Ángela Ávila fernández fructanas y fructosíltransferasas octubre 2009

Ángela Ávila Fernández

Fructanas y fructosíltransferasas

Octubre 2009

Fructanas y FOS

Definición, distribución y función fisiológica

Estructuras de las fructanasAplicaciones

Fructosiltransferasas

Bacterianas y fungalesVegetalesEstructura y mecanismo de reacción

Usos de las fructosiltransferasas

Obtención de FOSProducción de nuevos oligosacáridosGlicosilación de compuestos

Agave: Fructanas y fructosiltransferasas

Tipo de enlace

-1-2

-2-1

-2-6

Fructosa

Glucosa

Polímeros de azúcar compuestos por unidades de fructosa

Grado de polimerización mayor a 10Inulina

Levana

1-KestosaNistosa

1F-Fructofuranosil

Nistosa

Neokestosa

Bifurcosa

Fructooligosacáridos (FOS)

Grado de polimerización de 3 a 10

Definición, distribución y función fisiológica

L. mesenteroides

L. reuteri

A. niger

C. intybus

A. tequilana

Bacterias

Hongos

Plantas

Definición, distribución y función fisiológica

S. mutans

B. subtilis

F. oxysporum

Z. mobilis G. diazotrophicus

Pseudomonas

Penicillium

Algas verde azules

Dasycladus

Cymopolia

Batophora

…

Algas

Bacterias

Hongos y algas

Plantas

Definición, distribución y función fisiológica

• Promueven la colonización y supervivencia.

• Fitopatogenicidad.• Simbiosis• Fuente exógena de

carbohidratos.• Virulencia.• Protección contra desecación.• Adherencia a las superficies.

• No se conoce su función fisiológica

• Reserva de carbohidratos.• Promueven la germinación y

la expansión de las flores.• Osmoprotección • Resistencia a sequia y frio.

Paenibacillum polimyxa

Actinomyces naeslundii

C. intybus

Estructura de las fructanas

Sacarosa

Fructosiltransferasa

Fructanas de alto peso molecular

FOS

Fructosiltransferasa

OHO

OHHO

OH

o

HO

HOHO

HO o

Bacterias

Hongos

20-100 x106 Da

1

3

2

4

5

Modificado de Ritsema y cols. 2003

1) Inulina2) Levana3) Neoserie de inulina4) Neoserie de levana5) Fructana mezclada

Base de la serie.

• 1-kestosa, • 6-kestosa, • 3 y 4) Neo-kestosa, • 5) Bifurcosa.

Estructura de las fructanas

Aplicaciones

Contenido de fructanas en plantas comestibles [Van Loo y cols. 1995].

Fuente

CebollaAlcachofa de JerusalénAchicoriaPuerroAjoPlátanoCentenoCebadaAgave* Calculado de Waleckx et. al. 2008.

26*

Contenido de inulina (% peso fresco)

1.1 - 7.5

17.0 - 20.5

15.2 - 20.5

2.9 - 10

12.98

0.3 - 0.7

0.6

1.1

*Calculado de Waleckx y cols. 2008.

Aplicaciones

Boca- no hay hidrólisis.

Estómago- no hay hidrólisis ácida ni absorción.

Intestino delgado- no hay hidrólisis enzimática ni absorción.

Colon- fermentación bacteriana por bifidobacterias y bacterias lácticas.

Heces- no hay excreción de prebióticos.

Boca- no hay hidrólisis.

Estómago- no hay hidrólisis ácida ni absorción.

Intestino delgado- no hay hidrólisis enzimática ni absorción.

Colon- fermentación bacteriana por bifidobacterias y bacterias lácticas.

Heces- no hay excreción de prebióticos.

Inulin y FOS son considerados prebióticos por ser ingredientes alimenticios no digeribles que provocan la modificación en la composición de la microflora del colon.

Propiedades Tecnológicas

• Baja dulzura

• Bajo aporte energético

• Altamente solubles

• No cariogénicos

• Estables

Características Prebióticas

• Modifican la composición de la microflora del colon.

• Favorecen la producción de vitaminas

• Activan funciones intestinales• Asisten digestión y absorción

de nutrientes.• Estimulan la función

inmunológica

Aplicaciones

Aplicaciones

Aplicaciones cosméticas

Sustituto de plasma sanguíneo

Aplicaciones potenciales

• Emulsificante.• Estabilizante.• Espesante.• Agente encapsulante.• Acarreador de sabores y

fragancias.• Sellador biológico en suelos

altamente permeables

Fructosiltransferasas

Fructosiltransferasas

Sacarosa

Inulosacarasas

Enlaces (2-1)

OHO

OHHO

OH

o

HO

HOHO

HO o

Enlaces (2-6)

