Proceso para la obtención de productos con poder prebiótico a partir de pulpa de remolacha azucarera.

El proceso se refiere al procesamiento en medio acuoso del subproducto sólido (pulpa) obtenido en las industrias azucareras que utilizan remolacha azucarera como materia prima. La pulpa de remolacha azucarera presenta un elevado contenido en pectinas y hemicelulosas, que pueden fraccionarse mediante procesamiento hidrotérmico en condiciones adecuadas para obtener una fase líquida que contiene (entre otros compuestos) productos solubles de carácter polimérico u oligomérico originados por hidrólisis de pectinas y hemicelulosas. Se reivindica la utilidad del procesamiento hidrotérmico de la pulpa de remolacha azucarera para obtener ingredientes alimentarios de carácter prebiótico que poseen la naturaleza oligomérica o polimérica a que se alude

Proceso para la obtención de productos con poder prebiótico a partir de pulpa de remolacha azucarera.

"Proceso para la obtención de productos con poder prebiótico a partir de pulpa de remolacha azucarera" plantea la realización de una reacción química controlada en medio acuoso para solubilizar al menos parte de las pectinas y hemicelulosas contenidas en la materia prima a través de su degradación hidrolítica, que conduce a materiales poliméricos (que serían de menor peso molecular que los contenidos en la materia prima) y/u oligoméricos, además de monosacáridos y de otros compuestos.

La pulpa de remolacha azucarera (en adelante, PRA) es un material abundante en España, donde las industrias azucareras emplean este tipo de remolacha como materia prima. El tipo de procesamiento que se propone está basado en técnicas convencionales de la Ingeniería Química, particularmente en la extracción con reacción química. Por sus aplicaciones alimentarias, el objeto de esta patente también está relacionado con otras áreas de la Técnica, como la Tecnología de los Alimentos, Ingeniería de los Alimentos e Ingeniería de Procesos.

Resultados recogidos en estudios científicos y técnicos de acceso público han permitido establecer distintos puntos de partida en que se fundamenta esta invención. Entre ellos se encuentran trabajos sobre la composición química de la PRA, los fundamentos químicos de la degradación hidrolítica de polisacáridos en medio acuoso (procedimiento también conocido como autohidrólisis o procesamiento hidrotérmico) y los efectos prebióticos de polímeros y oligómeros solubles obtenidos por hidrólisis parcial de determinados polisacáridos. En los puntos 1 a 3 que se desarrollan a continuación se incluye información relativa a cada uno de estos aspectos.

1) Estudios sobre la composición química de la PRA

Las fracciones químicas más importantes que constituyen este material incluyen humedad, proteínas, β y α-glucanos (que habitualmente se cuantifican conjuntamente como glucanos), otros polisacáridos (incluyendo hemicelulosas y pectinas), sustituyentes de este último grupo de polisacáridos (como grupos acetilo y grupos de naturaleza fenólica), lignina y componentes inorgánicos (habitualmente cuantificados como cenizas tras incineración). Las hemicelulosas están compuestas fundamentalmente por xilano y xiloglucano (como recogen Kato y col., Isolation and characterization of hemicelluloses from beet pulp, Journal of Applied Glycoscience 2000, 47, 45-48), mientras que las pectinas tienen una estructura compleja que integra tres polímeros estructurales: homogalacturonano y ramnogalacturonanos I y II. El homogalacturonano es el polisacárido péctico más abundante, y está formado por una cadena de unidades de ácido galacturónico enlazadas α-(1,4), que pueden estar parcialmente esterificadas con grupos metilo en posición C-6 y acetiladas en posiciones O-2 y/o O-3. El segundo polímero péctico más abundante es el ramnogalacturonano I, que está formado por cadenas conteniendo unidades alternas de ácido galacturónico y ramnosa, y posee ramificaciones de arabinano, galactano o arabinogalactano. En este polímero, las unidades de ácido galacturónico pueden estar acetiladas o metiladas. El ramnogalacturonano II es un polisacárido constituido por unidades de ácido galacturónico, ramnosa, galactosa y otros azúcares (como indican Ralet y col., Mapping Sugar Beet Pectin Acetylation Pattern, Phytochemistry 2005, 66, 1832-1843). Las pectinas de PRA presentan esterificación por ácido ferúlico, principalmente en las posiciones O-2 de las unidades de arabinosa y O-6 de las unidades de galactosa que forman las ramificaciones de las cadenas principales. Además, se ha sugerido (por Saulnier y col., Ferulic acid and diferulic acids as components of sugar - beet pectins and maize bran heteroxylans, Journal of the Science of Food and Agriculture, 1999, 79, 396-402) que las cadenas pécticas pueden estar unidas covalentemente a través de puentes de ácido diferúlico.

