridos se obtienen en medios que
también contienen otros productos no deseados. Esto es
particularmente cierto en los casos donde los xilooligosacáridos se
obtienen por métodos basados en el procesamiento químico de biomasa
vegetal nativa, donde la composición de los medios puede ser muy
compleja. Puede encontrarse información sobre este punto en las
siguientes referencias: Garrote, G.; Kabel, M. A.; Schols, H. A.;
Falqué, E.; Domínguez, H.; Parajó, J. C., Effects of Eucalyptus
globulus wood autohydrolysis conditions on the reaction
products. J. Agric. Food Chem. 2007, 55, 9006-9013;
y Garrote, G.; Falqué, E.; Domínguez, H.; Parajó, J. C.,
Autohydrolysis of agricultural residues: study of reaction
byproducts, Biores. Technol. 2007, 98,
1951-1957.
Para obtener xilooligosacáridos de calidad
alimentaria se necesita purificar los productos de reacción,
aplicando distintos procedimientos físico-químicos,
como los que se incluyen en las siguientes referencias: Parajó, J.
C.; Domínguez, H.; Alonso, J. L.; Vázquez, M. J.; Garrote, G.,
Proceso para la purificación de oligosacáridos obtenidos a partir de
biomasa, Patente española con número de solicitud P200102313, fecha
de solicitud 22.10.2001, fecha de aplicación: 01.07.2003; Vázquez,
M. J.; Alonso, J. L.; Domínguez, H.; Parajó, J. C., Production and
refining of soluble products from Eucalyptus globulus
glucuronoxylan, Collect. Czech. Chem. Comm. 2007, 72,
307-320; Vázquez, M. J.; Alonso, J. L.; Domínguez,
H.; Parajó, J. C., Enhancing the potential of oligosaccharides from
corncob autohydrolysis as prebiotic food ingredients, Ind. Crops
Prod. 2006, 24, 152-159; Vázquez, M. J.; Garrote,
G.; Alonso, J. L.; Domínguez, H.; Parajó, J. C., Refining of
autohydrolysis liquors for manufacturing xylooligosaccharides:
evaluation of operational strategies, Biores. Technol. 2005, 96,
889-896.
La bibliografía científica y técnica está
prestando una atención creciente a la aplicación de tecnologías de
membrana para la generación de xilooligosacáridos (Freixo, M. R.;
Norberta de Pinho, M., Enzymatic hydrolysis of beechwood xylan in a
membrane reactor, Desalination, 2002, 149, 237-242;
González-Muñoz, M. J.; Domínguez, H.; Parajó, J. C.,
Depolymerization of xylan-derived products in an
enzymatic membrane reactor, J. Membr. Sci. 2008, 320,
224-231), para su concentración (Yuan, Q. P.; Zhang,
H.; Qian, Z. M.; Yang, X. J., Pilot-plant production
of xylo-oligosaccharides from corncob by sleaming,
enzymatic hydrolysis and nanofiltration, J. Chem. Technol.
Biotechnol. 2004, 79, 1073-1079) o para su
purificación (Vegas, R.; Moure, A.; Domínguez, H.; Parajó, J. C.;
Álvarez, J. R.; Luque, S., Purification of oligosaccharides from
rice husk autohydrolysis liquors by ultra- and
nano-filtration, Desalination 2006, 199,
541-543; Vegas, R.; Alonso, J. L.; Domínguez, H.;
Parajó, J. C., Manufacture and refining of oligosaccharides from
industrial solid wastes, Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44,
614-620; Vegas, R.; Luque, S.; Álvarez, J. R.;
Alonso, J. L.; Domínguez, H.; Parajó, J. C.,
Membrane-assisted processing of
xylooligosaccharide-containing liquors, J. Agric.
Food Chem. 2006, 54, 5430-5436; Gullón, P.;
González-Muñoz, M. J.; Domínguez, H.; Parajó, J. C.,
Membrane processing of liquors from Eucalyptus globulus
autohydrolysis, J. Food Eng. 2008, 87, 257-265). No
se ha encontrado información bibliográfica sobre la purificación de
xilooligosacáridos por procesos basados en diafiltración, un modo de
operación que presenta ventajas respecto a otras alternativas de
procesamiento con membranas, al mejorar la purificación, limitar la
polarización por concentración (con el consecuente aumento del flujo
de permeado), y disminuir el consumo energético y el gasto de
disolvente.
