Procedimiento para la obtención de sacáridos bifidogénicos a partir de las hemicelulosas de madera de Pinus pinaster.

La presente invención, titulada "Procedimiento para la obtención de sacáridos bifidogénicos a partir de las hemicelulosas de madera de Pinus pinaster",

reivindica un procedimiento aplicable a la producción, purificación y aplicación de productos derivados de las hemicelulosas de la madera de pino, obtenidos mediante hidrólisis parcial por vía química en medio acuoso. Las etapas de procesamiento incluyen extracción (opcional) con disolventes o agua en condiciones que no causen una degradación significativa de las hemicelulosas, procesamiento hidrotérmico de la madera o de la fase sólida resultante de la anterior extracción (para convertir el glucomanano en sacáridos de carácter polimérico u oligomérico, que son el objeto de esta invención), y purificación (opcional) de estos productos por procedimientos físicos o químico-físicos. Se reivindica la utilización de las fracciones conteniendo sacáridos derivados del glucomanano como ingredientes alimentarios con propiedades bifidogénicas, aplicables en la nutrición humana y en la alimentación animal.

Procedimiento para la obtención de sacáridos bifidogénicos a partir de las hemicelulusas de madera de Pinu~' pinusler

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 las hemicelulosas de la madera de Pinus pinaster. 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 hemicelulosas de determinados tipos de biomasa vegetal contienen polímeros denominados mananos, formados (al menos, en parte) por unidades estructurales de D-manopiranosa unidas entre sí (o con otros azúcares) , que pueden presentar patrones de sustición complejos. Información detallada en la estructura de mananos (incluyendo el homopolímero y heteropolisacáridos como galactomanano, rico en unidades galactosa; glucomanano, rico en unidades glucosa y galactoglucomanano, que posee abundancia de sustituyentes galactosa y glucosa) puede encontrarse en el siguiente artículo: Ebringerova A, Hromádková Z, Heinze T (2005) Adv. Polym. Sci.

186: 1--67. En él se indica cómo la naturaleza química de estos polímeros (incluyendo tipo y proporción de unidades estructurales, patrón de sustitución y grado de polimerización) dependen del tipo de materia prima que se considere.

En el caso de los galactomananos, algunos productos comerciales (como los obtenidos a partir de algarroba, de goma de guar y de semillas de Trigone//a foenumgraecum) tienen aplicaciones en la industria alimentaria como espesantes, como agentes para retener agua y como agentes para mejorar la textura.

En otro tipo de glucomananos, la cadena principal está formada por secuencias de unidades estructurales de D-manopiranosa y O-glucosa, que pueden estar acetiladas. El glucomanano más comunmente empleado en la industria alimentaria (como agente gelificante, emulsificador y modificador reológico) procede de los tubérculos de konjac (Amorphopha//us konjac) , en el que la relación glucosa a manosa es aproximadamente 1 a 1.6, portando un grupo acetilo por cada aproximadamente seis unidades de glucosa.

Uno de los fundamentos de la presente invención se basa en la evidencia bibliográfica y experimenlal de que las maderas de frondosas poseen glucomanano acetilado (con baja sustitución por galactosa) como constituyente principal, aunque sus características estructurales (en particular, el tipo y abundancia relativa de unidades estructurales y sustituyentes, adémas del peso molecular) son diferentes a las del glucomanano de konjac. En base a ello, desarrollar aplicaciones alimentarias para compuestos derivados de las hemicelulosas de madera de pino (conteniendo manosa, glucosa y sustituyentes tales corno galactosa, grupos acetilo y ácidos wónicos) exige los siguientes pasos: a) producción de los compuestos de interes a partir de madera de pino, por ejemplo por vía hidrolítica; b) purificación de los compuestos de interés y c) confinnación experimental de las propiedades de éstos. Cada una de estas etapas se consideran a continuación Según la bibliografia, el procesamiento en medio acuoso de la madera de abeto o pino (empleando agua, vapor o microondas como elementos de calefacción) conduce a la reducción del peso molecular de los mananos, convirtiéndolos en productos solubles. Información más detallada sobre estos aspecto puede encontrarse en los artículos: Palm M., Zacchi, G. BiomacromoL 4: 617-623 (2003) ; Y González-Muñoz, M. 1.; Alvarez, R.; Santos, V.; Parajó, J. C. Wood Sci. Technol. : d.o.i.:IO.1007/s00226-011-0408-0 (2011) . Los productos derivados de hemicelulosas de pinos americanos obtenidos en industrias de tableros de fibra se han caracterizado recientemente en el siguiente artículo: Price, N. P. 1.; Hartman, T. M.; Faber, T. A; Vermillion, K. E.; Fahey, G. C. J. Agric. Food Chem. 59: 1854--1861 (2011) ,

De la informacion contenida en las anteriores referencias se constata que el procesamiento con agua, y en particular, con agua caliente comprimida (autohidrólisis o tratamiento hidroténnico) o vapor, realizada en condiciones experimentales adecuadas, puede conducir a la generación de productos solubles derivados del glucomanano, con naturaleza química de sacáridos de naturaleza oligomérica o polimérica (aquí denotados PDM) , que constituyen el foco de esta invención.

La purificación de productos solubles obtenidos por hidrólisis de mananos ha sido considerada en la bibliografia para algunos casos específicos. En el artículo: Nunes, F. M.; Reis, A; Domingues, M. R. M.; Coimbra, M. A 1. Agric. Food Chem. 54; 34283439 (2006) se describe el procesamiento de galactomananos obtenidos a partir de granos de café por medio de precipitación con etanol, cambio iónico y separación cromatográfica. En la patente china: Wu, Z.; He, 1. ref. 412194 A 20030423 (2003) se procesan galactornananos por extracción con disolventes, tratamiento con mananasas a pH controlado, calentamiento, filtración y spray-dr y ing.

