Ángela Ávila fernández fructanas y fructosíltransferasas octubre 2009
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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.
Franck, A. (2002) Technological functionality of inulin and oligofructose, British Journal of Nutrition. 87, S287-S291.
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