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 16
en la industria azucarera El uso de la dextranasa en la industria azucarera fue argumentado por Tilbury [3] hace más de 30 años, cuando la enzima solo era estudiada para la elaboración de dextranas médicas que se empleaban como sustitutas del plasma sanguíneo y, más recientemente, en formulaciones dentífricas, para hidrolizar las dextranas presentes en las placas dentales. Muchos han sido los preparados enzimáticos disponibles en el mercado, varias las compañías que los han producido y diversas las fuentes de enzima que se han utilizado, desde que en 1972 Inkerman y James presentaron sus resultados tras el empleo de la dextranasa para mejorar el procesamiento de la caña deteriorada en los centrales de Queensland [49]. En esos estudios iniciales de aplicación industrial, se utilizó el preparado enzimático Glucanase D-1, producido por la compañía Phizer Chemicals para la hidrólisis de elevadas concentraciones de dextranas en el jugo mezclado. Durante la década de los años 80, las compañías productoras de enzimas industriales comenzaron a producir preparados de dextranasa para su empleo en el proceso azucarero. En 1986 surgió en el mercado el preparado enzimático Dextranex, producido por la compañía norteamericana Miles Laboratories, a partir de una cepa de Chaetomium sp. [32]. Este compuesto se propuso para utilizarlo en la industria azucarera, sin embargo, no aparece información disponible sobre su empleo. Entre los primeros preparados enzimáticos de dextranasa lanzados al mercado, aparecieron también el DN 25 L y, posteriormente, el DN 50 L, ambos de la compañía danesa Novo Nordisk A/S, producidos con el empleo de una cepa de Penicillium lilacinum [13], la que posteriormente apareció renombrada como Paecilomyces lilacinum en el preparado enzimático Dextranase 50 L. Ninguno de los preparados enzimáticos de la Novo Nordisk A/S obtuvo la aprobación de uso seguro (GRAS) por parte del órgano regulatorio de Estados Unidos para drogas y alimentos (FDA) y no pudieron ser comercializados en ese país, por lo que poco a poco se vieron reducidos sus mercados. En las especificaciones de los preparados enzi- máticos DN 25 L y DN 50 L de la Novo Nordisk A/S no se diferenciaron las ventajas de la dosificación en los jugos o en los siropes, y se sugirió que se emplearan en cualquiera de los casos, siempre que la temperatura estuviera entre 50 y 60 ºC y el valor del pH entre 5.0 y 6.0 [13]. Según los datos disponibles, se sugirió que el preparado enzimático Dextranase 50 L, de la propia compañía, se empleara, específicamente, para hidrolizar las dextranas en los jugos. En Cuba, el aislamiento de la cepa de Penicillium
condiciones industriales de temperatura y pH, permitió a los investigadores obtener, en 1988, un preparado enzimático que se empleó durante varios años en diferentes centrales del país [27]. El desarrollo del proceso de producción en Pichia pastoris de la dextranasa recombinante del P. minioluteum, llevado a cabo por investigadores cubanos, concluyó en la formulación del preparado enzimático Hebertec-Dextranase, que se empleó en estudios de aplicación industrial en diferentes centrales azucareros del país, durante los años 1995 y 1999. En estudios de laboratorio para la concentración inicial de dextranas igual a 1 500 ppm en presencia del 15% de sacarosa, a 50 ºC y con el pH igual a 5.0 se obtuvo que la dosis de 16 ppm de Hebertec-Dextranase hidrolizó el 90% del polisacárido en 10 minutos. El tratamiento de concentraciones superiores de dextranas en iguales condiciones alcanzó un nivel inferior de hidrólisis. Se observó, asimismo, que la reducción de la temperatura de reacción a 35 ºC provocó también la disminución del nivel de hidrólisis, el que alcanzó el 90% para la concentración inicial de dextranas igual a 500 ppm. Los estudios industriales en los que se dosificó este prepa- rado enzimático en el jugo a 16 ppm, con un tiempo de reacción de 10 minutos, aportaron la hidrólisis del 85% de las 1 600 ppm de las dextranas presentes en él. Con el empleo de las avanzadas técnicas de biología molecular, continuaron los trabajos de los diferentes grupos