ES2813123A1 - Method for obtaining an extract with anti-hypertensive, antihyperlipidemic and antioxidant properties (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Método para la obtención de un extracto con propiedades anti-hipertensivas, antihiperlipidémicas y antioxidantes.Method for obtaining an extract with anti-hypertensive, antihyperlipidemic and antioxidant properties.
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR
La presente invención se encuadra dentro del ámbito de la biotecnología y se refiere a un extracto de Artrospira sp. con una base peptídica, así como a su procedimiento de obtención. El extracto es útil para elaborar composiciones con actividad antihipertensiva, antioxidante, y/o anti-hiperlipidémica de aplicación en la industria alimentaria, cosmética o farmacéutica.The present invention falls within the field of biotechnology and relates to an extract of Artrospira sp. with a peptide base, as well as its procedure for obtaining it. The extract is useful for preparing compositions with antihypertensive, antioxidant, and / or anti-hyperlipidemic activity for application in the food, cosmetic or pharmaceutical industry.
ESTADO DE LA TÉCNICASTATE OF THE ART
Las microalgas son organismos vivos eucariotas que presentan una considerable fuente de biocomponentes de alto valor para diversos campos industriales. Las cianobacterias, por otro lado, son organismos procariotas y, aunque no presentan la misma estructura celular, comparten ciertas características funcionales y por ello también son conocidas como algas verdeazuladas. La espirulina como ingrediente o suplemento dietético es elaborado a base de cianobacterias del género Arthrospira, sobre todo las especies Arthrospira platensis y Arthrospira máxima (antes conocidas como Spirulina platensis y Spirulina máxima). Estas cianobacterias filamentosas se consideran los mayores componentes del fitoplancton presente en océanos y aguas marinas (Setchell & N.L.Gardner. Spirulina máxima, pp 923, Published in: Geitler, L., Cyanophyceae. In: Kryptogamen-Flora von Deutschland, Osterreich und der Schweiz. Ed. 2. Rabenhorst, L. Eds. 1932, 14:673-1196, i-[vi]. Leipzig: Akademische Verlagsgesellschaft).Microalgae are eukaryotic living organisms that present a considerable source of high-value biocomponents for various industrial fields. Cyanobacteria, on the other hand, are prokaryotic organisms and, although they do not have the same cellular structure, they share certain functional characteristics and therefore are also known as blue-green algae. Spirulina as an ingredient or dietary supplement is made from cyanobacteria of the genus Arthrospira, especially the species Arthrospira platensis and Arthrospira maxima (formerly known as Spirulina platensis and Spirulina maxima). These filamentous cyanobacteria are considered the major components of phytoplankton present in oceans and marine waters (Setchell & NLGardner. Spirulina maximum, pp 923, Published in: Geitler, L., Cyanophyceae. In: Kryptogamen-Flora von Deutschland, Osterreich und der Schweiz. Ed. 2. Rabenhorst, L. Eds. 1932, 14: 673-1196, i- [vi]. Leipzig: Akademische Verlagsgesellschaft).
La espirulina es un organismo de alto contenido proteico, en torno al 60%, que cultivada en condiciones de stress puede alcanzar hasta el 77% de su peso seco (Biotechnology, Agronomy, Society and Environment, 2017, 20(3): 1-9; J. of Aquatic Research, 2012, 40(3): 763-771), y que además presenta componentes de interés diverso como aminoácidos esenciales, minerales, antioxidantes, vitaminas (en mayor proporción vitamina B), ácidos grasos esenciales, carbohidratos y esteroles, entre otros. También se ha demostrado que contiene pigmentos azules en su estructura, como la ficocianina, que contribuyen al aumento del contenido proteico y férrico en su composición. El consumo de espirulina tiene propiedades beneficiosas para la salud (antiviral, antiinflamatoria, antimicrobiana), además del efecto positivo en el sistema inmune tanto animal como humano. Diversos estudios han demostrado su inocuidad y seguridad en el consumo y su mínima citotoxicidad, además de no producir toxinas como microcistinas. Por ello, y debido a su seguridad, este microorganismo se clasifica como ingrediente de complementos dietéticos de Clase A por la Farmacopea norteamericana (United States Pharmacopeia and National Formulary (USP-NF)). No obstante, cada productor debe determinar la posible contaminación de espirulina con ciertas cantidades de otras algas productoras de microcistinas. Por ello, se ha visto la necesidad de establecer estándares que identifiquen las cantidades máximas permisibles de microcistinas en los productos comerciales a base de espirulina. (Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2011, 51:593-604).Spirulina is an organism with a high protein content, around 60%, which, when cultivated under stress conditions, can reach up to 77% of its dry weight (Biotechnology, Agronomy, Society and Environment, 2017, 20 (3): 1- 9; J. of Aquatic Research, 2012, 40 (3): 763-771), and which also has components of diverse interest such as essential amino acids, minerals, antioxidants, vitamins (in a higher proportion vitamin B), essential fatty acids, carbohydrates and sterols, among others. It has also been shown to contain blue pigments in its structure, such as phycocyanin, which contribute to the increase in protein and iron content in its composition. Consuming spirulina has beneficial health properties (antiviral, anti-inflammatory, antimicrobial), in addition to the positive effect on both the animal and human immune systems. Several studies have demonstrated its innocuousness and safety in consumption and its minimal cytotoxicity, in addition to not producing toxins such as microcystins. For this reason, and due to its safety, this microorganism is classified as a Class A dietary supplement ingredient by the United States Pharmacopeia and National Formulary ( USP-NF). However, each producer must determine the possible contamination of spirulina with certain amounts of other microcystin-producing algae. Therefore, it has been seen the need to establish standards that identify the maximum allowable amounts of microcystins in commercial spirulina-based products. (Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2011, 51: 593-604).
La estructura de la envoltura de las bacterias Gram (-), como el caso de espirulina, está formada por dos polímeros complejos: peptidoglicanos y lipopolisacáridos. Los peptidoglicanos están formados por disacáridos y tetrapéptidos. Estos últimos se unen entre ellos y da lugar a una estructura rígida y covalente que rodea toda la célula. Por su parte, los lipopolisacáridos se componen de lípido A y de una cadena de polisacárido compleja. La envoltura celular dificulta la extracción de los lípidos intracelulares, almacenados en forma de compartimentos subcelulares denominados cuerpos lipídicos, gotas lipídicas u oleosomas (Appl. Biochem. Biotechnol. 2011, 164 (7): 1215-1224). Estos están formados por un núcleo de lípidos neutros rodeado de una monocapa lípidica o membrana envuelta por proteínas (Proteomics 2011, 11(21): 4266-4273). Una efectiva extracción de lípidos requiere la destrucción de las estructuras celular y subcelular (J. Agric. Food Chem. 2012, 60(47):11771-11776).The envelope structure of Gram (-) bacteria, like spirulina, is made up of two complex polymers: peptidoglycans and lipopolysaccharides. Peptidoglycans are made up of disaccharides and tetrapeptides. The latter join together and give rise to a rigid and covalent structure that surrounds the entire cell. For their part, lipopolysaccharides are composed of lipid A and a complex polysaccharide chain. The cell envelope makes it difficult to extract intracellular lipids, stored in the form of subcellular compartments called lipid bodies, lipid droplets or oleosomes (Appl. Biochem. Biotechnol. 2011, 164 (7): 1215-1224). These are formed by a nucleus of neutral lipids surrounded by a lipid monolayer or membrane enveloped by proteins (Proteomics 2011, 11 (21): 4266-4273). An effective lipid extraction requires the destruction of cellular and subcellular structures (J. Agric. Food Chem. 2012, 60 (47): 11771-11776).
Existen diferentes métodos de extraer los biocomponentes de biomasas vegetales. Los más eficaces incluyen una etapa de disgregación de la biomasa previa a la etapa de recuperación de los biocomponentes. La disgregación de la biomasa aumenta notablemente los rendimientos extractivos, y cuando esta produce la ruptura de la membrana celular permite la recuperación de biocompuestos intracelulares. El tratamiento de la biomasa previo a la extracción de los péptidos de interés tiene gran influencia en el producto obtenido, distintos tratamientos generan distintos extractos con propiedades diferentes. Diferentes extracciones con asistencia enzimática rinden distintos extractos con diferente composición, que es función del tipo de biocatalizador y condiciones del bioproceso. There are different methods of extracting biocomponents from plant biomass. The most efficient ones include a biomass breakdown stage prior to the biocomponent recovery stage. The disintegration of the biomass notably increases the extractive yields, and when it causes the rupture of the cell membrane, it allows the recovery of intracellular biocomposites. The treatment of the biomass prior to the extraction of the peptides of interest has a great influence on the product obtained, different treatments generate different extracts with different properties. Different extractions with enzymatic assistance yield different extracts with different composition, which is a function of the type of biocatalyst and conditions of the bioprocess.
Así, en un estudio realizado por Zhang y Zhang (Biotechnol Prog., 2013, 29(5): 1230-8) se obtienen extractos de péptidos con actividad antitumoral mediante el tratamiento de una biomasa de espirulina en dos etapas. En una primera etapa se extraen proteínas de la biomasa de espirulina mediante ciclos de congelación/descongelación y aplicación de ultrasonidos, y en una segunda etapa estas se hidrolizan enzimáticamente mediante un tratamiento enzimático múltiple con las enzimas tripsina, alcalasa, papaína, y pepsina.Thus, in a study carried out by Zhang and Zhang (Biotechnol Prog., 2013, 29 (5): 1230-8) extracts of peptides with antitumor activity are obtained by treating a spirulina biomass in two stages. In a first stage, proteins are extracted from the spirulina biomass by means of freezing / thawing cycles and the application of ultrasound, and in a second stage they are enzymatically hydrolyzed by means of a multiple enzymatic treatment with the enzymes trypsin, alcalase, papain, and pepsin.
Por otro lado, se describe el péptido Ile-Gln-Pro con actividad antihipertensiva (J. Agric. Food Chem. 2010; 58: 7166-7171), obtenido por un método que comprende una primera etapa en la que la espirulina se somete a ciclos de congelación/descongelación junto con ultrasonidos para romper las células, y una posterior etapa de hidrólisis enzimática llevada a cabo con la enzima alcalasa.On the other hand, the peptide Ile-Gln-Pro with antihypertensive activity is described (J. Agric. Food Chem. 2010; 58: 7166-7171), obtained by a method that comprises a first stage in which spirulina is subjected to cycles of freezing / thawing together with ultrasound to break the cells, and a subsequent step of enzymatic hydrolysis carried out with the enzyme alkalase.
También se encuentra descrita la obtención de péptidos con actividad antioxidante a partir de espirulina (J. Microbiol Biotechnol. 2016; 26(7):1216-23). En este estudio se lleva a cabo la hidrólisis de la cianobacteria con la enzima proteasa K y la posterior extracción de los péptidos mediante ultracentrifugación y cromatografía en gel.The obtaining of peptides with antioxidant activity from spirulina has also been described (J. Microbiol Biotechnol. 2016; 26 (7): 1216-23). In this study, the hydrolysis of the cyanobacteria with the enzyme protease K and the subsequent extraction of the peptides by ultracentrifugation and gel chromatography is carried out.
Además, es conocido el efecto anticolesterolémico de la espirulina (J. Nutr. Sci. Vitaminol 2010; 56(1): 34-40) y más concretamente de la molécula entera de C-ficocianina obtenida a partir de dicha cianobacteria (J. Nutr. 2005 Oct;135(10): 2425-30).Furthermore, the anticolesterolemic effect of spirulina is known (J. Nutr. Sci. Vitaminol 2010; 56 (1): 34-40) and more specifically of the entire molecule of C-phycocyanin obtained from said cyanobacteria (J. Nutr 2005 Oct; 135 (10): 2425-30).
Si bien la espirulina es muy rica en proteínas, su asimilación no es siempre buena. La asimilación de algunos péptidos y biocomponentes de la espirulina, se ve afectada por su mayor o menor capacidad de degradación en el organismo. Así, la obtención de extractos a base de péptidos y aminoácidos resultantes de la degradación de la biomasa, particularmente mediante un tratamiento enzimático previo a su recuperación por extracción con disolventes, ha de suponer un gran avance en el diseño de procesos de obtención de extractos ricos en metabolitos altamente asimilables y de alta funcionalidad biológica.Although spirulina is very rich in protein, its assimilation is not always good. The assimilation of some peptides and biocomponents of spirulina is affected by its greater or lesser capacity for degradation in the body. Thus, obtaining extracts based on peptides and amino acids resulting from the degradation of biomass, particularly by means of an enzymatic treatment prior to their recovery by solvent extraction, must represent a great advance in the design of processes for obtaining rich extracts in highly assimilable metabolites with high biological functionality.
Por lo tanto, existe en el estado de la técnica la necesidad de seguir desarrollando extractos con nuevos componentes bioactivos generados a partir de degradaciones específicas y selectivas de la biomasa de espirulina, así como métodos de extracción de estos, analizando la posibilidad de obtención de rendimientos extractivos mayores que los métodos actualmente disponibles. Therefore, there is a need in the state of the art to continue developing extracts with new bioactive components generated from specific and selective degradations of spirulina biomass, as well as extraction methods for these, analyzing the possibility of obtaining yields. Extractives greater than currently available methods.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención proporciona un método para extraer biocomponentes de una biomasa vegetal, donde dicha biomasa es de espirulina, mediante una etapa de tratamiento enzimático de la biomasa con la enzima Alcalase® para degradar selectivamente componentes específicos de su membrana celular. Posteriormente, puede completarse con una segunda etapa de extracción y recuperación de sus biocomponentes y, opcionalmente, una etapa de concentración/purificación y secado del extracto. Dicho método da lugar a la obtención de un extracto con unas propiedades particulares, entre las que destaca una actividad antihipertensiva mucho más elevada que la obtenida en otros tratamientos enzimáticos de espirulina. Además, el extracto de la invención presenta también un amplio abanico de actividades: antioxidante, antihiperlipidémica (anti-hipertriglicerolémica e hipocolesterolémica).The present invention provides a method to extract biocomponents from a plant biomass, where said biomass is spirulina, through a step of enzymatic treatment of the biomass with the Alcalase® enzyme to selectively degrade specific components of its cell membrane. Subsequently, it can be completed with a second stage of extraction and recovery of its biocomponents and, optionally, a stage of concentration / purification and drying of the extract. Said method gives rise to obtaining an extract with particular properties, among which a much higher antihypertensive activity than that obtained in other spirulina enzymatic treatments stands out. Furthermore, the extract of the invention also has a wide range of activities: antioxidant, antihyperlipidemic (anti-hypertriglycerolémic and hypocholesterolemic).
El extracto es muy heterogéneo, conteniendo elevadas cantidades de aminoácidos y péptidos de bajo peso molecular junto con compuestos fenólicos, polifenoles e hidratos de carbono, y se diferencia de otros extractos por su mayor actividad antihipertensiva, además de mayor actividad/propiedad antioxidante y anti-hiperlipidémica (antihipertrigliceridémica y anti-hipercolesterolémica). La obtención de un extracto con una mayor efectividad proporciona diversas ventajas como la necesidad de una dosis menor para la obtención del mismo efecto y la consecuente disminución de posibles efectos secundarios. Por tanto, el extracto es útil para elaborar composiciones con actividad antihipertensiva, antioxidante, y/o anti-hiperlipidémica de aplicación en la industria alimentaria, cosmética o farmacéutica.The extract is very heterogeneous, containing high amounts of amino acids and low molecular weight peptides together with phenolic compounds, polyphenols and carbohydrates, and differs from other extracts due to its higher antihypertensive activity, as well as higher antioxidant and anti-oxidant activity / property. hyperlipidemic (antihypertriglyceridemic and anti-hypercholesterolemic). Obtaining an extract with greater effectiveness provides several advantages such as the need for a lower dose to obtain the same effect and the consequent reduction in possible side effects. Therefore, the extract is useful for preparing compositions with antihypertensive, antioxidant, and / or anti-hyperlipidemic activity for application in the food, cosmetic or pharmaceutical industry.
En un primer aspecto, la presente invención describe un método para la obtención de un extracto de Arthrospira sp., de aquí en adelante denominado "método de la invención”, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:In a first aspect, the present invention describes a method for obtaining an extract of Arthrospira sp., Hereinafter called "method of the invention", characterized in that it comprises the following steps:
a) incubar la biomasa de Arthrospira sp. en una disolución acuosa a un pH de entre 3 y 14 en presencia de la enzima Alcalase® ya) incubate the biomass of Arthrospira sp. in an aqueous solution at a pH between 3 and 14 in the presence of the Alcalase® enzyme and
b) separar la biomasa de la solución obtenida en la etapa (a) para obtener el extracto. b) separating the biomass from the solution obtained in step (a) to obtain the extract.
El término "extracto” hace referencia a la sustancia muy concentrada que se obtiene de una biomasa bacteriana, alga, planta, semilla u otro objeto por diversos procedimientos, del cual conserva sus propiedades. Dicho extracto está constituido por componentes de distinta naturaleza, característica que permite su separación en distintas fases, por ejemplo: oleosa u orgánica, acuosa y biomasa residual.The term "extract" refers to the highly concentrated substance that is obtained from a bacterial biomass, algae, plant, seed or other object by various procedures, of which it preserves its properties. Said extract is made up of components of different nature, characteristic that allows its separation into different phases, for example: oily or organic, aqueous and residual biomass.
El género Arthrospira comprende varias especies, entre las que se encuentran, sin limitar a, A. platensis y A. maxima, antes conocidas como Spirulina platensis y Spirulina maxima. En una realización particular, la biomasa de espirulina está compuesta de la especie A. platensis y A. máxima; más preferentemente de la especie A. platensis. A. platensis es una cianobacteria filamentosa pluricelular enrollada en hélice levógira, que crece de forma natural en lagos tropicales y subtropicales de África, Asia y Sudamérica con pH elevado y altas concentraciones de carbonato y bicarbonato; es cultivada en EEUU, Asia, Europa y Sudamérica. En el contexto de la presente invención, se ha utilizado una variedad lineal (no helicoidal) de A. platensis. Se puede partir tanto de biomasa seca como de un concentrado de biomasa húmeda (por ejemplo, según se obtiene por decantación, centrifugación o floculación de los tanques de cultivo) para la obtención del extracto acuoso. Además, el origen de la biomasa de Arthrospira sp. puede ser tanto el cultivo de las cianobacterias como su extracción o recolección del medio natural.The genus Arthrospira comprises several species, including, but not limited to, A. platensis and A. maxima, formerly known as Spirulina platensis and Spirulina maxima. In a particular embodiment, the spirulina biomass is composed of the species A. platensis and A. maxima; more preferably of the species A. platensis. A. platensis is a levorotatory helix-wound multicellular filamentous cyanobacterium that grows naturally in tropical and subtropical lakes in Africa, Asia and South America with high pH and high concentrations of carbonate and bicarbonate; It is cultivated in the USA, Asia, Europe and South America. In the context of the present invention, a linear (non-helical) variety of A. platensis has been used. It can be started from both dry biomass and a wet biomass concentrate (for example, as obtained by decantation, centrifugation or flocculation of culture tanks) to obtain the aqueous extract. Furthermore, the origin of the biomass of Arthrospira sp. It can be both the cultivation of cyanobacteria and their extraction or collection from the natural environment.
El cultivo de la cioanobacteria Arthrospira sp. puede llevarse a cabo en condiciones de agitación suave del medio del cultivo, favoreciendo el contacto con la luz solar y las reacciones de fotosíntesis. La iluminación es un factor importante para el crecimiento de la espirulina, pero no debe ser mantenida de forma continua durante las 24 horas del día; un filamento individual de espirulina no puede soportar una exposición prolongada al sol ya que es destruido por fotolisis y de ahí la necesidad de agitar el cultivo.The culture of the cyanobacterium Arthrospira sp. It can be carried out under conditions of gentle agitation of the culture medium, favoring contact with sunlight and photosynthesis reactions. Lighting is an important factor for the growth of spirulina, but it should not be maintained continuously 24 hours a day; a single filament of spirulina cannot withstand prolonged exposure to the sun as it is destroyed by photolysis and hence the need to shake the culture.
El agua utilizada para hacer el medio de cultivo debe estar limpia, o filtrada, para eliminar los contaminantes. El agua empleada puede ser agua dulce o agua de mar. También puede emplearse agua potable pero sin que contenga demasiada cantidad de cloro. En caso de emplearse agua de mar, muy rica en magnesio, deben tomarse muchas precauciones y ser analizada previamente. El medio de cultivo puede obtenerse disolviendo productos químicos en agua; productos químicos que incluyen, sin limitarse a, bicarbonato de sodio, sal, nitrato potásico, sulfato dipotásico, fosfato monoamónico, solución de hierro y cal. El medio de cultivo también tiene que contender nutrientes para la cianobacteria, el mayor elemento nutritivo es el carbono, que el medio de cultivo absorbe espontáneamente del aire bajo la forma de anhídrido carbónico (CO2) cuando su pH es mayor de 10. Como el aire contiene muy poco CO2, la absorción de éste corresponde a una productividad máxima (cuando el pH llega a 11) de 4 g de espirulina por día y por m3 de estanque. No obstante, es posible inyectar CO2 suplementario para aumentar la productividad. En caso necesario, el azúcar puede reemplazar al CO2 como fuente de carbono (0.5 kg de azúcar = 1 kg de CO2). La preparación del medio de cultivo para el cultivo de espirulina es ampliamente conocido en el estado de la técnica y práctica de rutina para el experto en la materia.The water used to make the growing medium must be clean, or filtered, to remove contaminants. The water used can be fresh water or sea water. Drinking water can also be used but without containing too much chlorine. If seawater is used, which is very rich in magnesium, many precautions must be taken and previously analyzed. The culture medium can be obtained by dissolving chemicals in water; Chemicals including, but not limited to, sodium bicarbonate, salt, potassium nitrate, dipotassium sulfate, monoammonium phosphate, iron solution, and lime. The culture medium also has to contain nutrients to In cyanobacteria, the major nutritive element is carbon, which the culture medium absorbs spontaneously from the air in the form of carbon dioxide (CO2) when its pH is greater than 10. As the air contains very little CO2, its absorption corresponds at a maximum productivity (when the pH reaches 11) of 4 g of spirulina per day and per m3 of pond. However, it is possible to inject supplemental CO2 to increase productivity. If necessary, sugar can replace CO2 as a carbon source (0.5 kg of sugar = 1 kg of CO2). The preparation of the culture medium for the cultivation of spirulina is widely known in the state of the art and is routine practice for those skilled in the art.
En una realización particular, la biomasa utilizada en esta invención es una variedad lineal de la cianobacteria A. platensis, cultivada por ASN Leader S.L. con agua de la montaña en el sureste español (Murcia), donde se realizan controles diarios analíticos. Esta biomasa es esencialmente pura y libre de otras microalgas o cianobacterias contaminantes. En otra realización particular, la biomasa de Arthrospira es A. maxima. In a particular embodiment, the biomass used in this invention is a linear variety of the cyanobacterium A. platensis, cultivated by ASN Leader SL with mountain water in southeastern Spain (Murcia), where daily analytical controls are carried out. This biomass is essentially pure and free of other contaminating microalgae or cyanobacteria. In another particular embodiment, the Arthrospira biomass is A. maxima.
Una vez que se tiene la cantidad deseada de biomasa de Arthrospira sp., se procede a añadir la enzima Alcalase®. Así, en una primera etapa [etapa (a)], el método de la invención comprende incubar la biomasa de Arthrospira sp. en una disolución acuosa a un pH entre 3 y 14 en presencia de la enzima Alcalase®, preferiblemente a un pH de entre 4,5 y 8,5. En otra realización más preferida tanto para la extracción óptima de biocomponentes hidrofílicos como para la de los hidrofóbicos, la suspensión enzimabiomasa se encuentra a un pH de 6,5.Once the desired amount of Arthrospira sp. Biomass is obtained, the Alcalase® enzyme is added. Thus, in a first stage [stage (a)], the method of the invention comprises incubating the biomass of Arthrospira sp. in an aqueous solution at a pH between 3 and 14 in the presence of the Alcalase® enzyme, preferably at a pH between 4.5 and 8.5. In another more preferred embodiment for both the optimal extraction of hydrophilic and hydrophobic biocomponents, the enzyme-biomass suspension is at a pH of 6.5.
La incubación de la biomasa junto con la enzima puede realizarse en un amplio rango de temperaturas. No obstante, en una realización preferida del método de la invención, la etapa (a) se lleva a cabo a una temperatura de entre 5-80°C, preferiblemente de entre 25-50°C. En una realización más preferida la temperatura es de 30°C.The incubation of the biomass together with the enzyme can be carried out in a wide range of temperatures. However, in a preferred embodiment of the method of the invention, step (a) is carried out at a temperature of between 5-80 ° C, preferably between 25-50 ° C. In a more preferred embodiment the temperature is 30 ° C.
En el contexto de la presente invención, el término "enzima” se refiere a una proteína encargada de catalizar las reacciones bioquímicas del metabolismo, las cuales en función de su acción catalítica se clasifican en: oxidorreductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas y ligasas. En la presente invención la enzima utilizada es una proteasa, que es un tipo de hidrolasa, más concretamente una alcalasa (Serina endo-peptidasa (mayormente subtilisina A), EC 3.4.21.62). In the context of the present invention, the term "enzyme" refers to a protein responsible for catalyzing the biochemical reactions of metabolism, which depending on their catalytic action are classified as: oxidoreductases, transferases, hydrolases, lyases, isomerases and ligases In the present invention the enzyme used is a protease, which is a type of hydrolase, more specifically an alcalase (Serine endo-peptidase (mostly subtilisin A), EC 3.4.21.62).
