Optimización del cultivo de Ganoderma lucidum : evaluación de actividad y desarrollo de nutracéuticos

Abstract

El hongo de la pudrición blanca Ganoderma lucidum posee numerosos compuestos bioac-tivos con potencial medicinal, principalmente triterpenoides, polisacáridos y polifenoles. El consumo de este hongo, utilizado como coadyuvante en terapias antitumorales, y en general como un promotor de la longevidad, ha aumentado considerablemente en los últimos años. El objetivo general de esta Tesis es estudiar alternativas para mejorar los rendimientos de producción de G. lucidum a partir de un residuo abundante de la agroindustria argentina, la cáscara de semilla de girasol (CSG), optimizar la obtención de productos activos y proponer el desarrollo de nutracéuticos. El cultivo de G. lucidum en sustratos artificiales es un procedimiento necesario para suplir la creciente demanda internacional. La CSG ha sido empleada para el cultivo de hongos con buenos resultados. Sin embargo, G. lucidum produce rendimientos relativamente menores que otros hongos de especialidad comestibles. Con el fin de mejorar el rendimiento y la produc-tividad de un cultivo de G. lucidum en un sustrato a base de CSG, se evaluó la optimización del sustrato mediante el agregado de distintos aceites vegetales y cobre. Se encontró que para la primera oleada, el aceite de oliva incrementó los rendimientos de basidiocarpos hasta un 30% mientras que el agregado de cobre (II) redujo el tiempo hasta la cosecha de 35 a 28 días. Cuando se agregaron juntos la productividad diaria se incrementó hasta un 78%. Se evaluó la calidad microbiológica de un sustrato a base de CSG con y sin agregado de aceites vegetales, tratado por el sistema descripto por Curvetto et al. (1997). El análisis mi-crobiológico del proceso de pasteurización muestra que el sistema es efectivo para la elimi-nación de grupos de microorganismos relacionados con la calidad sanitaria, aunque los mohos solo mostraron una disminución moderada. Uno de los desafíos de la industria de productos nutracéuticos es el aseguramiento de la calidad de la materia prima. La composición química, cuali y cuantitativa, de un carpóforo depende de muchos factores. En esta Tesis se comparó la composición química de basidio-carpos obtenidos en diferentes sustratos (CSG y paja de arroz), con el agregado de diferentes aditivos (aceites vegetales y cobre) y distintas etapas de cultivo (primera o segunda oleada). El contenido de los principales grupos de compuestos bioactivos de G. lucidum, triterpenoi-des, carbohidratos de alto peso molecular y compuestos fenólicos de los basidiocarpos indi-can que la composición química del hongo es sensible a las condiciones de cultivo (sustrato, aditivos, momento de cosecha). Por otro lado, la espectroscopia FT-IR resultó útil para la comparación cualitativa de los principales grupos funcionales presentes en el hongo y per-mitió diferenciar entre hongos cultivados en distintos sustratos. Los hongos han sido postulados como fuentes potenciales de prebióticos. En una pri-mera etapa se evaluó la capacidad del extracto acuoso, para sustentar el crecimiento de mi-croorganismos con potencial probiótico. Las cepas pertenecientes al grupo de las bacterias lácticas presentaron un comportamiento variable en este extracto. A continuación, se evaluó la cinética de crecimiento en el extracto acuoso de dos cepas probióticas destinadas uso hu-mano, Bacillus subtilis y Saccharomyces boulardii. Además se incluyó en la evaluación Escherichia coli ATCC 25922. Bacillus subtilis y E. coli mostraron mayor velocidad de crecimiento en el extracto que S. boulardii. Por último se evaluó el crecimiento de B. subtilis con una fracción purificada del extracto acuoso. El desempeño de B. subtilis en esta fracción fortalece la hipó-tesis de que esta cepa es capaz de hidrolizar los polisacáridos de cadena larga con enlaces glucosídicos β de la fracción acuosa de los extractos de G. lucidum. Se desarrolló una nueva formulación nutracéutica que reúne a los extractos alcohólicos y acuosos de G. lucidum en una única presentación. Cuando se juntan en proporciones iguales un extracto alcohólico (rico en triterpenoides) y un extracto acuoso (rico en polisacáridos), parte de los compuestos presentes no son solubles en el nuevo solvente hidroalcohólico y precipitan. Se determinó que el 30% de los triterpenoides totales, y el 19% de los compuestos fenólicos, presentes en los extractos originales, precipitan al realizarse la mezcla. Por último, se estudió el efecto del agregado de un agente viscosante, Carbomer® 940, para retener estos compuestos en una suspensión hidroalcohólica. Estudios de la estabilidad y de la reología de las suspensiones, mostraron que una concentración de Carbomer® 940, entre 0,5 y 1% es adecuada para obtener una dispersión homogénea de los compuestos insolubles por agita-ción leve a moderada, con una viscosidad adecuada para su administración oral.

