La dextranasa a lo largo de la industria azucarera
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Efraín Rodríguez Jiménez La dextranasa en la producción de azúcar Biotecnología Aplicada 2005; Vol.22, No.1 13 Ciertos estudios en centrales de Louisiana aportaron que el contenido de azúcar en la miel final se elevó en 0.6 puntos por cada 1 000 ppm de dextranas en mieles, equivalentes a 250 ppm en jugo mezclado, lo que generó la pérdida de 0.6 libras (0.272 kg) de azúcar por tonelada de caña [9]. A esa cantidad de azúcar perdida se debió adicionar la cantidad consumida para la formación de las 250 ppm de dextranas, que, según los datos anteriormente mencionados, correspondió a 0.022 libras (0.01 kg) por tonelada de caña. Es decir, en presencia de 250 ppm de dextranas en jugo mezclado, se perdieron 0.282 kg de azúcar por tonelada de caña procesada, lo cual, extrapolado linealmente a la presencia de 1 000 ppm de dextranas en el jugo mezclado, generó la pérdida de 1.128 kg de azúcar por tonelada de caña. Como resultado de otro estudio con datos conser- vativos de diferentes partes del mundo, se demostró que cada 0.1% de incremento de dextranas en los jugos (1 000 ppm), se perdieron 8.8 libras (4 kg) de azúcar por tonelada de azúcar producida sin tomar en cuenta el recobrado industrial [5]. Esto significó la pérdida de 0.77 libras (0.35 kg) de azúcar adicional por tonelada de caña molida asumiendo el recobrado de 88%. Un análisis para la determinación de las pérdidas de azúcar por las dextranas resultó, de manera general, entre 7.4 y 8 kg por tonelada de caña molida [5]. Otros estudios en etapas más avanzadas del proceso determinaron que por cada 300 ppm de dextrana en sirope, la pureza en las mieles se incrementó en 1% [11]. Ademas, se concluyó que cada 1 punto de incremento de la pureza en la miel final, la perdida era de 0.454 kg de azúcar por tonelada de caña procesada [8]. Como puede apreciarse, es muy difícil determinar los datos exactos de las pérdidas de azúcar causadas por las dextranas, ya que son muchos los factores que influyen en ello, desde los valores falseados del contenido inicial de sacarosa y la variabilidad entre los métodos para la determinación de dextranas, hasta la variación de los criterios tomados en cuenta al analizar estas pédidas [9]. De manera general, los resultados de estos estudios arrojan que las pérdidas generadas por las dextranas oscilan desde 0.35 kg de azúcar por tonelada de caña molida por la presencia de cada 1 000 ppm de dextranas en el jugo mezclado, hasta 8 kg. Cualquiera que sea el resultado, es evidente la necesidad de eliminar las dextranas del proceso de producción de azúcar. Los métodos físicos como la ultrafiltración, la diálisis y la ósmosis reversa son muy útiles para ello, pero tecnológicamente no están aún desarrollados para su aplicación económica en el proceso azucarero [2]. Algunos ya han sido introducidos en la industria azucarera de los Estados Unidos, pero con un costo capital significativo y aún no se ha demostrado el retorno de la inversión [5]. Hasta hoy, el único método aplicable en la industria azucarera es la hidrólisis enzimática de las dextranas. La dextranasa EC 3.2.1.11 ( α -D-1.6-glucano-6- glucanohidrolasa) es la enzima encargada de realizar esta hidrólisis, ya que es específica para los enlaces α -1.6, mayormente presentes en el polisacárido de las dextranas, los cuales rompe al formar moléculas de oligosacáridos de menor tamaño. Un estudio en los Midland Research Laboratories, Inc., de Kansas, Estados Unidos, planteó que si bien la decisión del empleo de la dextranasa tiene primeramente un carácter económico, con el uso de la enzima se puede esperar, al menos, la mejoría mínima del costo de producción del azúcar alrededor de 3.00 dólares por tonelada de caña [6].