Para expresar la cantidad de enzima que se puede usar en el método de la invención, se emplea el término "carga enzimática” que hace referencia al porcentaje de la enzima en la solución. Así, la carga enzimática en la disolución de la etapa (a) puede ser 0,3-10% v/p (volumen de solución de Alcalase® comercial referido al peso total de suspensión de biomasa de espirulina en la solución enzimática), preferentemente de 0,5-2%, y más preferentemente de 1% v/p. Alcalase® 2.4 L FG es una preparación comercial de la empresa Novozymes, a base de una serina endoproteasa que hidroliza enlaces peptídicos internos. Siendo una proteasa (Subtilisina A) la enzima declarada con una actividad de 2,4 AU-A/g, no siendo este producto OMG.To express the amount of enzyme that can be used in the method of the invention, the term "enzyme load" is used, which refers to the percentage of the enzyme in the solution. Thus, the enzyme load in the solution of step (a ) can be 0.3-10% v / w (volume of commercial Alcalase® solution referred to the total weight of spirulina biomass suspension in the enzyme solution), preferably 0.5-2%, and more preferably 1 % v / w. Alcalase® 2.4 L FG is a commercial preparation from Novozymes, based on a serine endoprotease that hydrolyzes internal peptide bonds. A protease (Subtilisin A) is the declared enzyme with an activity of 2.4 AU- A / g, this product not being GMO.
Una vez que ha pasado el tiempo suficiente de incubación de la biomasa junto con la enzima (para extraer el mayor número y cantidad de biocomponentes hidrofílicos e hidrofóbicos a sus respectivas fases, tal y como se identifica por ejemplo mediante análisis de cromatografía de líquidos (HPLC)), se procede a separar la biomasa residual de la solución obtenida en la etapa (a) obteniendo el extracto de Arthrospira sp. [etapa b) del método de la invención]. En una realización particular, el extracto obtenido comprende la fase acuosa o la fase oleosa de la solución obtenida en la etapa (a). Para retirar los compuestos menos polares presentes en las partes de la biomasa, principalmente lípidos, fosfolípidos, esteroides, vitaminas y pigmentos liposolubles o productos de degradación de éstos, y otros biocomponentes liposolubles, se procede a separarlos mediante adición de diferentes disolventes orgánicos, realizándose el correspondiente reparto de los biocomponentes hidrosolubles de los liposolubles en las diferentes fases formadas en el procedimiento de extracción. Así, en una realización particular del método de la invención, el método comprende una etapa adicional que comprende la adición de un disolvente orgánico de extracción entre las etapas (a) y (b). En otra realización más particular, en disolvente orgánico es hexano, isopropanol o una mezcla de ambos.Once enough time has passed for the biomass incubation together with the enzyme (to extract the greatest number and quantity of hydrophilic and hydrophobic biocomponents to their respective phases, as identified for example by liquid chromatography analysis (HPLC )), the residual biomass is separated from the solution obtained in step (a) obtaining the extract of Arthrospira sp. [step b) of the method of the invention]. In a particular embodiment, the extract obtained comprises the aqueous phase or the oily phase of the solution obtained in step (a). To remove the less polar compounds present in the parts of the biomass, mainly lipids, phospholipids, steroids, vitamins and fat-soluble pigments or their degradation products, and other fat-soluble biocomponents, they are separated by adding different organic solvents, performing the corresponding distribution of the water-soluble biocomponents of the fat-soluble ones in the different phases formed in the extraction procedure. Thus, in a particular embodiment of the method of the invention, the method comprises an additional step comprising the addition of an organic extraction solvent between steps (a) and (b). In another more particular embodiment, the organic solvent is hexane, isopropanol or a mixture of both.
En el caso de no interesar el extracto oleoso correspondiente, es posible obviar la adición de los disolventes orgánicos tras el tratamiento enzimático, en cuyo caso únicamente se utiliza una solución acuosa para extraer biocomponentes polares a la fase acuosa, separándolos de una pequeña fase oleosa y de la biomasa residual. Para ello, puede usarse cualquiera de los métodos empleados en el estado de la técnica (separación de las fases acuosa, orgánica y biomasa residual por una primera etapa de centrifugación o decantación o floculación, y/o una etapa de filtrado que puede ser a vacío u otros métodos conocidos para separar/retirar la fracción de biomasa residual que quede en suspensión de las fases líquidas, y seguida de otra etapa de separación propia de las fases en distintos recipientes (Maniglia et al. Food Sci & Technol. 2014, 56:269-277)).If the corresponding oily extract is not of interest, it is possible to avoid the addition of organic solvents after the enzymatic treatment, in which case only an aqueous solution is used to extract polar biocomponents from the aqueous phase, separating them from a small oily phase and of residual biomass. For this, any of the methods used in the state of the art can be used (separation of the aqueous, organic and residual biomass phases by a first stage of centrifugation or decantation or flocculation, and / or a filtering stage that can be under vacuum. or other known methods to separate / remove the residual biomass fraction remaining in suspension of the liquid phases, and followed by another stage of separation of the phases in different containers (Maniglia et al. Food Sci & Technol. 2014, 56: 269-277)).
A continuación, cada uno de los extractos (acuoso y oleoso) pueden opcionalmente concentrarse o purificarse mediante técnicas convencionales (cromatográficas, etc), y llevarse a sequedad por cualquiera de las técnicas disponibles y conocidas (liofilización, en rotavapor, bajo corriente de aire o nitrógeno, etc). Tras el tratamiento enzimático de la biomasa, los extractos pueden obtenerse usando el método Shoxlet o mediante una extracción acelerada de disolventes (Food Chemistry, 2005, 93: 417-423). Anterior o posteriormente a la etapa enzimática, podría aplicarse también una etapa adicional de tratamiento de la biomasa por técnicas disrupción mecánica, ultrasonidos, microondas, cavitación por presión negativa, pulsos eléctricos, etc., cuyo efecto es de disgregración/separación de los componentes celulares más que de su ruptura a nivel molecular. Esta última disgregación, por tanto, facilita la recuperación/extracción de biocomponentes intracelulares, pero no su transformación en productos de degradación molecular (ej., péptidos de bajo peso molecular). Una vez degradada la biomasa, para la recuperación de biocomponentes puede usarse destilación Soxhlet, autoclavado, shock osmótico, etc, y pueden usarse solventes tradicionales o solventes "verdes” como fuídos supercríticos, agua subcrítica, líquidos iónicos, etc). (Food Sci. and Technol. 2014, 56: 269-277). En una realización particular, el método comprende añadir a la disolución obtenida en la etapa (a) al menos un disolvente orgánico.Then, each of the extracts (aqueous and oily) can optionally be concentrated or purified by conventional techniques (chromatographic, etc.), and brought to dryness by any of the available and known techniques (lyophilization, rotary evaporator, under air current or nitrogen, etc). After the enzymatic treatment of the biomass, the extracts can be obtained using the Shoxlet method or by means of an accelerated solvent extraction (Food Chemistry, 2005, 93: 417-423). Before or after the enzymatic stage, an additional biomass treatment stage could also be applied by mechanical disruption techniques, ultrasound, microwaves, negative pressure cavitation, electrical pulses, etc., the effect of which is to disintegrate / separate the cellular components. rather than its breakdown at the molecular level. This last disintegration, therefore, facilitates the recovery / extraction of intracellular biocomponents, but not their transformation into molecular degradation products (eg, low molecular weight peptides). Once the biomass has degraded, for the recovery of biocomponents, Soxhlet distillation, autoclaving, osmotic shock, etc. can be used, and traditional solvents or "green" solvents such as supercritical fluids, subcritical water, ionic liquids, etc. can be used (Food Sci. and Technol. 2014, 56: 269-277) In a particular embodiment, the method comprises adding to the solution obtained in step (a) at least one organic solvent.
Se entiende por "disolvente orgánico" al agente químico ajeno a formulación, es decir, al compuesto químico que no es necesario en la formulación final pero que se introduce durante el proceso de obtención con el fin de favorecer la extracción. Entre los disolventes orgánicos se encuentran los alcanos como el hexano o el tolueno, cetonas como la acetona, alcoholes como el isopropanol, el metanol, o el etanol, esteres como el acetato de etilo, y otros hidrocarburos lineales, cíclicos o ramificados sustituidos o no, como el cloroformo, y el xileno, éteres como el dimetil éter o el éter de petróleo, líquidos iónicos, ácidos y bases orgánicas y amidas como la N,N-dimetil formamida. En otra realización preferida el disolvente orgánico es hexano, isopropanol o cualquiera de sus combinaciones. En particular, una mezcla 3:2 (v/v) de n-hexano/iso-propanol. Otros métodos pueden diferir en el tipo, número y proporciones relativas de disolventes utilizados, sean o no miscibles entre sí, y pudiendo ser solo agua pura o con diversos solutos: sales, buffer, etc, si solo interesa extraer componentes hidrofílicos. By "organic solvent" is understood the chemical agent outside the formulation, that is, the chemical compound that is not necessary in the final formulation but that is introduced during the production process in order to favor extraction. Organic solvents include alkanes such as hexane or toluene, ketones such as acetone, alcohols such as isopropanol, methanol, or ethanol, esters such as ethyl acetate, and other linear, cyclic, or branched hydrocarbons, substituted or not. , such as chloroform, and xylene, ethers such as dimethyl ether or petroleum ether, ionic liquids, organic acids and bases, and amides such as N, N-dimethyl formamide. In another preferred embodiment the organic solvent is hexane, isopropanol or any of their combinations. In particular, a 3: 2 (v / v) mixture of n-hexane / iso-propanol. Other methods may differ in the type, number and relative proportions of solvents used, whether or not they are miscible with each other, and may be only pure water or with various solutes: salts, buffer, etc., if you only want to extract hydrophilic components.
En otra realización particular del método de la invención, tras la etapa (b) del método se lleva a cabo procesos sucesivos de centrifugación, filtrado, y/o decantación. Opcionalmente puede añadirse una etapa c) para el secado del extracto por cualquier método conocido, como los basados en evaporación o liofilización.In another particular embodiment of the method of the invention, after step (b) of the method, successive processes of centrifugation, filtering, and / or decantation are carried out. Optionally, a step c) can be added for drying the extract by any known method, such as those based on evaporation or lyophilization.
En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un extracto de Arthrospira sp., de aquí en adelante denominado "extracto de la invención”, obtenido mediante el método descrito anteriormente, es decir, el método de la invención. El término extracto ha sido definido y explicado en párrafos anteriores de la presente descripción.In a second aspect, the present invention refers to an extract of Arthrospira sp., Hereinafter called "extract of the invention", obtained by the method described above, that is, the method of the invention. The term extract has been defined and explained in previous paragraphs of the present description.
En otra realización preferida, dicho extracto comprende al menos uno, dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete u ocho péptidos seleccionados de la lista que consiste en MKKIEAIIRPF (SEQ ID NO: 1), LPPL (SEQ ID NO: 2), ALAVGIGSIGPGLGQGQ (SEQ ID NO: 3), TTAASVIAAAL (SEQ ID NO: 4), DFPGDDIPIVS (SEQ ID NO: 5), LELL (SEQ ID NO: 6), WKLLP (SEQ ID NO: 7) y/o CHLLLSM(+15.99) (SEQ ID 8). En una realización todavía más particular, el extracto de la invención comprende los péptidos SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7 y SEQ ID NO: 8.In another preferred embodiment, said extract comprises at least one, two, three, four, five, six, seven or eight peptides selected from the list consisting of MKKIEAIIRPF (SEQ ID NO: 1), LPPL (SEQ ID NO: 2) , ALAVGIGSIGPGLGQGQ (SEQ ID NO: 3), TTAASVIAAAL (SEQ ID NO: 4), DFPGDDIPIVS (SEQ ID NO: 5), LELL (SEQ ID NO: 6), WKLLP (SEQ ID NO: 7) and / or CHLLLSM ( +15.99) (SEQ ID 8). In an even more particular embodiment, the extract of the invention comprises the peptides SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 , SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8.
Por otro lado, la presente invención también se refiere a una composición, de aquí en adelante "composición de la invención”, que comprende los péptidos MKKIEAIIRPF (SEQ ID NO: 1), LPPL (SEQ ID NO: 2), ALAVGIGSIGPGLGQGQ (SEQ ID NO: 3), TTAASVIAAAL (SEQ ID NO: 4), DFPGDDIPIVS (SEQ ID NO: 5), LELL (SEQ ID NO: 6), WKLLP (SEQ ID NO: 7) y/o CHLLLSM (+15.99) (SEQ ID 8). En una realización particular, dicha composición comprende un excipiente y/o un vehículo. Los términos excipiente y vehículo están definidos en los párrafos siguientes.On the other hand, the present invention also refers to a composition, hereinafter "composition of the invention", comprising the peptides MKKIEAIIRPF (SEQ ID NO: 1), LPPL (SEQ ID NO: 2), ALAVGIGSIGPGLGQGQ (SEQ ID NO: 3), TTAASVIAAAL (SEQ ID NO: 4), DFPGDDIPIVS (SEQ ID NO: 5), LELL (SEQ ID NO: 6), WKLLP (SEQ ID NO: 7) and / or CHLLLSM (+15.99) ( SEQ ID 8) In a particular embodiment, said composition comprises an excipient and / or a vehicle The terms excipient and vehicle are defined in the following paragraphs.
Se trata de un extracto de base peptídica procedente de espirulina, que presenta capacidad/actividad antihipertensiva, antioxidante y anti-hiperlipidémica (antihipertrigliceridémica y anti-hipercolesterolémica) que, en una realización particular, además de los péptidos descritos anteriormente, comprende:It is a peptide-based extract from spirulina, which has antihypertensive, antioxidant and anti-hyperlipidemic (antihypertriglyceridemic and anti-hypercholesterolemic) capacity / activity which, in a particular embodiment, in addition to the peptides described above, comprises:
a) un contenido mínimo en polifenoles totales de 12 mg/g de extracto,a) a minimum content of total polyphenols of 12 mg / g of extract,
b) un contenido mínimo de carbohidratos totales de 226 mg /g de extracto, y/ob) a minimum total carbohydrate content of 226 mg / g extract, and / or
c) cantidades significativas de todos los aminoácidos incluidos los esenciales, con un contenido mínimo del 45% p/p de aminoácidos totales c) significant amounts of all amino acids including essential ones, with a minimum content of 45% w / w of total amino acids
En la presente invención se entiende por “composición” a la sustancia constituida por una combinación de moléculas entre las que se encuentran los péptidos bioactivos de interés. El término “péptidos” hace referencia a moléculas naturales formadas por cadenas lineales de aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos. Los aminoácidos se representan a lo largo de la descripción y las reivindicaciones a través del código de una letra conocido en el estado del arte. El término “antioxidante” hace referencia a compuestos que mitigan la oxidación y que, al ser ingeridos, pueden ser beneficiosos para la salud humana. Los antioxidantes que más abundan en la dieta son el ácido ascórbico o vitamina C, los polifenoles, la vitamina E, y los carotenoides, siendo los dos primeros hidrosolubles y los dos últimos liposolubles. El término “polifenol(es)” hace referencia a moléculas naturales que son compuestos fenólicos con un anillo aromático y uno o varios grupos hidroxilo, y se clasifican en “flavonoides” y “no flavonoides”. Los flavonoides son polifenoles con 15 átomos de carbono y dos anillos aromáticos conectados por un puente de tres carbonos; pueden tener numerosos sustituyentes en su estructura, y en la naturaleza están mayormente en forma de glicósidos y en menor proporción en forma de agliconas. Las estructuras más comunes de no flavonoides son C6-C1 ácidos fenólicos, que en la naturaleza se presentan en forma de complejos esteres de azúcares. Los polifenoles son metabolitos secundarios, que tanto en forma de agliconas (poly)fenólicas como sus azúcares conjugados, existen en las plantas en concentraciones de pM hasta mM. Ambos tienen funciones protectoras, y se les atribuyen importantes efectos positivos en enfermedades crónicas. Modulan la actividad de enzimas digestivas, o actúan como antioxidantes en forma directa sobre ROS (reactive oxigen species) presentes en el lumen, o bien en forma sistémica (en órganos, tejidos o células a través de su previa absorción gastrointestinal y distribución desde la sangre a tales tejidos). Tras su ingesta, se transforman en los correspondientes metabolitos (fase II), y pasan al sistema circulatorio, donde su concentración en plasma es del orden nM. En el colon son degradados por la microbiota local, dando pequeños ácidos fenólicos y catabolitos aromáticos que se absorben en el sistema circulatorio. La forma conjugada de los polifenoles es más polar (hidrosoluble) y menos absorbible (y biodisponible). En el intestino grueso, las bacterias del colon metabolizan los flavonoides, hidrolizando sus enlaces glucosídicos y favoreciendo así su absorción. Dietas ricas en polifenoles favorecen la proliferación de microbios beneficiosos e inhiben la de organismos patógenos.In the present invention, "composition" is understood to mean the substance constituted by a combination of molecules, including the bioactive peptides of interest. The term "peptides" refers to natural molecules made up of linear chains of amino acids linked by peptide bonds. Amino acids are represented throughout the description and claims through the one letter code known in the state of the art. The term "antioxidant" refers to compounds that mitigate oxidation and that, when ingested, can be beneficial to human health. The antioxidants that are most abundant in the diet are ascorbic acid or vitamin C, polyphenols, vitamin E, and carotenoids, the first two being water-soluble and the last two fat-soluble. The term "polyphenol (s)" refers to natural molecules that are phenolic compounds with an aromatic ring and one or more hydroxyl groups, and are classified into "flavonoids" and "non-flavonoids". Flavonoids are polyphenols with 15 carbon atoms and two aromatic rings connected by a three-carbon bridge; they can have numerous substituents in their structure, and in nature they are mostly in the form of glycosides and to a lesser extent in the form of aglycones. The most common non-flavonoid structures are C6-C1 phenolic acids, which occur in nature as complex sugar esters. Polyphenols are secondary metabolites, which both in the form of (poly) phenolic aglycones and their conjugated sugars, exist in plants in concentrations of pM to mM. Both have protective functions, and important positive effects are attributed to them in chronic diseases. They modulate the activity of digestive enzymes, or act as antioxidants directly on ROS (reactive oxygen species) present in the lumen, or systemically (in organs, tissues or cells through their prior gastrointestinal absorption and distribution from the blood to such tissues). After their ingestion, they are transformed into the corresponding metabolites (phase II), and pass into the circulatory system, where their concentration in plasma is of the order nM. In the colon they are degraded by the local microbiota, giving small phenolic acids and aromatic catabolites that are absorbed into the circulatory system. The conjugated form of polyphenols is more polar (water soluble) and less absorbable (and bioavailable). In the large intestine, bacteria in the colon metabolize flavonoids, hydrolyzing their glycosidic bonds and thus promoting their absorption. Diets rich in polyphenols favor the proliferation of beneficial microbes and inhibit that of pathogenic organisms.
En un tercer aspecto, la presente invención se refiere a una composición farmacéutica, alimentaria o cosmética que comprende el extracto de la invención o la composición de la invención, y opcionalmente, comprende además al menos un excipiente o vehículo farmacéutica, alimentaria o cosméticamente aceptable, respectivamente.In a third aspect, the present invention relates to a pharmaceutical, food or cosmetic composition comprising the extract of the invention or the composition of the The invention, and optionally, further comprises at least one pharmaceutically, foodstuff or cosmetically acceptable excipient or vehicle, respectively.
El término “composición farmacéutica” se refiere a una composición, como se ha descrito previamente, administrada en forma de sólida o líquida en cualquier formato farmacéutico, tales como, sin limitar a, comprimidos, cápsulas, bolsitas, jarabes, sprays, inyectables, pomadas, cremas, lociones, supositorios, viales y ungüentos.The term "pharmaceutical composition" refers to a composition, as previously described, administered in solid or liquid form in any pharmaceutical format, such as, without limitation, tablets, capsules, sachets, syrups, sprays, injectables, ointments. , creams, lotions, suppositories, vials and ointments.
Por otro lado "composición alimentaria" se refiere a una composición, como se ha descrito previamente, administrada como alimento o suplemento alimentario formulado como, por ejemplo, cápsulas, pastillas, jarabes o bebidas, etc. que aporta nutrientes al sujeto que lo toma, y puede afectar beneficiosamente a una o varias funciones del organismo. Puede ser administrada en forma de bebida o comida, con o sin elaboración previa, y puede ser destinada para alimentación humana o animal. Entre los animales se incluyen, sin limitar a, mascotas, animales de granja (ganado bobino, ovino, porcino, caprino) y animales de cultivos piscícolas, etc.On the other hand "food composition" refers to a composition, as previously described, administered as a food or food supplement formulated as, for example, capsules, pills, syrups or drinks, etc. that provides nutrients to the subject who takes it, and can beneficially affect one or more functions of the body. It can be administered in the form of a drink or food, with or without prior preparation, and it can be used for human or animal consumption. Animals include, but are not limited to, pets, farm animals (cattle, sheep, pigs, goats), and fish farm animals, etc.
El término "composición cosmética” se refiere a una composición, como se ha descrito previamente, administrada como cremas, pomadas, lociones, emulsiones, microemulsiones, liposomas, sprays, líquidos, polvos compactos o sueltos, barras anhidras, geles y aceites, mascarillas, jabones, champús, u otros productos de higiene personal y cosméticos solares.The term "cosmetic composition" refers to a composition, as previously described, administered as creams, ointments, lotions, emulsions, microemulsions, liposomes, sprays, liquids, compact or loose powders, anhydrous sticks, gels and oils, masks, soaps, shampoos, or other personal hygiene products and solar cosmetics.
El término "excipiente" se refiere a una sustancia que ayuda a la absorción de la composición farmacéutica, alimentaria o cosmética de la invención, estabiliza dichas composiciones o ayuda a su preparación, en el sentido de darle consistencia o aportar sabores que lo hagan más agradable. Así pues, los excipientes podrían tener la función de mantener los ingredientes unidos, como por ejemplo almidones, azúcares o celulosas, función de endulzar, función de colorante, función de protección del medicamento, como por ejemplo para aislarlo del aire y/o la humedad, función de relleno de una pastilla, cápsula o cualquier otra forma de presentación, como por ejemplo el fosfato de calcio dibásico, función desintegradora para facilitar la disolución de los componentes y su absorción en el intestino, sin excluir otro tipo de excipientes no mencionados en este párrafo. Para que la composición de la invención tenga un sabor agradable se puede añadir una esencia, como por ejemplo esencia de canela, limón, naranja, mandarina o vainilla. The term "excipient" refers to a substance that helps the absorption of the pharmaceutical, food or cosmetic composition of the invention, stabilizes said compositions or helps their preparation, in the sense of giving it consistency or providing flavors that make it more pleasant. . Thus, excipients could have the function of holding the ingredients together, such as starches, sugars or celluloses, a sweetening function, a coloring function, a protective function of the drug, such as for example to isolate it from air and / or humidity. , function of filling a tablet, capsule or any other form of presentation, such as dibasic calcium phosphate, disintegrating function to facilitate the dissolution of the components and their absorption in the intestine, without excluding other types of excipients not mentioned in this paragraph. In order for the composition of the invention to have a pleasant taste, an essence can be added, such as essence of cinnamon, lemon, orange, tangerine or vanilla.
El “vehículo farmacéutica, alimentaria o cosméticamente aceptable” se refiere a aquellas sustancias, o combinación de sustancias, conocidas en el sector farmacéutico y/o cosmético, utilizadas en la elaboración de formas farmacéuticas y/o cosméticas de administración e incluye, pero sin limitarse, sólidos, líquidos, disolventes o tensioactivos. El vehículo puede ser una sustancia inerte. El vehículo se encuentra, preferiblemente, a una concentración del 2,5 al 7% v/p con respecto a la composición final. La función del vehículo es facilitar la incorporación del producto de la invención, así como también de otros compuestos, permitir una mejor dosificación y administración o dar consistencia y forma a la composición farmacéutica. Cuando la forma de presentación es líquida, el vehículo es el diluyente. Estos vehículos pueden ser conocidos por el experto en la materia, por ejemplo, pero sin limitar a, lisosomas, milicápsulas, microcápsulas, nanocápsulas, esponjas, miliesferas, microesferas, nanoesferas, milipartículas, micropartículas y nanopartículas. El término "farmacéutica, alimentaria o cosméticamente aceptable" se refiere a que el compuesto al que hace referencia esté permitido y evaluado de modo que no cause daño a los organismos a los que se administra.The "pharmaceutical, food or cosmetically acceptable vehicle" refers to those substances, or combination of substances, known in the pharmaceutical and / or cosmetic sector, used in the preparation of pharmaceutical and / or cosmetic forms of administration and includes, but is not limited to , solids, liquids, solvents or surfactants. The vehicle can be an inert substance. The vehicle is preferably at a concentration of 2.5 to 7% v / w with respect to the final composition. The function of the vehicle is to facilitate the incorporation of the product of the invention, as well as other compounds, to allow a better dosage and administration or to give consistency and shape to the pharmaceutical composition. When the presentation form is liquid, the vehicle is the diluent. These carriers may be known to those skilled in the art, for example, but not limited to, lysosomes, millicapsules, microcapsules, nanocapsules, sponges, millispheres, microspheres, nanospheres, milliparticles, microparticles and nanoparticles. The term "pharmaceutically, food, or cosmetically acceptable" refers to the fact that the compound to which it refers is allowed and evaluated so that it does not cause harm to the organisms to which it is administered.
