Se reivindica un procedimiento para la obtención de xilooligosacáridos sustituidos procedentes del salvado de trigo,

consistente en el tratamiento de esta materia prima con agua a temperatura suficientemente alta para permitir la solubilización de al menos parte de las hemicelulosas. Previamente a la etapa de reacción puede realizarse una etapa opcional impregnación acuosa en presencia de ultrasonidos. La etapa de solubilización de hemicelulosas puede ir precedida de otra etapa de tratamiento acuoso, que permita la solubilización de parte del almidón contenido en la materia prima. El procedimiento permite obtener licores conteniendo, entre otros compuestos, xilooligosacáridos sustituidos (para los que se reivindican propiedades prebióticas), oligosacáridos derivados del almidón y fenoles solubles (con capacidad antioxidante). Los sólidos tratados según el procedimiento (para los que se reivindican aplicaciones en la alimentación animal o humana) contienen, entre otros componentes, celulosa y proteínas.

Procedimiento para la obtención de xilooligosacáridos sustituidos procedentes del salvado de trigo.

Sector de la técnica

La invención plantea la aplicación de técnicas básicas de la Química y de la Ingeniería Química (reacción química, operaciones de concentración y separación) al desarrollo de un proceso para la obtención de productos con valor comercial a partir de salvado de trigo. Por las aplicaciones de los productos finales y por tratarse del desarrollo de un proceso químico, el objeto de esta patente también está relacionado con áreas de la técnica como la Tecnología de los Alimentos, Ingeniería de los Alimentos e Ingeniería de Procesos.

Estado de la técnica

Las industrias que producen harina de trigo obtienen como subproducto el salvado de trigo, que está formado por las cinco capas externas del grano: las tres capas que forman el pericarpio (cutícula, epicarpio y endocarpio), la testa y la aleurona. El salvado de trigo supone una fracción significativa del peso del grano (pudiendo exceder del 14% en términos de peso seco, según algunos datos bibliográficos), lo que supone que se comercializa en grandes cantidades. Una parte del salvado se emplea en la industria panificadora o se vende directamente como complemento alimentario, mientras que la mayor parte se destina a la alimentación animal (formando parte, por ejemplo, de piensos para cerdos, aves, ganado bovino, conejos y equinos).

Las industrias del sector están interesadas en dotar de valor añadido al salvado de trigo, lo que podría lograrse a través de procesos de fraccionamiento que conduzcan a productos de elevado valor de mercado.

Ese tipo de aplicación requiere el conocimiento previo de la composición del salvado de trigo. Existe información científica, técnica y comercial de acceso público sobre la composición del salvado, que confirma la presencia en el mismo de distintas fracciones de importancia e interés, entre las que se incluyen polisacáridos, lignina, proteína, lípidos, vitaminas y minerales. Entre ellas, los polisacáridos (y particularmente, las hemicelulosas) son de especial interés para los fines de esta invención.

De acuerdo con la bibliografía, los polisacáridos presentes en el salvado de trigo incluyen:

El almidón puede separarse fácilmente de las hemicelulosas y de la celulosa, aprovechando su alta suceptibilidad a reacciones de hidrólisis (catalizadas, por ejemplo, con ácidos o enzimas; o alternativamente, causada por tratamientos acuosos sin adición externa de reactivos diferentes del propio salvado y del agua, según la tecnología conocida como autohidrólisis o procesamiento hidrotérmico). Una hidrólisis selectiva del almidón presente en el salvado de trigo permite obtener un sólido tratado en el que permanecen los polisacáridos más resistentes a la reacción (hemicelulosas y celulosa).

A su vez, las hemicelulosas presentes en el salvado de trigo sin tratar o en el sólido obtenido al eliminar selectivamente el almidón presente en el salvado de trigo, pueden solubilizarse por medio de tratamientos químicos o enzimáticos. Desde el punto de vista de la composición, las hemicelulosas corresponden a polisacáridos sustituidos, entre los que el más importante es el xilano, constituido por unidades estructurales de xilosa unidas por enlaces β (1-4). En el caso del salvado de trigo, las unidades de xilosa que forman la cadena principal del xilano pueden estar sustituidas (por ejemplo, con arabinosa, compuestos fenólicos, ácidos uránicos, y grupos acetilo). Información genérica sobre la composición de las hemicelulosas aparece publicada en los siguientes trabajos: Ebringerová, A.; Heinze, T., Xylan and xylan derivatives - biopolymers with valuable properties. 1. Naturally occurring xylans: structures, isolation procedures and properties, Macromol. Rapid Commun. 2000, 21, 542-556; y Ebringerová, A.; Hromádková, Z.; Heinze, T., Hemicellulose, Adv. Polym. Sci. 2005, 186, 1-67. Los grupos sustituyentes de naturaleza fenólica presentes en el salvado de trigo se han estudiado, entre otros, en los siguientes trabajos: Zhou, K.; Parry, J. W.; Yu, L., Phenolic acid composition of wheat bran, ACS Symposium Series 2005, 909 (Phenolic Compounds in Foods and Natural Health Products), 10-18; Kim, K. H.; Tsao, R.; Yang, R.; Cui, S. W., Phenolic acid profiles and antioxidant activities of wheat bran extracts and the effect of hydrolysis conditions, Food Chem. 2006, 95(3), 466-473; Verma, B.; Hucl, P.; Chibbar, R. N., Phenolic acid composition and antioxidant capacity of acid and alkali hydrolysed wheat bran fractions, Food Chem. 2009, 116(4), 947-954.