2) Fundamentos químicos de la degradación hidrolítica de pectinas y hemicelulosas

Entre los polisacáridos de la PRA, las pectinas son mucho más abundantes que las hemicelulosas. Este hecho se ve confirmado por la relación de masas (ácidos urónicos)/(xilosa), que puede alcanzar valores mayores de 20/1 kg/kg. Ello indica que la optimización del procesamiento hidrolítico conjunto de las pectinas y de las hemicelulosas estará principalmente definido por las reacciones que afectan a las pectinas. Este aspecto es de importancia, porque los métodos de análisis convencionales se basan en la cuantificación de monómeros obtenidos por hidrólisis total de los polisacáridos, independientemente del tipo de polisacárido del que pueda provenir un determinado monómero.

Los fundamentos químicos del fraccionamiento acuoso de las hemicelulosas presentes en materiales lignocelulósicos están bien documentados. Algunos de los autores de esta invención han publicado artículos científicos en el tema, particularmente en el procesamiento hidrotérmico de sustratos conteniendo hemicelulosas principalmente constituidas por xilano. Estas materia primas incluyen:

a) Cáscaras de arroz, consideradas en los artículos: Vegas y col., Hydrothermal processing of rice husks: effects of severity on product distribution, Journal of Chemical Technology and Biotechnology 2008, 83, 965-972; y Vila y col., Hydrolytic processing of rice husks in aqueous media: a kinetic assessment, Collection of Czechoslovak Chemical Communications 2002, 67, 509-530.

b) Cáscaras de cebada, consideradas en los artículos: Garrote y col., Production of substituted oligosaccharides by hydrolytic processing of barley husks, Industrial & Engineering Chemistry Research 2004, 43, 1608-1614; y Vegas y col., Manufacture and refíning of oligosaccharides from industrial solid wastes, Industrial & Engineering Chemistry Research 2005, 44, 614-620.

c) Madera de eucalipto, considerada en los artículos: Garrote y col., Mild autohydrolysis: an environmentally friendly technology for xylooligosaccharide production from wood, Journal of Chemical Technology & Biotechnology 1999, 74, 1101-1109; y Garrote y col., Non-isothermal autohydrolysis of Eucalyptus wood, Wood Science and Technology 2002, 36, 111-123.

d) Zuros de maíz, considerados en el artículo: Vázquez y col., Enhancing the potential of oligosaccharides from corncob autohydrolysis as prebiotic food ingredients, Industrial Crops and Products, 2006, 24, 152-159; y Garrote y col., Coproduction of oligosaccharides and glucose from Corncobs by hydrothermal processing and enzymatic hydrolysis, Industrial & Engineering Chemistry Research 2008, 47, 1336-1345.

e) Bagazo de malta obtenido en la producción de cerveza, considerado en los artículos: Carvalheiro y col., Production of oligosaccharides by autohydrolysis of brewery's spent grains, Bioresource Technology 2004, 91, 93-100; y Carvalheiro y col., Kinetic modeling of brewery's spent grain autohydrolysis, Biotechnology Progress, 2005, 21, 233-243.

Además, miembros del grupo solicitante han participado en dos patentes que implican el procesamiento hidrotérmico de hemicelulosas contenidas en materias primas lignocelulósicas para obtener oligosacáridos (Parajó Liñares y col., Proceso para la purificación de oligosacáridos obtenidos a partir de biomasa vegetal, Patente española 2189667, 2003; y Amaral-Collaco y col, Process for production of xylo-oligosaccharides for use in the food industry, as chemical feedstocks and energy materials, Patente portuguesa PT 102563, 2002).

Los artículos y patentes anteriores tratan sobre la degradación hidrolítica de las hemicelulosas para obtener productos de hidrólisis (oligosacáridos) con propiedades biológicas. Estas se han sistematizado en un artículo reciente (Moure y col., Advances in the manufacture, purification and applications of xylo-oligosaccharides as food additives and nutraceuticals, Process Biochemistry, 2006, 41, 1913-1923), en que se presta particular atención a los efectos de tipo prebiótico.

La bibliografía científica y técnica (hasta donde los autores han podido confirmar) no considera el procesamiento hidrotérmico de las pectinas para la obtención de prebióticos, el tema genérico de esta solicitud. Sin embargo, las analogías entre la estructura química de las hemicelulosas y pectinas... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la producción de compuestos con poder prebiótico a partir de pulpa de remolacha azucarera, que consta de: