Método para elaborar pentosas y oligo/polisacáridos solubles con base pentosa a partir de cereales.

Un método para la extracción y el aislamiento de productos de la despolimerización del arabinoxilano solubilizados,

en el que un material vegetal que contiene arabinoxilano se mezcla en agua y se trata con una concentración apropiada de una preparación de enzima endoxilanasa con el fin de despolimerizar enzimáticamente una primera fracción de los arabinoxilanos comprendidos en dicho material vegetal y en el que dicho tratamiento enzimático es seguido por un tratamiento ácido que comprende la incubación de dicho material vegetal en una mezcla acuosa acidificada con el fin de obtener la despolimerización y solubilización de una segunda fracción de los arabinoxilanos comprendidos en dicho material vegetal; comprendiendo dicho método además separar de dicho material vegetal mezclado una fracción solubilizada en agua que comprende al menos parte de dichos productos de la despolimerización del arabinoxilano solubilizados.

Método para elaborar pentosas y oligo/polisacáridos solubles con base pentosa a partir de cereales.

Campo de la invención La presente invención se refiere a un método para el aislamiento y la extracción de material vegetal que contiene arabinoxilano, en particular material de cereales, de productos de despolimerización del arabinoxilano solubilizados, tal como pentosas y/u oligo/polisacáridos con base de pentosa, que se pueden usar como alimento, bebida, o ingredientes para alimentos o como sustratos para la fermentación o modificaciones químicas.

Antecedentes de la invención Los cereales contienen 5-10% de arabinoxilano que junto con el almidón, la celulosa y el 1-glucano constituyen los hidrocarburos más abundantes en los cereales. El arabinoxilano (AX) consiste en una cadena principal de unidades de D-xilopiranósida (xilosa) enlazadas en 1-1, 4 que son bien no sustituidas, bien monosustituidas con una única a-Larabinofuranósida (arabinosa) en C- (O) -2 o en C- (O) -3, o bien disustituidos con unidades sencillas de a-Larabinofuranósida en C- (O) -2 o en C- (O) -3 (Andersson y Aman 2001; Izydorczyk y Biliaderis, 1995) . Las pentosas xilosa y arabinosa son, por lo tanto, los principales monómeros del AX y, por lo tanto, los AX se denominan también pentosanos. Los sustituyentes menos abundantes unidos a la posición C- (O) -2 de los restos xilosa pueden ser el ácido glucurónico, ácido 4-O-metil-glucurónico u oligómeros cortos que consisten en L-arabinosa, D-xilosa, Dgalactosa, D-glucosa y/o ácidos urónicos, mientras que los grupos acetilo pueden estar enlazados en la posición C (O) -2 y/o C- (O) -3 de los restos xilosa. Los ácidos hidroxicinámicos, principalmente el ácido ferúlico, y, en una menor extensión el ácido deshidrodiferúlico, ácido p-cumárico y ácido sinápico, también están presentes como sustituyentes y generalmente están unidos en la posición C- (O) -5 de las unidades terminales de la arabinosa (Andesson y Aman 2001; Izydorczyk y Biliaderis, 1995) .

Los AX en los cereales son bien extraíbles en agua o bien no extraíbles en agua (Gruppen et al. 1992; Courtin y Delcour, 2001) . Los AX no extraíbles en agua (abreviados generalmente como WU-AX por sus iniciales en inglés: water-unextractable AX) pueden ser parcialmente solubilizados en condiciones alcalinas o usando enzimas tales como las endoxilanasas. Los WU-AX se enlazan con grandes cantidades de agua. Los principales AX extraíbles en agua (abreviados generalmente como WE-AX por sus iniciales en inglés: water-extractable AX) naturales tienen masas moleculares muy elevadas (hasta 800.000 Dalton) dependiendo de la fuente y del método de extracción, y tienen un extraordinario potencial de formación de viscosidad. En los cereales la mayor parte de los AX son WU-AX. Especialmente el salvado, las partes exteriores de los granos de cereal, es rico en WU-AX.

Se ha demostrado que los oligosacáridos de arabinoxilanos (AXOS) , oligosacáridos con base de pentosa derivados de los AX, presentan propiedades prebióticas (Cloetens et al. 2008; Courtin et al. 2008; Van Craeyveld et al. 2008) . Los prebióticos son compuestos, generalmente oligosacáridos no glucosídicos, que no pueden ser digeridos por las enzimas del tracto gastrointestinal superior pero que son fermentados selectivamente por algunos tipos de bacterias intestinales en el intestino grueso (Gibson y Roberfroid, 1995; Roberfroid, 1998; Van Loo, 2004) . La presencia de prebióticos en la dieta produce un desplazamiento en la composición y el metabolismo de la población bacteriana intestinal, caracterizada típicamente por un aumento relativo de las especies Lactobacillus y Bifidobacterium. Este desplazamiento en la microbiota del intestino está asociado con una mejora de la salud general, reducción en las infecciones del intestino, aumento de los niveles de ácidos grasos de cadena corta intestinales, mejor absorción de minerales, mejor tránsito y supresión de la iniciación del cáncer de colon (Van Loo, 2004) . Las preparaciones que contienen AXOS pueden encontrar por lo tanto una amplia utilización como ingredientes para alimentos, bebidas y productos alimenticios. Ni los AX ni la xilosa y arabinosa, sus componentes pentosa, son fermentados por cepas estándar del hongo Saccharomyces cerevisiae y, por lo tanto, no contribuyen a la producción de etanol por la fermentación de los cereales. Sin embargo, las cepas pueden ser modificadas de forma que puedan usar y fermentar xilosa y arabinosa (Hahn-Hägerdal et al., 2007) . La pentosa xilosa también encuentra aplicaciones en la industria farmacéutica, cosmética y alimentaria y tiene un sustrato para la conversión enzimática o química a polioles, tal como xilitol, que pueden ser utilizados como un endulzante no cariogénico. La pentosa arabinosa se usa ampliamente como intermedio en la producción de productos farmacéuticos, tal como agentes antivirales análogos de los nucleósidos.

Se han propuesto varios métodos para aislar pentosas u oligosacáridos con base pentosa del salvado de los cereales.

Yamada et al. (1993) han descrito un método de extracción que implica la extracción química del salvado de trigo usando una disolución alcalina concentrada, seguida por neutralización, eliminación de las sales, hidrólisis enzimática con endoxilanasa y cromatografía en columna de carbono (Yamada et al., 1993) . Otros métodos que usan la extracción alcalina de los AX del salvado de trigo se describen en los documentos US-A-3.879.373 y WO98/31713. El principal inconveniente de estos métodos es que la etapa de extracción con elevada concentración alcalina es dañina para el medioambiente y requiere una eliminación costosa de compuestos químicos de las diferentes corrientes de productos. Los AX también han sido extraídos del salvado de cereales usando disoluciones alcalinas de peróxido (Maes y Delcour, 2001; Hollmann y Lindhauer, 2005) aunque estos métodos necesitan grandes cantidades de peróxido de hidrógeno que es muy costoso. Los AX extraídos con disoluciones alcalinas tienen un peso molecular elevado y están desprovistos de sustituyentes ácido hidroxicinámico (Hollmann y Lindhauer, 2005) , lo más probablemente debido a la saponificación del enlace de éster. La ausencia de sustituyentes ácido hidroxicinámico puede ser un inconveniente para el uso de dichas preparaciones en alimentos, bebidas y aplicaciones alimentarias, ya que los sustituyentes ácido hidroxicinámico confieren las propiedades antioxidantes deseadas a los AX o AXOS (Ohta et al., 1997; Yuan et al., 2005) .

El documento WO02/067698 describe un método complejo para fraccionar el salvado tratando en primer lugar el salvado con enzimas hidrolizantes del almidón seguido por separación mecánica en una fracción insoluble en agua, una fracción rica en proteínas y una fracción rica en glucosa. La fracción insoluble en agua se trata a continuación con endoxilanasas o una mezcla que comprende endoxilanasas y otras enzimas, tales como glucanasas, celulasas, pectinasas o fitasas, y la fracción soluble resultante se purifica adicionalmente por ultrafiltración para obtener una fracción enriquecida en AXOS. Se han descrito varios procedimientos similares en los que el salvado se trata en primer lugar con una amilasa para convertir el almidón en maltodextrinas solubles en agua, en los que después se filtra la lechada y el residuo se trata con endoxilanasa para solubilizar los AXOS de bajo peso molecular (Maes et al., 2004; Swennen et al., 2006; WO2006/027529) .

Se han desarrollado métodos no enzimáticos para el aislamiento de AXOS de bajo peso molecular a partir de subproductos de cereales que se basan en la autohidrólisis de los AX en disoluciones acuosas en condiciones de alta presión y alta temperatura. También se ha descrito la extracción de los WU-AX del salvado de cereal usando disoluciones ácidas a alta temperatura (Sanjust et al., 2004; Palmarola-Adrados et al., 2005) , y estos métodos son generalmente más adecuados para producir pentosas más que oligosacáridos con base de pentosa, debido a la extensa hidrólisis catalizada por ácidos de los enlaces de polisacárido.