En un cuarto aspecto, la presente invención se refiere al extracto de la invención o de la composición de la invención para su uso como medicamento. El término "medicamento", tal y como se usa en esta memoria, hace referencia a cualquier sustancia usada para prevención, diagnóstico, alivio, tratamiento o curación de enfermedades en el hombre y los animales. La administración debe ajustarse a una dosis deseable de la composición de la invención y varía dependiendo de la condición y del peso del sujeto, de la gravedad de la enfermedad, de la forma del fármaco, de la ruta y del periodo de administración, y puede ser elegida por el especialista en la técnica.In a fourth aspect, the present invention relates to the extract of the invention or the composition of the invention for use as a medicine. The term "drug", as used herein, refers to any substance used for the prevention, diagnosis, alleviation, treatment or cure of diseases in man and animals. Administration should be adjusted to a desirable dose of the composition of the invention and varies depending on the condition and weight of the subject, the severity of the disease, the form of the drug, the route and the period of administration, and may be chosen by the person skilled in the art.
En un quinto aspecto, la presente invención se refiere al extracto de la invención o la composición de la invención para su uso en el tratamiento y/o prevención de cualquiera de las enfermedades seleccionadas de la lista que consiste en hipertensión, anemia, desnutrición, hiperlipidemia (tales como hipertriglicerolemia, hipercolesterolemia, e hiperlipidemia mixta), obesidad y diabetes.In a fifth aspect, the present invention refers to the extract of the invention or the composition of the invention for use in the treatment and / or prevention of any of the diseases selected from the list consisting of hypertension, anemia, malnutrition, hyperlipidemia (such as hypertriglycerollemia, hypercholesterolemia, and mixed hyperlipidemia), obesity and diabetes.
El término "tratamiento” se refiere a combatir los efectos causados como consecuencia de la enfermedad o condición patológica de interés en un sujeto que incluye inhibir la enfermedad o condición patológica, es decir, detener su desarrollo; aliviar la enfermedad o la condición patológica, es decir, causar la regresión de la enfermedad o la condición patológica o su sintomatología y estabilizar la enfermedad o la condición patológica.The term "treatment" refers to combating the effects caused as a consequence of the disease or pathological condition of interest in a subject which includes inhibiting the disease or pathological condition, ie, arresting its development; alleviating the disease. or the pathological condition, that is, causing regression of the disease or pathological condition or its symptomatology and stabilizing the disease or pathological condition.
El término "prevención" se refiere a evitar la aparición de la enfermedad, es decir, evitar que se produzca la enfermedad o la condición patológica en un sujeto, en particular, cuando dicho sujeto tiene predisposición por la condición patológica, pero aún no se ha diagnosticado que la tenga.The term "prevention" refers to preventing the onset of the disease, that is, preventing the disease or pathological condition from occurring in a subject, in particular, when said subject has a predisposition for the pathological condition, but has not yet been diagnosed as having it.
En la presente invención, la enfermedad que se trata y/o previene con una mayor eficacia respecto a otros extractos o composiciones derivados de espirulina es la hipertensión. El término “hipertensión” también conocida como tensión arterial alta, es un trastorno en el que los vasos sanguíneos tienen una tensión persistentemente alta, lo que puede dañarlos. La tensión arterial normal en adultos es de 120 mm Hg (tensión sistólica) y de 80 mm Hg (tensión diastólica). Cuando la tensión sistólica es igual o superior a 140 mm Hg y/o la tensión diastólica es igual o superior a 90 mm Hg, la tensión arterial se considera alta.In the present invention, the disease that is more effectively treated and / or prevented than other extracts or compositions derived from spirulina is hypertension. The term "hypertension" also known as high blood pressure, is a disorder in which the blood vessels are persistently high, which can damage them. Normal blood pressure in adults is 120 mm Hg (systolic pressure) and 80 mm Hg (diastolic pressure). When the systolic pressure is equal to or greater than 140 mm Hg and / or the diastolic pressure is equal to or greater than 90 mm Hg, the blood pressure is considered high.
Además de la hipertensión, otras enfermedades que pueden ser prevenidas y/o tratadas por el extracto acuoso o la composición de la invención:In addition to hypertension, other diseases that can be prevented and / or treated by the aqueous extract or the composition of the invention:
- La hiperlipidemia, que incluye diferentes desórdenes metabólicos que conducen a niveles elevados de triglicéridos y/o colesterol en el torrente sanguíneo. Se clasifican en hipertrigliceridemias, hipercolesterolemias, e hiperlipemias mixtas.- Hyperlipidemia, which includes different metabolic disorders that lead to high levels of triglycerides and / or cholesterol in the bloodstream. They are classified as hypertriglyceridemia, hypercholesterolemia, and mixed hyperlipidemia.
• la hiperlipidemia tipo I, desarrollada por la deficiencia de lipoproteína lipasa, provoca una acumulación de quilomicrones (QM) el consiguiente aumento de los triglicéridos plasmáticos.• Type I hyperlipidemia, developed by lipoprotein lipase deficiency, causes an accumulation of chylomicrons (QM), resulting in an increase in plasma triglycerides.
• La hipercolesterolemia, que consiste en la presencia de niveles elevados de colesterol en la sangre o, más concretamente, una elevada concentración de colesterol de baja densidad (LDL), que es un factor que aumenta el riesgo de desarrollo de enfermedades cardiacas. En una realización preferida, la enfermedad es hipercolesterolemia.• Hypercholesterolemia, which consists of the presence of high levels of cholesterol in the blood or, more specifically, a high concentration of low-density cholesterol (LDL), which is a factor that increases the risk of developing heart disease. In a preferred embodiment, the disease is hypercholesterolemia.
• Las hiperlipemias mixtas en las que aumentan tanto el colesterol como los triglicéridos. • Mixed hyperlipidaemia in which both cholesterol and triglycerides increase.
- La anemia es una enfermedad que se caracteriza por la disminución anormal del número o tamaño de los glóbulos rojos que contiene la sangre o de su nivel de hemoglobina.- Anemia is a disease characterized by an abnormal decrease in the number or size of red blood cells in the blood or in their level of hemoglobin.
- La desnutrición, que es ese estado patológico de distintos grados de seriedad y de distintas manifestaciones clínicas causado por la asimilación deficiente de alimentos por el organismo.- Malnutrition, which is that pathological state of different degrees of seriousness and of different clinical manifestations caused by the deficient assimilation of food by the body.
- El sobrepeso, que se refiere a una patología caracterizada porque el sujeto tiene un índice de masa corporal (IMC) igual o superior a 25. El IMC es una medida de asociación entre el peso y la talla de un individuo. El IMC tiene la siguiente fórmula para su cálculo: Masa (Kg) / estatura2 (m). El sobrepeso se caracteriza por un IMC de entre > 25 a < 30.- Overweight, which refers to a pathology characterized by the subject having a body mass index (BMI) equal to or greater than 25. BMI is a measure of association between weight and height of an individual. The BMI has the following formula for its calculation: Mass (Kg) / height2 (m). Being overweight is characterized by a BMI between> 25 to <30.
- La obesidad, que se refiere a una patología caracterizada porque el sujeto tiene un IMC es igual o mayor de 30. La obesidad se clasifica en diferentes niveles, considerando que sujetos con IMC > 40 padecen de obesidad mórbida. Otros parámetros utilizados para determinar si un individuo padece obesidad central son la circunferencia de cintura absoluta (el sujeto padece obesidad cuando es >102 cm en hombres [obesidad central] y >88 cm en mujeres) o el índice cintura-cadera (el sujeto padece obesidad cuando es >0,9 para hombres y >0,85 para mujeres). Una vía alternativa para determinar la obesidad es medir el porcentaje de grasa corporal (el sujeto padece obesidad cuando tiene aproximadamente >25% de grasa corporal en un hombre y aproximadamente >30% de grasa corporal en la mujer).- Obesity, which refers to a pathology characterized in that the subject has a BMI equal to or greater than 30. Obesity is classified at different levels, considering that subjects with a BMI> 40 suffer from morbid obesity. Other parameters used to determine if an individual suffers from central obesity are the absolute waist circumference (the subject suffers obesity when it is> 102 cm in men [central obesity] and> 88 cm in women) or the waist-hip ratio (the subject suffers obesity when it is> 0.9 for men and> 0.85 for women). An alternative way to determine obesity is to measure the percentage of body fat (the subject is obese when he has approximately> 25% body fat in a man and approximately> 30% body fat in a woman).
- Diabetes, preferentemente diabetes gestacional o diabetes Mellitus tipo 2. La diabetes Mellitus tipo 2 se caracteriza por el déficit relativo de la producción y sensibilidad a la insulina en los tejidos y, por tanto, una deficiente utilización periférica de glucosa.- Diabetes, preferably gestational diabetes or type 2 diabetes Mellitus. Type 2 diabetes Mellitus is characterized by a relative deficit in tissue production and sensitivity to insulin and, therefore, a deficient peripheral use of glucose.
En un sexto aspecto, la presente invención se refiere al extracto de la invención o la composición de la invención para su uso como un agente antioxidante.In a sixth aspect, the present invention relates to the extract of the invention or the composition of the invention for use as an antioxidant agent.
En un séptimo aspecto, la presente invención se refiere al extracto de la invención o a la composición de la invención para su uso como un agente anti-hipertensivo o antihiperlipidemico. In a seventh aspect, the present invention relates to the extract of the invention or the composition of the invention for its use as an anti-hypertensive or anti-hyperlipidemic agent.
En un octavo aspecto, la presente invención se refiere al extracto de la invención o a la composición de la invención para preparar un concentrado proteico de fácil asimilación.In an eighth aspect, the present invention refers to the extract of the invention or the composition of the invention to prepare a protein concentrate that is easily assimilated.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.Throughout the description and claims the word "comprise" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and characteristics of the invention will emerge partly from the description and partly from the practice of the invention. The following examples and figures are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figura 1. Cromatograma del análisis en gradiente por HPLC-ELSD del extracto oleoso de biomasa de A. platensis obtenido con asistencia del biocatalizador Alcalase®. Condiciones de extracción: 1% v/p de enzima Alcalase® a pH 6,5 y 30°C durante 24h. Se computaron los picos eluídos a partir de 3 min., a tiempos inferiores se eluye el disolvente. El estándar interno (hexadecano) eluye a 9 min. Figure 1. Chromatogram of the gradient analysis by HPLC-ELSD of the oily extract of A. platensis biomass obtained with the assistance of the Alcalase® biocatalyst. Extraction conditions: 1% v / w of Alcalase® enzyme at pH 6.5 and 30 ° C for 24h. The eluted peaks were computed from 3 min., At lower times the solvent is eluted. The internal standard (hexadecane) elutes at 9 min.
Figura 2. Influencia del pH de la etapa de degradación de la biomasa con Alcalase® en el extracto oleoso obtenido utilizando 1% v/p de enzima, a 40°C durante 4h. U. A., unidades arbitrarias: variación del área total de picos en el cromatograma de HPLC-ELSD. Figure 2. Influence of the pH of the biomass degradation step with Alcalase® in the oily extract obtained using 1% v / w of enzyme, at 40 ° C for 4h. AU, arbitrary units: variation of the total peak area in the HPLC-ELSD chromatogram.
Figura 3. Influencia de la temperatura de la etapa de degradación de la biomasa con Alcalase® en el extracto oleoso obtenido: variación del área total de picos en el cromatograma de HPLC-ELSD. Condiciones: pH 6,5 y 1% (v/p) de carga enzimática durante el tratamiento enzimático de 4 ó 24h. Figure 3. Influence of the temperature of the step of degradation of the biomass with Alcalase® in the oily extract obtained: variation of the total area of peaks in the HPLC-ELSD chromatogram. Conditions: pH 6.5 and 1% (v / w) of enzymatic load during the enzymatic treatment of 4 or 24 hours.
Figura 4. Influencia de la carga enzimática (v/p) de la etapa de degradación de la biomasa con Alcalase® en el extracto oleoso obtenido: variación del área total de picos en el cromatograma de HPLC-ELSD, a pH 6,5 y 30°C, y a diferentes tiempos de tratamiento enzimático (0-24h). El ensayo control (0% carga enzimática) se realizó con idéntico protocolo, pero usando agua milli-Q en lugar de la solución enzimática tamponada a 30°C. Figure 4. Influence of the enzymatic load (v / p) of the biomass degradation step with Alcalase® in the oily extract obtained: variation of the total area of peaks in the HPLC-ELSD chromatogram, at pH 6.5 and 30 ° C, and at different times of enzymatic treatment (0-24h). The control test (0% enzyme load) was performed with the same protocol, but using milli-Q water instead of the enzyme solution buffered at 30 ° C.
Figura 5. Cromatograma del análisis en gradiente por HPLC-ELSD del extracto acuoso de biomasa de A.platensis, obtenido con asistencia del biocatalizador Alcalase®. Figure 5. Chromatogram of the gradient analysis by HPLC-ELSD of the aqueous extract of A.platensis biomass, obtained with the assistance of the Alcalase® biocatalyst.
Condiciones de extracción: 1% v/p de enzima Alcalase® a pH 6,5 y 30°C durante 24h. El límite de identificación de picos fue de 7500 u.a. de área. Se computaron los picos eluídos a partir de 2,39 min, a tiempos inferiores se eluye el disolvente.Extraction conditions: 1% v / w of Alcalase® enzyme at pH 6.5 and 30 ° C for 24h. The peak identification limit was 7500 u.a. of area. The eluted peaks were computed from 2.39 min, at lower times the solvent is eluted.
Figura 6. Cromatograma del análisis en gradiente por HPLC-ELSD del extracto acuoso de biomasa de A. platensis, obtenido con asistencia del biocatalizador Control (sin enzima). Condiciones de extracción: agua mili-Q en lugar de solución enzimática tamponada, 30°C y 24h. El límite de identificación de picos fue de 7500 u.a. de área. Se computaron los picos eluídos a partir de 2,39 min. , a tiempos inferiores se eluye el disolvente. Figure 6. Chromatogram of the gradient analysis by HPLC-ELSD of the aqueous extract of A. platensis biomass, obtained with the assistance of the Control biocatalyst (without enzyme). Extraction conditions: milli-Q water instead of buffered enzymatic solution, 30 ° C and 24h. The peak identification limit was 7500 UA of area. The eluted peaks were computed from 2.39 min. , at lower times the solvent is eluted.
Figura 7. Influencia del pH del proceso de degradación de la biomasa con Alcalase® en la recuperación de componentes polares de espirulina (variación del área total de picos en el cromatograma de HPLC-ELSD del extracto acuoso). A) Efecto del pH a las 4 h del tratamiento enzimático. B) Cinética de la extracción al valor óptimo de pH 6,5. Otras condiciones: 1% (v/p) carga enzimática y 40°C. u. a. Unidades arbitrarias de área. Figure 7. Influence of the pH of the biomass degradation process with Alcalase® in the recovery of polar components of spirulina (variation of the total area of peaks in the HPLC-ELSD chromatogram of the aqueous extract). A) Effect of pH at 4 h after enzymatic treatment. B) Kinetics of the extraction at the optimum value of pH 6.5. Other conditions: 1% (v / p) enzymatic load and 40 ° C. u Arbitrary units of area.
Figura 8. Influencia de la temperatura de la etapa de degradación enzimática de la biomasa con Alcalase® en el extracto acuoso obtenido: variación del área total de picos en el cromatograma de HPLC-ELSD. Condiciones: 1% v/p de Alcalase® a pH 6,5 durante 24h (variación del área total de picos). Figure 8. Influence of the temperature of the step of enzymatic degradation of the biomass with Alcalase® in the aqueous extract obtained: variation of the total area of peaks in the HPLC-ELSD chromatogram. Conditions: 1% v / w of Alcalase® at pH 6.5 for 24h (variation of the total area of peaks).
Figura 9. Influencia de la carga enzimática de la etapa de degradación de la biomasa con Alcalase® en el extracto acuoso obtenido: variación del área total de picos en el cromatograma de HPLC-ELSD. Condiciones: pH 6,5 y 30°C durante 24h. La extracción control (0% carga enzimática) se realizó con el mismo protocolo extractivo, pero usando agua milli-Q en lugar de la disolución enzimática tamponada a 30°C. Figure 9. Influence of the enzymatic load of the biomass degradation step with Alcalase® in the aqueous extract obtained: variation of the total area of peaks in the HPLC-ELSD chromatogram. Conditions: pH 6.5 and 30 ° C for 24h. The control extraction (0% enzymatic load) was carried out with the same extraction protocol, but using milli-Q water instead of the enzymatic solution buffered at 30 ° C.
Figura 10. Evolución del área de los diferentes picos cromatográficos del extracto acuoso obtenido con Alcalase® en condiciones óptimas de extracción. Condiciones: pH= 6.5, 30°C y 1% (v/p) biocatalizador. A) tiempo de retención (Tr) = 3-5min.; B) Tr = 5,5min.; C) Tr = 11-14min.; D) Tr = 20-22min.; E) Tr = 28min.: F) Tr = 68min. El límite de identificación de picos fue de 7500 u.a. de área. La identificación y seguimiento en el tiempo de los dos primeros picos (Tr= 3-5,5 min) se realizó con un volumen de inyección de 5 pl de muestra, mientras que el resto de picos se identificaron con inyecciones de 20 pl de muestra. Figure 10. Evolution of the area of the different chromatographic peaks of the aqueous extract obtained with Alcalase® under optimal extraction conditions. Conditions: pH = 6.5, 30 ° C and 1% (v / p) biocatalyst. A) retention time (Tr) = 3-5 min .; B) Tr = 5.5min; C) Tr = 11-14min; D) Tr = 20-22min .; E) Tr = 28min .: F) Tr = 68min. The peak identification limit was 7500 UA of area. The identification and follow-up in time of the first two peaks (Tr = 3-5.5 min) was carried out with an injection volume of 5 µl of sample, while the rest of the peaks were identified with injections of 20 µl of sample. .
Figura 11. Estudio comparativo de los extractos oleosos (enzimáticos y control) obtenidos en sus respectivas condiciones óptimas. Variación del área total de picos en los análisis de HPLC-ELSD ponderado por su correspondiente rendimiento, es decir área equivalente extraída por cada gramo de biomasa inicial de espirulina. Condiciones: 24h de tratamiento enzimático en sus respectivas condiciones óptimas (pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Alcalase®; pH 6,0, 1% v/p y 30°C para Flavourzyme®; pH 7,0, 1% v/p y 30°C para Ultraflo®; pH 6,5, 2% v/p y 40°C para Vinoflow®). La extracción control (0% carga enzimática) se realizó con el mismo protocolo, pero usando agua milli-Q en lugar de la solución enzimática tamponada a 30°C. Figure 11. Comparative study of the oil extracts (enzymatic and control) obtained in their respective optimal conditions. Variation of the total area of peaks in the HPLC-ELSD analyzes weighted by its corresponding yield, that is, equivalent area extracted for each gram of initial spirulina biomass. Conditions: 24h of enzymatic treatment in their respective optimal conditions (pH 6.5, 1% v / w and 30 ° C for Alcalase®; pH 6.0, 1% v / w and 30 ° C for Flavourzyme®; pH 7.0 , 1% v / w and 30 ° C for Ultraflo®; pH 6.5, 2% v / w and 40 ° C for Vinoflow®). The control extraction (0% enzymatic load) was carried out with the same protocol, but using milli-Q water instead of the enzymatic solution buffered at 30 ° C.
Figura 12. Estudio comparativo de los extractos acuosos (enzimáticos y control) obtenidos en sus respectivas condiciones óptimas. Variación del área total de picos en los análisis de HPLC-ELSD ponderado por su correspondiente rendimiento, es decir área equivalente extraída por cada por gramo de biomasa inicial de espirulina. Condiciones: 24h de tratamiento enzimático en sus respectivas condiciones óptimas (pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Alcalase®; pH 6,0, 1% v/p y 30°C para Flavourzyme®; pH 7,0, 1% v/p y 30°C para Ultraflo®; pH 6,5, 2% v/p y 40°C para Vinoflow®; pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Lipozyme®; pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Celluclast®). La extracción control (0% carga enzimática) se realizó con el mismo protocolo, pero usando agua mili-Q en lugar de la solución enzimática tamponada a 30°C. Figure 12. Comparative study of the aqueous extracts (enzymatic and control) obtained in their respective optimal conditions. Variation of the total area of peaks in the HPLC-ELSD analyzes weighted by its corresponding yield, that is, equivalent area extracted for each per gram of initial spirulina biomass. Conditions: 24h of enzymatic treatment in their respective optimal conditions (pH 6.5, 1% v / w and 30 ° C for Alcalase®; pH 6.0, 1% v / w and 30 ° C for Flavourzyme®; pH 7.0 , 1% v / w and 30 ° C for Ultraflo®; pH 6.5, 2% v / w and 40 ° C for Vinoflow®; pH 6.5, 1% v / w and 30 ° C for Lipozyme®; pH 6, 5.1% v / w and 30 ° C for Celluclast®). The control extraction (0% enzymatic load) was carried out with the same protocol, but using milli-Q water instead of the enzymatic solution buffered at 30 ° C.
Figura 13. Micrografías realizadas a 15.000 aumentos. A) Biomasa de A. platensis comercial seca no tratada con enzima ni extraída; B) biomasa extraída con Alcalase® en las condiciones óptimas determinadas para este proceso extractivo (pH 6,5, 1% v/p Alcalase® y 30°C durante 24h). Figure 13. Micrographs taken at 15,000 magnification. A) Dry commercial A. platensis biomass not treated with enzyme or extracted; B) biomass extracted with Alcalase® under the optimal conditions determined for this extractive process (pH 6.5, 1% v / p Alcalase® and 30 ° C for 24h).
Figura 14. Micrografías realizadas a 200.000 aumentos. A) Biomasa comercial seca no tratada con enzima ni extraída; B) extraída con Alcalase® en las condiciones óptimas determinadas para este proceso extractivo (pH 6,5, 1% v/p Alcalase® y 30°C durante 24h). Figure 14. Micrographs taken at 200,000 magnification. A) Dry commercial biomass not enzyme treated or extracted; B) extracted with Alcalase® under the optimal conditions determined for this extractive process (pH 6.5, 1% v / p Alcalase® and 30 ° C for 24h).
Figura 15. Concentración total de aminoácidos extraídos en diferentes métodos extractivos en sus respectivas condiciones óptimas. Las condiciones óptimas fueron: pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Alcalase®; pH 6,0, 1% v/p y 30°C para Flavourzyme®; pH 7,0, 1% v/p y 30°C para Ultraflo®; pH 6,5, 2% v/p y 40°C para Vinoflow®, pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Lipozyme®; pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Celluclast®. Al extracto control se le añadió agua mili-Q en lugar de solución enzimática tamponada, 30°C y 24h. El método control es igual que los enzimáticos, pero usando agua milli-Q en vez de solución enzimática tamponada. Figure 15. Total concentration of amino acids extracted in different extractive methods in their respective optimal conditions. The optimal conditions were: pH 6.5, 1% v / p and 30 ° C for Alcalase®; pH 6.0, 1% v / w and 30 ° C for Flavourzyme®; pH 7.0, 1% v / w and 30 ° C for Ultraflo®; pH 6.5, 2% v / w and 40 ° C for Vinoflow®, pH 6.5, 1% v / w and 30 ° C for Lipozyme®; pH 6.5, 1% v / w and 30 ° C for Celluclast®. Milli-Q water was added to the control extract instead of buffered enzymatic solution, 30 ° C and 24h. The control method is the same as the enzymatic ones, but using milli-Q water instead of the buffered enzyme solution.
Figura 16. Cromatogramas de los extractos acuosos de biomasa de A. platensis obtenidos con diferentes procesos enzimáticos en sus respectivas condiciones óptimas y sin enzima (control), analizados por LC ESI-MS MS en modo de ionización positiva. Las condiciones óptimas fueron: pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Alcalase®; pH 6,0, 1% v/p y 30°C para Flavourzyme®; pH 7,0, 1% v/p y 30°C para Ultraflo®; pH 6,5, 2% v/p y 40°C para Vinoflow®. Al extracto control se le añadió agua mili-Q en lugar de solución enzimática tamponada, 30°C y 24h. Figure 16. Chromatograms of the aqueous biomass extracts of A. platensis obtained with different enzymatic processes in their respective optimal conditions and without enzyme (control), analyzed by LC ESI-MS MS in positive ionization mode. The optimal conditions were: pH 6.5, 1% v / p and 30 ° C for Alcalase®; pH 6.0, 1% v / w and 30 ° C for Flavourzyme®; pH 7.0, 1% v / w and 30 ° C for Ultraflo®; pH 6.5, 2% v / p and 40 ° C for Vinoflow®. Milli-Q water was added to the control extract instead of buffered enzymatic solution, 30 ° C and 24h.
EJEMPLOSEXAMPLES
La invención se basa en una etapa enzimática específica, en la que el biocatalizador actúa para degradar específica- y selectivamente la biomasa. La degradación enzimática de la biomasa permite recuperar y extraer mayor cantidad de biocomponentes intracelulares y diferentes productos de degradación según el biocatalizador/bioproceso empleado. Los componentes extraídos son tanto acuosos como oleosos (o hidrofílicos e hidrofóbicos). La cantidad y composición de ambos extractos son consecuencia tanto de la elección del biocatalizador como del efecto de las variaciones de los valores de los parámetros que influyen en la etapa de degradación de la biomasa. Esta etapa enzimática previa a la recuperación de biocomponentes acuosos y oleosos de espirulina, facilita su extracción maximizándose los rendimientos extractivos para valores óptimos de dichos parámetros. Por otra parte, independientemente de los rendimientos de material extraído, los biocompuestos específicos obtenidos como productos de la degradación enzimática son específicos del tipo de enzima utilizado, y de sus condiciones de operación durante el tratamiento de la biomasa con el biocatalizador, dado que son el resultado de una acción enzimática específica y selectiva sobre componentes celulares de la biomasa, y de la extensión de dicha acción según sean las condiciones de operación del proceso enzimático degradador.The invention is based on a specific enzymatic step, in which the biocatalyst acts to specifically and selectively degrade biomass. The enzymatic degradation of biomass makes it possible to recover and extract a greater amount of intracellular biocomponents and different degradation products depending on the biocatalyst / bioprocess used. The extracted components are both aqueous and oily (or hydrophilic and hydrophobic). The quantity and composition of both extracts are a consequence of both the choice of the biocatalyst and the effect of variations in the values of the parameters that influence the degradation stage of the biomass. This enzymatic stage prior to the recovery of aqueous and oily spirulina biocomponents, facilitates their extraction, maximizing extractive yields for optimal values of said parameters. On the other hand, regardless of the yields of extracted material, the specific biocomposites obtained as enzymatic degradation products are specific to the type of enzyme used, and to their operating conditions during the treatment of biomass with the biocatalyst, since they are the The result of a specific and selective enzymatic action on cellular components of the biomass, and of the extension of said action depending on the operating conditions of the degrading enzymatic process.
