Propiedades biocatalíticas de lipasas de origen vegetal

Abstract

Los productos industriales obtenidos por la vía enzimática poseen propiedades y características distintivas frente a aquellos obtenidos por reacciones químicas tradicionales, lo que los hacen principalmente adecuados para su uso en la industria alimentaria. Particularmente, con la utilización de lipasas en la modificación de grasas y aceites, se evita el deterioro de los ácidos grasos insaturados y sus grupos funcionales. Con el fin de que la tecnología enzimática sea competitiva a nivel local y no tenga insumos críticos, se hace necesario tanto el desarrollo propio de catalizadores enzimáticos como el estudio y optimización de cada uno de los procesos de producción. Si bien las lipasas pueden ser de origen animal, microbiano o vegetal, actualmente, la producción de lipasas comerciales se encuentra focalizada principalmente en las de origen microbiano, seguidas por las animales. La presente tesis estudia la posibilidad de utilizar diferentes fuentes vegetales, como girasol, trigo y ricino, para la producción de biocatalizadores con aplicación en la modificación de aceites vegetales. La hidrólisis enzimática, proceso que conlleva la liberación de los ácidos grasos del esqueleto carbonado del glicerol presente en los triglicéridos, fue la reacción principal mediante la cual se evaluaron los biocatalizadores de interés. En el Capítulo 1 se desarrollaron los fundamentos teóricos necesarios para la comprensión de la tesis: estructuras químicas y reactividad de los lípidos, aplicaciones industriales y estado del arte de las lipasas. El Capítulo 2 describe los materiales y métodos utilizados, por lo que será frecuentemente referenciado en los capítulos restantes de la tesis. Para determinar si la metodología utilizada era confiable, se realizaron diversos ensayos, los cuales se describen en el Capítulo 3. Los Capítulos 4 y 5 se centran en el estudio de la actividad lipásica de extractos vegetales obtenidos a partir de semillas de girasol y trigo en reacciones de hidrólisis utilizando aceite de girasol como sustrato. El Capítulo 6 presenta el estudio de la actividad lipásica de biocatalizadores obtenidos a partir de semillas de ricino, profundizando en el estudio de características fundamentales como repetitividad del sistema de reacción, evolución de la actividad a diferentes tiempos de almacenamiento y el efecto de la concentración del biocatalizador, entre otros. En el Capítulo 7, luego de seleccionar las variables de reacción principales, se realizó la optimización de la actividad lipásica de este biocatalizador, utilizando metodologías de superficies de respuesta. Por otro lado, el Capítulo 8 se basa en el estudio de la cinética del catalizador utilizando tiempos de reacción prolongados a diferentes condiciones, así como también incluye el modelado matemático de los perfiles cinéticos obtenidos. Finalmente, en el Capítulo 9 se presentan las conclusiones más relevantes obtenidas mediante el desarrollo de la presente tesis, así como también los posibles ítems o lineamientos que se prevén como interesantes para ameritar su desarrollo a futuro.

The industrial products obtained by the enzymatic route have distinctive properties and characteristics over those obtained by traditional chemical reactions, which make them mainly suitable for its use in the food industry. Particularly, with the use of lipases in the modification of fats and oils, the deterioration of the unsaturated fatty acids and their functional groups is avoided. In order for the enzymatic technology to be competitive locally and without critical inputs, it is necessary both, the development of enzyme catalysts as well as the study and optimization of each of the production processes. Although lipases may be of animal, microbial or vegetable origin, the production of commercial lipases is currently mainly focused on those of microbial origin, followed by animals. The present thesis studies the possibility of using different plant sources, such as sunflower, wheat and castor bean, for the production of biocatalysts. Enzymatic hydrolysis of vegetable oils, a process leading to the release of fatty acids from the carbon skeleton of glycerol present in triglycerides, was the main reaction by which the biocatalysts of interest were evaluated. In Chapter 1 the theoretical foundations necessary for the understanding of this thesis were developed: chemical structures and reactivity of lipids, industrial applications and state of the art of lipases. Chapter 2 describes the materials and methods used, thus it will often be referenced in the remaining chapters of the thesis. To determine if the methodology used was reliable, several trials were performed, which are described in Chapter 3. Chapter 4 and 5 focus on the study of the lipase activity of plant extracts obtained from sunflower and wheat seeds in hydrolysis reactions using sunflower oil as substrate. Chapter 6 examines the lipase activity of the biocatalyst obtained from castor bean, deepening the study of fundamental characteristics such as repeatability of the reaction system, evolution of the activity at different storage times and the effect of the biocatalyst concentration, among others. In Chapter 7, after selecting the main reaction variables, the optimization of the lipase activity of this biocatalyst was performed, using response surface methodologies. On the other hand, Chapter 8 is based on the study of catalyst kinetics using extended reaction times at different conditions, as well as the mathematical modeling of the kinetic profiles. Finally, Chapter 9 presents the most relevant conclusions obtained through the development of this thesis, as well as the possible future work.