Synthesis and purification of galacto-oligosaccharides

J.M FAROUX, M.M URETA, E.E. TYMCZYSZYN, A. GOMEZ ZAVAGLIA

Buenos Aires

Congreso; 11th World Congress of Chemical Engineering (WCCET1).; 2023

Los prebióticos son compuestos que confieren beneficios específicos a la composición o a la actividad de la microbiota gastrointestinal del huésped. Entre ellos se destacan los galacto-oligosacáridos (GOS), azúcares no digeribles formados por una cantidad variable de unidades de galactosa y una unidad de glucosa terminal. Los GOS pueden ser obtenidos por síntesis enzimática a partir de lactosa, utilizando β-galactosidasa como catalizador. Dicha reacción es conocida como transgalactosilación y su cinética depende de varios factores, tales como temperatura, pH, relación lactosa-enzima, concentración inicial de lactosa, entre otros. En condiciones de sobresaturación de sustrato, la hidrólisis de lactosa y la formación de GOS con distintos grados de polimerización están en equilibrio. Con el transcurso de la reacción, la composición del medio varía respecto a la cantidad de GOS, lactosa no hidrolizada, glucosa y. Por ello, para maximizar el rendimiento en masa de GOS obtenidos es necesario definir las condiciones de síntesis que optimicen el rendimiento de la reacción y, a su vez, sumar un proceso posterior de purificación.Objetivos: El objetivo del trabajo fue determinar las condiciones óptimas de síntesis y purificación de GOS a partir de lactosa a través de reacciones de transgalactosilación. Para ello, se partió de diferentes concentraciones iniciales de lactosa y se estudiaron diferentes vías para la eliminación de monosacáridos y lactosa.Metodología: Para las reacciones de transgalactosilación, se partió de diferentes concentraciones iniciales de lactosa (30%p/v, 40%p/v, 50%p/v y 60%p/v). La relación enzima:lactosa se mantuvo constante con un valor de 50UI/g de lactosa. Los valores de temperatura (41±1 °C) y pH (4.5) se ajustaron de acuerdo a los requerimientos de la enzima. La evolución de la reacción fue monitoreada tomando muestras a diferentes tiempos y analizándolas por HPLC (Columna: XBRIDGE AMIDE (Waters). Fase móvil: acetonitrilo:agua (75:25), trietilamina 0.03%. Temperatura de columna y detector: 30 °C. Caudal: 0.5 mL/min. Detector: Índice de refracción).La lactosa remanente al finalizar la síntesis fue removida por recristalización seguida de una separación por filtración y posteriormente, los monosacáridos fueron eliminados utilizando una columna de carbón activado, de acuerdo a Romano et al (2016). Luego la muestra enriquecida en GOS fue concentrada en un rotavapor.Para evaluar las reacciones se calcularon el rendimiento de GOS y la conversión de lactosa definidas a continuación:y_GOS= (GOS/L_0 )*100Donde:-y es el rendimiento de GOS porcentual, Es la masa de GOS por unidad de masa de lactosa obtenida durante la síntesis.-GOS es la concentración de galacto-oligosacáridos (gramos de GOS/100ml de solución).-L0 es la concentración inicial de lactosa (gramos de lactosa/100ml de solución).X_lac= ((L_0-L)/L_0 )*100Donde:-X_lac es la conversión de lactosa.-L0 es la concentración inicial de lactosa (gramos de lactosa/100ml de solución).-L es la concentración inicial de lactosa a un tiempo dado (gramos de lactosa/100ml de solución).Resultados: El máximo rendimiento obtenido en las reacciones de fue 20.7% cuando se partió de un 40%p/v de lactosa. Los GOS DP3 (gal-gal-glu) fueron los sintetizados en mayor proporción. Dicho rendimiento se obtuvo a los 225 minutos con una conversión de lactosa del 50.8%. La eliminación de lactosa por recristalización sólo pudo ser llevada a cabo en muestras que no habían clarificado. La posterior purificación por columna de carbón activado permitió remover principalmente monosacáridos (glucosa y galactosa), logrando un producto final concentrado en GOS (>60%).Conclusiones:Se determinaron las condiciones óptimas a escala laboratorio para obtener GOS. La detención de la reacción previa a la clarificación de la muestra permitió recristalizar parte de la lactosa recuperando y reutilizando parcialmente el sustrato de reacción. El producto obtenido purificado contiene un 60% de GOS y resulta un ingrediente interesante para la elaboración de alimentos funcionales con carácter prebiótico.