Ejemplo 1Example 1
Descripción metodológica Methodological description
Tratamiento enzimático de la biomasa de espirulinaEnzymatic treatment of spirulina biomass
Se llevó a cabo por duplicado o triplicado la disrupción celular de la biomasa (4 g) en un reactor de 25 mL donde la espirulina se encontraba en una concentración de 0,2 g/ml en un tampón 0,1 M. Según fue el valor de pH estudiado se utilizó tampón acetato sódico o fosfato sódico. Si bien la degradación enzimática de la biomasa puede realizarse utilizando diferentes concentraciones de biomasa en el reactor, la usada corresponde a la concentración de compromiso para tener la mayor productividad volumétrica. El valor de concentración de biomasa utilizada corresponde al rango de concentración para tener la mayor cantidad posible de biomasa por ml de solución acuosa, que permite formar una suspensión completamente dispersa y de forma que se tengan mínimas limitaciones de transferencia de materia y para posibilitar el contacto entre los intervinientes en el proceso degradador enzimático y extractivo. El proceso degradador enzimático de la biomasa se llevó a cabo en un incubador (Stuart SI50) a temperatura y agitación magnética (500 rpm) controladas. Durante la reacción se recogieron por duplicado alícuotas de 0,5 mL para hacer el seguimiento de la reacción enzimática hasta 24-48 h.The cellular disruption of the biomass (4 g) was carried out in duplicate or triplicate in a 25 mL reactor where spirulina was at a concentration of 0.2 g / ml in a 0.1 M buffer. pH value studied was used sodium acetate or sodium phosphate buffer. Although the enzymatic degradation of biomass can be carried out using different biomass concentrations in the reactor, the one used corresponds to the compromise concentration to have the highest volumetric productivity. The biomass concentration value used corresponds to the concentration range to have the highest possible amount of biomass per ml of aqueous solution, which allows a completely dispersed suspension to be formed and in such a way that there are minimum limitations of matter transfer and to enable contact. among those involved in the enzymatic and extractive degradation process. The enzymatic degradation process of the biomass was carried out in an incubator (Stuart SI50) at controlled temperature and magnetic stirring (500 rpm). During the reaction, 0.5 mL aliquots were collected in duplicate to monitor the enzymatic reaction for up to 24-48 h.
Extracción de los Biocomponentes mediante DisolventesExtraction of Biocomponents by Solvents
A cada alícuota (0,5 ml) recogida del medio de reacción enzimático se le adicionó 1 ml de una mezcla de disolventes compuesta por hexano e isopropanol en una proporción 3:2 (v/v). Se agitó la mezcla en un vórtex durante 1 minuto y a continuación se centrifugó durante 15 minutos a 10.000 rpm. La fase orgánica o fase superior se extrajo cuidadosamente a un eppendorf. Las operaciones de adición de la mezcla de hexano e isopropanol, y posterior extracción de la fase oleosa, se llevaron a cabo dos veces más utilizando 0,25 ml de la mezcla de disolventes. Los tres volúmenes de las fases orgánicas recuperadas tras cada una de las tres adiciones de disolventes se juntaron y homogeneizaron en el vórtex. La fase acuosa recuperada tras las tres extracciones de disolventes fue filtrada. Ambos extractos (acuoso y oleoso) se guardaron a 4°C hasta su análisis por HPLC-ELSD.To each aliquot (0.5 ml) collected of the enzymatic reaction medium, 1 ml of a solvent mixture composed of hexane and isopropanol was added in a 3: 2 (v / v) ratio. The mixture was vortexed for 1 minute and then centrifuged for 15 minutes at 10,000 rpm. The organic phase or upper phase was carefully extracted into an eppendorf. The operations of adding the mixture of hexane and isopropanol, and subsequent extraction of the oil phase, were carried out two more times using 0.25 ml of the solvent mixture. The three volumes of organic phases recovered after each of the three solvent additions were pooled and homogenized in the vortex. The aqueous phase recovered after the three solvent extractions was filtered. Both extracts (aqueous and oily) were stored at 4 ° C until analysis by HPLC-ELSD.
Análisis de los extractosAnalysis of the extracts
El estudio de la influencia de los parámetros de pH, temperatura, tiempo y carga enzimática en los extractos oleosos, se realizó mediante análisis de las soluciones en cloroformo de alícuotas de las diferentes fases oleosas por HPLC-ELSD (High pressure liquid chromatography with an evaporative light scattering detector), siguiendo la variación del área total de los picos cromatográficos significativos. Un ejemplo de cromatograma se muestra en la Figura 1. El pico eluído a 9 min. corresponde al hexadecano usado como estándar interno. El detector utilizado de ELSD es universal, si bien no visualiza compuestos de alta volatilidad como el isopropanol o difíciles de nebulizar (alto peso molecular, etc).The study of the influence of the parameters of pH, temperature, time and enzymatic load in the oily extracts, was carried out by means of analysis of the solutions in chloroform of aliquots of the different oily phases by HPLC-ELSD ( High pressure liquid chromatography with an evaporative light scattering detector), following the variation of the total area of the significant chromatographic peaks. An example of a chromatogram is shown in Figure 1. The peak eluted at 9 min. corresponds to the hexadecane used as an internal standard. The ELSD detector used is universal, although it does not display highly volatile compounds such as isopropanol or difficult to nebulize (high molecular weight, etc.).
Los análisis de los extractos oleosos se realizaron por cromatografía de líquidos de alta presión (HPLC, High-Performance Liquid Chromatography), en un equipo marca Merck-Hitachi Ltd. (Germany and Japan) acoplado a una columna Kromasil de sílice 5pm, 250x4.6 mm. y con un detector evaporativo de dispersión de luz (ELSD, Evaporative Light Scattering Detector) de SEDERE modelo SEDEX 55. Las muestras, fueron filtradas a través filtro de nylon (15mm x 0,45pm, de Análisis Vinicos S.A., España) Se inyectaron 10 pl de muestra disuelta en cloroformo (calidad HPLC 99% puro), analizándose a un flujo de 1,5 ml/min. durante 30min. Se usó una fase móvil en gradiente donde la fase móvil A era n-Hexano (calidad HPLC 96%) y la fase móvil B contenía Hexano/Isopropanol/Acetato de etilo (80:10:10). Desde una proporción de fases A:B de 1:99, se aumentó de manera lineal la relación de fases hasta 98:2 durante 20 minutos. Estas condiciones se mantuvieron durante 3 minutos, a partir de los cuales se volvió a las condiciones iniciales (1:99) en 1 min, que se mantuvieron isocraticamente durante 9 minutos.The analyzes of the oily extracts were carried out by high pressure liquid chromatography (HPLC, High-Performance Liquid Chromatography), in an equipment brand Merck-Hitachi Ltd. (Germany and Japan) coupled to a Kromasil column of silica 5pm, 250x4. 6 mm. and with an evaporative light scattering detector (ELSD, Evaporative Light Scattering Detector) from SEDERE model SEDEX 55. The samples were filtered through a nylon filter (15mm x 0.45pm, from Analisis Vinicos SA, Spain). pl of sample dissolved in chloroform (HPLC quality 99% pure), analyzed at a flow rate of 1.5 ml / min. for 30min. A gradient mobile phase was used where mobile phase A was n-Hexane (HPLC grade 96%) and mobile phase B contained Hexane / Isopropanol / Ethyl Acetate (80:10:10). From an A: B phase ratio of 1:99, the phase ratio was increased linearly to 98: 2 over 20 minutes. These conditions were maintained for 3 minutes, from which the initial conditions (1:99) were returned in 1 min, which were maintained isocratically for 9 minutes.
El estudio de la influencia de los mismos parámetros de la etapa enzimática en los extractos acuosos, se realizó mediante análisis por HPLC-ELSD, evaluando variaciones en el área total de todos los picos significativos. Ejemplos de cromatogramas se muestran en las Figuras 5-6.The study of the influence of the same parameters of the enzymatic stage in the aqueous extracts was carried out by means of HPLC-ELSD analysis, evaluating variations in the total area of all the significant peaks. Examples of chromatograms are shown in Figures 5-6.
Los análisis de los extractos acuosos se realizaron en el mismo equipo de HPLC, acoplado a una columna Kromasil C18 5u, 250x4.6 mm. Se inyectaron 10 pl de una disolución del extracto en agua (50 mg/ml) y se analizó a un flujo de 1,5 ml/min durante 83 minutos en gradiente utilizando como fase A 100% Agua MiliQ y como fase B una mezcla de Acetonitrilo:Agua MiliQ a 80:20. Se mantuvieron condiciones isocráticas del 96% A y 4% de B durante cinco minutos, seguido de un aumento lineal hasta el 40% de B en 60 min y un aumento lineal hasta 95% de B en un minuto. Se mantuvieron las proporciones durante siete minutos y se volvió a las condiciones iniciales en 10 minutos. Todos los análisis se replicaron 2-3 veces.The analyzes of the aqueous extracts were carried out in the same HPLC equipment, coupled to a Kromasil C18 5u column, 250x4.6 mm. 10 μl of a solution of the extract in water (50 mg / ml) was injected and analyzed at a flow of 1.5 ml / min for 83 minutes in a gradient using 100% MiliQ Water as phase A and a mixture of MiliQ as phase B. Acetonitrile: MiliQ Water at 80:20. Isocratic conditions of 96% A and 4% B were maintained for five minutes, followed by a linear increase to 40% B in 60 min and a linear increase to 95% B in one minute. The proportions were maintained for seven minutes and returned to initial conditions in 10 minutes. All analyzes were replicated 2-3 times.
Los extractos acuosos obtenidos tras 24h de tratamiento enzimático de la biomasa se estudiaron a partir de extractos liofilizados obtenidos a mayor escala.The aqueous extracts obtained after 24 hours of enzymatic treatment of the biomass were studied from the lyophilized extracts obtained on a larger scale.
Proceso extractivo a mayor escala Extractive process on a larger scale
El proceso extractivo a mayor escala se preparó realizando la disrupción celular de la biomasa (10 g) en un reactor de 250 ml donde la espirulina se encontraba en una concentración de 0,2 g/ml en un tampón 0,1 M. Según fue el valor de pH estudiado se utilizó tampón acetato sódico o fosfato sódico. El proceso degradador enzimático de la biomasa se llevó a cabo durante 24h. en un incubador (Stuart SI50) a temperatura y agitación magnética (500 rpm) controlada. Estas muestras se extrajeron mediante una mezcla hexano/isopropanol 3:2 (v/v). Para ello, tras añadir la mezcla de disolventes en igual proporción biomasa/disolvente que para el proceso a pequeña escala, la mezcla resultante se mantuvo bajo agitación magnética a 500 rpm a temperatura ambiente durante 10 min, tras los cuales se centrifugó en una centrifuga refrigerada a 10°C a 14.000 rpm durante 30 min. Tras la separación de fases ocurrida en este proceso, se separó cuidadosamente la fase superior (oleosa). Seguidamente, se repitió esta etapa extractiva añadiendo al material remanente en el tubo de centrífuga (fase acuosa biomasa residual) 90 mL de la mezcla de disolventes hexano/isopropanol 3/2 (v/v), repitiéndose a continuación las etapas de agitación, centrifugación y retirada de la fase oleosa. Tras las sucesivas etapas de extracción con disolventes, la fase acuosa líquida remanente en el tubo de centrífuga se filtró en papel de filtro y se trasvasó a un embudo de decantación, quedando la biomasa residual en el fondo del tubo de centrífuga. La fase acuosa fue liofilizada durante 4 días. Los dos volúmenes obtenidos de fase oleosa se juntaron y filtraron, llevándose a sequedad en rotavapor y finalmente bajo corriente de nitrógeno. Los dos extractos (acuoso y oleoso) secos se almacenaron hasta su uso a -70°C. El extracto control se obtuvo con idéntico protocolo salvo que se usó agua mili-Q en lugar de la solución del enzima en buffer.The extractive process on a larger scale was prepared by performing the cellular disruption of the biomass (10 g) in a 250 ml reactor where spirulina was at a concentration of 0.2 g / ml in a 0.1 M buffer. the pH value studied was used sodium acetate or sodium phosphate buffer. The enzymatic degradation process of the biomass was carried out for 24 hours. in an incubator (Stuart SI50) at controlled temperature and magnetic stirring (500 rpm). These samples were extracted using a 3: 2 (v / v) hexane / isopropanol mixture. To do this, after adding the solvent mixture in the same biomass / solvent ratio as for the small-scale process, the resulting mixture was kept under magnetic stirring at 500 rpm at room temperature for 10 min, after which it was centrifuged in a refrigerated centrifuge. at 10 ° C at 14,000 rpm for 30 min. After phase separation occurred in this process, the upper (oily) phase was carefully separated. Next, this extractive step was repeated by adding to the remaining material in the centrifuge tube (residual biomass aqueous phase) 90 mL of the 3/2 (v / v) hexane / isopropanol solvent mixture, then repeating the steps of stirring, centrifugation and removal of the oil phase. After successive solvent extraction steps, the liquid aqueous phase remaining in the centrifuge tube was filtered on filter paper and transferred to a separatory funnel, leaving the residual biomass at the bottom of the centrifuge tube. The aqueous phase was lyophilized for 4 days. The two volumes obtained of the oil phase were combined and filtered, taking them to dryness in a rotary evaporator and finally under a stream of nitrogen. The two dry extracts (aqueous and oily) were stored until use at -70 ° C. The control extract was obtained with the same protocol except that milli-Q water was used instead of the enzyme solution in buffer.
Determinación del rendimiento extractivoDetermination of extractive yield
El rendimiento en peso de los extractos acuosos fue determinado a partir de los valores de peso seco liofilizado de cada extracto acuoso en balanza de precisión de 4 dígitos. Para ello, las fases acuosas fueron liofilizadas durante 4 días y las fases oleosas fueron rotavaporeadas a 30°C para eliminar el disolvente, y posteriormente tratadas durante 4h bajo corriente de nitrógeno hasta la completa eliminación de las trazas de disolvente. A los valores de peso seco de los extractos acuosos obtenidos se les sustrajo el valor del peso correspondiente a su contenido en sales del tampón y al de la enzima añadida en la solución de Alcalase®, siendo la cantidad total sustraída inferior al 1% p/p. La biomasa residual fue igualmente secada bajo corriente de nitrógeno.The weight yield of the aqueous extracts was determined from the lyophilized dry weight values of each aqueous extract on a 4-digit precision balance. For this, the aqueous phases were lyophilized for 4 days and the oily phases were rotavaporated at 30 ° C to eliminate the solvent, and subsequently treated for 4 hours under a stream of nitrogen until the complete elimination of traces of solvent. From the dry weight values of the aqueous extracts obtained, the value of the weight corresponding to its content in salts of the buffer and that of the enzyme added in the Alcalase® solution was subtracted, the total amount subtracted being less than 1% w / p. The residual biomass was also dried under a stream of nitrogen.
Análisis de la biomasa residual Analysis of residual biomass
Los cambios morfológicos producidos en la biomasa por los diferentes métodos extractivos, se estudiaron con un microscopio electrónico de transmisión Jeol Jem 1010 (100Kv) Yokyo Japan. Cámara digital acoplada al equipo modelo Orius SC200 de Gatan Inc. Pleasanton, California. Software para adquisición de imágenes Digital Micrograph v 3.4. Todas las muestras fueron previamente tratadas para su fijación con aldehídos, lavado, osmificación, deshidratación, inclusión en resina durcupan con una polimerización final en estufa a 60°C durante 48h.The morphological changes produced in the biomass by the different extractive methods were studied with a Jeol Jem 1010 (100Kv) Yokyo Japan transmission electron microscope. Digital camera attached to the Orius SC200 from Gatan Inc. Pleasanton, California. Digital Micrograph Image Acquisition Software v 3.4. All samples were previously treated for fixation with aldehydes, washing, osmification, dehydration, inclusion in durcupan resin with a final polymerization in an oven at 60 ° C for 48h.
Análisis de composición en aminoácidos de los extractos acuososAmino acid composition analysis of aqueous extracts
El análisis cuantitativo de las mezclas de aminoácidos se realizó conforme al procedimiento cromatográfico desarrollado.por Spackman, Moore y Stein en 1958 (Fed Proc. 1958, 17(4):1107-1115) y basado en el principio básico de operación en modo flujo continuo, en un aparato Biochrom 30 Series amino Acid Analyser, con una reproducibilidad > 0,5 CV a 10 nmoles. Biochrom 30 usó la metodología clásica de análisis de aminoácidos basada en cromatografía líquida de intercambio iónico y una reacción post-columna en continuo con ninhidrina para obtener una análisis cualitativo y cuantitativo, con una sensitividad de ~10 pmol,The quantitative analysis of the amino acid mixtures was carried out according to the chromatographic procedure developed by Spackman, Moore and Stein in 1958 (Fed Proc. 1958, 17 (4): 1107-1115) and based on the basic principle of operation in flow mode continuous, on a Biochrom 30 Series amino Acid Analyzer, with a reproducibility> 0.5 CV at 10 nmol. Biochrom 30 used classical amino acid analysis methodology based on ion exchange liquid chromatography and a continuous post-column reaction with ninhydrin to obtain a qualitative and quantitative analysis, with a sensitivity of ~ 10 pmol,
Se prepararon por triplicado las correspondientes soluciones de los diferentes extractos acuosos secos (1-2,6 mg/mL) en tubos de hidrólisis, y se les añadió un volumen determinado de una solución de concentración conocida de norleucina (utilizada como estándar interno). Se analizaron cantidades conocidas de estándar y estándar interno para calibrar el analizador.The corresponding solutions of the different dry aqueous extracts (1-2.6 mg / mL) were prepared in triplicate in hydrolysis tubes, and a determined volume of a solution of known norleucine concentration (used as internal standard) was added. Known amounts of standard and internal standard were analyzed to calibrate the analyzer.
Identificación de biocomponentes de los extractos acuosos por LC ESI-MS MS Los diferentes extractos acuosos (enzimáticos y control) fueron analizados mediante LC ESI-MS MS en modo de ionización positiva, a fin de identificar sus respectivos biocomponentes. Identification of biocomponents of the aqueous extracts by LC ESI-MS MS The different aqueous extracts (enzymatic and control) were analyzed by LC ESI-MS MS in positive ionization mode, in order to identify their respective biocomponents.
Previo a su análisis, todas las muestras se limpiaron utilizando las puntas con fase estacionaria C18 de Millipore. Los análisis LC ESI-MS MS se realizaron en un Ultimate 3000 nanoHPLC (Dionex, Sunnyvale, California) acoplado a un espectrómetro de masas trampa de iones AmaZon Speed (Bruker Daltonics, Bremen, Alemania). La columna analítica usada de era de base sílice de fase reversa C18 PepMap 75 pm * 15 cm, 3 pm de tamaño de partícula y 100 Á tamaño de poro (Dionex, Sunnyvale, California). La columna de la trampa era una C18 PepMap (Dionex, Sunnyvale, California), 5 pm diametro de partícula, 100 Á tamaño de poro, conectada en línea con la columna analítica. La carga de la bomba eluía una solución de 0,1% ácido trifluoroacetico en 98% agua/2% acetonitrilo (ScharLab, Barcelona, Spain) a 30 ^l/minutos. La nanobomba proporcionaba una velocidad de flujo de 300 nl/minutos y operó en condiciones de elución con gradiente, usando 0,1% ácido fórmico (Fluka, Buchs, Suiza) en agua como fase móvil A, y 0,1% ácido fórmico en 80% acetonitrilo / 20% agua como fase móvil B. El gradiente de elución se realizó conforme al siguiente esquema: en modo isocrático con 96% A: 4% B durante cinco minutos, un incremento lineal a 40% B en 60 minutos, un incremento lineal hasta 95% B en un minuto, condiciones isocráticas de 95% B durante siete minutos y retorno a las condiciones iniciales en 10 minutos. Se inyectaron 5 ^l de las disoluciones de extractos (4 ^g/^l), siendo las longitudes de onda registradas 214 y 280 nm. En un segundo análisis se inyectaron 5 ^l de disoluciones de extractos de 10 ^g/^l. El sistema LC estaba conectado mediante una fuente CaptiveSpray (Bruker Daltonics, Bremen, Alemania) al espectrómetro de masas con trampa de iones operando en modo positivo con un set de voltaje capilar a 1400 V. La adquisición automática de datos permitió obtener secuencialmente, el scan completo de espectros de MS (m/z 350-1500), y los espectros MS CID de los ocho iones más abundantes. En el análisis de las muestras de 10 ^g/^l, el scan completo de espectros de MS fue 100-1000 m/z. La dinámica de exclusión fue aplicada para prevenir la misma m/z desde su aislamiento durante 1 minuto después de su fragmentación.Prior to analysis, all samples were cleaned using Millipore C18 stationary phase tips. LC ESI-MS MS analyzes were performed on an Ultimate 3000 nanoHPLC (Dionex, Sunnyvale, California) coupled to an AmaZon Speed ion trap mass spectrometer (Bruker Daltonics, Bremen, Germany). The analytical column used was C18 PepMap reversed phase silica based 75 µm * 15 cm, 3 µm particle size and 100 µm pore size (Dionex, Sunnyvale, California). The trap column was a C18 PepMap (Dionex, Sunnyvale, California), 5 pm particle diameter, 100 A pore size, connected in line with the column. analytics. The pump charge eluted a solution of 0.1% trifluoroacetic acid in 98% water / 2% acetonitrile (ScharLab, Barcelona, Spain) at 30 ^ l / minute. The nanpump provided a flow rate of 300 nl / minute and operated under gradient elution conditions, using 0.1% formic acid (Fluka, Buchs, Switzerland) in water as mobile phase A, and 0.1% formic acid in 80% acetonitrile / 20% water as mobile phase B. The elution gradient was performed according to the following scheme: in isocratic mode with 96% A: 4% B for five minutes, a linear increase to 40% B in 60 minutes, a linear increase to 95% B in one minute, isocratic conditions of 95% B for seven minutes and return to initial conditions in 10 minutes. 5 ^ l of the extract solutions (4 ^ g / ^ l) were injected, the recorded wavelengths being 214 and 280 nm. In a second analysis, 5 ^ l of extract solutions of 10 ^ g / ^ l were injected. The LC system was connected by a CaptiveSpray source (Bruker Daltonics, Bremen, Germany) to the ion trap mass spectrometer operating in positive mode with a capillary voltage set at 1400 V. Automatic data acquisition allowed to obtain sequentially, the scan complete MS spectra (m / z 350-1500), and MS CID spectra of the eight most abundant ions. In the analysis of the 10 ^ g / ^ l samples, the complete MS spectra scan was 100-1000 m / z. The exclusion dynamics was applied to prevent the same m / z from its isolation for 1 minute after its fragmentation.
Para la identificación de péptidos, los datos de MS y MS/MS obtenidos para fracciones individuales de HPLC fueron procesados con DataAnalysis 4.1 (Bruker Daltonics, Bremen, Germany). Para la identificación de péptidos, los espectros MS/MS (en forma de ficheros genéricos Mascot) fueron analizados frente a una base de datos compuesta obtenida del NCBInr (National Center for Biotechnology Information, as a protein database for searches. It contains non-identical sequences from GenBank CDS translations, PDB, Swiss-Prot, PIR, and PRF) y que contenía 68623 entradas de proteínas de ambas, Spirulina y Arthrospira. Las búsquedas en la base de datos se hicieron usando una versión licenciada de Mascot v.2.6.0 (Matrix Science, London, UK) (Electrophoresis, 1999, 20(18): 3551-67). Los parámetros de búsqueda fueron fijados como sigue: metionina oxidada como modificación de variable, sin restricción de enzima. La tolerancia de masa peptídica se fijó a 0,3 Da en modo MS y 0,4 Da en modo MS/MS, no se permitieron pérdidas por rupturas. En la mayor parte de los casos, se obtuvo una precisión de ± 0,1-0,2 Da tanto en espectros de MS como de MS/MS.For peptide identification, MS and MS / MS data obtained for individual HPLC fractions were processed with DataAnalysis 4.1 (Bruker Daltonics, Bremen, Germany). For the identification of peptides, the MS / MS spectra (in the form of generic Mascot files) were analyzed against a composite database obtained from NCBInr (National Center for Biotechnology Information, as a protein database for searches. sequences from GenBank CDS translations, PDB, Swiss-Prot, PIR, and PRF) and contained 68623 protein entries from both Spirulina and Arthrospira. Database searches were done using a licensed version of Mascot v.2.6.0 (Matrix Science, London, UK) (Electrophoresis, 1999, 20 (18): 3551-67). The search parameters were set as follows: methionine oxidized as a variable modification, without enzyme restriction. Peptide mass tolerance was set at 0.3 Da in MS mode and 0.4 Da in MS / MS mode, no breakdown losses were allowed. In most cases, a precision of ± 0.1-0.2 Da was obtained in both MS and MS / MS spectra.
