Avances en la Síntesis Enzimática Avances en la Síntesis Enzimática
de Oligosacáridos Prebióticosde Oligosacáridos PrebióticosOskarOskar Bañuelos, José M. Corral, Carmen Bañuelos, José M. Corral, Carmen RonchelRonchel, ,
José L. José L. AdrioAdrio;; Javier VelascoJavier Velasco
BiotecBiotec 2004, Oviedo 2004, Oviedo
Probióticos y PrebióticosProbióticos y Prebióticos
* 1013 células* 30.000 genes
¿Tiene algún efecto beneficiosopara la salud?
¿Se puede modular?
* 10% Hombre/90% bacteria* 1014 células procariotas* > 400 especies distintas* 70.000 genes procariotas
FLORA INTESTINAL
EstómagoEstómago Intestino delgadoIntestino delgado ColonColon8
6pH4
2Tiempo de Tránsito
15 - 20 min 24- 72 horas
102-103 /ml 1011-1012 /ml
LactobacillusStreptococcusLevadurasH. pylori
Lactobacillus, StreptococcusEnterobacterias, BifidobacteriasBacteriodes, Clostridium, levadurasPeptococcus, Ruminococcus,Butyrovibrio, Fusobacterium, Eubacterium, Peptostreptococcus,Atopobium
Digestion, almacenamiento Absorción de agua, minerales, ácidos orgánicos
Proteolisis y sacarolisisProducción de toxinas y ácidos grasos de cadena corta
2- 3 horas
104-108 /mlLactobacillus, StreptococcusEnterobacterias, BifidobacteriasBacteriodes, Clostridium
Absorción de minerales, azúcares, aminoácidos, ácidos grasos, etc
Proteolisis y sacarolisis parcialProducción de toxinas y ácidos grasos de cadena corta
Flora Típica
Procesos microbianos
Procesos fisiológicos
Fuente: Gibson & Rastall, ASM News Mayo 2004
ALIMENTOS, DIGESTIÓN Y FLORA
Alimentos ricos en Alimentos ricos en proteínasproteínas
Alimentos ricos en Alimentos ricos en fibrafibra
Alimentos conAlimentos conPREBIÓTICOSPREBIÓTICOS
Lactobacillus,
Bifidobacterias
Eubacterium
Fusobacterium, Enterobacterias,Bacteriodes, Butyrovibrio, Enterococcus, Peptostreptococcus, AtopobiumStreptococcus,Clostridium
Peptococcusasacaroliticos
Bacteriodes, asacaroliticos,
Clostridium
Ácidos grasos de cadena corta
Lactato
Vitaminas del grupo B
Toxinas
Carcinógenos
Gas
Fuente: Gibson & Rastall, ASM News Mayo 2004
EFECTOS BENEFICIOSOS
Prebiótico:Prebiótico:
1. No degradado en estómago ni intestino delgado.
2. Transferido al colon intacto.
3. Estimular selectivamente el crecimiento y actividad deBifidobacterias y Lactobacillus.
EFECTOS SOBRE LA MICROFLORAEFECTOS SOBRE LA MICROFLORA
• Aumento en los recuentos fecales de lactobacilos y bifidobacterias.
• Formación de biofilms en la mucosa intestinal.
• Reducción en el recuento de clostridios.
• Incremento en la resistencia a la colonización por patógenos.
• Bloqueo de sitios de unión de patógenos.
Fuente: Cumming JH & MacFarlane, GT British J Nutr. 2002 Suppl 2: 145—151.Elaboración propia
EFECTOS BENEFICIOSOS
EFECTOS DE LA FERMENTACIÓN EN EL INTESTINOEFECTOS DE LA FERMENTACIÓN EN EL INTESTINO
• Producción de ácidos grasos de cadena corta y lactato.
• Descenso en el pH fecal.
• Mejora en la absorción de calcio, hierro y magnesio.
• Estimulación de la proliferación de enterocitos (butirato)
• Aumento en la biomasa fecal
• Aumento en el contenido energético y de nitrógeno fecales
• Ligeras propiedades laxantes
OTROS EFECTOSOTROS EFECTOS
• Protección frente a caries.
• Reducción en el contenido calórico y en IG (Índice Glicémico)
• Posible prevención de cáncer de cólon.
• Indicios de reducción de la concentración de colesterol y triglicéridos en sangre (inhibición de lipogénesis por ac. propiónico?).
Fuente: Cumming JH & MacFarlane, GT British J Nutr. 2002 Suppl 2: 145—151.Elaboración propia.
