Procesos biocatalíticos para la producción de carbohidratos bioactivos: fructooligosacáridos y quitooligosacáridos

Abstract

Los carbohidratos bioactivos pueden tener algún impacto positivo en la salud del ser humano. La presente Tesis Doctoral se centra en la producción enzimática, la caracterización y la actividad biológica de dos familias de oligosacáridos bioactivos: los fructooligosacáridos (FOS) y los quitooligosacáridos (COS). Para la producción de FOS se utilizó la enzima levansacarasa de Zymomonas mobilis. Esta enzima, a partir de sacarosa, forma una mezcla de FOS de tipo levano, FOS de tipo inulina y neo-FOS, todos ellos con propiedades prebióticas. Se analizó el efecto de las condiciones de reacción (temperatura y concentración de sacarosa) sobre la selectividad de la reacción. La levansacarasa se inmovilizó de manera covalente en soportes de sílice activada con vinil-sulfona a pH neutro obteniendo biocatalizadores con notable actividad aparente y estabilidad operacional. En cuanto a la producción de COS, se llevaron a cabo diferentes estrategias para la hidrólisis enzimática de quitosano. Se obtuvieron varias mezclas de COS usando quitosanos con diferentes grados de desacetilación y una serie de enzimas quitosanolíticas: tres enzimas comerciales (BAN, Neutrase y Rapidase), una enzima extraída del biopesticida Bacillus thuringiensis y dos quitinasas (CHIT33 y CHIT42) de Trichoderma harzianum expresadas en Pichia pastoris. Se llevó a cabo la caracterización bioquímica de todas las enzimas así como el análisis de los productos de reacción mediante una combinación de cromatografía y espectrometría de masas. La actividad quitosanolítica de BAN se inmovilizó covalentemente en soportes de glioxal agarosa y se diseñó un biorreactor para la producción de COS. Para evitar los problemas derivados de la alta viscosidad del quitosano, se diseñó un sistema dual con una primera parte de hidrólisis parcial en un reactor agitado en batch y una segunda parte en un reactor de lecho fijo en continuo. Por último, se analizó la actividad antioxidante de dos mezclas de COS: COS totalmente desacetilados (fdCOS) y COS parcialmente acetilados (paCOS). Ambas mezclas mostraron actividad neutralizadora del catión radical ABTS. La mezcla de fdCOS se analizó in vitro en cultivos celulares de neuroblastoma mostrando actividad neuroprotectora significativa y dependiente de la dosis.