Además, en el caso de la muestra de Alcalase® se tomaron todos los espectros MS y MS/MS obtenidos en el análisis de la muestra y se analizaron utilizando la herramienta "de novo" del programa Peaks (Bioinformatics Solutions, Inc). Este programa permite, al igual que Mascot, enfrentar los espectros MS/MS obtenidos en el análisis de las muestras frente a una base de datos de entradas de secuencias, en este caso de Artrhospira-Spirulina. Este análisis “de novo” analiza matemáticamente los datos espectrales buscando la mejor solución de secuencia que explique el espectro. Se trata de un análisis no condicionado. La tabla incluye sólo aquellos espectros MS y MS/MS y sus correspondientes interpretaciones de novo. La columna confianza tiene los valores solo iguales o superiores a 80 para evitar que entren secuencias muy dudosas. La interpretación tiene una serie de condicionantes que hacen indistinguibles las identidades: I y L; K y Q; F y M(ox).In addition, in the case of the Alcalase® sample, all the MS and MS / MS spectra obtained in the analysis of the sample were taken and analyzed using the tool "de novo" from the Peaks program (Bioinformatics Solutions, Inc). This program allows, like Mascot, to face the MS / MS spectra obtained in the analysis of the samples against a database of sequence entries, in this case of Artrhospira-Spirulina. This "de novo" analysis mathematically analyzes the spectral data looking for the best sequence solution that explains the spectrum. It is an unconditional analysis. The table includes only those MS and MS / MS spectra and their corresponding de novo interpretations. The confidence column has the values only equal to or greater than 80 to prevent very doubtful sequences from entering. The interpretation has a series of conditioning factors that make the identities indistinguishable: I and L; K and Q; F and M (ox).
Determinación del contenido total de carbohidratosDetermination of total carbohydrate content
El contenido en carbohidratos totales de los extractos acuosos liofilizados se determinó el método fenol-sulfúrico (Analytical Chemistry, 1956, 28(3): 350-356). Los extractos se resuspendieron en agua miliQ a una concentración de 0,2 g/l y analizaron por duplicado, expresándose los resultados como el valor medio calculado con su desviación estándar.The total carbohydrate content of the lyophilized aqueous extracts was determined by the phenol-sulfuric method (Analytical Chemistry, 1956, 28 (3): 350-356). The extracts were resuspended in milliQ water at a concentration of 0.2 g / l and analyzed in duplicate, the results being expressed as the mean value calculated with their standard deviation.
Análisis de la actividad antihipertensivaAnalysis of antihypertensive activity
Evaluación in vitro de la actividad inhibidora de ACE (enzima convertidora de angiotensina I), según el protocolo descrito por Sentandreu y Toldrá (Nat. Protoc. 2006, 1: 2423-2427). El sistema renina-angiotensina constituye el mayor sistema regulador de la presión sanguínea en el cuerpo humano. En dicho sistema, ACE transforma el decapéptido angiotensina I en el péptido vasoconstrictor angiotensina II y, a su vez, desactiva el vasodilatador bradiquinina. Además, esta enzima juega un importante papel en el control de la presión sanguínea. El valor de IC50 (concentración de extracto de espirulina necesario para inhibir el 50 % de la actividad de ACE) se utiliza para expresar la capacidad inhibidora de ACE in vitro del extracto. In vitro evaluation of the inhibitory activity of ACE (angiotensin converting enzyme I), according to the protocol described by Sentandreu and Toldrá (Nat. Protoc. 2006, 1: 2423-2427). The renin-angiotensin system constitutes the major blood pressure regulating system in the human body. In this system, ACE transforms the decapeptide angiotensin I into the vasoconstrictor peptide angiotensin II and, in turn, deactivates the vasodilator bradykinin. In addition, this enzyme plays an important role in the control of blood pressure. The IC50 value (concentration of spirulina extract necessary to inhibit 50% of ACE activity) is used to express the in vitro ACE inhibitory capacity of the extract.
La actividad ACE se determinó siguiendo la generación de fluorescencia debido a la liberación del producto fluorescente o-aminobenzoylglicina (Abz-Gly) del sustrato no fluorescente Abz-Gly-Phe(NO2)-Pro. La actividad inhibidora de ACE de las muestras se midió por triplicado. La fluorescencia emitida se determinó a cada minuto durante 30 minutos a longitudes de onda de emisión y excitación de 355 y 405 nm, respectivamente, en un microplato de fluorimétrico Synergy HT (Biotek, Winooski, VT, USA). El valor de IC50 se determina mediante curvas de dosis-respuesta en las que el rango de concentración de proteína (0-0,8 mg/ml) se distribuyó a lo largo de una escala logarítmica y usando la función de ajuste a una curva de regresión no-lineal sigmoidal en GraphPad Prism 4.00 (Graphpad Software Inc., San Diego, CA, USA).ACE activity was determined by following the generation of fluorescence due to the release of the fluorescent product o-aminobenzoylglycine (Abz-Gly) from the non-fluorescent substrate Abz-Gly-Phe (NO2) -Pro. The ACE inhibitory activity of the samples was measured in triplicate. The emitted fluorescence was determined every minute for 30 minutes at emission and excitation wavelengths of 355 and 405 nm, respectively, on a Synergy HT fluorimeter microplate (Biotek, Winooski, VT, USA). The IC50 value is determined by dose-response curves in which the protein concentration range (0-0.8 mg / ml) was distributed along a logarithmic scale. and using the fit function to a sigmoidal non-linear regression curve in GraphPad Prism 4.00 (Graphpad Software Inc., San Diego, CA, USA).
Análisis de la actividad anti-hiperlipidémica: inhibición de la lipasa pancreática La actividad de los extractos en la inhibición de la actividad de la lipasa pancreática de cerdo se realizó en base al método descrito anteriormente por Lee et al., ligeramente modificado (Biochim Biophys Acta. 1993; 1169: 156-164). Brevemente, p- nitrofenil butirato (PNPB, de Sigma) fue disuelto en acetonitrilo dando una disolución stock de concentración 13,33 mM, que se almacenó a -20 °C. La lipasa pancreática de cerdo se disolvió en agua Mili-Q a una concentración Anal de 15 mg/ml. Analysis of anti-hyperlipidemic activity: inhibition of pancreatic lipase The activity of the extracts in inhibiting the activity of pig pancreatic lipase was carried out based on the method previously described by Lee et al., Slightly modified (Biochim Biophys Acta 1993; 1169: 156-164). Briefly, p-nitrophenyl butyrate (PNPB, from Sigma) was dissolved in acetonitrile giving a stock solution of 13.33 mM concentration, which was stored at -20 ° C. Pig pancreatic lipase was dissolved in Milli-Q water at an Anal concentration of 15 mg / ml.
Todas las reacciones se llevaron a cabo con una concentración de sustrato 0,4 mM de PNPB en tampón 0,061 M Tris-HCl, pH 8,5 a 37 °C durante 5 minutos. El incremento de absorbancia del p-nitrofenol liberado en presencia de 1,5 mg/ml de lipasa pancreática porcina se midió a 400 nm en un espectrofotómetro UV-vis (Jasco V-630 Spectrophotometer) durante 3 minutos. Seguidamente, se determinó la velocidad de reacción en idénticas condiciones en presencia de una concentración de 0,75 mg/ml del extracto de espirulina correspondiente La diferencia entre la actividad enzimática del ensayo sin extracto y con extracto se definió como la actividad inhibidora del extracto. El ensayo de actividad se realizó por triplicado para cada extracto, los resultados fueron promediados y expresados con sus deviaciones estándar.All reactions were carried out with a substrate concentration of 0.4 mM PNPB in 0.061 M Tris-HCl buffer, pH 8.5 at 37 ° C for 5 minutes. The increase in absorbance of p-nitrophenol released in the presence of 1.5 mg / ml of porcine pancreatic lipase was measured at 400 nm in a UV-vis spectrophotometer (Jasco V-630 Spectrophotometer) for 3 minutes. Subsequently, the reaction rate was determined under identical conditions in the presence of a concentration of 0.75 mg / ml of the corresponding spirulina extract. The difference between the enzymatic activity of the assay without extract and with extract was defined as the inhibitory activity of the extract. The activity test was carried out in triplicate for each extract, the results were averaged and expressed with their standard deviations.
Análisis de actividad anti-hiperlipidémica: inhibición de la enzima colesterol esterasa pancreáticaAnalysis of anti-hyperlipidemic activity: inhibition of the pancreatic cholesterol esterase enzyme
Se determinó la capacidad de los extractos para la inhibición de la colesterol esterasa pancreática, utilizando el método descrito por Pietsch y Gütschow (J. Med. Chem. 2005; 48: 8270-8288) La enzima desempeña un papel esencial hidrolizando los ésteres de colesterol de la dieta. Generalmente, la hidrólisis de los colesterol ésteres tiene lugar en el lumen del intestino delgado mediada por la colesterol esterasa pancreática (CEase), produciéndose colesterol. La capacidad inhibidora de algunos compuestos permite controlar la biodisponibilidad del colesterol procedente de los ésteres de colesterol, y así limitar la absorción de colesterol libre en el torrente sanguíneo.The ability of the extracts to inhibit pancreatic cholesterol esterase was determined, using the method described by Pietsch and Gütschow (J. Med. Chem. 2005; 48: 8270-8288). The enzyme plays an essential role in hydrolyzing cholesterol esters of the diet. Generally, the hydrolysis of cholesterol esters takes place in the lumen of the small intestine mediated by pancreatic cholesterol esterase (CEase), producing cholesterol. The inhibitory capacity of some compounds makes it possible to control the bioavailability of cholesterol from cholesterol esters, and thus limit the absorption of free cholesterol into the bloodstream.
La disolución buffer contenía 100 mM fosfato sódico y 100 mM NaCl, pH 7.0. Se preparó una disolución stock fresca de CEase (0,075 mg/ml) en el buffer y conservó a 0 °C hasta su uso. Una disolución stock de ácido taurocólico (TC, 8,6 mM) fue preparada en la disolución buffer y mantuvo a 4°C hasta su empleo. La disolución stock de PNPB (13,33 mM) se preparó en acetonitrilo. En la cubeta, los extractos enzimáticos (75 pg/ml) se incubaron a 25°C con una mezcla que contenía ácido taurocólico 5,16 mM, PNPB 0,2 mM en un tampón fosfato sódico 0,1 M, 100 mM NaCl a pH 7,0. La reacción se inició mediante la adición de colesterol esterasa pancreática porcina (2,5 pg/ml). La variación de absorbancia de las mezclas se midió en un espectrofotómetro UV-vis a 405 nm.The buffer solution contained 100 mM sodium phosphate and 100 mM NaCl, pH 7.0. A fresh stock solution of CEase (0.075 mg / ml) was prepared in the buffer and stored at 0 ° C until use. A stock solution of taurocholic acid (TC, 8.6 mM) was prepared in the buffer solution and kept at 4 ° C until its use. The stock solution of PNPB (13.33 mM) was prepared in acetonitrile. In the cuvette, the enzyme extracts (75 pg / ml) were incubated at 25 ° C with a mixture containing 5.16 mM taurocholic acid, 0.2 mM PNPB in 0.1 M sodium phosphate buffer, 100 mM NaCl at pH 7.0. The reaction was initiated by the addition of porcine pancreatic cholesterol esterase (2.5 pg / ml). The absorbance variation of the mixtures was measured in a UV-vis spectrophotometer at 405 nm.
Análisis de actividad antioxidanteAnalysis of antioxidant activity
Los métodos de análisis de antioxidantes se clasifican en dos tipos: i) los basados en una reacción de transferencia de un átomo de hidrógeno (HAT) y ii) los basados en una reacción con transferencia electrónica (ET). Generalmente, en los HAT el antioxidante y el sustrato compiten por radicales peróxido generados térmicamente en la descomposición de azocompuestos (ej., método ORAC). Los métodos ET miden la capacidad del antioxidante para reducir a un oxidante, que cambia de color al reducirse. El cambio de color se correlaciona con la concentración de antioxidante de la muestra. Entre los ensayos ET están los de determinación de fenoles totales por Folin-Ciocalteu reagent (FCR) y algunos de determinación de Trolox equivalence antioxidant capacity (TEAC). FCR se usa para cuantificar la capacidad reductora de antioxidantes y el método ORAC para cuantificar la capacidad de secuestrar radicales peróxido.Antioxidant analysis methods are classified into two types: i) those based on a hydrogen atom transfer reaction (HAT) and ii) those based on a reaction with electron transfer (ET). Generally, in HATs the antioxidant and the substrate compete for thermally generated peroxide radicals in the decomposition of azo compounds (eg, ORAC method). ET methods measure the antioxidant's ability to reduce to an oxidant, which changes color as it is reduced. The color change correlates with the antioxidant concentration of the sample. Among the ET tests are those for the determination of total phenols by Folin-Ciocalteu reagent (FCR) and some for the determination of Trolox equivalence antioxidant capacity (TEAC). FCR is used to quantify the reducing capacity of antioxidants and the ORAC method to quantify the capacity to scavenge peroxide radicals.
Es habitual encontrar valores diferentes para diferentes técnicas de capacidad antioxidante. Este es uno de los motivos por lo que se recomienda realizar la medición de la capacidad antioxidante por más de un método y por eso se expresan en TEAC. Para un estudio integral de antioxidantes en una muestra, además de estos ensayos comúnmente aceptados (ABTS, ORAC y FCR), se recomienda realizar ensayos específicamente validados para la misma (J Agric Food Chem. 2005, 53(6):1841-56).It is common to find different values for different antioxidant capacity techniques. This is one of the reasons why it is recommended to measure the antioxidant capacity by more than one method and that is why they are expressed in TEAC. For a comprehensive study of antioxidants in a sample, in addition to these commonly accepted tests (ABTS, ORAC and FCR), it is recommended to carry out specifically validated tests for it (J Agric Food Chem. 2005, 53 (6): 1841-56) .
Todos los extractos acuosos se analizaron por ABTS, ORAC y FCT.All aqueous extracts were analyzed by ABTS, ORAC and FCT.
• Ensayo ABTS. • ABTS test.
Se utilizó el método descrito por Re et al. (Biol. Med. 1999; 26, 1231-1237), que mide la capacidad de los compuestos antioxidantes para secuestrar un catión radical estable (ABTS'+). El radical monocatión preformado de 2,29-azinobis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS^1) se genera por oxidación de ABTS con persulfato potásico y es reducido en presencia de antioxidantes donadores de hidrógeno. Las influencias tanto de la concentración de antioxidante y de la duración de la reacción de inhibición de la absorción del radical catiónico son consideradas para determinar la actividad antioxidante. Los resultados se expresan mediante el valor TEAC (trolox equivalent antioxidant capacity), que es la concentración (mM) de la solución una referencia estándar (Trolox) con capacidad antioxidante equivalente a la de una disolución 1 mM de analito investigado. Los resultados se expresan como los valores TEAC (mmol trolox/ g extracto). La actividad antiradicalaria con el ABTS fue determinado por cuadruplicado, siendo la reproducibilidad del método ABTS del 5%.The method described by Re et al. (Biol. Med. 1999; 26, 1231-1237), which measures the ability of antioxidant compounds to sequester a stable radical cation (ABTS '+). The preformed monocation radical of 2,29-azinobis- (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS ^ 1) is generated by oxidation of ABTS with potassium persulfate and is reduced in the presence of hydrogen-donating antioxidants. The influences of both the antioxidant concentration and the duration of the cationic radical absorption inhibition reaction are considered to determine the antioxidant activity. The results are expressed by the TEAC value ( trolox equivalent antioxidant capacity), which is the concentration (mM) of the solution a standard reference (Trolox) with antioxidant capacity equivalent to that of a 1 mM solution of analyte investigated. Results are expressed as TEAC values (mmol trolox / g extract). The antiradical activity with ABTS was determined in quadruplicate, being the reproducibility of the ABTS method of 5%.
• Análisis de actividad antioxidante mediante determinación del secuestro de radicales hidroxilo (Hydroxyl radicalscavenging assay, (ORAC-Fluorescein) Assay). • Analysis of antioxidant activity by determining the sequestration of hydroxyl radicals ( Hydroxyl radicalscavenging assay, ( ORAC-Fluorescein) Assay).
Se utilizó el método descrito por Dávalos et al. (J. Agric. Food Chem. 2004; 52, 48-54). El radical hidroxilo (OH*) es un radical generado en el cuerpo humano, que desempeña un importante papel en el daño de los tejidos con procesos inflamatorios de enfermedades causadas por stress oxidativo.The method described by Dávalos et al. (J. Agric. Food Chem. 2004; 52, 48-54). The hydroxyl radical (OH *) is a radical generated in the human body, which plays an important role in tissue damage with inflammatory processes of diseases caused by oxidative stress.
En ambos análisis (ABTS y ORAC) se utilizó un lector multimodal de microplacas SynergyTM HT con dispensador automático de muestra, y control de temperatura de Biotek Instruments (VT, USA).In both analyzes (ABTS and ORAC) a SynergyTM HT multimodal microplate reader with automatic sample dispenser and temperature control from Biotek Instruments (VT, USA) was used.
Biotek Gen5TM fue el software usado para el análisis de datos. Cada placa de 96 pocillos fue analizada cuatro veces, con cuatro niveles de estándares para calibración y ocho repeticiones por blanco o control. La reacción fue iniciada mediante la adición automática de 60 ql del radical ABTS en la disolución o del AAPH para los ensayos ABTS y ORAC, respectivamente. La actividad antiradicalaria con el ABTS fue determinada de manera estándar tras 10 minutos de reacción. Para el método ORAC los valores se tomaron tras 180 minutos de reacción.Biotek Gen5TM was the software used for data analysis. Each 96-well plate was tested four times, with four levels of standards for calibration and eight replicates per blank or control. The reaction was initiated by the automatic addition of 60 ql of the ABTS radical in the solution or of the AAPH for the ABTS and ORAC tests, respectively. The antiradical activity with ABTS was determined in a standard way after 10 minutes of reaction. For the ORAC method the values were taken after 180 minutes of reaction.
La actividad antiradicalaria con el ABTS fue determinado por cuadruplicado y el ensayo de ORAC por triplicado. La reproducibilidad de algunas de las muestras en ORAC, en concreto la muestra control, es superior a lo normal (aprox. 10%). La reproducibilidad del método ABTS suele ser del 5%.The antiradical activity with the ABTS was determined in quadruplicate and the ORAC test in triplicate. The reproducibility of some of the samples in ORAC, specifically the control sample, is higher than normal (approx. 10%). The reproducibility of the ABTS method is usually 5%.
• Determinación del contenido total de polifenoles por FCT• Determination of the total content of polyphenols by FCT
Se utilizó el método de Folin-Ciocalteu (Nature Protocols, 2007; 2(4): 875-877), que determina contenido en polifenoles y otros antioxidantes. Aunque aminas aromáticas, fenoles, altos niveles de azúcares y ácido ascórbico interfieren en la determinación, este método reduce en un 15% la interferencia del ácido ascórbico.The Folin-Ciocalteu method (Nature Protocols, 2007; 2 (4): 875-877) was used, which determines the content of polyphenols and other antioxidants. Although aromatic amines, phenols, high levels of sugars and ascorbic acid interfere with the determination, this method reduces the interference of ascorbic acid by 15%.
Los extractos acuosos liofilizados se resuspendieron (10g/l) en 95% (v/v) metanol/agua, y se sometieron a un baño de ultrasonidos (20 kHz) durante 10 minutos para su mejor dilución en la solución. Los resultados se expresan como el valor medio de valores obtenidos en dos réplicas con su desviación estándar. The lyophilized aqueous extracts were resuspended (10g / l) in 95% (v / v) methanol / water, and were subjected to an ultrasound bath (20 kHz) for 10 minutes to better dilute them in the solution. The results are expressed as the mean value of values obtained in two replications with their standard deviation.
Ejemplo 2.Example 2.
Optimización de los parámetros del tratamiento enzimático para el extracto oleoso Optimization of the enzymatic treatment parameters for the oil extract
Se llevó a cabo la optimización del tratamiento enzimático de la biomasa de espirulina estudiando el efecto de diferentes parámetros de la reacción en la recuperación de biocomponentes oleosos de espirulina. El estudio permitió determinar los valores óptimos del pH del medio, temperatura y carga de biocatalizador en la reacción enzimática para la recuperación de biocomponentes hidrofóbicos de espirulina.The optimization of the enzymatic treatment of spirulina biomass was carried out by studying the effect of different reaction parameters on the recovery of oily spirulina biocomponents. The study allowed to determine the optimal values of the pH of the medium, temperature and biocatalyst load in the enzymatic reaction for the recovery of hydrophobic spirulina biocomponents.
La biomasa de espirulina utilizada en el estudio fue un preparado comercial liofilizado en polvo de uso alimentario suministrado por la empresa ASN Espirulina Leader SL. Todos los disolventes utilizados tanto en la extracción y en los análisis fueron de calidad HPLC suministrados por Scharlau. Tanto el hexadecano como las sales para la preparación de las disoluciones con pureza de más del 99% fueron suministrados por Sigma-Aldrich (Madrid, Spain).The spirulina biomass used in the study was a commercial lyophilized powder for food use supplied by the company ASN Spirulina Leader SL. All solvents used both in the extraction and in the analyzes were HPLC grade supplied by Scharlau. Both the hexadecane and the salts for the preparation of the solutions with purity of more than 99% were supplied by Sigma-Aldrich (Madrid, Spain).
Las enzimas utilizadas en el estudio fueron: Alcalasa, denominada comercialmente Alcalase® 2.4 L FG (EC 3.4.21.62), la proteasa Flavourzyme®; la endoglucosidasa Ultraflo® Max, y la exoglucanasa Vinoflow® Max, la lipasa Lipozyme® 100L y la Celulasa Celluclast®. Todas ellas fueron suministradas por Novozymes.The enzymes used in the study were: Alcalase, commercially known as Alcalase® 2.4 L FG (EC 3.4.21.62), Flavourzyme® protease; Ultraflo® Max endoglucosidase, and Vinoflow® Max exoglucanase, Lipozyme® 100L lipase and Celluclast® Cellulase. All of them were supplied by Novozymes.
El estudio de todos los parámetros se realizó mediante análisis de las diferentes fases oleosas por HPLC-ELSD, siguiendo las variaciones en el área total de los picos mayoritarios. Un ejemplo de cromatograma se muestra en la Figura 1. El pico eluído a 9 min. corresponde a hexadecano usado como estándar interno. Todos los experimentos se realizaron por duplicado o triplicado, dándose el valor medio de los valores obtenidos y su error calculado como la desviación estándar.The study of all the parameters was carried out by means of analysis of the different oil phases by HPLC-ELSD, following the variations in the total area of the major peaks. An example chromatogram is shown in Figure 1. The peak eluted at 9 min. corresponds to hexadecane used as an internal standard. All the experiments were carried out in duplicate or triplicate, giving the mean value of the values obtained and their error calculated as the standard deviation.
- Efecto del pH en la extracción asistida por enzimas- Effect of pH on enzyme-assisted extraction
El efecto del pH del tratamiento enzimático en la recuperación de biocomponentes oleosos con seis diferentes enzimas comerciales se realizó con una carga enzimática de 1% (v/p) (volumen de solución enzimática por peso total de mezcla de reacción: biomasa y buffer) a 40°C. El estudio se realizó por duplicado, tomando alícuotas de cada mezcla biomasa-enzima tras 4 h. Los valores óptimos de pH se determinaron considerando los valores de área total de picos cromatográficos obtenidos en el análisis del extracto oleoso (Figura 2).The effect of the pH of the enzymatic treatment on the recovery of oily biocomponents with six different commercial enzymes was carried out with an enzyme load of 1% (v / p) (volume of enzyme solution per total weight of reaction mixture: biomass and buffer) at 40 ° C. The study was carried out in duplicate, taking aliquots of each biomass-enzyme mixture after 4 h. The optimal pH values were determined considering the Total area values of chromatographic peaks obtained in the analysis of the oil extract (Figure 2).
Para la obtención óptima del extracto oleoso con las dos proteasas estudiadas (Alcalase® y Flavourzyme®), los valores óptimos de pH fueron 6,5 y 6,0, respectivamente (Figura 2). Estos valores de pH permitieron obtener los valores máximos de área total de picos con tratamientos enzimáticos de 4 h. En el caso de Ultraflo®, se encontró un valor óptimo de pH de 7,0. En el caso de Vinoflow®, solo el valor óptimo de pH 6,5 rinde la máxima cantidad de biocomponentes extraídos con 4h de tratamiento enzimático, sugiriendo que a este valor de pH la degradación de la biomasa es más rápida. Para las enzimas Lipozyme® y Celluclast®, la extracción óptima se obtiene a pH 6,5.For optimal obtaining of the oily extract with the two proteases studied (Alcalase® and Flavourzyme®), the optimal pH values were 6.5 and 6.0, respectively (Figure 2). These pH values made it possible to obtain the maximum values of the total area of peaks with enzymatic treatments of 4 h. In the case of Ultraflo®, an optimum pH value of 7.0 was found. In the case of Vinoflow®, only the optimum pH value of 6.5 yields the maximum amount of biocomponents extracted with 4h of enzymatic treatment, suggesting that at this pH value the degradation of the biomass is faster. For the enzymes Lipozyme® and Celluclast®, the optimal extraction is obtained at pH 6.5.