Debido a la presencia de sustituyentes fenólicos presentes en las hemicelulosas del salvado de trigo, se ha propuesto a éste como materia prima para la producción de ácido ferúlico (el más abundante de los ácidos fenólicos que contiene), por ejemplo en el trabajo siguiente: Barberousse, H.; Kamoun, A.; Chaabouni, M.; Giet, J. M.; Roiseux, O.; Paquot, M.; Deroanne, C.; Blecker, C., Optimization of enzymatic extraction of ferulic acid from wheat bran, using response surface methodology, and characterization of the resulting fractions. J. Sci. Food Agric. 2009, 89(10), 1634-1641.

Al igual que sucede con otras materias primas de origen vegetal, en las que el xilano aparece como constituyente de las hemicelulosas, puede llevarse a cabo la hidrólisis parcial de éstas (por medio de tratamientos químicos o en medios catalizados con enzimas) para producir oligosacáridos. En el caso del salvado de trigo, los oligosacáridos mayoritarios derivados de las hemicelulosas presentan una cadena principal de xilosa (xilooligosacáridos) y pueden presentar sustituyentes, por ejemplo otros azúcares (particularmente, arabinosa), ácidos urónicos, grupos acetilo y ácidos fenólicos. Estos oligosacáridos se denominan "xilooligosacáridos sustituidos" (XOS) en adelante.

La bibliografía ha descrito la producción por vía enzimática de XOS con sustituyentes fenólicos, que les dotan de actividad antioxidante. Algunos ejemplos representativos son los trabajos siguientes: Wang, J.; Yuan, X.; Sun, B.; Tian, Y.; Cao, Y., Scavenging activity of enzymatic hydrolysates from wheat bran, Food Technol. Biotechnol. 2009, 47(1), 39-46; Manisseri, C.; Gudipati, M., Bioactive xylo-oligosaccharides from wheat bran soluble polysaccharides. LWT-Food Sci. Technol. 2010, 43(3), 421-430; Broekaert, W.; Courtin, C.; Delcour, J., (Arabino)xylan oligosaccharide prebiotic preparation, 2009, Patente Internacional WO 2009117790; Madhukumar, M. S.; Muralikrishna, G., Structural characterisation and determination of prebiotic activity of purified xylo-oligosaccharides obtained from Bengal gram husk (Cicer arietinum L.) and wheat bran (Triticum aestivum), Food Chem. 2010, 118(2), 215-223; Maalej-Achouri, I.; Guerfali, M.; Gargouri, A.; Belghith, H., Production of xylo-oligosaccharides from agro-industrial residues using immobilized Talaromyces thermophilus xylanase, J. Mol. Catal. B: Enzym. 2009, 59(1-3), 145-152. Además de capacidad antioxidante, se ha destacado la aplicación de los XOS producidos a partir de salvado de trigo por vía enzimática como agentes prebióticos, basados en su comportamiento como oligosacáridos no digeribles. Información complementaria sobre las propiedades prebióticas de los xilooligosacáridos como prebióticos puede encontrarse en los siguientes artículos: Vázquez, M. J.; Alonso, J. L.; Domínguez, H.; Parajó, J. C., Xylooligosaccharides. Manufacture and applications, Trends Food Sci. Technol. 2000, 11, 387-393; y Moure, A.; Gullón, P.; Domínguez, H.; Parajó, J. C., Advances in the manufacture,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la obtención de xilooligosacáridos sustituidos procedentes del salvado de trigo que consiste en:

2. Procedimiento según la reivindicación 1 donde en la etapa c) se realiza una solubilización de al menos parte del almidón y de las hemicelulosas para obtener xilooligosacáridos sustituidos y oligosacáridos derivados del almidón.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 donde en la etapa c) se realiza una solubilización parcial de al menos parte del almidón evitando la solubilización de cantidades importantes de hemicelulosas, y posteriormente se realiza una etapa d) consistente en el procesamiento hidrotérmico de la fracción sólida resultante de la etapa anterior hasta la solubilización de al menos parte de las hemicelulosas para la generación de xilooligosacáridos sustituidos.

4. Uso de los xilooligosacáridos sustituidos obtenidos según el procedimiento de la reivindicación 2 como ingredientes prebióticos para la alimentación animal o humana.

5. Uso de los xilooligosacáridos sustituidos obtenidos según el procedimiento de la reivindicación 3 para alimentación animal o humana.

6. Uso de los compuestos libres de carácter fenólico presentes en los licores de procesamiento hidrotérmico obtenidos según el procedimiento de la reivindicación 2 como antioxidantes en alimentación o cosméticos.

7. Uso de los compuestos libres de carácter fenólico presentes en los licores de procesamiento hidrotérmico obtenidos en la etapa d) según el procedimiento de la reivindicación 3 como antioxidantes en alimentación o cosméticos.

8. Uso de los xilooligosacáridos sustituidos obtenidos según el procedimiento de la reivindicación 2 como antioxidantes para alimentación animal o humana.

9. Uso de los xilooligosacáridos sustituidos obtenidos según el procedimiento de la reivindicación 3 como antioxidantes para alimentación animal o humana.

10. Uso de los sólidos resultantes del procesamiento hidrotérmico según el procedimiento de la reivindicación 2 para alimentación animal o humana.

11. Uso de los sólidos resultantes del procesamiento hidrotérmico obtenidos en la etapa d) según el procedimiento de la reivindicación 3 para alimentación animal o humana.