Palmarola-Adrados et al. (2005) han investigado la combinación de tratamiento ácido y tratamiento enzimático del salvado de trigo. Encontraron que el pretratamiento del salvado usando ácidos diluidos y alta temperatura aumenta la producción de glucosa cuando es seguido por tratamiento con una mezcla de enzimas que contiene celulasas y endoxilanasas. Sin embargo, el pretratamiento con ácidos diluidos a alta temperatura no produjo un aumento en el rendimiento de las pentosas. Los autores concluyeron que la endoxilanasa no era esencial en la mezcla enzimática y que durante la etapa de hidrólisis solo se liberó la glucosa extra (Palmarola-Adrados... [Seguir leyendo]

1. Un método para la extracción y el aislamiento de productos de la despolimerización del arabinoxilano solubilizados, en el que un material vegetal que contiene arabinoxilano se mezcla en agua y se trata con una concentración apropiada de una preparación de enzima endoxilanasa con el fin de despolimerizar enzimáticamente una primera fracción de los arabinoxilanos comprendidos en dicho material vegetal y en el que dicho tratamiento enzimático es seguido por un tratamiento ácido que comprende la incubación de dicho material vegetal en una mezcla acuosa acidificada con el fin de obtener la despolimerización y solubilización de una segunda fracción de los arabinoxilanos comprendidos en dicho material vegetal; comprendiendo dicho método además separar de dicho material vegetal mezclado una fracción solubilizada en agua que comprende al menos parte de dichos productos de la despolimerización del arabinoxilano solubilizados.

2. El método según la reivindicación 1, en el que después del tratamiento con endoxilanasa, la mezcla que contiene endoxilanasa de dicho material vegetal que contiene arabinoxilano se somete al tratamiento ácido, y en el que dicho tratamiento ácido es seguido por la separación de dicha mezcla en i) una fracción solubilizada en agua que comprende los productos de la despolimerización del arabinoxilano solubilizados, tanto por el tratamiento enzimático como por el ácido, y ii) el resto del material vegetal insoluble en agua.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el tratamiento con endoxilanasa es seguido por una separación de dicha mezcla en i) una primera fracción solubilizada en agua que comprende los productos de la despolimerización enzimática del arabinoxilano solubilizados y ii) un primer resto de material vegetal insoluble en agua, y en el que dicho primer resto vegetal insoluble en agua se vuelve a poner en suspensión en agua con el fin de obtener una segunda mezcla que se somete al tratamiento ácido seguido por la separación de dicha segunda mezcla en iii) una segunda fracción solubilizada en agua que comprende los productos de la despolimerización ácida del arabinoxilano solubilizados y iv) un segundo resto de material vegetal insoluble en agua.

4. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho tratamiento con endoxilanasa comprende el uso de una endoxilanasa con alta selectividad por el arabinoxilano no extraíble en agua.

5. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el tratamiento con endoxilanasa implica la incubación de la mezcla con una preparación de enzima endoxilanasa durante un periodo de 2 a 12 horas.

6. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el tratamiento ácido implica la adición a dicho material vegetal que contiene arabinoxilano mezclado de un ácido fuerte a una concentración entre 0, 02 y 0, 4N.

7. El método según la reivindicación 6, en el que dicho tratamiento ácido implica el tratamiento de dicho material vegetal que contiene arabinoxilano mezclado durante 5 a 180 minutos.

8. El método según las reivindicaciones 6 ó 7, en el que dicho tratamiento ácido implica el tratamiento de dicho material vegetal que contiene arabinoxilano mezclado a una temperatura entre 80 y 180ºC.

9. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que dicho ácido fuerte se elige entre el grupo que consiste en ácido fosfórico, ácido clorhídrico, ácido perclórico, ácido nítrico o ácido sulfúrico.

10. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que los productos de la despolimerización del arabinoxilano solubilizados son bien arabinoxilano, oligosacáridos de arabinoxilano, xilosa o arabinosa solubles o bien mezclas de dos o más de estos compuestos.

11. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dichas fracciones solubilizadas en agua separadas se separan adicionalmente usando filtración o técnicas cromatográficas o combinaciones de ellas para obtener preparaciones que comprenden una concentración aumentada de un producto solubilizado de la despolimerización del arabinoxilano en comparación con la concentración de este producto en dicha fracción solubilizada en agua.

12. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dichas fracciones solubilizadas en agua separadas se concentran usando medios para la eliminación del agua.

13. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho material vegetal que contiene arabinoxilano es un material vegetal desalmidonado.

14. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que dicho material vegetal que contiene arabinoxilano se elige entre el grupo que consiste en salvado, subproductos de la inflorescencia, subproductos del tallo o bagazo, o combinaciones de ellos.

15. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que dichas fracciones solubilizadas en agua comprenden en porcentaje de materia seca, al menos 40% de uno o más entre los productos de despolimerización del arabinoxilano, arabinoxilano, oligosacáridos de arabinoxilanos, xilosa y arabinosa solubles.