La diafiltración es un modo de operación en que
se lleva a cabo una ultrafiltración o nanofiltración con aporte de
disolvente añadido. El disolvente puede añadirse continuamente con
el mismo caudal que el permeado (modo de operación que se conoce
como diafiltración a volumen constante), añadirse continuamente con
un caudal menor que el del permeado (modo de operación que se conoce
como diafiltración a volumen variable), o bien añadirse por lotes a
tiempos de operación determinados (modo de operación que se conoce
como diafiltración discontinua). Cualquiera de estos modos de
operación resulta aplicable a la invención que se reivindica. La
bibliografía cita aplicaciones de la diafiltración en los siguientes
campos: aislamiento de hemicelulosas (Krawczyk, H.; Persson, T.;
Andersson, A.; Jönsson, A. S., Isolation of hemicelluloses from
barley husks, Food Bioprod. Proc. 2008, 86, 31-36;
Andersson, A.; Persson, T.; Zacchi, G.; Staalbrand, H.; Joensson, A.
S., Comparison of diafiltration and size-exclusion
chromatography to recover hemicelluloses from process water from
thermomechanical pulping of spruce, Appl. Biochem. Biotechnol. 2007,
137-140, 971-983), refinado de
medios fermentativos (Wang, L.; Yang, G.; Xing, W.; Xu, N.,
Mathematic model of the yield for diafiltration processes, Sep.
Purif. Technol. 2008, 59, 206-213), separación de
polifenoles y azúcares (Wei, D. S.; Hossain, M.; Saleh, Z. S.,
Separation of polyphenolics and sugar by ultrafiltration: effects of
operating conditions on fouling and diafiltration, Int. J. Chem.
Biomolec. Eng. 2008, 1, 10-17), desmineralización de
permeados de leche y suero (Suárez, E.; Lobo, A.;
Álvarez-Blanco, S.; Riera, F. A.; Álvarez, R.,
Utilization of nanofiltration membranes for whey and milk
ultrafiltration permeate demineralization, Desalination 2006, 199,
345-347), recuperación de oligosacáridos a partir de
leche (Martinez-Ferez, A.; Guadix, A.; Guadix, E.
M., Recovery of caprine milk oligosaccharides with ceramic
membranes, J. Membr. Sci. 2006, 276, 23-30), y
purificación de mezclas de galactooligosacáridos comerciales
(Goulas, A. K.; Kapasakalidis, P. G.; Sinclair, H. R.; Rastall, R.
A.; Grandison, A. S., Purification of oligosaccharides by
nanofiltration, J. Membr. Sci. 2002, 209, 321-335).
Ninguna de estas aplicaciones se solapa con la purificación de
xilooligosacáridos contenidos en medios de hidrólisis de biomasa,
tema objeto de esta invención.
Cabe destacar que, una vez purificados, los
xilooligosacáridos tienen carácter de moléculas bioactivas, con
poder prebiótico y con otras propiedades biológicas que dependen de
su naturaleza química (particularmente, del grado de sustitución,
tipo de sustituyentes y distribución de pesos moleculares). Puede
encontrase información sobre estos temas en las referencias Vázquez,
M. J.; Alonso, J. L.; Domínguez, H.; Parajó, J. C.,
Xylooligosaccharides. Manufacture and applications, Trends Food Sci.
Technol. 2000, 11, 387-393; y Moure, A.; Gullón, P.;
Domínguez, H.; Parajó, J. C., Advances in the manufacture,
purification and applications of xylooligosaccharides as food
additives and nutraceuticals, Proc. Biochem. 2006,
41,1913-1923.
En base a lo anterior, resulta de interés un
proceso de purificación de disoluciones en donde los
xilooligosacáridos estuviesen en presencia de compuestos no
deseados, y que deberían ser eliminados para permitir la aplicación
de los mencionados xilooligosacáridos para fines alimentarios. Para
ello, la presente invención se centra en un proceso formado por
tratamientos físico-químicos, en los que la
diafiltración juega un papel fundamental para conseguir un grado de
pureza que permita desarrollar aplicaciones en el ámbito
alimentario.
El proceso considerado consiste en someter a los
licores de degradación hidrolítica de hemicelulosas de materiales
lignocelulósicos ricos en xilano a una secuencia de etapas de
purificación, según el Proceso 1 o el Proceso 2 que se describen a
continuación.