de investigación por mejorar los preparados enzimáticos de dextranasa, disponibles por las compañías productoras de enzimas industriales; pero no existen reportes que demuestren haber logrado otro preparado de dextranasa recombinante. Las investigaciones en los laboratorios de la compañía Novo Nordisk A/S por lograr la expresión del gen codificante para la dextranasa del hongo Paecilomyces lilacinum en diferentes hongos fila- mentosos, no concluyeron con la presentación de un nuevo preparado enzimático aplicable en la industria azucarera, aunque sí en una patente para su uso en preparados dentífricos [46]. La enzima producida por el hongo Chaetomium gracile, caracterizada por la compañía Sankyo, se empleó en estudios de hidrólisis de las dextranas en centrales de Australia, se formuló en un preparado enzimático, producido por la compañía norteamericana Genencor, con el nombre de Dextranex TM y se evaluó en estudios en Louisiana durante las zafras de 1996 y 1997 [11]. En el año 1999, la compañía Sankyo obtuvo la aprobación GRAS emitida por la FDA para la enzima dextranasa producida por el Chaetomium gracile [50]. A pesar de la poca información disponible acerca del preparado enzimático Dextranase ® producido a partir de este hongo, la compañía Sankyo informó el comienzo de su exportación a refinadores de Europa y Estados Unidos durante los años fiscales 2000 y 2001 [51, 52]. Durante el año 2002, apareció en el mercado el nuevo preparado enzimático Dextranase Plus L de la compañía Novo Nordisk A/S, con características mejoradas de termoestabilidad hasta 85 ºC y pH más amplio, entre 3.0 y 7.0, producido a partir del hongo Chaetomium erraticum [53]. Las características de la enzima y del microorganismo fuente del preparado enzimático Dextranase Plus L, son similares a las de Dextranase L que se reportaron, ofertado en el mercado desde 1998, por la compañía japonesa Amano [54]. Este último puede ser empleado tanto en el jugo como en el sirope, pero se sugirió que en este segundo caso la dosis fuera diez veces superior, es decir, entre 50 y 100 mL por tonelada de sirope tratado, con el tiempo de reacción en el rango de 30 a 60 minutos, prolongado tres veces más que el planteado para el tratamiento del jugo. 42. Igarashi T, Yamamoto A, Goto N. Detection of dextranase-producing gram- negative oral bacteria. Oral Microbiol Immunol 1998;13:382-6. 43. Arnold WN, Nguyen TBP, Mann LC. Purification and characterization of a dextranase from Sporothrix schenckii. Arch Microbiol 1998;170:91-8. 44. Oguma T, Kurokawa T, Tobe K, Kitao S, Kobayashi M. Cloning and sequence analysis of the gene for glucodextranase from Arthrobacter globiformis T-3044 and expression in Escherichia coli cells. Biosci Biotechnol Biochem 1999;63:2174-82. 45. Mizuno T, Mori H, Ito H, Hirokazu M, Kimura A, Chiba S. Molecular cloning of isomaltotrio-dextranase gene from Brevi-
strain 0407 and its expression in Es cherichia coli. Biosci Biotechnol Biochem 1999;63(9):1582-88. 46. Christensen T, Fuglsang CC, Halkier T, Johansen D, inventors; Novo Nordisk A/S, assigneé. Recombinant enzyme with dextranase activity. US 6,156,553. 1998. 47. Hoster F, Daniel R, Gottschalk G. Isolation of a new Thermoanaerobacte- rium thermosaccharolyticum strain (FH1) producing a thermostable dextranase. J Gen Appl Microbiol 2001;47:187-92. 48. Decker SR, Adney WS, Vinzant TB, Himmel ME, inventors; Midwest Research Institute, assigneé. Alkaline tolerant dextranase from Streptomyces anulatus. US 6,509,184. 2003. 49. Inkerman PA, James GP. Dextranase II, Practical application of the enzyme to sugar mills. Proc Queensland Soc Sugar Cane Technologists. 43 rd Conf, Watson Ferguson and Co; Brisbane, Queensland, Australia 1976. p. 307-15. 50. CFSAN/Office of Food Additive Safety. Summary of All GRAS Notices. [Publicación periódica en línea] 2004. Available from URL:
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Dextranase Plus L ® . 2002. 2002-19760- 01 10 14 2002 © Novozymes A/S, Krog- shoejvej 36, 2880 Bagsvaerd, Denmark. 2002.
54. Amano. Dextranase L “Amano”. Ama- no Pharmaceutical Co., Ltd., Nagoya, Japan. 1998.
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