Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas,

caracterizado porque se realiza una biosíntesis por vía microbiana de gamma-lactonas de fórmula general (I)

en las que el ciclo lactónico lleva una insaturación entre el carbono n.º 2 y el carbono n.º 3 o está saturado, y en las que R1 es un alquenilo C1-16, alquinilo C1-16 o alquilo C1-16, eventualmente sustituido, realizándose dicha biosíntesis a partir de un ácido graso, con ayuda de un cultivo microbiano de una cepa del género Aspergillus sp. o Mortierella sp., permitiendo una hidroxilación estereoselectiva en C4 de dicho sustrato, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas:

a) seleccionar una cepa del género Aspergillus sp. o Mortierella sp.,

b) cultivar dicha cepa en un medio de cultivo exento de peptonas, presentando el cultivo celular obtenido un micelio "de tipo compota" compuesto por filamentos compartimentados sin conidiosporas y que presenta estructuras hinchadas, llenas de inclusiones, estando dicho cultivo eventualmente precedido por una etapa de cultivar previamente la cepa,

c) añadir un ácido graso susceptible de transformarse en gamma-lactona,

d) bioconvertir el ácido graso en gamma-lactona de fórmula (I),

e) recuperar la gamma-lactona producida.

Preparación estereoselectiva de gamma-lactonas

Sector de la técnica

La presente invención tiene por objeto un procedimiento de síntesis estereoselectiva de gamma-lactonas, en particular de gamma-lactonas naturales.

Los productos "naturales" se aceptan cada vez más por el público general, y debido a ello las industrias que ponen en práctica compuestos aromáticos u olorosos dirigen sus esfuerzos a la puesta a punto de sustancias y de preparaciones aromatizantes "naturales". Sólo las sustancias que se han identificado en la naturaleza pueden aspirar a esta denominación; por tanto actualmente se producen o bien a partir de plantas, bien a partir de microorganismos; estos últimos se emplean cada vez más, permitiendo actualmente procedimientos biotecnológicos sintetizar moléculas naturales a costes razonables. Es el caso de las gamma-lactonas.

Las gamma-lactonas son moléculas aromáticas que constituyen el aroma y el sabor de numerosos productos naturales. Por ejemplo, la gamma-heptalactona es conocida por su aroma y su sabor a avellana o a caramelo, la gamma-nonalactona tiene un aroma graso, cremoso, o de coco; la gamma-decalactona y la gamma-undecalactona tienen un aroma y un sabor a melocotón o albaricoque.

Las gamma-lactonas existen en el estado natural, en dos formas enantioméricas (R) y (S) , siendo predominante no obstante el enantiómero (R) .

Estado de la técnica

Las gamma-lactonas pueden producirse por vía sintética, o mediante biosíntesis por medio de microorganismos. Así, el documento EP 371 568 describe un procedimiento de producción de gamma-lactonas por medio de un microorganismo aceptable para preparar productos alimenticios tal como Saccharomyces cerevisiae, Debaromyces hansenii o Candida boidinii.

El documento US 5.112.803 indica que la gamma-octalactona, y en particular sus isómeros ópticos (R) y (S) , son útiles para formar aromas y sabores de mantequilla, y describe un procedimiento para aumentar el aroma o el sabor de materias consumibles mediante adición de cantidades significativas de gamma-octalactonas ópticamente activas y de una mezcla de diferentes compuestos que son subproductos del procedimiento biológico descrito. El procedimiento descrito en el documento US 5.112.803 indica que a partir de ácido caprílico es posible obtener mediante biosíntesis con ayuda de cepas de bacterias del género Syncephalastratum sp. o Mortierella sp., los dos isómeros (R) y (S) de la gamma-octalactona; no obstante este procedimiento no es enantioselectivo.

El interés de las gamma-lactonas en la industria aromática alimentaria y en la industria de la perfumería es importante, y la obtención de productos que tengan matices organolépticos diferentes representa un auténtico reto industrial.

Se sabe que la quiralidad de las moléculas volátiles puede inducir diferencias a nivel de la percepción olfativa, y que los isómeros ópticos de las gamma-lactonas no tienen todos las mismas notas organolépticas: por tanto hay un interés importante en obtener un isómero óptico particular de gamma-lactona, en particular si esta obtención se realiza según un procedimiento al menos tan eficaz como, incluso más eficaz que, en la técnica anterior y a un precio competitivo.