El Proceso 1, destinado principalmente a la
purificación de medios conteniendo xilooligosacáridos, de modo que
se obtengan productos de bajo peso molecular, consta de:
- a)
- una o varias etapas de concentración (opcionales, llevadas a cabo por evaporación a vacío, evaporación rotatoria, ultrafiltración operando en modo concentración o nanofiltración operando en modo concentración, de modo que se obtenga una disolución concentrada en xilooligosacáridos),
- b)
- una o varias etapas de diafiltración de los licores originales o de los concentrados obtenidos en el apartado a), para eliminar componentes no deseados de bajo peso molecular,
- c)
- procesamiento de los licores diafiltrados obtenidos en el apartado b) en una o varias etapas (opcionales) de ultrafiltración o nanofiltración, operando en modo concentración, de modo que se obtenga una disolución concentrada en xilooligosacáridos,
- d)
- una etapa de tratamiento de los medios concentrados obtenidos en las condiciones de los apartados b) ó c) con enzimas que presenten actividad xilanásica, a fin de reducir el grado de polimerización de los xilooligosacáridos,
- e)
- procesamiento del medio de reacción obtenido en las condiciones del apartado d) mediante una o varias etapas de ultrafiltración, nanofiltración o diafiltración, de modo que se obtenga una disolución concentrada en xilooligosacáridos,
- f)
- tratamiento (opcional) de las disoluciones refinadas obtenidas en el apartado e) con adsorbentes y/o resinas de cambio iónico, en una o varias etapas, para eliminar compuestos no-sacáridos presentes en el medio,
- g)
- deshidratación de las disoluciones obtenidas en el apartado f) por tecnologías convencionales, como la evaporación a vacío, la liofilización o la atomización, para obtener producto sólido purificado conteniendo xilooligosacáridos.
\vskip1.000000\baselineskip
El Proceso 2, destinado principalmente a la
purificación de medios conteniendo xilooligosacáridos de alto grado
de polimerización, consta de:
- a)
- una o varias etapas de concentración (opcionales, llevadas a cabo por evaporación a vacío, evaporación rotatoria, ultrafiltración operando en modo concentración o nanofiltración operando en modo concentración, de manera que se obtenga una disolución concentrada en xilooligosacáridos); haciéndose notar que si se emplean ultrafiltración o nanofiltración para fines de concentración, la membrana debe poseer un tamaño molecular de corte suficientemente pequeño para limitar las pérdidas de xilooligosacáridos en el permeado,
- b)
- tratamiento de los medios originales o de los licores concentrados que surgen del procesamiento indicado en el apartado a) por diafiltración a volumen constante, a volumen variable o discontinua, empleando membranas con un tamaño de corte adecuado para permitir el paso a su través de impurezas de bajo peso molecular, reteniendo los oligosacáridos con grados de polimerización por encima de un valor definido,
- c)
- procesamiento de los licores retenidos operando en las condiciones del apartado b) en una o varias etapas (opcionales) de ultrafiltración o nanofiltración, operando en modo concentración, de modo que se obtenga una disolución concentrada en xilooligosacáridos,
- d)
- tratamiento (opcional) del retenido obtenido en los apartados b) ó c) con adsorbentes y/o resinas de cambio iónico, en una o varias etapas, para eliminar compuestos no-sacáridos presentes en el medio,
- e)
- la deshidratación de las disoluciones obtenidas en los apartados b), c) ó d) por tecnologías convencionales, como la evaporación a vacío, la liofilización o la atomización, para obtener un producto sólido purificado conteniendo xilooligosacáridos.
\vskip1.000000\baselineskip
Un posible modo de realización del Proceso 1 se
describe a continuación en el Ejemplo 1.
Se parte de licores del procesamiento acuoso de
cáscaras de arroz, obtenidos en las condiciones de operación
recomendadas en el artículo siguiente:
González-Muñoz, M. J.; Domínguez, H.; Parajó, J.
C., Depolymerization of xylan-derived products in an
enzymatic membrane reactor, J. Membr. Sci. 2008, 320,
224-231, con la salvedad de que el procesamiento
hidrotérmico se realizó isotérmicamente a 185ºC durante 20 minutos.
La composición de los licores se midió empleando los métodos
descritos en la misma referencia, llegándose a los siguientes
resultados de concentración (medidos como gramos de componente por
cada 100 g de solutos no volátiles): glucosa 0.68, xilosa 2.92,
arabinosa 3.53, ácido acético 3.80, glucooligosacáridos (medidos
como glucosa) 9.03, xilooligosacáridos (medidos como xilosa) 43.1,
sustituyentes arabinosil (medidos como arabinosa) 2.35,
sustituyentes acetilo (medidos como ácido acético) 2.90,
sustituyentes urónicos (medidos como ácido galacturónico) 4.26,
otros componentes no volátiles 31.25. Empleando agua como disolvente
añadido, los licores se sometieron a diafiltración continua, hasta
llegar a una relación de 1 volumen de disolvente añadido/volumen
inicial. La composición del concentrado resultante se midió
empleando los métodos a los que se aludió anteriormente, llegándose
a los siguientes resultados de concentración (medidos como gramos de
componente por cada 100 g de solutos no volátiles): glucosa 0.39,
xilosa 1.38, arabinosa 1.63, ácido acético 1.70, glucooligosacáridos
(medidos como glucosa) 11.2, xilooligosacáridos (medidos como
xilosa) 48.2, sustituyentes arabinosil (medidos como arabinosa)
2.65, sustituyentes acetilo (medidos como ácido acético) 3.57,
sustituyentes urónicos (medidos como ácido galacturónico) 4.93,
otros componentes no volátiles 26.04. Esta disolución se concentró
empleando una membrana de nanofiltración hasta obtener una relación
volumen final/volumen inicial de 5, obteniéndose un concentrado con
la siguiente composición: glucosa 0.20, xilosa 0.42, arabinosa 0.43,
ácido acético 0.41, glucooligosacáridos (medidos como glucosa) 13.1,
xilooligosacáridos (medidos como xilosa) 53.8, sustituyentes
arabinosil (medidos como arabinosa) 3.34, sustituyentes acetilo
(medidos como ácido acético) 4.20, sustituyentes urónicos (medidos
como ácido galacturónico) 5.21, otros componentes no volátiles
19.34. Esta disolución se empleó para llevar a cabo una etapa de
hidrólisis enzimática con xilanasas comerciales (manteniendo una
actividad de 685 Unidades Internacionales/kg licor en medio a pH 7),
que se prolongó durante 48 horas a 55ºC. El medio de reacción se
sometió a ultrafiltración operando en modo concentración,
obteniéndose un permeado con las siguientes concentraciones (medidas
como gramos de componente por cada 100 g de solutos no volátiles):
glucosa 1.06, xilosa 0.79, arabinosa 0.70, ácido acético 1.27,
glucooligosacáridos (medidos como glucosa) 13.2, xilooligosacáridos
(medidos como xilosa) 60.9, sustituyentes arabinosil (medidos como
arabinosa) 3.34, sustituyentes acetilo (medidos como ácido acético)
4.33, sustituyentes urónicos (medidos como ácido galacturónico)
4.88, otros componentes no volátiles 10.8. Esta disolución se puso
en contacto con la resina comercial IRA-96
(cambiadora de aniones), operando con una relación másica de 15 g
licor/g resina, obteniéndose una disolución con la siguiente
composición (medida como gramos de componente por cada 100 g de
solutos no volátiles): glucosa 1.07, xilosa 0.60, arabinosa 0.81,
ácido acético 2.16, glucooligosacáridos (medidos como glucosa) 14.6;
xilooligosacáridos (medidos como xilosa) 68.2; sustituyentes
arabinosil (medidos como arabinosa) 2.88; sustituyentes acetilo
(medidos como ácido acético) 3.85, sustituyentes urónicos (medidos
como ácido galacturónico) 4.85, otros componentes no volátiles 3.16.
La disolución resultante se liofilizó, obteniéndose un polvo
blanco-amarillento. Puede observarse que la suma de
xilooligosacáridos y sus sustituyentes (grupos arabinosil, grupos
acetilo, grupos urónicos) ha aumentado su proporción respecto al
total de solutos no volátiles desde un 59.4% en los licores crudos
de autohidrólisis hasta un 79.8% en el producto final. Si se
considera también la presencia de glucooligosacáridos, que
potencialmente pueden tener propiedades prebióticas, la proporción
de oligosacáridos totales (glucooligosacáridos y xilooligosacáridos
sustituidos) respecto al total de solutos no volátiles aumenta desde
un 70.6% en los licores crudos de autohidrólisis hasta el 94.4% en
el producto final. Estos datos ponen de manifiesto los efectos de
purificación obtenidos con el proceso que se reivindica, y que
suponen la eliminación selectiva de monosacáridos y de otros
componentes no deseados. A fin de confirmar el carácter prebiótico
de los productos purificados obtenidos en el Ejemplo 2, éstos se
emplearon como fuente de carbono para el cultivo de las mismas cepas
de bacterias probióticas citadas en el Ejemplo 1, elaborándose
medios de cultivo en condiciones de anaerobiosis que contenían 5 g/L
de extracto de levadura, 5 g/L de peptona y 10 g/L del producto
liofilizado obtenido en el Ejemplo 2. Se tomaron alícuotas de este
medio, que se depositaron en tubos de cultivo herméticos antes de su
esterilización en autoclave. Posteriormente, se inocularon con las
bacterias anteriormente citadas y se incubaron a 37ºC sin agitación.
Al cabo de 12 y 24 horas se realizaron recuentos de células al
microscopio, que confirmaron la susceptibilidad de las fuentes de
carbono empleadas para el crecimiento celular. En una serie de
experimentos adicional, se llevaron a cabo fermentaciones utilizando
las mismas condiciones de cultivo que las descritas en el párrafo
anterior, pero empleando como inoculo heces humanas. Al cabo de 96
horas de incubación se procedió al análisis de las muestras por
Cromatografía Líquida de Alta Eficacia (según el procedimiento
citado con anterioridad), confirmándose el consumo completo de
oligosacáridos.
Un posible modo de realización del Proceso 2 se
describe a continuación en el Ejemplo 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Se parte de licores del procesamiento acuoso de
madera de eucalipto, obtenidos en las condiciones de operación
recomendadas en el artículo siguiente: Gullón, P.;
González-Muñoz, M. J.; Domínguez, H.; Parajó, J. C.;
Membrane processing of liquors from Eucalyptus globulus
autohydrolysis, J. Food Eng. 2008, 87, 257-265; con
la salvedad de que se realizó un pretratamiento acuoso a 130ºC para
eliminar extractos, y que la temperatura máxima del tratamiento
hidrolítico de las hemicelulosas se fijó en 175ºC. La composición de
los licores se midió empleando los métodos descritos en la misma
referencia, llegándose a los siguientes resultados de concentración
(medidos como gramos de componente por cada 100 g de solutos no
volátiles): glucosa 0.31, xilosa 5.29, arabinosa 2.04, ácido acético
1.82, glucooligosacáridos (medidos como glucosa) 1.71,
xilooligosacáridos (medidos como xilosa) 53.1, sustituyentes acetilo
(medidos como ácido acético) 12.5, sustituyentes urónicos (medidos
como ácido galacturónico) 16.5, otros componentes no volátiles 8.55.
Empleando agua como disolvente añadido, los licores se sometieron a
diafiltración discontinua en 3 etapas sucesivas, en que se
alcanzaron relaciones de volúmenes de concentración de 1.67, 1.67 y
3.35 volúmenes de retenido/volumen inicial, respectivamente. La
composición del concentrado resultante se midió empleando los
métodos a los que se aludió anteriormente, llegándose a los
siguientes resultados de concentración (medidos como gramos de
componente por cada 100 g de solutos no volátiles): glucosa 0.04,
xilosa 1.29, arabinosa 0.44, ácido acético 0.31, glucooligosacáridos
(medidos como glucosa) 2.52, xilooligosacáridos (medidos como
xilosa) 67.4, sustituyentes acetilo (medidos como ácido acético)
14.5, ácidos urónicos y otros componentes no volátiles, 12.99). A
continuación, se realizó una etapa de adsorción con la resina
comercial IRA-96 (cambiadora de aniones), operando
con una relación másica de 7.5 g licor/g resina. La composición de
la disolución (medida como gramos de componente por cada 100 g de
solutos no volátiles) fue la siguiente: glucosa 0.002, xilosa 1.89,
arabinosa 0.65, ácido acético 0.21, glucooligosacáridos (medidos
como glucosa) 4.43, xilooligosacáridos (medidos como xilosa) 67.4,
sustituyentes acetilo (medidos como ácido acético) 14.5,
sustituyentes urónicos (medidos como ácido galacturónico) 7.45,
otros componentes no volátiles 3.7. Puede observarse que la suma de
xilooligosacáridos y sus sustituyentes (grupos arabinosil, grupos
acetilo, grupos urónicos) ha aumentado su proporción respecto al
total de solutos no volátiles desde 82.1% en los licores crudos de
autohidrólisis hasta 89.6% en los productos finales. Si se considera
también la presencia de glucooligosacáridos, que potencialmente
pueden tener propiedades prebióticas, la proporción de
oligosacáridos totales (glucooligosacáridos y xilooligosacáridos
sustituidos) respecto al total de solutos no volátiles aumenta desde
un 83.8% en los licores crudos de autohidrólisis hasta un 94%. Estos
datos ponen de manifiesto los efectos de purificación obtenidos con
el proceso que se reivindica, y que suponen la eliminación selectiva
de monosacáridos y de otros componentes no deseados. A fin de
confirmar el carácter prebiótico de los productos purificados, éstos
se emplearon como fuente de carbono para el cultivo de cepas de
bacterias probióticas (Bifidobacterium adolescentis CECT
5781, equivalente a ATCC 15703; Bifidobacterium longum CECT
4503, equivalente a ATCC 15707; Bifidobacterium infantis CECT
4551, equivalente a ATCC 15697; y Bifidobacterium breve CECT
4839, correspondiente a ATCC 15700). Todas las cepas se obtuvieron
de la Colección Española de Cultivos Tipo (CECT, Valencia, España).