En resumen, los valores óptimos de pH determinados fueron pH 6 para obtener el extracto oleoso con Flavouzyme®, pH 6,5 para la extracción con Alcalase®, Vinoflow®, Lipozyme® y Celluclast®, y pH 7,0 para la de Ultraflo®. Estos valores están dentro del rango de condiciones de operación declaradas por el fabricante Novozymes Ltd (Denmark) para estas preparaciones enzimáticas.In summary, the optimal pH values determined were pH 6 to obtain the oily extract with Flavouzyme®, pH 6.5 for the extraction with Alcalase®, Vinoflow®, Lipozyme® and Celluclast®, and pH 7.0 for that of Ultraflo ®. These values are within the range of operating conditions declared by the manufacturer Novozymes Ltd (Denmark) for these enzyme preparations.
Los valores óptimos de temperatura y carga de biocatalizador fueron determinados seguidamente a los respectivos valores óptimos de pH de los diferentes procesos enzimáticos extractivos.The optimal values of temperature and biocatalyst loading were then determined at the respective optimal pH values of the different extractive enzymatic processes.
- Estudio de la temperatura- Study of temperature
Este estudio se realizó a los respectivos valores óptimos de pH de cada enzima en el intervalo 25-50°C (Figura 3).This study was carried out at the respective optimal pH values of each enzyme in the range 25-50 ° C (Figure 3).
El efecto de la temperatura de la etapa degradadora de la biomasa (etapa a) en el proceso extractivo se estudió tomando alícuotas de la mezcla biomasa-enzima tras 4 h y 24 h de tratamiento. En la Figura 3 se muestran los valores de área total de picos de los cromatogramas de HPLC-ELSD de la fase oleosa obtenida con Alcalase®.The effect of the temperature of the biomass degrading stage (stage a) in the extractive process was studied by taking aliquots of the biomass-enzyme mixture after 4 h and 24 h of treatment. Figure 3 shows the total peak area values of the HPLC-ELSD chromatograms of the oil phase obtained with Alcalase®.
Considerando el error experimental del conjunto de valores tomados a 4h y a 24h, se determinó un valor óptimo de temperatura de 30°C para las extracciones con las dos proteasas (Alcalase® and Flavourzyme®), para Ultraflo® (con actividades p-glucanasa y xylanasa, junto a otras secundarias como celulasa, hemicelulasa, y pentosanasa), para la celulasa Celluclast® y la lipasa Lipozyme®. Este valor corresponde a la menor temperatura a la cual puede obtenerse el máximo valor de área total de picos de biocomponentes oleosos extraídos con estos cinco distintos tratamientos enzimáticos de 24 h. Aunque para algunas enzimas los valores a tiempos cortos (4h) son mayores a otra temperatura, a tiempos largos los valores a esas temperaturas resultan inferiores a los de 30°C, indicando una degradación de los productos a dichas temperaturas a tiempos largos. Sin embargo, a una temperatura suave de 30°C los productos susceptibles de oxidación (ácidos grasos poliinsaturados, vitaminas, antioxidantes, etc) se preservan mejor. En el caso de Vinoflow®, la máxima concentración de biocomponentes extraídos en la fase oleosa puede alcanzarse a 40°C o mayor temperatura (considerando el error experimental). El empleo de mayor temperatura favorece la cinética del proceso enzimático degradador de la biomasa, reduciendo el tiempo necesario para obtener la extracción máxima de biocomponentes, pero ello conlleva el aumento del gasto energético y reduce tanto la estabilidad de productos lábiles, como la estabilidad operacional del biocatalizador. Por tal razón, se observa un descenso en el área total observada cuando el tratamiento enzimático de la biomasa se prolonga de 4h a 24h al aumentar la temperatura del proceso con algunas de estas enzimas (Alcalase® a 50°C, Flavourzyme® a 40-50°C, Ultraflo® y Vinoflow® a 50°C). Teniendo en cuenta la disminución de la estabilidad enzimática al aumentar la temperatura, y la termolabilidad de los compuestos a extraer, resulta más favorable la temperatura de 40°C respecto a otras superiores para Vinoflow®.Considering the experimental error of the set of values taken at 4h and 24h, an optimum temperature value of 30 ° C was determined for the extractions with the two proteases (Alcalase® and Flavourzyme®), for Ultraflo® (with p-glucanase and xylanase, along with other secondary ones such as cellulase, hemicellulase, and pentosanase), for Celluclast® cellulase and Lipozyme® lipase. This value corresponds to the lowest temperature at which the maximum value for the total area of peaks of oily biocomponents extracted with these five different 24-hour enzymatic treatments can be obtained. Although for some enzymes the values at short times (4h) are higher at another temperature, at long times the values at those temperatures are lower than those at 30 ° C, indicating a degradation of the products at said temperatures over long periods of time. However, at a mild temperature of 30 ° C the products susceptible to oxidation (polyunsaturated fatty acids, vitamins, antioxidants, etc.) are better preserved. In the case of Vinoflow®, the maximum concentration of biocomponents extracted in the oil phase can be reached at 40 ° C or higher (considering the experimental error). The use of higher temperatures favors the kinetics of the biomass degrading enzymatic process, reducing the time necessary to obtain the maximum extraction of biocomponents, but this entails an increase in energy expenditure and reduces both the stability of labile products and the operational stability of the biocatalyst. For this reason, a decrease in the total area observed is observed when the enzymatic treatment of the biomass is prolonged from 4h to 24h by increasing the temperature of the process with some of these enzymes (Alcalase® at 50 ° C, Flavourzyme® at 40- 50 ° C, Ultraflo® and Vinoflow® at 50 ° C). Taking into account the decrease in enzymatic stability with increasing temperature, and the thermolability of the compounds to be extracted, the temperature of 40 ° C is more favorable compared to higher temperatures for Vinoflow®.
Por tanto, los valores a 4h y 24h indicaron que la temperatura óptima podría ser 30-40°C para algunos enzimas. En base a la termolabilidad de los biocomponentes (antioxidantes, etc) y a consideraciones para minimizar el consumo energético del proceso, se seleccionó la temperatura de 30°C como óptima para los procesos enzimático con Alcalase®, Ultraflo®, Flavourzyme®, Lipozyme® y Celluclast®, y de 40°C para el de Vinoflow®.Therefore, the values at 4h and 24h indicated that the optimum temperature could be 30-40 ° C for some enzymes. Based on the thermolability of the biocomponents (antioxidants, etc.) and considerations to minimize the energy consumption of the process, the temperature of 30 ° C was selected as optimal for the enzymatic processes with Alcalase®, Ultraflo®, Flavourzyme®, Lipozyme® and Celluclast®, and 40 ° C for Vinoflow®.
- Estudio de la carga enzimática- Study of the enzymatic load
La carga de biocatalizador empleada en la etapa degradadora es un importante parámetro del proceso extractivo, ya que afecta a la velocidad de biodegradación de la biomasa previa a la extracción de biocomponentes con disolventes, y ésta determina el valor del rendimiento extractivo. El valor óptimo de la carga enzimática debe determinarse cuidadosamente. Aunque el empleo de una alta carga enzimática reduce el tiempo necesario para lograr la deseada degradación de la biomasa, ello también supone incrementar el coste de la partida del biocatalizador, y en el caso de proteasas puede favorecer la autodestrucción vía autolisis del biocatalizador.The biocatalyst load used in the degrading stage is an important parameter of the extractive process, since it affects the biodegradation rate of the biomass prior to the extraction of biocomponents with solvents, and this determines the value of the extractive yield. The optimal value of the enzyme load must be carefully determined. Although the use of a high enzymatic load reduces the time necessary to achieve the desired degradation of the biomass, this also means increasing the cost of the biocatalyst batch, and in the case of proteases it can favor self-destruction via autolysis of the biocatalyst.
Los resultados obtenidos para la extracción con Alcalase® a diferentes cargas del biocatalizador se muestran en la Figura 4. Este estudio se realizó en el intervalo 0-2% v/p de carga para todas las enzimas estudiadas, excepto para Vinoflow® (0-4% v/p). Los resultados obtenidos en las diferentes extracciones enzimáticas se compararon con los obtenidos en el experimento control sin enzima, donde en lugar de la solución enzimática se empleó una cantidad equivalente de solución acuosa (Figura 4).The results obtained for the extraction with Alcalase® at different loads of the biocatalyst are shown in Figure 4. This study was carried out in the 0-2% v / p load interval for all the enzymes studied, except for Vinoflow® (0- 4% v / w). The results obtained in the different enzymatic extractions were compared with the obtained in the control experiment without enzyme, where instead of the enzymatic solution an equivalent amount of aqueous solution was used (Figure 4).
Se determinó un valor óptimo de carga enzimática de 1% v/p para todos los casos, excepto para Vinoflow®, que fue 2% v/p, habida cuenta que o bien el empleo de cargas enzimáticas superiores rendían inferiores valores de área o el aumento de ésta no justificaba el empleo de mayor cantidad de biocatalizador.An optimal enzyme load value of 1% v / p was determined for all cases, except for Vinoflow®, which was 2% v / p, taking into account that either the use of higher enzymatic loads yielded lower area values or the An increase in this did not justify the use of a greater quantity of biocatalyst.
En general, el área total de picos incrementa cuando la duración del tratamiento enzimático se prolonga en el intervalo 0-24h con todas las cargas enzimáticas estudiadas (Figura 4). Solo en el caso de Vinoflow® con 1% (v/p) de enzima la reacción se ralentiza después de 4h, de forma que la cantidad de biocomponentes recuperada resulta prácticamente invariable. También, el área total de productos extraídos no aumenta al aumentar el tiempo de tratamiento con Vinoflow® de 4h a 24h usando la mayor carga enzimática estudiada (4% v/p Ultraflow®). Ello sugiere que una excesiva concentración enzimática puede favorecer la posterior degradación de los productos extraídos. Además, la recuperación de los productos oleosos incrementa al aumentarse la carga enzimática de 0,5% a 1% (v/p) cuando se usan las dos proteasas y Ultraflo®, pero disminuye dramáticamente cuando se usan mayores cargas de ellas (ej., 2% v/p). Este efecto puede deberse a una excesiva biodegradación de la biomasa en presencia de una excesiva concentración de enzima. Como resultado de ello, puede tenerse una ulterior biodegradación de los productos extraídos, disminuyéndose su concentración en el extracto oleoso. En el caso de proteasas, los menores rendimientos extractivos de biocomponentes oleosos pueden ser debidos a una rápida inactivación enzimática vía autolisis favorecida a altas concentraciones de enzima.In general, the total area of peaks increases when the duration of the enzyme treatment is prolonged in the interval 0-24h with all the enzyme loads studied (Figure 4). Only in the case of Vinoflow® with 1% (v / p) enzyme does the reaction slow down after 4h, so that the amount of biocomponents recovered is practically unchanged. Also, the total area of extracted products does not increase when increasing the treatment time with Vinoflow® from 4h to 24h using the highest enzymatic load studied (4% v / p Ultraflow®). This suggests that an excessive enzyme concentration may favor the subsequent degradation of the extracted products. In addition, the recovery of oily products increases when the enzymatic load is increased from 0.5% to 1% (v / p) when the two proteases and Ultraflo® are used, but it decreases dramatically when higher loads of them are used (eg. , 2% v / w). This effect may be due to an excessive biodegradation of the biomass in the presence of an excessive concentration of enzyme. As a result, a further biodegradation of the extracted products can take place, reducing their concentration in the oily extract. In the case of proteases, the lower extractive yields of oily biocomponents may be due to rapid enzyme inactivation via autolysis favored at high enzyme concentrations.
Cabe notar que las extracciones con una etapa degradadora previa por Alcalase®, Flavourzyme®, Ultraflo® y Vinoflow® (24h de tratamiento enzimático en sus respectivas condiciones óptimas de operación) proporcionan significativos aumentos en las cantidades recuperadas de biocomponentes oleosos, comparado con las del proceso extractivo sin tratamiento enzimático de la biomasa (Figura 4). Este resultado prueba la favorable contribución de la etapa de degradación de la biomasa de espirulina por las enzimas estudiadas, para la extracción de los componentes oleosos.It should be noted that the extractions with a previous degrading stage by Alcalase®, Flavourzyme®, Ultraflo® and Vinoflow® (24h of enzymatic treatment in their respective optimal operating conditions) provide significant increases in the recovered amounts of oily biocomponents, compared to those of the Extraction process without enzymatic treatment of biomass (Figure 4). This result proves the favorable contribution of the spirulina biomass degradation stage by the studied enzymes, for the extraction of the oily components.
Los valores óptimos de carga enzimática determinados son 1% v/p para todos los biocatalizadores estudiados, excepto para Vinoflow® (2% v/p).The optimal values of enzymatic load determined are 1% v / p for all the biocatalysts studied, except for Vinoflow® (2% v / p).
En conclusión, para cada extracción enzimática, se determinaron sus condiciones óptimas de proceso, en función del pH, temperatura y tiempo de exposición a la enzima (pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Alcalase®, Lipozyme® y Celluclast®; pH 6,0, 1% v/p y 30°C para Flavourzyme®; pH 7,0, 1% v/p y 30°C para Ultraflo®; pH 6,5, 2% v/p y 40°C para Vinoflow®; la duración en todos los casos es de 24h). Los extractos del experimento control sin enzima se obtuvieron añadiendo agua mili-Q en lugar de la solución enzimática tamponada, a 30°C y 24h.In conclusion, for each enzymatic extraction, its optimal process conditions were determined, depending on the pH, temperature and time of exposure to the enzyme. (pH 6.5, 1% v / w and 30 ° C for Alcalase®, Lipozyme® and Celluclast®; pH 6.0, 1% v / w and 30 ° C for Flavourzyme®; pH 7.0, 1% v / p and 30 ° C for Ultraflo®; pH 6.5, 2% v / p and 40 ° C for Vinoflow®; the duration in all cases is 24h). The extracts of the control experiment without enzyme were obtained by adding milli-Q water instead of the buffered enzyme solution, at 30 ° C and 24h.
Ejemplo 3Example 3
Optimización del tratamiento enzimático para el extracto acuoso de Alcalase®. Su comparación con otras extracciones enzimáticas y control sin enzima.Optimization of the enzymatic treatment for the aqueous extract of Alcalase®. Its comparison with other enzymatic extractions and control without enzyme.
Se llevó a cabo la optimización del tratamiento enzimático de la biomasa de espirulina, previo a la extracción por la mezcla de disolventes hexano/isopropanol 3:2 (v/v) para la recuperación de biocomponentes hidrofílicos de espirulina, estudiando el efecto de diferentes parámetros de la reacción enzimática en el extracto acuoso. Este estudio permitió determinar los valores óptimos del pH del medio, temperatura, carga de biocatalizador y duración de la reacción enzimática para la obtención del extracto acuoso de espirulina.The optimization of the enzymatic treatment of the spirulina biomass was carried out, prior to the extraction by the solvent mixture hexane / isopropanol 3: 2 (v / v) for the recovery of hydrophilic spirulina biocomponents, studying the effect of different parameters of the enzymatic reaction in the aqueous extract. This study allowed to determine the optimal values of the pH of the medium, temperature, biocatalyst load and duration of the enzymatic reaction to obtain the aqueous extract of spirulina.
El estudio de todos los parámetros se realizó tomando alícuotas de la mezcla enzimabiomasa al tiempo indicado, y analizando las diferentes fases acuosas extraídas por HPLC-ELSD, y mediante comparación del área total de los picos significativos de cada cromatograma. Un ejemplo de cromatograma obtenido con Alcalase® se muestra en la Figura 5 (en la Figura 6, control sin enzima). El primer pico eluído hasta 2,39 min. corresponde al disolvente y no fue computado. En el estudio inicial de optimización de las variables de los procesos enzimáticos, los valores de área total de picos en sus respectivos cromatogramas de análisis por HPLC-ELSD fueron comparados, para determinar las condiciones de operación óptimas que permiten obtener la mayor tasa de recuperación de biocomponentes hidrofílicos.The study of all the parameters was carried out by taking aliquots of the enzyme-biomass mixture at the indicated time, and analyzing the different aqueous phases extracted by HPLC-ELSD, and by comparing the total area of the significant peaks of each chromatogram. An example of a chromatogram obtained with Alcalase® is shown in Figure 5 (in Figure 6, control without enzyme). The first peak eluted up to 2.39 min. corresponds to the solvent and was not computed. In the initial study of optimization of the variables of the enzymatic processes, the values of total area of peaks in their respective chromatograms of analysis by HPLC-ELSD were compared, to determine the optimal operating conditions that allow to obtain the highest recovery rate of hydrophilic biocomponents.
Los extractos acuosos obtenidos con las dos proteasas las dos (endo- y exo-) glucanasas, la celulasa y las lipasas usadas en este estudio, deben contener diferentes biocomponentes, como resultado de los diferentes tipos de reacciones catalizadas por los diferentes biocatalizadores. En todos los casos, las sumas totales de valores de área de los picos significativos fueron también comparativamente analizados. The aqueous extracts obtained with the two proteases, the two (endo- and exo-) glucanases, cellulase and lipases used in this study, must contain different biocomponents, as a result of the different types of reactions catalyzed by the different biocatalysts. In all cases, the total sums of area values of the significant peaks were also comparatively analyzed.
Seguidamente se muestra la determinación de las condiciones óptimas del proceso extractivo con Alcalase® en función del pH, temperatura, carga enzimática y tiempo de exposición a la enzima sobre el extracto acuoso tras la extracción con disolventes.The following shows the determination of the optimal conditions of the extraction process with Alcalase® based on pH, temperature, enzymatic load and time of exposure to the enzyme on the aqueous extract after extraction with solvents.
- Efecto del pH en la extracción asistida por Alcalase®- Effect of pH on extraction assisted by Alcalase®
El efecto del pH del tratamiento enzimático de la biomasa en la recuperación de biocomponentes acuosos se realizó a 40°C con una carga enzimática de 1% (v/p) (unidades en volumen de solución enzimática por peso total de mezcla de reacción: biomasa y buffer). Los extractos acuosos post-extracción con disolventes obtenidos a diferentes valores de pH de la etapa enzimática (etapa (a)) se estudiaron para diferentes tiempos de tratamiento enzimático.The effect of the pH of the enzymatic treatment of biomass in the recovery of aqueous biocomponents was carried out at 40 ° C with an enzymatic load of 1% (v / p) (units in volume of enzyme solution per total weight of reaction mixture: biomass and buffer). The aqueous extracts post-extraction with solvents obtained at different pH values of the enzymatic stage (stage (a)) were studied for different times of enzymatic treatment.
En la Figura 7 se representa la variación del área total de picos cromatográficos con el pH para la extracción con Alcalase®. Los resultados obtenidos de efecto del pH en el área total de los picos cromatográficos significativos obtenidos tras 4h de acción enzimática, se representan en las Figura 7A. La mayor velocidad inicial (4h) de extracción de biocomponentes con Alcalase® se obtiene a pH 6,5 (Figura 7A). A pH 6,5 el proceso de degradación enzimática resulta el más rápido, y en consecuencia se obtiene el máximo valor de área total de picos cromatográficos a este pH para extracciones con tratamiento enzimático corto (4h, Figure 7A).Figure 7 represents the variation of the total area of chromatographic peaks with pH for the extraction with Alcalase®. The results obtained on the effect of pH in the total area of the significant chromatographic peaks obtained after 4h of enzymatic action, are represented in Figure 7A. The highest initial speed (4h) of extraction of biocomponents with Alcalase® is obtained at pH 6.5 (Figure 7A). At pH 6.5 the enzymatic degradation process is the fastest, and consequently the maximum total area value of chromatographic peaks is obtained at this pH for extractions with short enzymatic treatment (4h, Figure 7A).
También, la evolución de la extracción enzimática con la duración de la etapa a) (disgregación enzimática de la biomasa) para el valor óptimo de pH fue determinada durante las primeras 48h. Los resultados obtenidos con Alcalase® se representan en la Figura 7B. Similarmente al caso de Alcalase®, el resto de extracciones enzimáticas estudiadas requieren 24h de tratamiento enzimático de la biomasa de espirulina para obtenerse la máxima cantidad de biocomponentes en el extracto acuoso extraído con disolventes. Un mayor duración de la etapa a) (enzimática), por ej de 48h rinde menor cantidad de biocomponentes posiblemente debido a una degradación enzimática de parte de éstos (péptidos por la proteasa Alcalase®),Also, the evolution of the enzymatic extraction with the duration of stage a) (enzymatic disintegration of the biomass) for the optimum pH value was determined during the first 48h. The results obtained with Alcalase® are represented in Figure 7B. Similar to the case of Alcalase®, the rest of the enzymatic extractions studied require 24 hours of enzymatic treatment of the spirulina biomass to obtain the maximum amount of biocomponents in the aqueous extract extracted with solvents. A longer duration of stage a) (enzymatic), for example 48 hours, yields a lower amount of biocomponents, possibly due to an enzymatic degradation of part of these (peptides by Alcalase® protease),
- Estudio de la temperatura- Study of temperature
El efecto de la temperatura de la etapa a) en la extracción de componentes polares se estudió para 24 h de tratamiento enzimático de la biomasa. El estudio se realizó al correspondiente valor óptimo de pH de la enzima Alcalase®, y una carga enzimática de 1% (v/p) en el intervalo 30-50°C.The effect of the temperature of step a) on the extraction of polar components was studied for 24 h of enzymatic treatment of the biomass. The study was carried out at the corresponding optimal pH value of the Alcalase® enzyme, and an enzyme load of 1% (v / p) in the 30-50 ° C range.
La Figura 8 muestra los valores de área total de picos cromatográficos de los correspondientes extractos acuosos obtenidos con Alcalase®. A fin de identificar la temperatura que permite extraer mayor cantidad de componentes hidrofílicos a partir de cada gramo de espirulina, en la Figura 8 se representa el valor de área total referida a la cantidad total de extracto acuoso obtenido a partir de 1 g de espirulina, calculada considerando el área total obtenida con la cantidad inyectada de extracto (ver adelante la determinación de rendimientos extractivos).Figure 8 shows the total area values of chromatographic peaks of the corresponding aqueous extracts obtained with Alcalase®. In order to identify the temperature that allows the extraction of the greatest amount of hydrophilic components from For each gram of spirulina, Figure 8 represents the total area value referred to the total amount of aqueous extract obtained from 1 g of spirulina, calculated considering the total area obtained with the injected amount of extract (see below the determination extractive yields).
Considerando el error experimental, 30°C o una temperatura inferior resulta ser la temperatura óptima para la extracción con Alcalase®. La temperatura para obtener la máxima recuperación de biocomponentes en el extracto acuoso es relativamente baja. Vitaminas, antioxidantes y otros componentes termolábiles de los extractos pueden preservarse relativamente bien a estas temperaturas (30-40°C). Comparado con temperaturas mayores, a estas suaves temperaturas el coste energético y la desnaturalización de los extractos es reducida, mientras que la estabilidad operacional de los biocatalizadores empleados aumenta. De hecho, la disminución observada en la extracción de biocomponentes a mayores temperaturas (Figura 8) puede ser debida a una indeseable degradación enzimática de los biocomponentes al acelerarse térmicamente el proceso y/o a la disminución de la estabilidad operacional del enzima.Considering the experimental error, 30 ° C or a lower temperature turns out to be the optimum temperature for extraction with Alcalase®. The temperature to obtain the maximum recovery of biocomponents in the aqueous extract is relatively low. Vitamins, antioxidants and other thermolabile components of the extracts can be preserved relatively well at these temperatures (30-40 ° C). Compared with higher temperatures, at these mild temperatures the energy cost and the denaturation of the extracts is reduced, while the operational stability of the biocatalysts used increases. In fact, the decrease observed in the extraction of biocomponents at higher temperatures (Figure 8) may be due to an undesirable enzymatic degradation of the biocomponents when the process is thermally accelerated and / or to the decrease in the operational stability of the enzyme.
- Estudio de la carga enzimática- Study of the enzymatic load
El valor de carga enzimática utilizado debe ser cuidadosamente seleccionado. Entre otras razones, una carga óptima de biocatalizador debe ser identificada, de forma que permita reducir el tiempo para completar la degradación deseada de la biomasa para extraer sus biocomponentes, sin aumentar excesivamente el gasto en el biocatalizador (J Am Oil Chem Soc, 2009, 86(12): 1235-1240). La carga de catalizador empleada afecta a la velocidad de biodegradación de la biomasa, previa a la etapa de extracción por disolventes, y determina el rendimiento extractivo a un tiempo dado.The enzyme load value used must be carefully selected. Among other reasons, an optimal load of biocatalyst must be identified, so as to reduce the time to complete the desired degradation of the biomass to extract its biocomponents, without excessively increasing the cost of the biocatalyst (J Am Oil Chem Soc, 2009, 86 (12): 1235-1240). The catalyst load used affects the biodegradation rate of the biomass, prior to the solvent extraction stage, and determines the extractive yield at a given time.
Los resultados obtenidos con diferentes cargas de Alcalase® (0-2% v/p enzima) están representados en la Figura 9. Los resultados fueron comparados con los obtenidos en la extracción control, en la que se utilizó un volumen equivalente de agua milli-Q en lugar de la solución enzimática (0% carga de enzima en la Figura 9).The results obtained with different loads of Alcalase® (0-2% v / p enzyme) are represented in Figure 9. The results were compared with those obtained in the control extraction, in which an equivalent volume of milli- Q instead of the enzyme solution (0% enzyme loading in Figure 9).
La extracción de biocomponentes polares aumenta al aumentar la carga enzimática empleada de 0,0% a 1% (v/p) de Alcalase®, pero disminuye dramáticamente al utilizar cargas superiores (por ej., 2% v/p; Figura 9).The extraction of polar biocomponents increases when the enzymatic load used increases from 0.0% to 1% (v / p) of Alcalase®, but decreases dramatically when using higher loads (eg, 2% v / p; Figure 9) .
La disminución de la recuperación de productos al emplear cargas superiores a cierto valor, sugiere que con elevadas concentraciones de enzima se favorece una excesiva biodegradación de la biomasa. Como resultado de ello, los componentes extraídos son el resultado de un mayor grado de biodegradación de los productos extraídos a cargas menores. En el caso de proteasas, el descenso de los rendimientos extractivos de biocomponentes puede también deberse a cierto grado de autolisis enzimática, favorecida a altas concentraciones de enzimas proteolíticas.The decrease in the recovery of products when using loads higher than a certain value, suggests that with high concentrations of enzyme an excessive biodegradation of the biomass is favored. As a result, the extracted components are the result of a higher degree of biodegradation of the products extracted at loads. minors. In the case of proteases, the decrease in the extractive yields of biocomponents may also be due to a certain degree of enzymatic autolysis, favored at high concentrations of proteolytic enzymes.
Un análisis individual de la evolución del área de los diferentes picos cromatográficos (Figura 10), indica que algún(os) producto(s) es(son) extraído(s) casi completamente con solo 4h de tratamiento enzimático (tiempo de retención (Tr) = 68min, Figura 10E), mientras que otros productos requieren tiempos mayores (24h) para la etapa a) (los eluídos a Tr = 3-5min.; 5,5 min; 11-14min.; 20-22min.; 28min., Figuras 10 A-E). Estos resultados sugieren que algunos de los biocomponentes extraídos son, bien intracelulares o pueden formarse por la acción degradadora enzimática sobre los componentes celulares (ej., péptidos y/o azúcares, etc).An individual analysis of the evolution of the area of the different chromatographic peaks (Figure 10) indicates that some product (s) is (are) extracted almost completely with only 4h of enzymatic treatment (retention time (Tr ) = 68min, Figure 10E), while other products require longer times (24h) for stage a) (those eluted at Tr = 3-5min .; 5.5 min; 11-14min .; 20-22min .; 28min ., Figures 10 AE). These results suggest that some of the extracted biocomponents are either intracellular or may be formed by the enzymatic degrading action on cellular components (eg, peptides and / or sugars, etc).
La inspección individual de la evolución temporal del área de los diferentes picos de productos extraídos en el extracto acuoso, revela la existencia de dos tipos de cinéticas extractivas para los diferentes productos. Estos resultados sugieren que los productos localizados en lugar más accesible de la célula (ej, región extracelular) necesitan un tiempo corto para la etapa a) de degradación enzimática de la biomasa. Pero, la extracción completa de los dos tipos de biocomponentes requiere una duración de la etapa enzimática de 24h. La duración de la etapa de tratamiento enzimático es un importante parámetro. En este proceso, 24h son necesarias para obtener la máxima extracción de componentes intra- y extracelulares de la biomasa de espirulina.The individual inspection of the temporal evolution of the area of the different peaks of extracted products in the aqueous extract reveals the existence of two types of extractive kinetics for the different products. These results suggest that products located in the most accessible place in the cell (eg, extracellular region) need a short time for step a) of enzymatic degradation of biomass. But, the complete extraction of the two types of biocomponents requires a duration of the enzymatic stage of 24 hours. The duration of the enzyme treatment stage is an important parameter. In this process, 24 hours are necessary to obtain the maximum extraction of intra- and extracellular components from the spirulina biomass.
Finalmente, se determinó que las condiciones óptimas del tratmiento enzimático para Alcalase® son: temperatura de 30°C, pH 6,5, 24h y carga enzimática 1% v/p.Finally, it was determined that the optimal conditions of the enzymatic treatment for Alcalase® are: temperature of 30 ° C, pH 6.5, 24h and enzyme load 1% v / p.
Los estudios de los ejemplos 2 y 3 revelaron que tanto las cantidades de biocomponentes recuperados en la fase acuosa (determinados en base a áreas cromatográficas), como la composición de los diferentes extractos, varían según estos parámetros (tipo y carga de enzima, extensión temporal de su acción, temperatura y pH de trabajo). También, se determinó que las condiciones de operación óptimas para la etapa de degradación enzimática de la biomasa, son idénticas para la recuperación tanto de los biocomponentes hidrofílicos como hidrofóbicos (extractos acuosos y oleosos, respectivamente).The studies of examples 2 and 3 revealed that both the amounts of biocomponents recovered in the aqueous phase (determined based on chromatographic areas), and the composition of the different extracts, vary according to these parameters (type and load of enzyme, temporal extension of its action, temperature and working pH). Also, it was determined that the optimal operating conditions for the biomass enzymatic degradation stage are identical for the recovery of both hydrophilic and hydrophobic biocomponents (aqueous and oily extracts, respectively).
Ejemplo 4Example 4
Rendimientos en peso de los extractos en condiciones óptimas Yields by weight of extracts under optimal conditions
Los procesos extractivos fueron realizados a mayor escala (10 g de biomasa de A. platensis) y los correspondientes extractos oleosos y acuosos obtenidos en sus respectivas condiciones llevados a sequedad para determinar su peso. Los diferentes extractos enzimáticos y el control (sin enzima) fueron preparados (por duplicado) en sus respectivas condiciones óptimas: pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Alcalase®, Lipozyme® y Celluclast®; pH 6,0, 1% v/p y 30°C para Flavourzyme®; pH 7,0, 1% v/p y 30°C para Ultraflo®; pH 6,5, 2% v/p y 40°C para Vinoflow®. Los extractos del control sin enzima se obtuvieron añadiendo agua mili-Q en lugar de la solución enzimática tamponada, a 30°C y 24h.The extractive processes were carried out on a larger scale (10 g of A. platensis biomass) and the corresponding oily and aqueous extracts obtained in their respective conditions were brought to dryness to determine their weight. The different enzyme extracts and the control (without enzyme) were prepared (in duplicate) in their respective optimal conditions: pH 6.5, 1% v / p and 30 ° C for Alcalase®, Lipozyme® and Celluclast®; pH 6.0, 1% v / w and 30 ° C for Flavourzyme®; pH 7.0, 1% v / w and 30 ° C for Ultraflo®; pH 6.5, 2% v / p and 40 ° C for Vinoflow®. Control extracts without enzyme were obtained by adding milli-Q water instead of the buffered enzyme solution, at 30 ° C and 24h.
Todos los extractos fueron secados (en rotavapor+corriente de nitrógeno) o liofilizados, determinando su peso seco en una balanza de precisión (4 dígitos). En la Tabla 1 se recoge los valores de rendimiento en peso seco de las diferentes fases (oleosa, acuosa y residual) Los rendimientos se calcularon como el porcentaje de peso del extracto seco (o biomasa residual seca) respecto al peso utilizado de la biomasa seca de espirulina.All the extracts were dried (in a rotary evaporator + nitrogen stream) or lyophilized, determining their dry weight on a precision scale (4 digits). Table 1 shows the yield values in dry weight of the different phases (oily, aqueous and residual). The yields were calculated as the percentage of weight of the dry extract (or dry residual biomass) with respect to the weight of the dry biomass used. spirulina.
Todos los sistemas de recuperación de biocomponentes con asistencia enzimática proporcionaron mayores rendimientos extractivos de las fases acuosas y oleosas que el sistema control sin enzima. El mayor rendimiento en peso de extracto oleoso se obtuvo con Vinoflow®, mientras que, para el extracto acuoso los sistemas extractivos que utilizan biocatalizadores proteolíticos (Alcalase® y Flavourzyme®) dieron el mayor rendimiento en peso seco; si bien, el mayor rendimiento en el extracto acuoso fue el de Alcalase®. El proceso de extracción enzimática con Alcalase® permitió aumentar 1,5 y 1,9 veces el peso de los extractos oleoso y acuoso, respectivamente, con respecto a los obtenidos en el control sin enzima (Tabla 1).All the enzyme-assisted biocomponent recovery systems provided higher extractive yields of the water and oil phases than the control system without enzyme. The highest yield in weight of oily extract was obtained with Vinoflow®, while, for the aqueous extract, the extractive systems that use proteolytic biocatalysts (Alcalase® and Flavourzyme®) gave the highest yield in dry weight; although the highest yield in the aqueous extract was that of Alcalase®. The enzymatic extraction process with Alcalase® allowed to increase 1.5 and 1.9 times the weight of the oily and aqueous extracts, respectively, with respect to those obtained in the control without enzyme (Table 1).
Tabla 1 . - Rendimientos en peso de la Extracción en condiciones óptimas_____ Table 1 . - Yields in weight of the Extraction under optimal conditions _____
RENDIMIENTOS DE EXTRACCIÓN (%)EXTRACTION YIELDS (%)
Enzima FASEEnzyme PHASE
Orgánica Acuosa Biomasa Residual Alcalase® 6,7±0,1 36,5±0,1 47,7±0,4 Flavourzyme® 6,4±0,1 31,8±0,1 47,8±1,0 Organic Aqueous Residual Biomass Alcalase® 6.7 ± 0.1 36.5 ± 0.1 47.7 ± 0.4 Flavourzyme® 6.4 ± 0.1 31.8 ± 0.1 47.8 ± 1.0
Ultraflo® 5,9±0,1 19,7±0,1 61,4±1,2Ultraflo® 5.9 ± 0.1 19.7 ± 0.1 61.4 ± 1.2
Vinoflow® 8,1±0,2 26,3±0,1 57,1±0,3Vinoflow® 8.1 ± 0.2 26.3 ± 0.1 57.1 ± 0.3
Lipozyme® 5,0 27,0 66,6Lipozyme® 5.0 27.0 66.6
Celluclast® 4,9 26,1 69,3 Celluclast® 4.9 26.1 69.3
Control 4,7±0,2 19,2±0,2 70,1±0,4 Alcalase®* n.d. 42,9 56,1 Flavourzyme®* n.d. 41,8 56,8 Control 4.7 ± 0.2 19.2 ± 0.2 70.1 ± 0.4 Alcalase® * na 42.9 56.1 Flavourzyme® * na 41.8 56.8
Control* n.d. 49,0 50,2Control * n.d. 49.0 50.2
* Rendimientos de la extracción de biocomponentes de la etapa a), sin emplear disolventes post-tratamiento enzimático. n.d.: no determinado.* Yields of the extraction of biocomponents from stage a), without using solvents post-enzymatic treatment. n.d .: not determined.
Cuando la recuperación del extracto acuoso se realiza sin adición de la mezcla de disolventes hexano/isopropanol, los rendimientos en peso de las fases acuosas y biomasa residual varían respecto a la extracción usando estos disolventes (Tabla 1 , indicado como *), de forma que se obtiene mayor peso de fase acuosa sin el uso de estos disolventes. Hecho que es particularmente notable en el caso de la extracción control sin enzima. Ello es probablemente debido a la dificultad de separar bien el material oleoso, que, al no retirarse a la fase de hexano, queda firmemente adherido a la biomasa residual y parcialmente emulsionado en la fase acuosa. A diferencia de lo que ocurre usando la mezcla de hexano/isopropanol para extraer los biocomponentes, las fases acuosas de las extracciones con Alcalase® y Flavouzyme® recuperadas sin empleo de estos disolventes tienen menor peso que su respectiva extracción control sin enzima. Esto es debido al extraordinario aumento del peso recuperado de la fase acuosa de la extracción control sin disolventes con respecto a la misma extracción control usando disolventes para la recuperación de biocomponentes. Estas extracciones sin adición de disolventes orgánicos tienen igualmente pérdidas de rendimiento en peso debido a las mismas razones que los otros extractos (operaciones de filtración, etc).When the recovery of the aqueous extract is carried out without adding the hexane / isopropanol solvent mixture, the weight yields of the aqueous phases and residual biomass vary with respect to the extraction using these solvents (Table 1, indicated as *), such that greater weight of aqueous phase is obtained without the use of these solvents. A fact that is particularly notable in the case of the control extraction without enzyme. This is probably due to the difficulty of separating the oily material well, which, by not withdrawing to the hexane phase, remains firmly adhered to the residual biomass and partially emulsified in the aqueous phase. Unlike what happens using the hexane / isopropanol mixture to extract the biocomponents, the aqueous phases of the extractions with Alcalase® and Flavouzyme® recovered without the use of these solvents have less weight than their respective control extraction without enzyme. This is due to the extraordinary increase in the recovered weight of the aqueous phase of the solvent-free control extraction compared to the same control extraction using solvents for the recovery of biocomponents. These extracts without the addition of organic solvents also have yield losses by weight due to the same reasons as the other extracts (filtration operations, etc.).
Para los extractos recuperados con la mezcla de disolventes a partir de los rendimientos en peso de los extractos oleoso y acuoso (Tabla 1) se calcularon las unidades de área total de picos de los análisis de HPLC-ELSD de los diferentes extractos óptimos (enzimáticos y control sin enzima) referidas a 1 gramo de biomasa de A. platensis inicial. El valor calculado es indicativo de la cantidad total de biocomponentes extraídos a partir de 1 g de biomasa seca de espirulina en los diferentes procesos extractivos. El estudio comparativo de los valores obtenidos para los diferentes procesos extractivos se representa en las Figuras 11 y 12 para los extractos acuoso y oleoso, respectivamente. For the extracts recovered with the solvent mixture from the weight yields of the oily and aqueous extracts (Table 1), the units of total area of peaks of the HPLC-ELSD analyzes of the different optimal extracts (enzymatic and control without enzyme) referred to 1 gram of biomass of initial A. platensis. The calculated value is indicative of the total amount of biocomponents extracted from 1 g of dry spirulina biomass in the different extractive processes. The comparative study of the values obtained for the different extractive processes is represented in Figures 11 and 12 for the aqueous and oily extracts, respectively.
En la Figura 11 se representan los diferentes valores de área total de picos de biocomponentes oleosos correspondientes a un gramo de biomasa extraída con los diferentes tratamientos enzimáticos en sus respectivas condiciones óptimas de operación. Todos los procesos extractivos tras una etapa a) de digestión enzimática de la biomasa permiten obtener la mayor cantidad de biocomponentes oleosos detectados por HPLC-ELSD, indicando que la acción de todas las enzimas facilita la recuperación de los biocomponentes oleosos intracelulares. Vinoflow® proporciona la mayor recuperación de biocomponentes detectados por HPLC-ELSD.Figure 11 represents the different values of total area of peaks of oily biocomponents corresponding to one gram of biomass extracted with the different enzymatic treatments in their respective optimal conditions of operation. All the extractive processes after a step a) of enzymatic digestion of the biomass make it possible to obtain the largest amount of oily biocomponents detected by HPLC-ELSD, indicating that the action of all the enzymes facilitates the recovery of intracellular oily biocomponents. Vinoflow® provides the highest recovery of biocomponents detected by HPLC-ELSD.
La comparación de los valores obtenidos para los diferentes extractos acuosos (Figura 12) indica, que el mejor método enzimático (1% v/p Alcalase®, pH=6,5, 30°C y 24h) permite aumentar la recuperación de biocomponentes polares por gramo de espirulina 2,5 veces con respecto al obtenido con la simple extracción por disolventes (control), lo cual es consecuencia de que el método de Alcalase® aumenta el peso del extracto acuoso un 90% (1,90 veces mayor % p/p) y de la diferente composición de los extractos obtenidos con las distintas enzimas (ver Ejemplos 6 y 7). La cantidad de biocomponentes hidrofílicos detectados por HPLC-ELSD, extraída de cada gramo de espirulina con Alcalase® resulta 3 veces mayor que el obtenido con la otra proteasa (Flavourzyme®). Para el extracto acuoso, no todos los sistemas enzimáticos aumentan la cantidad de biocomponentes extraídos, siendo las cantidades obtenidas con Vinoflow®, Lipozyme® y Celluclast® similares a la obtenida en el control sin enzima.Comparison of the values obtained for the different aqueous extracts (Figure 12) indicates that the best enzymatic method (1% v / p Alcalase®, pH = 6.5, 30 ° C and 24h) allows to increase the recovery of polar biocomponents per gram of spirulina 2.5 times with respect to that obtained with simple solvent extraction (control), which is a consequence of the fact that the Alcalase® method increases the weight of the aqueous extract by 90% (1.90 times greater% p / p) and the different composition of the extracts obtained with the different enzymes (see Examples 6 and 7). The amount of hydrophilic biocomponents detected by HPLC-ELSD, extracted from each gram of spirulina with Alcalase® is 3 times greater than that obtained with the other protease (Flavourzyme®). For the aqueous extract, not all enzyme systems increase the amount of biocomponents extracted, the amounts obtained with Vinoflow®, Lipozyme® and Celluclast® being similar to that obtained in the control without enzyme.
Estos resultados demuestran la superioridad del proceso extractivo de Alcalase® para la recuperación de biocomponentes hidrofílicos de espirulina.These results demonstrate the superiority of the Alcalase® extractive process for the recovery of hydrophilic spirulina biocomponents.
Ejemplo 5Example 5
Análisis morfológico de la biomasa.Morphological analysis of the biomass.
La mayor extracción neta de biocomponentes y menor cantidad de biomasa residual) obtenida mediante tratamiento con Alcalase®, se visualizó también mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) de la biomasa residual, siendo la de Alcalase® la que se visualizó más desintegrada y traslúcida, indicando mayor desaparición de sus biocomponentes, con respecto a los otros casos (Figuras 13-14).The highest net extraction of biocomponents and the least amount of residual biomass) obtained by treatment with Alcalase®, was also visualized by transmission electron microscopy (TEM) of the residual biomass, being that of Alcalase® the one that was visualized more disintegrated and translucent, indicating greater disappearance of its biocomponents, with respect to the other cases (Figures 13-14).
La visualización de las biomasas residuales al microscopio electrónico corrobora la superioridad extractiva de componentes del proceso con Alcalase® con respecto a otros procesos enzimáticos estudiados y al control sin enzima. The visualization of the residual biomass under the electron microscope corroborates the extractive superiority of the process components with Alcalase® with respect to other enzymatic processes studied and to the control without enzyme.
Ejemplo 6Example 6
Análisis de composición en aminoácidos de los extractos acuosos obtenidos en condiciones óptimas de los procesos extractivosComposition analysis in amino acids of the aqueous extracts obtained under optimal conditions of the extractive processes
El análisis cuantitativo de las mezclas de aminoácidos se realizó conforme al procedimiento descrito en el ejemplo 1. En la Figura 15 se representa el contenido total de moles de aminoácidos extraídos por g de biomasa con cada sistema extractivo.The quantitative analysis of the amino acid mixtures was carried out according to the procedure described in example 1. Figure 15 represents the total content of moles of amino acids extracted per g of biomass with each extractive system.
El extracto acuoso obtenido con Alcalase® tiene mayor contenido en amino ácidos totales (45% p/p extracto liofilizado) que el extracto control sin enzima (34% p/p) y que los de las otras enzimas (13-17%).The aqueous extract obtained with Alcalase® has a higher content of total amino acids (45% w / w lyophilized extract) than the control extract without enzyme (34% w / w) and than those of the other enzymes (13-17%).
El extracto obtenido con el método de Alcalase® es particularmente rico en Glu, Asp y Leu; destaca el aumento en la recuperación de moles de Tyr (3,7-10,8 veces mayor cantidad que con los demás métodos). El método de Alcalase® permite recuperar hasta 7,2 y 10,8 veces mayor cantidad de moles de Arg y Tyr, respectivamente, y para los demás elementos el de Alcalase® es 2,6-3,3 veces superior que el método de la proteasa (Flavourzyme®).The extract obtained with the Alcalase® method is particularly rich in Glu, Asp and Leu; The increase in the recovery of Tyr moles stands out (3.7-10.8 times higher than with the other methods). The Alcalase® method allows to recover up to 7.2 and 10.8 times more moles of Arg and Tyr, respectively, and for the other elements the Alcalase® method is 2.6-3.3 times higher than the method of protease (Flavourzyme®).
Ejemplo 7Example 7
Identificación de biocomponentes de los extractos acuosos por LC ESI-MS MS Los biocomponentes de los diferentes extractos acuosos separados con disolventes (enzimáticos y control) fueron analizados e identificados mediante LC ESI-MS MS en modo de ionización positiva, mediante la metodología descrita en el ejemplo 1. Las condiciones de obtención de los extractos fueron las determinadas como óptimas: pH 6,5, 1% v/p y 30°C para Alcalase®, Lipozyme® y Celluclast®; pH 6,0, 1% v/p y 30°C para Flavourzyme®; pH 7,0, 1% v/p y 30°C para Ultraflo®; pH 6,5, 2% v/p y 40°C para Vinoflow®; el extracto del control sin enzima se obtuvo añadiendo agua mili-Q a 30°C en lugar de la solución enzimática tamponada y 24h. Identification of biocomponents of the aqueous extracts by LC ESI-MS MS The biocomponents of the different aqueous extracts separated with solvents (enzymatic and control) were analyzed and identified by LC ESI-MS MS in positive ionization mode, using the methodology described in the Example 1. The conditions for obtaining the extracts were determined as optimal: pH 6.5, 1% v / p and 30 ° C for Alcalase®, Lipozyme® and Celluclast®; pH 6.0, 1% v / w and 30 ° C for Flavourzyme®; pH 7.0, 1% v / w and 30 ° C for Ultraflo®; pH 6.5, 2% v / w and 40 ° C for Vinoflow®; the extract of the control without enzyme was obtained by adding milli-Q water at 30 ° C instead of the buffered enzymatic solution and 24h.
Los perfiles cromatográficos obtenidos con trampa Bruker AmaZon del equipo empleado, están representados en la Figura 16, donde se representa la variación de intensidad de señal recibida por el detector (un sistema basado en conversión dinodal (Daly detector)). Los diferentes cromatogramas indicaron que todos los extractos estaban integrados por un importante número de biocomponentes. También se observó que, todos los sistemas enzimáticos extractivos dieron mayor número y cantidad de biocomponentes en el extracto acuoso que el control no enzimático (Figura 16). The chromatographic profiles obtained with the Bruker AmaZon trap of the equipment used are represented in Figure 16, where the variation in signal intensity received by the detector (a system based on dinodal conversion (Daly detector)) is represented. The different chromatograms indicated that all the extracts were composed of a significant number of biocomponents. It was also observed that all the extractive enzyme systems gave a greater number and quantity of biocomponents in the aqueous extract than the non-enzymatic control (Figure 16).
La columna cromatográfica utilizada resuelve por interacción hidrofóbica con los productos, eluyendo a tiempos mayores los de menor polaridad. En el extracto control se observan tres picos que no aparecen en el resto de los extractos: dos bandas estrechas a 46 y 63 min. de intensidad media, y una banda ancha y alta a tiempos de retención altos (66-94 min.; Figura 16). La mayor degradación del material celular observada por TEM en el caso de los extractos enzimáticos comparado con el extracto control (no enzimático) se correspondió con el hecho de que los extractos enzimáticos presentaron mayor número de biocomponentes en el análisis por LC ESI-MS MS, existiendo varias zonas del cromatograma con biocomponentes, que no aparecen en los del extracto control (especialmente la zona de tiempo de elución de 50-70 min., Figura 16). Los distintos extractos enzimáticos presentaron diferentes biocomponentes (Figura 16). La mayor desaparición del material celular observada por TEM en el caso del extracto de Alcalase®, se correspondió con el hecho de que este extracto de Alcalase® presentó mayor número de biocomponentes en el análisis por HPLC-MS-MS, existiendo varias zonas del cromatograma con biocomponentes, que no aparecen en los otros extractos. (picos mayoritarios a 53 min., 60 min. y 80 min., Figura 16). El cromatograma de Flavourzyme® presenta picos a tiempos de retención entre 35 y 45 min. inexistentes en los comatogramas del resto de extractos (Figura 16).The chromatographic column used resolves by hydrophobic interaction with the products, eluting those with lower polarity at longer times. In the control extract, three peaks are observed that do not appear in the rest of the extracts: two narrow bands at 46 and 63 min. medium intensity, and a wide and high band at high retention times (66-94 min .; Figure 16). The greater degradation of cellular material observed by TEM in the case of the enzymatic extracts compared to the control extract (non-enzymatic) corresponded to the fact that the enzyme extracts presented a greater number of biocomponents in the analysis by LC ESI-MS MS, there are several zones of the chromatogram with biocomponents, which do not appear in those of the control extract (especially the elution time zone of 50-70 min., Figure 16). The different enzyme extracts presented different biocomponents (Figure 16). The greater disappearance of the cellular material observed by TEM in the case of the Alcalase® extract, corresponded to the fact that this Alcalase® extract presented a greater number of biocomponents in the analysis by HPLC-MS-MS, with several areas of the chromatogram with biocomponents, which do not appear in the other extracts. (Major peaks at 53 min., 60 min. and 80 min., Figure 16). The Flavourzyme® chromatogram shows peaks at retention times between 35 and 45 min. nonexistent in the comatograms of the rest of the extracts (Figure 16).