Actualmente no existe, según los conocimientos del solicitante, ningún procedimiento estereoselectivo que permita obtener directamente un enantiómero de gamma-lactonas naturales. Los procedimientos conocidos conducen a mezclas de enantiómeros, realizándose la separación del enantiómero deseado generalmente mediante cromatografía en fase gaseosa sobre columna capilar de ciclodextrina sustituida, o tras derivatización.

Objeto de la invención

Un objeto de la invención es por tanto proponer un procedimiento eficaz, económico y estereoselectivo, de síntesis de gamma-lactonas por vía biológica.

La invención se refiere tanto a la síntesis de (R) -gamma-lactonas como de (S) -gamma-lactonas. (R) y (S) designan, en el sentido de la presente invención, la configuración del carbono asimétrico en la posición nº 4 de la gammalactona.

Las gamma-lactonas preferidas para sintetizarse según el procedimiento de la invención son las gamma-lactonas C5-C20 según la invención que responden a la fórmula (I) :

en la que el ciclo lactónico puede llevar una insaturación entre el carbono nº 2 y el carbono nº 3 y en la que R1 es un grupo alquenilo C1-16, alquinilo C1-16 o alquilo C1-16, que tiene eventualmente uno o varios carbonos sustituidos más allá de la posición nº 5. Por alquenilo o alquinilo o alquilo sustituido se entiende un alquenilo o alquinilo o alquilo del cual al menos un carbono lleva al menos un grupo sustituyente. Por grupo sustituyente se entiende concretamente un grupo hidroxilo, un grupo ceto, un grupo tiol, un grupo alquilo o un grupo alquenilo.

Descripción detallada de la invención

La invención se refiere por tanto a un procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactona, caracterizado porque se realiza una biosíntesis por vía microbiana de gamma-lactona, en particular de gammalactona de fórmula general (I) anterior, en la que el ciclo lactónico puede llevar una insaturación entre el carbono nº 2 y el carbono nº 3, y está preferiblemente saturado, y en la que R1 es un alquenilo C1-16, alquinilo C1-16 o alquilo C1-16, eventualmente sustituido, realizándose dicha biosíntesis a partir de al menos un sustrato, preferiblemente un ácido graso, con ayuda de un cultivo microbiano de una cepa elegida de las de género Aspergillus sp. o Mortierella sp., permitiendo una hidroxilación estereoselectiva en C4 de dicho sustrato.

La invención se refiere a la preparación de gamma-lactonas por vía biológica y en particular la biosíntesis estereoselectiva de cada uno de los isómeros ópticos (R) o (S) de gamma-lactonas, a partir de al menos un sustrato, con ayuda de un cultivo microbiano de una cepa apropiada.

Esta preparación comprende las siguientes etapas:

a) seleccionar una cepa apropiada,

b) cultivar dicha cepa en un medio de cultivo apropiado, estando dicho cultivo eventualmente precedido por una etapa de cultivar previamente la cepa, c) añadir un sustrato susceptible de transformarse en gamma-lactona, d) bioconvertir el sustrato en gamma-lactona, e) recuperar la gamma-lactona producida.

Las cepas microbianas a las que se dirige la etapa a) para la biosíntesis de la gamma-lactona según la invención son las que permiten una hidroxilación específica del sustrato específico en C4. Por tanto, según la invención, se obtienen gamma-lactonas cuyo carbono C4 es de configuración (R) o de configuración (S) . Al pertenecer las cepas del género Aspergillus sp. Mortierella sp. a la clase 1 de microorganismos, su uso no plantea ningún problema particular tanto para la producción industrial de lactonas como para su uso eventual en alimentación. Según un modo de realización particular de la invención, la cepa usada es del género Aspergillus sp., preferiblemente Aspergillus or y zae del cual pueden citarse las cepas de las siguientes colecciones:

Aspergillus or y zae DSMZ 1861, Aspergillus or y zae DSMZ 1864, Aspergillus or y zae DSMZ 1147, Aspergillus or y zae DSMZ 63303, Aspergillus or y zae CBS 570.65, Aspergillus or y zae CBS 819.72, Aspergillus or y zae CBS 110.27, Aspergillus or y zae VMF 88093.

Entre ellas, se prefieren Aspergillus or y zae DSMZ 1861 y Aspergillus or y zae CBS 110.27.