En condiciones de anaerobiosis, se elaboraron medios de cultivo
conteniendo 5 g/L de extracto de levadura, 5 g/L de peptona y 10 g/L
del producto liofilizado obtenido en el proceso. Se tomaron
alícuotas de este medio, que se depositaron en tubos de cultivo
herméticos antes de su esterilización en autoclave. Posteriormente,
se inocularon con las bacterias anteriormente citadas y se incubaron
a 37ºC sin agitación. Al cabo de 12 y 24 horas se realizaron
recuentos de células al microscopio, que confirmaron la
susceptibilidad de las fuentes de carbono empleadas para el
crecimiento celular. En una nueva serie de experimentos, se llevaron
a cabo fermentaciones utilizando las mismas condiciones de cultivo
que las descritas anteriormente, pero empleando como inoculo heces
humanas. Al cabo de 96 horas de incubación se procedió al análisis
de las muestras por Cromatografía Líquida de Alta Eficacia (según el
procedimiento citado con anterioridad) lo que reveló el consumo
completo de oligosacáridos.
Claims (2)
1. El proceso de purificación de oligosacáridos
contenidos en los licores de degradación hidrolítica de
hemicelulosas de materiales lignocelulósicos ricos en xilano
consistente en: una o varias etapas de concentración (opcionales),
tratamiento de los medios originales o de los licores concentrados
que surgen del procesamiento indicado anteriormente por
diafiltración, procesamiento (opcional) de los licores retenidos en
una o varias etapas de ultrafiltración o nanofiltración, tratamiento
de los medios procesados con enzimas que presenten actividad
xilanásica, procesamiento del medio de reacción así obtenido en una
o varias etapas de ultrafiltración, nanofiltración o diafiltración,
de modo que se obtenga una disolución concentrada en
xilooligosacáridos (esta etapa puede ser evitada si se desean
xilooligosacáridos de alto grado de polimerización), tratamiento
(opcional) de los correspondientes concentrados con adsorbentes y/o
resinas de cambio iónico en una o varias etapas, y deshidratación de
las disoluciones para obtener un producto sólido purificado
conteniendo xilooligosacáridos
2. La utilización de los productos purificados
obtenidos según el proceso descrito en la reivindicación 1 como
ingredientes alimentarios con propiedades prebióticas, aplicables a
la alimentación humana o animal.
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| ES200900117A ES2346124B2 (es) | 2009-01-15 | 2009-01-15 | Proceso para la purificacion de xilooligosacaridos basado en el empleo de la diafiltracion. |
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| ES200900117A ES2346124B2 (es) | 2009-01-15 | 2009-01-15 | Proceso para la purificacion de xilooligosacaridos basado en el empleo de la diafiltracion. |
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ID=42760671
Family Applications (1)
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| ES200900117A Active ES2346124B2 (es) | 2009-01-15 | 2009-01-15 | Proceso para la purificacion de xilooligosacaridos basado en el empleo de la diafiltracion. |
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|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6329182B1 (en) * | 1997-11-26 | 2001-12-11 | Novozymes A/S | Method of producing oligosaccharide syrups, a system for producing the same and oligosaccharide syrups |
-
2009
- 2009-01-15 ES ES200900117A patent/ES2346124B2/es active Active
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| GOULAS, A.K., et al. Purification of oligosaccharides by nanofiltration. Journal of Membrane Science. 2002. N$^{o}$ 209, pp. 321-335. Ver Abstract, Introduction y pp. 331 (punto 4.3). * |
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| VÁZQUEZ, M.J. et al. Enzymatic processing of crude xylooligomer solution obtained by autohydrolysis of eucaliptus wood. 2002. Vol. 16, n$^{o}$ 2, pp. 91-105. Ver Abstract e Introduction. * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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