White-rot mushroom Ganoderma lucidum has many bioactive compounds with medicinal potential, mainly triterpenoids, polysaccharides and polyphenols. Consumption of this mush-room, used as adjuvant in antitumor therapies, and in general as a promoter of longevity, has increased considerably in recent years. The general objective of this Thesis is the study of alternatives for improving the production yields of Ganoderma lucidum cultivated on sunflower seed hulls (SSH), an abundant residue of Argentina’s agroindustry, enhancing the obtainment of bioactive products and propose the development of nutraceutics. Cultivation of G. lucidum in artificial substrates is a necessary procedure to supply the growing international demand. SSH has been used as substrate for mushroom cultivation with good results. However, G. lucidum produces relatively lower yields than other edible specialty mushrooms. In order to improve the yield and productivity of a G. lucidum crop in a SSH-based substrate, the optimization of the substrate by the addition of different vegeta-ble oils and copper was evaluated. It was found that for the first flush, olive oil increased the yield of basidiocarps up to 30%, while the addition of copper (II) reduced the time to harvest from 35 to 28 days. When added together, daily productivity increased up to 78%. The microbiological quality of a SSH-based substrate with or without vegetables oils, treated by the system described by Curvetto et al. (1997), was evaluated. The microbiological analysis of the pasteurization process shows that the system is effective in the elimintation of groups of microorganisms related with sanitary quality, but molds showed only a moderate decrease. One of the challenges of the nutraceutical product industry is the assurance of the quality of the raw material. The qualitative and quantitative chemical composition of a carpophore depends on many factors. In this Thesis the chemical composition of basidiocarps produced on different substrates (SSH and rice straw), with the addition of different additives (vegeta-bles oils and copper) and different harvesting flushes (first or second flushes), were com-pared. The content of the main bioactive compound groups of G. lucidum, total triterpenoids, phenolic compounds and high molecular weight carbohydrates, of the basidiocarps indicates that the mushroom chemical composition is sensitive to cultivation conditions (substrate, additives, harvest flush). On the other hand, FT-IR spectroscopy was useful for the qualita-tive comparison of the main functional groups present in the mushroom, and allowed the differentiation between mushrooms grown on different substrates. Mushrooms have been postulated as potential sources of prebiotics. On a first stage, the capacity of the aqueous extract to support growth of microorganisms with probiotic potential was evaluated. Strains belonging to the group of lactic acid bacteria had a variable behavior in this extract. Next, the growth kinetics in the aqueous extract of two probiotic strains in-tended for human use, Bacillus subtilis y Saccharomyces boulardii, were evaluated. Escherichia coli ATCC 25922 was also included in the evaluation. Bacillus subtilis and E. coli showed higher growth rates in the extract than S. boulardii. Finally, growth of B. subtilis with a purified frac-tion of the aqueous extract was evaluated. The performance of B. subtilis in this fraction strengthens the hypothesis that this strain is capable of hydrolyzing the long chain polysac-charides with β-glucosidic bonds present in the aqueous fraction of the extracts of G. lucidum. A new nutraceutical formulation that brings together the alcoholic and aqueous extracts of G. lucidum in a single presentation was developed. When an alcoholic extract (rich in triterpenoids) and an aqueous extract (rich in polysaccharides) are mixed in equal propor-tions, some of the constituents are not soluble in the new hydroalcoholic solvent and pre-cipitate. It was determined that 30% of the total triterpenoids and 19% of the phenolic com-pounds present in the original extracts precipitate upon mixing. Finally, the effect of the addition of a thickener agent, Carbomer® 940, to retain these compounds in a hydroalco-holic suspension, was studied. Studies on the stability and rheology of the suspensions showed that a concentration of Carbomer® 940, between 0.5 and 1% is adequate to obtain a homogeneous dispersion of the insoluble compounds by mild to moderate agitation, with a viscosity suitable for oral administration.