Según otro modo de realización particular, la cepa usada es del género Mortierella sp. del cual pueden citarse las especies de las siguientes colecciones:

Mortierella isabellina DSMZ 1414, Mortierella isabellina CBS 100559, Mortierella isabellina CBS 221.29, Mortierella isabellina CBS 194.28, Mortierella isabellina CBS 208.32,

Mortierella isabellina CBS 224.35, Mortierella isabellina CBS 560.63, Mortierella isabellina CBS 167.80, Mortierella isabellina CBS 493.83, Mortierella isabellina CBS 309.93,

Mortierella isabellina CBS 250.95, Mortierella isabellina CBS 109075, Mortierella ramanniana CBS 112.08, Mortierella ramanniana CBS 219.47, Mortierella ramanniana CBS 243.58, Mortierella ramanniana CBS 478.63, Mortierella ramanniana CBS 852.72, Mortierella ramanniana CBS 366.95, Mortierella ramanniana CBS 101226.

En efecto, los inventores han observado que, de manera sorprendente e inesperada, el uso de una cepa del género Aspergillus... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas, caracterizado porque se realiza una biosíntesis por vía microbiana de gamma-lactonas de fórmula general (I)

en las que el ciclo lactónico lleva una insaturación entre el carbono nº 2 y el carbono nº 3 o está saturado, y en las que R1 es un alquenilo C1-16, alquinilo C1-16 o alquilo C1-16, eventualmente sustituido, realizándose dicha biosíntesis a partir de un ácido graso, con ayuda de un cultivo microbiano de una cepa del género Aspergillus sp. o Mortierella sp., permitiendo una hidroxilación estereoselectiva en C4 de dicho sustrato, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas:

a) seleccionar una cepa del género Aspergillus sp. o Mortierella sp., b) cultivar dicha cepa en un medio de cultivo exento de peptonas, presentando el cultivo celular obtenido un micelio "de tipo compota" compuesto por filamentos compartimentados sin conidiosporas y que presenta estructuras hinchadas, llenas de inclusiones, estando dicho cultivo eventualmente precedido por una etapa de cultivar previamente la cepa,

c) añadir un ácido graso susceptible de transformarse en gamma-lactona, d) bioconvertir el ácido graso en gamma-lactona de fórmula (I) ,

e) recuperar la gamma-lactona producida.

2. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas según la reivindicación 1, caracterizado porque el ciclo lactónico de la gamma-lactona está saturado entre el carbono nº 2 y el carbono nº 3.

3. Procedimiento de preparación estereoselectiva de (R) -gamma-lactonas según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la cepa microbiana a la que se dirige la etapa a) es la cepa Aspergillus or y zae.

4. Procedimiento de preparación estereoselectiva de (S) -gamma-lactonas según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la cepa microbiana a la que se dirige la etapa a) es la cepa Mortierella isabellina.

5. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho ácido graso se elige de los ácidos grasos lineales, insaturados o no, que comprenden al menos 5 carbonos, y preferiblemente de 5 a 20 carbonos, eventualmente sustituidos.

6. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas, según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho ácido graso se elige del grupo que comprende ácido valérico, ácido caproico, ácido enántico, ácido caprílico, ácido pelargónico, ácido decanoico, ácido undecanoico, ácido undecilénico, ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido palmitoleico, ácido esteárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido 45 linolénico, ácido eicosanoico o una mezcla de los mismos.

7. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicho ácido graso se añade en la etapa c) en mezcla con al menos un adyuvante de fabricación, preferiblemente elegido de los aceites, los triglicéridos de síntesis de 50 ácidos grasos de cadenas cortas, la glucosa o una mezcla de esos componentes.

8. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas, según la reivindicación 7, caracterizado porque el adyuvante es un aceite elegido de aceite de soja, aceite de maíz, aceite de girasol, y preferiblemente aceite de girasol hidrogenado o rico en ácido oleico.

9. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas, según la reivindicación 7, caracterizado porque el adyuvante es un triglicérido de síntesis de ácidos grasos de cadenas cortas.

10. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas, según la reivindicación 9, caracterizado porque el adyuvante es migliol.

11. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas, según una cualquiera de las

reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la etapa e) es una extracción mediante hidrodestilación de la gamma-lactona obtenida al final de la etapa d) , eventualmente seguida por una esterificación y eliminación del sustrato que no ha reaccionado.

12. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la etapa e) es una extracción con disolventes de la gammalactona obtenida al final de la etapa d) .

13. Procedimiento de preparación estereoselectiva de gamma-lactonas, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la etapa e) se sustituye por una etapa e') de reducción in situ 15 de la gamma-lactona obtenida al final de la etapa d) .