En relación con evidencias bibliográficas de propiedades prebióticas de PDM obtenidos, se han publicado trabajos que se basan en la utilización de mananos de konjac. Así, hidrolizados enzimáticos de glucomanano de konjac han mostrado capacidad para estimular el crecimiento de microorganismos probióticos (incluyendo Lactobacillus acidophilus, Laclobacil/us case; y Bifidobacterium adolescen/is) , según se describe en el siguiente artículo: AI-Ghazzewi, F. H.; Khanna, S.; Tester, R. F.; Piggott, J. J. Sci. Food Agric. 87: 1758-1766 (2007) . Adicionalmente, cabe citar que en el articulo: Matsuura, Y. 1. Nutr. Sci. Vitamino!. 44: 423-436 (1998) se ha confinnado la fennentabilidad del glucomanano de konjac por bacterias presentes en heces fecales humanas, obteniéndose en las fermentaciones determinados ácidos orgánicos (fórmico, acético, propiónico y butírico) que se asocian a efectos prebióticos. En relación con PDM derivados de maderas, se ha reclamado actividad prebiótica en compuestos obtenidos a partir de hemicelulosas de pinos americanos (Pinus taeda, Pinus elliotii, Pinus echinata y Pinus palustris) en la patente: Hopkins, A. c.; Lehtinen, T. A.; Lowe,

M. W.; Wang, X.; Killam, W. Hays. USo Appl. Publ. US 20090304852 (2009) . El mismo tipo de PDM se han empleado como suplemento para la alimentación animal en el siguiente artículo: Faber, T. A.; Hopkins, A. c.; Middelbos, 1. S.; Price, N. P.; Fahey,

G. e., Je. J. Anim. Sci. 89: 103-112 (2011) . La digestibilidad in vi/ro de PDM en medios conteniendo heces de perro ha sido objeto del siguiente artículo: Faber, T. A.~ Bauer, L. L.; Price, N. P.; Hopkins, A. e.; Fahey, G. e. Jr. 1. Agric. Food ehem. d.o.i

10.1 021/jll 03737y (2011) .

Sobre las bases citadas en los párrafos anteriores, y en base a resultados experimentales que se incluyen en la siguiente sección, en esta invención se confirma la viabilidad de obtener PDM por procesamiento hidrotérmico de madera de pino, se definen procedimientos para la purificación de los PDM y se confirman las propiedades prebióticas (en particular, bifidogénicas) de los PDM purificados.

Descripción detallada de la invención El proceso considerado consiste en someter madera de pino a una secuencia de etapas de procesamiento, según el Proceso que se describe a continuación. El Proceso, destinado a la obtención de PDM a partir de madera de pino, consta de: A) una etapa (opcional) de extracción, llevada a cabo con disolventes orgánicos (como éter etílico, éter de petróleo, hexano, acetato de etilo, diclorometano, etanol o metanol) o agua (en que la temperatura de operación no exceda de 140 oC, a fin de evitar la solubilización de fracciones significativas de hemicelulosas, que se desea conservar en fase sólida) . El objetivo de esta etapa es eliminar compuestos extraíbles que de otro modo aparecerían como contaminantes de los PDM que se generan en etapas subsiguientes. Opcionalmente, la extracción puede llevarse a caho en presencia de ultrasonidos, para mejorar la transferencia de materia. B) una etapa de procesamiento hidrotérmico, en la que la fracción sólida obtenida en la etapa anterior se trata con agua caliente comprimida (en el intervalo de temperaturas comprendido entre 150 y 220 oC, durante un período de hasta 2 horas) para convertir el glucomanano del sustrato en PDM. C) Purificación de los PDM (opcional) . Dado el carácter no selectivo de la reacción química, el medio de reacción puede contener compuestos... [Seguir leyendo]

1) Procedimiento para la obtención de productos derivados del manano de carácter oligomérico o polimérico a partir de madera pino, que comprende las siguientes etapas:

a) Extracción opcional de la madera de pino con disolventes orgánicos como éter etílico, éter de petróleo, hexano, acetato de etilo, diclorometano, etanol o metanol, o con agua caliente" a temperatura inferior a 140 oC. La extracción puede realizarse en presencia de ultrasonidos.

b) Tratamiento de madera de pino sin tratar o del material sólido obtenido en la elapa a) con agua caliente comprimida a temperatura compredida entre 150 y 220 oC por un periodo de hasta 4 horas en un reactor presurizado, al final del cual se separan los sólidos de la fase acuosa, para obtener sacáridos solubles derivados del manano, en forma de oligómeros o polímeros, que presentan cadenas principales de tipo lineal compuestas por unidades de glucosa y 15 manosa unidas por enlaces glicosídicos, sustituidas parcialmente con grupos acetilo y ácidos urónicos, e) Purificación opcional de los productos solubles derivados del manano de carácter oligomérico o polimérico presentes en la fase acuosa, a través de operaciones tates como evaporación, atomización, liofilización,

procesamiento con membranas, extracción, precipitación, adsorción, cambio iónico o cromatografia, 2) Uso de los productos derivados del manano de carácter oligomérico o polimérico obtenidos según reivindicación 1, como ingredientes prebióticos con capacidad bifidogénica para la alimentación animal o humana.