OLIGOSACÁRIDOS NO DIGERIBLES (I)
AchicoriaPataca INULINA FRUCTO-
OLIGOSACÁRIDOS
Remolacha SACAROSA
Hidrólisiscon inulinasas
Transfructosilacióncon β-D-fructosidasas
PALATINO-OLIGOSACÁRIDOS
GLUCOSIL SACAROSA
Síntesis de palatinosa con
palatinosasintasa
Condensaciónintermolecular
Transglucosilacióncon CGTasa
+MALTOSA
GALACTO-OLIGOSACÁRIDOS
Suero de leche
LACTOSATransgalactosilación con
β-D-galactosidasas
LACTOSACAROSATransfructosilación con β-D-fructosidasas
OLIGOSACÁRIDOS NO DIGERIBLES (II)
MALTO-OLIGOSACÁRIDOS
CICLODEXTRINAS
ISOMALTO-OLIGOSACÁRIDOS
GENTIO-OLIGOSACÁRIDOS
ALMIDÓN SOLUBLEAlmidón
Transglucosilacióncon α-glucosidasa
Transglucosilacióncon CGTasa
Hidrólisis conpululanasa yα-amilasa
Conversión a maltosa conα-amilasa
+ β-amilasa
Conversión aglucosa por
hidrólisis ácidao enzimática
Transglucosilacióncon
β-glucosidasa
Hidrólisis conisoamilasa opululanasa
Hidrólisiscontrolada conα-amilasas
XILO-OLIGOSACÁRIDOSXILANO Hidrólisis controlada con
Endo-1,4-β-xilanasasMateriales
Lignocelulósicos
FRUCTOOLIGOSÁCARIDOS
Sacarosa
Fructosil transferasa
Fructosil transferasa
Fructosil transferasa
Inulina
EndoinulinasaHidrólisis Parcial
EndoinulinasaHidrólisis parcial
EndoinulinasaHidrólisis parcial
Antecedentes
-Micelio de: Penicillium citrinum
Aspergillus sydowii
-Fructosiltransferasa de: Aureobasidium pullulans
Aspergillus oryzae
Aspergillus sydowi
Aspergillus niger
PATENTES: -Procesos
-Enzimas
-Genes...
Screening de la colección de m.o. de Puleva Biotech
Identificación y caracterización de una fructosiltransferasade Aspergillus niger BT18
Optimización de la producción de fructosiltransferasa
Producción de FOS (enzima libre e inmovilizada)
Fructosiltransferasa
SacarosaSacarosa0
H20 G:FG:F = 1= 1
24 48 72 96 120 24 48 72 96 120 M
kDa
200
116.397.4
66.2
GlucosaGlucosa FructosaFructosa
SacarosaSacarosa0
SacarosaSacarosa0
GlucosaGlucosa 11--KestosaKestosa (GF(GF2)2)
0
0
G:FG:F >1>1
Fructosiltransferasa
Glucose
Fructose
Sucrose
Fructo-oligosaccharides
HPAEC-PAD: High performance anion exchange chromatographyPulse Amperometric Detection (Dionex)
PROPIEDADES PREBIÓTICAS
Fuente de Carbono óptima para las bacterias beneficiosas
Mayor especificidad
Prebióticos dePrebióticos deSegunda Segunda GeneraciónGeneración
Mayor efecto a menor dosis
Menores efectos secundarios(hinchazón, flatulencia)
Mejores propiedades tecnol.(resistencia bajo pH, Tª)
PROPIEDADES PREBIÓTICAS
A menor DP => efecto prebiótico mas rápidoFuente: Perrin et al Can J Microbiol. 2002 Aug;48(8): 759-63
Fuente: Van der Meulen et al Appl. Environ. Microbiol. 2004 Apr;70(4) 1923
Degradación de FOS por Bifidobacterium
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0 5 10 15 20 25
Horas
% C
arbo
hidr
atos
tot
DP3DP4DP5DP6DP7
PROPIEDADES PREBIÓTICAS Crecimiento
0
1
2
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tiempo (h)
DO
600
nm
GlucosaFOS 60%FOS 95%Oligofruct 95%Inulina
Consumo de azúcares
0
2
4
6
8
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22Tiempo (h)
Con
c (g
/l)
GlucosaFructosaSacarosaGF2GF3GF4
Lactobacillus fermentumCECT5716
PREBIÓTICOS DE “SEGUNDA GENERACIÓN"
M.O. PROBIÓTICOGenes
SUBSTRATO OLIGOSACÁRIDOSESPECÍFICOS
SIMBIÓTICOS
Enzima
Inmovilización
AspergillusSaccharomyces
LAB
Vectoresde expresión
Conclusiones.
Desarrollo de procesos de producción industrial de FRUCTOOLIGOSACÁRIDOS.
Sustentación científica de los valores nutricionales de los ingredientes.
Desarrollo de prebióticos de segunda generación.
Utilización de biotecnología para producción de carbohidratos y fibras de nueva generación:
Microbiología Industrial.Biocatálisis.
Agradecimientos
Área de Biotecnología
Área de Ingeniería de Procesos