Levansacarasas

Inulina

Levana

Tipo de enlace

-1-2

-2-1

-2-6

Fructosa

GlucosaPeso molecular

45-75 KDa

170 kDa

Fructosiltransferasas

Fuente Sustrato (sacarosa g/L) Rendimiento (%) Referencia

Aspergillus niger AS 0023 500 54 L'Hocine et. al. 2000

Penicillium citrinum 700 55 Hayashi et. al. 2000

Aspergillus japonicus 400 61 Chien et al. 2001

Aspergillus oryzae CFR 202 600 58 Sangeetha et. al 2002

Aerobasidium pullulans CFR 77 550 60 Sangeetha et. al 2004

Zymomonas mobilis 500-600 24-32 Baker et. al. 2002

Sacarosa

FOS

Fructosiltransferasa OHO

OHHO

OH

o

HO

HOHO

HO o

Características

• Peso variable debido a la glicosilación

55- 202 KDa

• Formación de multímeros

Fructosiltransferasas

Fructosiltransferasas

Asp 86

Asp 247

Glu 342

Asp 86

Asp 247

Glu 342

Representación de la estructura tridimensional de la levansacarasa de B. subtilis (SACB; código PDB 1oyg). Modelo del mecanismo de reacción de tipo Ping-pong Bi-bi propuesto para SACB en notación de Cleland. S, sacarosa; E, enzima; G, glucosa; L, levana.

Fructosiltransferasas

Representación de la estructura tridimensional de la FEH de Cichorium intybus (FEH IIa:código PDB 1st8).

Asp 94

Asp 219

Glu 276

Cis 519

Cis 471

621 aa

Péptido señal

61 aa-propela

356 aa

-sandwich

204 aa5’ 3’

DPN LEC

RDP

Usos de las fructosiltransferasas

Producción de la FTF

Reacción

Purificación

Evaporación

Secado

FOS en polvo

Sacarosa

Enzima Separación de la FTF

Raíces de achicoria

Extracción de inulina

Hidrólisis parcial

Purificación

Evaporación

Jarabe de oligofructosa Secado

Oligofructosa en polvo

Agua

caliente

Enzima

A B Producción de la FTF

Reacción

Purificación

Evaporación

Secado

FOS en polvo

Sacarosa

Enzima Separación de la FTF

Producción de la FTF

Reacción

Purificación

Evaporación

Secado

FOS en polvo

Sacarosa

Enzima Separación de la FTF

Raíces de achicoria

Extracción de inulina

Hidrólisis parcial

Purificación

Evaporación

Jarabe de oligofructosa Secado

Oligofructosa en polvo

Agua

caliente

Enzima

A Raíces de achicoria

Extracción de inulina

Hidrólisis parcial

Purificación

Evaporación

Jarabe de oligofructosa Secado

Oligofructosa en polvo

Agua

caliente

Enzima

A B

Proceso industrial de producción de oligofructosa de achicoria (A). Producción de FOS mediante el uso de FTF (B).

Rendimiento de FOS obtenido al utilizar FTF de de diferentes microorganismos Fuente Sustrato (sacarosa g/L) Rendimiento (%) Referencia

Aspergillus niger AS 0023 500 54 L'Hocine et. al. 2000

Penicillium citrinum 700 55 Hayashi et. al. 2000

Aspergillus japonicus 400 61 Chien et al. 2001

Aspergillus oryzae CFR 202 600 58 Sangeetha et. al 2002

Aerobasidium pullulans CFR 77 550 60 Sangeetha et. al 2004

Bacillus macerans EG-6 500 33 Park et. al. 2001

Zymomonas mobilis 500-600 24-32 Baker et. al. 2002

Usos de las fructosiltransferasas

• Mayor solubilidad • Menor reactividad • Mayor estabilidad • Propiedades químicas diferentes

Propiedades Aplicaciones

• Endulzantes • Antimicrobianos • Antioxidantes • Surfantantes y emulsificantes• Compuestos de liberación controlada.

Isoquercetin

Usos de las fructosiltransferasas

Grado de polimerización

(DP) 3-29

López et. al., 2003

(2-1)

(2-6)

Satyanarayana, M. N. (1976) Biosynthesis of Oligosaccharides and Fructans in Agave Vera cruz .1. Properties of a Partially Purified Transfructosylase, Indian Journal of Biochemistry & Biophysics. 13, 261-266.Bhatia, I.S., Nandra, K.S. (1979) Studies on fructosyl transferase from Agave Americana, Phytochemistry. 18, 923-927.

A g a v e

Sacarosa

1-SST

1-Kestosa

Sacarosa:Sacarosa 1-Fructosiltransferasa (1-SST )

OHO

OHHO

OH

o

HO

HOHO

HO o

Yun, J. W. (1996) Fructooligosaccharides - Occurrence, preparation, and application, Enzyme and Microbial Technology. 19, 107-117.

Vijn, I. & Smeekens, S. (1999) Fructan: More than a reserve carbohydrate?, Plant Physiology. 120, 351-359.

Ritsema, T. & Smeekens, S. (2003) Fructans: beneficial for plants and humans, Current Opinion in Plant Biology. 6, 223-230.

Kolida, S., Tuohy, K. & Gibson, G. R. (2002) Prebiotic effects of inulin and oligofructose, British Journal of Nutrition. 87, S193-S197.

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Sangeetha, P. T., Ramesh, M. N. & Prapulla, S. G. (2005) Recent trends in the microbial production, analysis and application of Fructooligosaccharides, Trends in Food Science and Technology. 16, 442-457.

Algunas referencias