Según la Tabla 2, en el extracto de Alcalase® se han detectado 8 péptidos diferentes de los detectados en el resto de extractos (enzimáticos o control). Concretamente tiene al menos 11 familias de péptidos exclusivos, correspondientes a diferentes proteínas de Arthrospira sp. con su correspondiente actividad biológica: MKKIEAIIRPF (SEQ ID NO: 1) , (nitrogen regulatory protein P-II [Arthrospira platensis NIES-39]); LPPL (SEQ ID NO: 2) , sin asignación; ALAVGIGSIGPGLGQGQ (SEQ ID NO: 3),(AtpH [Arthrospira platensis HN01]); TTAASVIAAAL (SEQ ID NO: 4), (ATP synthase c chain [Arthrospira platensis NIES-39]); DFPGDDIPIVS (SEQ ID NO: 5), (Full=Elongation factor Tu; Short=EF-Tu), LELL (SEQ ID NO: 6), WKLLP (SEQ ID NO: 7) y CHLLLSM(+15.99) (SEQ ID NO: 8); las tres últimas sin asignación. En una realización todavía más particular, el extracto de la invención comprende los péptidos SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7 y SEQ ID NO: 8According to Table 2, 8 different peptides have been detected in the Alcalase® extract from those detected in the rest of the extracts (enzymatic or control). Specifically, it has at least 11 families of exclusive peptides, corresponding to different proteins of Arthrospira sp. with its corresponding biological activity: MKKIEAIIRPF (SEQ ID NO: 1), (nitrogen regulatory protein P-II [Arthrospira platensis NIES-39]); LPPL (SEQ ID NO: 2), no assignment; ALAVGIGSIGPGLGQGQ (SEQ ID NO: 3), (AtpH [Arthrospira platensis HN01]); TTAASVIAAAL (SEQ ID NO: 4), (ATP synthase c chain [Arthrospira platensis NIES-39]); DFPGDDIPIVS (SEQ ID NO: 5), (Full = Elongation factor Tu; Short = EF-Tu), LELL (SEQ ID NO: 6), WKLLP (SEQ ID NO: 7) and CHLLLSM (+15.99) (SEQ ID NO : 8); the last three unassigned. In an even more particular embodiment, the extract of the invention comprises the peptides SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 , SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8
Tabla 2 . -Secuencia peptídica, tiempo de retención (Rt, minutos), masa molecular calculada y experimental (Da), y marca o score de los péptidos identificados en los extractos acuosos de A. platensis utilizando LC ESI-MS MS. Table 2 . -Peptide sequence, retention time ( Rt, minutes), calculated and experimental molecular mass ( Da), and mark or score of the peptides identified in the aqueous extracts of A. platensis using LC ESI-MS MS.
Extracto RT Secuencia Peptídica Mr. M. ExpExtract RT Peptide Sequence Mr. M. Exp
min. Se . ID: Da Calc. Da Marca min. I know . ID: Da Calc. Da Marca
Ejemplo 8Example 8
Determinación de las propiedades bioactivas de los extractos acuososDetermination of the bioactive properties of aqueous extracts
Se realizó un estudio comparativo de las propiedades antihipertensiva, antihiperlipidémica (anti-hipertriglicerolémica y anti-colesterolémica), y antioxidante de los extractos acuosos enzimáticos y control.A comparative study of the antihypertensive, antihyperlipidemic (anti-hypertriglycerolémic and anti-cholesterolemic), and antioxidant properties of the aqueous enzymatic and control extracts was carried out.
Análisis de la actividad anti-hipertensivaAnalysis of anti-hypertensive activity
Los valores de actividad anti-hipertensiva de todos los extractos se resumen en la Tabla 3. El tratamiento con Alcalase® presenta la mayor actividad inhibidora de ACE, siendo 3,7 veces superior a la del extracto control. La posterior extracción con disolventes permite incrementar esta actividad frente al control aún más, hasta 7,3 veces.The anti-hypertensive activity values of all the extracts are summarized in Table 3. The treatment with Alcalase® shows the highest ACE inhibitory activity, being 3.7 times higher than that of the control extract. The subsequent extraction with solvents allows to increase this activity against the control even more, up to 7.3 times.
Tabla 3. - Actividad anti-hipertensiva. Evaluación in vitro de la capacidad inhibidora de ACE (enzima convertidora de angiotensina Table 3. - Anti-hypertensive activity. In vitro evaluation of the inhibitory capacity of ACE ( angiotensin converting enzyme
Enzima IC50 A extraída* control(mg/ A/Aml) (ml) IC 50 A enzyme extracted * control (mg / A / A ml) (ml)
Alcalase® (proteasa) 0,050±0,006 7,3±0,9 7,3 Flavourzyme® (proteasa) 0,236±0,012 1,3±0,1 1,3Alcalase® (protease) 0.050 ± 0.006 7.3 ± 0.9 7.3 Flavourzyme® (protease) 0.236 ± 0.012 1.3 ± 0.1 1.3
Ultraflo® (endoglucanasa) 0,178±0,029 1,1 ±0,2 1,1 Vinoflow® (exoglucanasa) 0,404±0,029 0,7±0,0 0,6 Celluclast® (celulasa) 0,216±0,019 1,2±0,1 1,2 Lipozyme® (lipasa) 0,255±0,054 1,1 ±0,2 1,0 Ultraflo® (endoglucanase) 0.178 ± 0.029 1.1 ± 0.2 1.1 Vinoflow® (exoglucanase) 0.404 ± 0.029 0.7 ± 0.0 0.6 Celluclast® (cellulase) 0.216 ± 0.019 1.2 ± 0, 1 1.2 Lipozyme® (lipase) 0.255 ± 0.054 1.1 ± 0.2 1.0
Control (Sin enzima) 0,189±0,028 1,0±0,2 1,0 Control ( Without enzyme) 0.189 ± 0.028 1.0 ± 0.2 1.0
Alcalase® (proteasa)*** 0,105±0,004 4,1±0,2 3,7 Alcalase® ( protease) *** 0.105 ± 0.004 4.1 ± 0.2 3.7
Flavourzyme® (proteasa)*** 0,397±0,063 1,1±0,2 1,0 Flavourzyme® ( protease) *** 0.397 ± 0.063 1.1 ± 0.2 1.0
Control (Sin enzima)*** 0,446±0,052 1,1±0,1 1,0 Control ( No enzyme) *** 0.446 ± 0.052 1.1 ± 0.1 1.0
*La actividad anti-hipertensiva extraída de 1 gr biomasa, calculada como el producto de la inversa del valor de IC50 por el peso obtenido del correspondiente extracto a partir de 1 gr de espirulina (rendimiento (%)/10 g biomasa extraída).* The anti-hypertensive activity extracted from 1 gr biomass, calculated as the product of the inverse of the IC50 value by the weight obtained from the corresponding extract from 1 gr of spirulina (yield (%) / 10 g biomass extracted).
**Relación de unidades de actividad extraídas con cada método enzimático y con el control** List of units of activity extracted with each enzymatic method and with the control
*** Valores de la extracción acuosa de la etapa a), sin emplear disolventes post tratamiento enzimático.*** Values of the aqueous extraction of step a), without using solvents after enzymatic treatment.
Análisis de la actividad anti-hiperlipidémica: inhibición de la lipasa pancreáticaAnalysis of anti-hyperlipidemic activity: inhibition of pancreatic lipase
La hiperlipidemia incluye diferentes desórdenes metabólicos que conducen a Hyperlipidemia includes different metabolic disorders that lead to
hipertrigliceridemia y/o hipercolesterolemia en el torrente sanguíneo. A largo plazo, todo hypertriglyceridaemia and / or hypercholesterolemia in the bloodstream. In the long run, everything
esto conduce a complicaciones vasculares (microangiopatía, enfermedades this leads to vascular complications (microangiopathy, diseases
cardiovasculares, cerebrovasculares y/o síndrome metabólico).cardiovascular, cerebrovascular and / or metabolic syndrome).
Todos los extractos enzimáticos presentan una mayor capacidad inhibidora que el All enzyme extracts have a higher inhibitory capacity than the
extracto control, siendo 35-62 veces superior la de aquellos (Tabla 4). Los dos extractos control extract, being 35-62 times higher than those (Table 4). The two excerpts
obtenidos con proteasas (Alcalase® y Flavourzyme®) resultaron tener la mayor actividad obtained with proteases (Alcalase® and Flavourzyme®) were found to have the highest activity
inhibidora, que fue similar para ambos extractos.inhibitory, which was similar for both extracts.
Respecto a los procesos extractivos, los dos procesos de proteasas (Alcalase® y Regarding the extractive processes, the two protease processes (Alcalase® and
Flavourzyme®) resultaron extraer la mayor actividad inhibidora, siendo 106 y 94 veces Flavourzyme®) were found to extract the highest inhibitory activity, being 106 and 94 times
superior que la obtenida con el extracto control.higher than that obtained with the control extract.
Tabla 4. Table 4. - Actividad inhibidora in vitro de la lipasa pancreática de cerdo.- In vitro inhibitory activity of pig pancreatic lipase.
Enzima (Aab A Inhibición Ae x tra c to Ae x tra íd a Enzyme (Aab A Inhibition A ex tra c to A ex tra id a
s/s)* (AAbs x L/s. g (AAbs x L/s. g A/Acontrol (%) extracto) biomasa) s / s) * (AAbs x L / s. g (AAbs x L / s. g A / Acontrol (%) extract) biomass)
Sin Inhibidor 0,368±0,008 - - - -Without Inhibitor 0.368 ± 0.008 - - - -
Alcalase®Alcalase®
(proteasa) 0,256±0,007 30,3±1,9 0,149±0,019 54,5±6,8 106 Flavourzyme®(protease) 0.256 ± 0.007 30.3 ± 1.9 0.149 ± 0.019 54.5 ± 6.8 106 Flavourzyme®
(proteasa) 0,254±0,008 31,1 ±2,1 0,152±0,020 48,3±6,4 94 Ultraflo®(protease) 0.254 ± 0.008 31.1 ± 2.1 0.152 ± 0.020 48.3 ± 6.4 94 Ultraflo®
(endoglucanasa) 0,282±0,003 20,7±0,7 0,115±0,013 22,6±2,6 44 Vinoflow®(endoglucanase) 0.282 ± 0.003 20.7 ± 0.7 0.115 ± 0.013 22.6 ± 2.6 44 Vinoflow®
(exoglucanasa) 0,304±0,009 17,5±2,2 0,085±0,021 22,4±5,6 44 Celluclast®(exoglucanase) 0.304 ± 0.009 17.5 ± 2.2 0.085 ± 0.021 22.4 ± 5.6 44 Celluclast®
(celulasa) 0,366±0,008 0,5±2 0,002±0,020 0,6±5,2 1 Lypozime®(cellulase) 0.366 ± 0.008 0.5 ± 2 0.002 ± 0.020 0.6 ± 5.2 1 Lypozime®
(lipasa) 0,368±0,008 0,0±4,6 0,000±0,020 0,0±5,4 0 Control(lipase) 0.368 ± 0.008 0.0 ± 4.6 0.000 ± 0.020 0.0 ± 5.4 0 Control
(Sin enzima) 0,366±0,012 0,5±3,0 0,003±0,011 0,5±2,1 1 * unidades de actividad como incremento de absorbancia por segundo, para 750 mg/l extracto en la cubeta(Without enzyme) 0.366 ± 0.012 0.5 ± 3.0 0.003 ± 0.011 0.5 ± 2.1 1 * units of activity as absorbance increase per second, for 750 mg / l extract in the cuvette
** Relación de unidades de actividad extraídas con cada método enzimático y con el control** List of units of activity extracted with each enzymatic method and with the control
Análisis de actividad anti-hiperlipidémica: inhibición de la enzima colesterol esterasa pancreáticaAnalysis of anti-hyperlipidemic activity: inhibition of the pancreatic cholesterol esterase enzyme
Los resultados se presentan como inhibición (%) de la colesterol esterasa pancreática (Tabla 5).Results are presented as inhibition (%) of pancreatic cholesterol esterase (Table 5).
Todos los extractos enzimáticos presentaron mayor actividad inhibidora que el control, siendo la del obtenido con Alcalase 16 veces mayor que la del control y 1,1-3,5 veces superior a la del resto de extractos enzimáticos. Por cada gramo de biomasa, el método de Alcalase® permite extraer 26 veces más productos hipocolesterolémicos que el control sin enzima.All the enzyme extracts showed greater inhibitory activity than the control, being that obtained with Alcalase 16 times greater than that of the control and 1.1-3.5 times greater than that of the rest of the enzyme extracts. For each gram of biomass, the Alcalase® method allows the extraction of 26 times more hypocholesterolemic products than the control without enzyme.
Tabla 5Table 5 . - Actividad hipocolesterolémica determinada por inhibición de la colesterol esterasa pancreática.. - Hypocholesterolemic activity determined by inhibition of pancreatic cholesterol esterase.
Aextracto A extraidaExtract A extracted
A Inhibición (AAbs x (AAbs x L/seg A/Acontrol EnzimaA Inhibition (AAbs x (AAbs x L / sec A / Acontrol Enzyme
(Aabs/seg)* (%) L/seg. g x g biomasa) **(Aabs / sec) * (%) L / sec. g x g biomass) **
extracto)abstract)
Sin Inhibidor 0,515±0,007 - - - -Alcalase®Without Inhibitor 0.515 ± 0.007 - - - -Alcalase®
0,432±0,006 16,0±1,2 1,11 ±0,17 0,404±0,063 26 (proteasa)0.432 ± 0.006 16.0 ± 1.2 1.11 ± 0.17 0.404 ± 0.063 26 (protease)
Flavourzyme® 0,439±0,008 14,7±1,6 1,01 ±0,20 0,322±0,064 21 (proteasa)Flavourzyme® 0.439 ± 0.008 14.7 ± 1.6 1.01 ± 0.20 0.322 ± 0.064 21 (protease)
Ultraflo®Ultraflo®
0,491 ±0,006 4,5±1,2 0,32±0,17 0,063±0,034 40.491 ± 0.006 4.5 ± 1.2 0.32 ± 0.17 0.063 ± 0.034 4
(endoglucanasa)(endoglucanase)
Vinoflow®Vinoflow®
0,452±0,011 12,2±2,1 0,84±0,24 0,221 ±0,063 140.452 ± 0.011 12.2 ± 2.1 0.84 ± 0.24 0.221 ± 0.063 14
(exoglucanasa)(exoglucanase)
ControlControl
0,509±0,006 1,0±1,2 0,08±0,17 0,015±0,033 10.509 ± 0.006 1.0 ± 1.2 0.08 ± 0.17 0.015 ± 0.033 1
(Sin enzima)(Without enzyme)
*Actividad (A) en unidades de actividad como incremento de absorbancia por segundo para 75 mg/l extracto. * Activity ( A) in units of activity as an increase in absorbance per second for 75 mg / l extract.
** Relación de unidades de actividad extraídas con cada método enzimático y con el control ** List of units of activity extracted with each enzymatic method and with the control
Análisis de actividad antioxidanteAnalysis of antioxidant activity
La actividad antioxidante de los extractos liofilizados se determinó mediante tres métodos distintos: mediante el ensayo ABTS, que mide la capacidad de los compuestos antioxidantes para secuestrar un catión radical estable (ABTS'+), mediante el ensayo ORAC, en el que se determina el secuestro de radicales hidroxilo (ORAC-Fluorescein) Assay), mediante análisis de polifenoles totales por FCR.The antioxidant activity of the lyophilized extracts was determined by three different methods: by the ABTS test, which measures the ability of antioxidant compounds to sequester a stable radical cation (ABTS '+), by the ORAC test, in which the Hydroxyl radical sequestration ( ORAC-Fluorescein) Assay), by analysis of total polyphenols by FCR.
A) Métodos ABST Y ORACA) ABST and ORAC methods
Los resultados de los métodos ABTS y ORAC se expresan mediante el valor TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity), que es la concentración de la solución la referencia estándar (Trolox, mM) con capacidad antioxidante equivalente a la de una disolución 1 mM de analito investigado. Los resultados se expresan como mmol Trolox por g extracto.The results of the ABTS and ORAC methods are expressed by the TEAC value ( Trolox Equivalent Antioxidant Capacity), which is the concentration of the standard reference solution (Trolox, mM) with antioxidant capacity equivalent to that of a 1 mM solution of analyte under investigation. . The results are expressed as mmol Trolox per g extract.
Los resultados obtenidos se recogen en la Tabla 6, donde puede observarse que todos los extractos tienen actividad antioxidante. Es habitual encontrar valores diferentes para diferentes técnicas de capacidad antioxidante y por eso se expresan en TEAC, como ocurre en este caso. Es uno de los motivos por lo que se recomienda realizar la medición de la capacidad antioxidante por más de un método. Por los dos métodos utilizados, los extractos tienen actividad antioxidante, y el proceso de Alcalase® permite extraer más actividad antioxidante que el control. Por el método ORAC, los extractos de Alcalase® y Ultraflo® presentan superiores valores de actividad antioxidante que el resto. En el proceso de Alcalase®, por cada gramo de espirulina se extrae superior valor de actividad de antioxidante que con los demás procesos por el método ORAC, siendo éste 4,4 veces mayor que la cantidad obtenida con el proceso control, y 1,6 veces mayor que con la otra proteasa. La capacidad antioxidante extraída con Alcalase®, determinada por el método ABTS, resultó ser 1,5 veces mayor que la obtenida con la extracción control, y 1,4 veces mayor a la de Flavourzyme®.The results obtained are collected in Table 6, where it can be seen that all the extracts have antioxidant activity. It is common to find different values for different antioxidant capacity techniques and that is why they are expressed in TEAC, as in this case. This is one of the reasons why it is recommended to measure the antioxidant capacity by more than one method. By the two methods used, the extracts have antioxidant activity, and the Alcalase® process allows extracting more antioxidant activity than the control. By the ORAC method, the Alcalase® and Ultraflo® extracts have higher antioxidant activity values than the rest. In the Alcalase® process, for each gram of spirulina a higher value of antioxidant activity is extracted than with the other processes by the ORAC method, this being 4.4 times greater than the amount obtained with the control process, and 1.6 times greater than with the other protease. The antioxidant capacity extracted with Alcalase®, determined by the ABTS method, turned out to be 1.5 times greater than that obtained with the control extraction, and 1.4 times greater than that of Flavourzyme®.
Tabla 6. - Actividad Antioxidante determinada por los métodos ABTS and ORAC.Table 6. - Antioxidant Activity determined by ABTS and ORAC methods.
ABTS ORAC*ABTS ORAC *
TOTAL TOTAL EXTRACTO R** EXTRACTO R** EXTRAIDA EXTRAIDATOTAL TOTAL EXTRACT R ** EXTRACT R ** EXTRACTED EXTRACTED
EnzimaEnzyme
TEAC TEAC TEAC TEACTEAC TEAC TEAC TEAC
(pmol/g (pmol/g (pmol/g (pmol/g(pmol / g (pmol / g (pmol / g (pmol / g
extracto Biomasa) extracto Biomasa) liofilizado) liofilizado)Biomass extract) Biomass extract) lyophilized) lyophilized)
Alcalase®Alcalase®
19,7±0,5 7,19±0,1819.7 ± 0.5 7.19 ± 0.18
(proteasa) 1,5 462±19 169±7 4,4(protease) 1.5 462 ± 19 169 ± 7 4.4
Flavourzyme®Flavourzyme®
15,5±0,5 4,93±0,1615.5 ± 0.5 4.93 ± 0.16
(proteasa) 1,0 325±14 107±4 2,8(protease) 1.0 325 ± 14 107 ± 4 2.8
Ultraflo®Ultraflo®
24,1±0,6 4,75±0,1224.1 ± 0.6 4.75 ± 0.12
(endoglucanasa) 1,0 269±12 53±2 1,4(endoglucanase) 1.0 269 ± 12 53 ± 2 1.4
Vinoflow®Vinoflow®
16,4±0,6 4,31 ±0,16 0,9 260±5 68±116.4 ± 0.6 4.31 ± 0.16 0.9 260 ± 5 68 ± 1
(exoglucanasa) 1,8(exoglucanase) 1.8
Celluclast® 31,5±0,8 8,22±0,22 1,7 - - -Lipozyme® 28,7±0,4 7,75±0,10 1,6 - - -Control (SinCelluclast® 31.5 ± 0.8 8.22 ± 0.22 1.7 - - -Lipozyme® 28.7 ± 0.4 7.75 ± 0.10 1.6 - - -Control (Without
23,4±0,9 4,78±0,1223.4 ± 0.9 4.78 ± 0.12
enzima) 1,0 199±16 38±3 1,0enzyme) 1.0 199 ± 16 38 ± 3 1.0
*Valores de la cinética obtenidos a los 180 min.* Kinetic values obtained at 180 min.
** Ratio de unidades de actividad extraídas con cada método enzimático y con el control sin enzima** Ratio of units of activity extracted with each enzymatic method and with the control without enzyme
B) Determinación del contenido total de polifenoles. B) Determination of the total content of polyphenols.
Se utilizó el método de Folin-Ciocalteu (FCT) descrito en el ejemplo 1, que determina contenido en polifenoles y otros antioxidantes. Los resultados mostrados en la Tabla 7 indican que todos los métodos enzimáticos aumentan la capacidad de recuperación de polifenoles. A partir de cada gramo de espirulina, con Alcalase® se obtiene 2,3 veces más peso de polifenoles que el del control y 1,4-2,1 veces más que con las demás enzimas (1,12 veces más que con Flavourzyme).The Folin-Ciocalteu (FCT) method described in Example 1 was used, which determines the content of polyphenols and other antioxidants. The results shown in Table 7 indicate that all enzymatic methods increase the recovery capacity of polyphenols. From each gram of spirulina, with Alcalase® you obtain 2.3 times more weight of polyphenols than that of the control and 1.4-2.1 times more than with the other enzymes (1.12 times more than with Flavourzyme) .
Tabla 7Table 7 . - Polifenoles recuperados en los distintos procesos extractivos. - Polyphenols recovered in the different extractive processes
Enzima Polifenoles Polifenoles R*Enzyme Polyphenols Polyphenols R *
(mg /g extracto) (mg /g biomasa) (mg / g extract) (mg / g biomass)
Alcalase® (proteasa) 12,1 ±0,1 4,16±0,23 2,3 Flavourzyme® (proteasa) 9,3±0,0 2,95±0,01 1,6 Celluclast® (celulasa) 8,2±0,1 2,15±0,02 1,2 Ultraflo® (endoglucanasa) 11,0±0,1 2,16±0,02 1,2 Vinoflow® (exoglucanasa) 8,0±0,1 2,11±0,04 1,1 Lipozyme® (lipasa) 7,3±0,1 1,98±0,03 1,1 Control 9,6±0,0 1,84±0,01 1,0 * Ratio del peso de polifenoles extraído por gramo de espirulina con cada método enzimático y con el método control sin enzimaAlcalase® (protease) 12.1 ± 0.1 4.16 ± 0.23 2.3 Flavourzyme® (protease) 9.3 ± 0.0 2.95 ± 0.01 1.6 Celluclast® (cellulase) 8 .2 ± 0.1 2.15 ± 0.02 1.2 Ultraflo® (endoglucanase) 11.0 ± 0.1 2.16 ± 0.02 1.2 Vinoflow® (exoglucanase) 8.0 ± 0.1 2.11 ± 0.04 1.1 Lipozyme® (lipase) 7.3 ± 0.1 1.98 ± 0.03 1.1 Control 9.6 ± 0.0 1.84 ± 0.01 1.0 * Ratio of the weight of polyphenols extracted per gram of spirulina with each enzymatic method and with the control method without enzyme
Determinación del contenido total de carbohidratosDetermination of total carbohydrate content
El contenido en carbohidratos totales de los extractos acuosos liofilizados se determinó el método fenol-sulfúrico descrito en el ejemplo 1. Los resultados mostrados en la Tabla 8 indican que Flavourzyme® es la enzima que permite extraer mayor cantidad de carbohidratos. A partir de cada gramo de biomasa con esta enzima se extraen 2,1 y 1,6 veces más carbohidratos que con el proceso control y con Alcalase®, respectivamente. El de Alcalase® extrae 1,3 veces más carbohidratos que el control. The total carbohydrate content of the lyophilized aqueous extracts was determined using the phenol-sulfuric method described in Example 1. The results shown in Table 8 indicate that Flavourzyme® is the enzyme that allows the extraction of the greatest amount of carbohydrates. 2.1 and 1.6 times more carbohydrates are extracted from each gram of biomass with this enzyme than with the control process and with Alcalase®, respectively. The Alcalase® extracts 1.3 times more carbohydrates than the control.
Tabla 8Table 8 . - Carbohidratos recuperados en los distintos procesos extractivos.. - Carbohydrates recovered in the different extractive processes.
Enzima Carbohidratos Carbohidratos Carbohydrate Enzyme Carbohydrates
(mg / g extracto) (mg / g biomasa) R* (mg / g extract) (mg / g biomass) R *
Alcalase® (proteasa) 226,3±13,0 82,6±4,7 1,3 Flavourzyme® (proteasa) 425,5±25,7 135,3±8,2 2,1 Celluclast® (celulasa) 308,2±13,9 80,4±3,6 1,2 Ultraflo® (endoglucanasa) 122,0±17,7 24,0±3,5 0,4 Vinoflow® (exoglucanasa) 337,0±4,2 88,6±1,1 1,4 Lipozyme® (lipasa) 327,6±7,8 88,4±2,1 1,4 Control 337,0±43,8 64,6±8,4 1,0 * Ratio del peso de carbohidratos extraídos por gramo de espirulina con cada método enzimático y con el método control sin enzima Alcalase® (protease) 226.3 ± 13.0 82.6 ± 4.7 1.3 Flavourzyme® (protease) 425.5 ± 25.7 135.3 ± 8.2 2.1 Celluclast® (cellulase) 308 , 2 ± 13.9 80.4 ± 3.6 1.2 Ultraflo® (endoglucanase) 122.0 ± 17.7 24.0 ± 3.5 0.4 Vinoflow® (exoglucanase) 337.0 ± 4.2 88.6 ± 1.1 1.4 Lipozyme® (lipase) 327.6 ± 7.8 88.4 ± 2.1 1.4 Control 337.0 ± 43.8 64.6 ± 8.4 1.0 * Ratio of the weight of carbohydrates extracted per gram of spirulina with each enzymatic method and with the control method without enzyme
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