de microorganismos productores de dextranasa Los hongos y las bacterias se identificaron, desde el inicio, como las principales fuentes enzimáticas capaces de hidrolizar las dextranas. A comienzo de los años 50, un grupo de investigadores japoneses identificaron cepas de los hongos Penicillium lilacinum y Penicillium funiculosum, productoras de dextranasa en presencia de dextranas y, posteriormente, en los años 60, se caracterizaron otras cepas de los hongos
dextranasa del P. lilacinum mostró su máxima actividad con el pH entre 5.0 y 5.5 y la temperatura entre 53 y 60 ºC [13]. Tras la amplia búsqueda que continuó en Japón durante los años 70, se identificó una cepa del hongo Aspergillus carneus que acumuló la enzima al crecer en dextranas, y otra del Penicillium luteum [12]. Ambas se caracterizaron detalladamente, la enzima pura del P. luteum presentó su máxima actividad con el pH entre 4.0 y 6.0 y la temperatura óptima igual a 50 ºC. También se purificó y caracterizó la dextranasa de P. funiculosum, que mostró la mayor actividad con el pH igual a 6.0 y se inactivó rápidamente al ser sometido a una temperatura superior a 40 ºC [14]. Hasta ese entonces eran pocas las bacterias identificadas como productoras de dextranasa, entre ellas, cepas de Lactobacillus bifidus, dos especies de
los años 50. La dextranasa del Brevibacterium fuscum de la variedad dextranlyticum, descubierta en 1974 por investigadores japoneses, posee características diferentes a las ya estudiadas. Su actividad máxima sucede con el pH entre 7.0 y 7.5 y es estable con el pH entre 5.0 y 11.0 [15]. Por esa fecha, en algunos aislamientos de placas dentales se identificaron cepas bacterianas de Fusobacterium fusiforme, Actinomyces
productoras de dextranasa [16]. La dextranasa de Streptococcus mutans presentó el pH óptimo igual a 5.5 y la temperatura de 37 ºC. Los siguientes reportes, surgidos de nuevos productores de dextranasa en presencia de dextrana como inductora, correspondieron a cepas de los hongos
por investigadores estadounidenses [17]. La dex- tranasa del Fusarium miniliforme presentó como valores óptimos: el pH igual a 5.5 y la temperatura de 55 ºC, y resultó totalmente inactivada a los 15 minutos de exposición a 80 ºC y con el pH igual a 6.0 [18]. En 1978 se dió a conocer la identificación de una cepa de Flavobacterium sp. M-73, productora de dextranasa, que posteriormente se caracterizó [19]. La enzima resultó ser estable con el pH entre 6.5 11. Clarke MA, Edye L, Cole F, Kitchar J. Sugarcane factory trials with dextranase enzyme. Sugar Journal 1997:20-2. 12. Fukumoto J, Tsuji H. Studies on dextranases. I. Penicillium luteum dextra- nasa: Its production and some enzymatic properties. J Biochem 1971;69:1113-21. 13. Novo Nordisk A/S. Dextranase Novo 25L. A dextran decomposing enzyme for the sugar industry. Product data in- formation 112-GB, Novo Enzyme Division, Dagsvaerd, Denmark; 1977. 14. Sugiura M, Ito A, Ogiso T, Kato K, Asano H. Studies on dextranase. Purification of dextranase from Penicillium funiculosum and its enzymatic properties. Biochimica et Biophysica Acta 1973;309:357-62. 15. Sugiura M, Ito A, Yamaguchi T. Studies on dextranase. II. New exo-dextranase from Brevibacterium fuscum var. dex- tranlyticum. Biochimica et Biophysica Acta 1974;350:61-70. 16. Ellis DW, Miller CH. Extracellular dextran hydrolase from Streptococcus mutans strain 6715. J Dent Res 1977; 56(1):57-69. 17. Simonson LG, Liberta AE. New sources of fungal dextranase. Mycologia 1975; 67:845-51. 18. Simonson LG, Liberta AE, Richardson A. Characterization of an extracellular dex- tranase from Fusarium miniliforme. Applied Microbiology 1975;30(5):855-61. 19. Kobayashi M, Takagi S, Shiota M, Mitsuishi Y, Matsuda K. An isomaltotriose- producing dextranasa from Flavobac- terium sp. M-73: Purification and proper- ties. Agric Biol Chem 1983;47(11): 2585-93.
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