UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO FACULTAD DE QUMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA Tecnología Enzimática TEMA DE EXPOSICIÓN: INULINASAS ELABORADO POR: SALVADOR REYES GARAY

¿Qué es la inulina? Es un fructano que se encuentra en muchas plantas como carbohidrato de reserva. Químicamente es un carbohidrato polidisperso que consiste en enlaces β(2 1) fructosil-fructosa. Al final de la molécula puede presentarse un residuo de glucosa. Se reconocen dos tipos de origen de inulina: vegetal y bacteriano. La inulina vegetal tiene un grado de polimerización bajo y un pequeño grado de ramificación; la inulina bacteriana tiene un alto grado de polimerización y de ramificación.

Estructura enlaces β (2 1) fructosil-fructosa

Fuentes vegetales de inulina Fuente Parte comestible Contenido de sólidos secos Contenido de inulina (peso húmedo) Cebolla Bulbo 6 – 12 2 -6 Alcachofa de Jerusalén Tubérculo 19 – 25 14 - 19 Achicoria Raíz 20 – 25 15 – 20 Poro Bulbo 15 – 20 3 – 10 Ajo Bulbo 40 – 45 9 – 16 Plátano Fruto 24 – 26 0. 3 – 0. 7 Centeno Cereal 88 - 90 0. 5 – 1 Cebada Cereal - 0. 5 – 1. 5 Bardana Raíz 21 – 25 3. 5 – 4 Yuca Raíz 13 – 31 3 – 19 Salsifí Raíz 20 - 22 4 - 11

Hidrólisis enzimática de la inulina: Inulinasas La inulinasa o β-1, 2 -fructanohidrolasa es la enzima encargada de hidrolizar los enlaces β-1, 2 fructano de la inulina. La hidrólisis completa de la inulina lleva a la formación de fructosa y glucosa, cuya concentración es proporcional al grado de polimerización (DP) inicial de la inulina. La inulinasa puede obtenerse de dos orígenes diferentes: origen vegetal (Diente de león, achicoria, alcachofa de Jerusalén, etc. ) y origen microbiano.

Microorganismos productores de Inulinasas Microorganismo Rendimiento (U/ml) Aspergillus sp. 75 A. aureus MTCC 151 A. 160 ficuum 3000* niger A 42 4600* A. niger mutant 817 160 A. niger mutan UV 1 120 A. niger 60 subtilis 430 A 50 -70 A. Clostridium acetobutylicum IFP 912 43. 7 Streptomyces sp. ALKC 4 9400* A. pseudotropicalis IP 513 25000* K. fragilis ATCC 12424 355 K. marxianus 5600* K. marxianus 176 K. marxianus 127 K. marxianus ATCC 36907 260 K. marxianus var. marxianus CBS 6556 3000 K. marxianus var. bulgaricus 107 K. marxianus UCD (FST) 5582 212 K. marxianus CBS 6556 5800

Estructura de la enzima La estructura de la enzima y su peso molecular dependen del microorganismo productor; Algunos estudios reportan los siguientes PM: • K. fragilis – 250 k. Da. • A. niger – 300 k. Da. • A. ficuum – 53 k. Da. • A. candidus – 54 k. Da. • K. marxianus – 72 k. Da

Endo- y Exo- Inulinasas La inulinasa puede ejercer dos efectos sobre las moléculas de inulina, por lo que se puede clasificar dos tipos de inulinasas: endo-inulinasas y exo-inulinasas. La exoinulinasa comienza con la fragmentación de la primera molécula de D-fructosa y continúa hasta romper el último enlace dentro de la molécula de inulina y liberar una molécula de D-glucosa; la endo-inulinasa hace cortes internos en la molécula de inulina produciendo así inulooligosacáridos. La propiedad de ser endo- o exo- enzima depende de la fuente microbiana de la cual se obtuvo la inulinasa. De las diferencias en las propiedades moleculares entre los dos tipos de enzima destaca el peso molecular.

Temperatura y p. H óptimos Microorganismo T óptima (°C) p. H óptimo Aspergillus 60 4. 5 A. awamori var 2250 60 4. 5 A. candidus 45 5. 5 A. ficuum 60 4. 7 A. fumigatus 60 - A. niger 55 4. 3 Debaryomyces cantarellii 30 4. 0 Fusarium oxysporum 37 6. 2 K. fragilis 55 5. 5 K. marxianus 55 4. 4 Pichia guilliermondii 60 6. 0

Propiedades cinéticas Microorganismo Tipo T (°C) Km (m. M) K 2 (mmol/min · g) A. ficuum Endo 30 1 0. 06* A. ficuum Exo 30 15 0. 078* A. ficuum Endo. Exo 50 7. 89 8. 21 A. candidus Exo 45 3. 8 - 37 0. 003 175 40 0. 20 106 - 0. 15 250+ A. awamori var Exo 2250 * Valores de kcat Penicillium sp. (seg-1). Endo + Valor de V (μmol · min-1). max K. marxianus Exo

Aplicación: Producción de jarabes de fructosa Durante las últimas tres décadas se ha desarrollado un nuevo método de obtención de jarabes de fructosa: la hidrólisis enzimática de la inulina empleando inulinasas. El uso de inulinasas de Kluyveromyces marxianus var. bulgaricus inmovilizadas en gelatina para la conversión de inulina en fructosa se ha utilizado para fabricar jarabes de alta fructosa. La conversión de inulina en fructosa produce jarabes con un 95% de fructosa.

Inulinasas vs. Invertasa e Isomerasa Actualmente, la fructosa es obtenida por inversión de la sacarosa con invertasas o por isomerización de la glucosa por acción de la glucosa isomerasa, que es el método más empleado industrialmente, sin embargo este proceso tiene una limitante termodinámica que son los valores de concentración al equilibrio de fructosa y glucosa, que son alrededor del 50% por lo que el jarabe final que se obtiene de esta reacción contiene aproximadamente 42% de fructosa, 50% de glucosa y 8% de oligosacáridos. El ajuste a la concentración deseada de fructosa en los jarabes se realiza por cromatografía o con el uso de aditivos, sin embargo estos procesos son muy costosos o acarrean problemas de toxicidad.

Inulinasas vs. Hidrólisis ácida Otra posibilidad es la producción de fructosa a través de la hidrólisis acida de inulina, pero es un proceso de alto costo; la inulina puede ser hidrolizada a p. H de 1 -2 y temperatura de 80 -100°C durante 1 -2 h. El proceso no logra un buen resultado debido a la formación de productos que dan color o sabor indeseable, resultado de la hidrólisis de la inulina y al aumento en el contenido de cenizas, cuya eliminación por medio de resinas de intercambio iónico es muy caro.

Bibliografía E. Ricca et al. The state of the art in the production of fructose from inulin enzymatic hydrolysis. Critical reviews in biotechnology, 27: 129 -145, 2007. Krishnan Vijayaraghavan, D. Yamini, V. Ambika and N. Sravya Sowdamini. Trends in inulinase production – a review. Critical reviews in biotechnology, 29(1): 67 -77, 2009. Zhenming Chi & Zhe Chi & Tong Zhang & Guanglei Liu & Lixi Yue. Inulinase-expressing microorganism and applications of inulinases. Appl Microbiol Biotechnol, 82: 211– 220, enero 2009.