Producción de Nucleótidos y Biopolímeros Fermentaciones Industriales por Hector Massaguer

Métodos de producción de nucleótidos

Los nucleótidos son productos muy usados en la industria alimentaria. Se usan principalmente como saborizantes. A principios del siglo XX, en Japón se dieron cuenta de que los ingredientes activos de todos los productos saborizantes que usaban eran Glutamato, Lisina o nucleótidos monofosfato de purinas ( 5’-IMP, 5’-GMP), por lo que desarrollaron sistemas de producción.

Por ATAQUE QUÍMICO O ENZIMÁTICO de los ácidos nucleicos

• Hidrólisis del RNA de levaduras con enzimas microbianos
• Rotura del RNA celular por enzimas endógenos de la célula y liberación de 5’ mononucleótidos
• Hidrólisis química del RNA de levaduras a nucleósidos, con fosforilación química posterior

Por FERMENTACIÓN DIRECTA empleando mutantes con un bloqueo en la síntesis de nucleótidos

• Producción de nucleósidos por fermentación y después fosforilación química
• Producción directa de 5’ nucleótidos por fermentación
• Bioconversión de bases de nucleótidos a 5’ nucleótidos

Las cepas usadas en la producción son B.subtilis y B.megaterium principalmente, aunque se pueden usar otras, como Micobacterium.

La producción tuvo un pico hace unos años, pero actualmente se ha estancado mucho. La mayor parte de las empresas están en Asia, ya que se usan principalmente allí para dar sabor a los platos... En Europa se produce cada vez más.

Producción de biopolímeros

Se trata de un campo muy interesante para la industria. Los polímeros de más interés actualmente son:

♦ Dextranos
♦ Scleroglucanos
♦ Pululanos
♦ Ácido algínico
♦ Xantano

Los biopolímeros se han usado siempre como estabilizadores de los alimentos, e incluso para hacer plasma y sangre artificial. El biopolímero más sintetizado actualmente es el xantano, del que se producen aproximadamente 104 toneladas al año. Este producto es fabricado por Xanthomonas. Los biopolímeros son mejores que los polímeros químicos, porque son degradables.

Para que se forme el biopolímero es necesario que haya unas condiciones de saturación de oxígeno, así como que la relación entre C y N se decante hacia C, cuanto más mejor. La relación más adecuada es de 10 a 1. Se forma el polímero unido a un nucleótido, que irán atravesando la membrana hasta llegar al medio. El medio se va espesando a medida que se produce el polímero, con lo que la producción bajará. Ha de haber una gran regulación del proceso.

Polímeros que se producen actualmente
Dextranos

Fueron los primeros que se produjeron microbiológicamente, ya que es fácil. de hacer. Existen numerosas cepas productoras. Las cepas más usadas son de Klebsiella, Acetobacter y, la que se usa en producción comercial, Leuconostoc. Tienen una gran variedad de utilidades, dentro de la industria alimentaria, pero también para la producción de plasma artificial y de piel artificial para cubrir quemaduras.La producción de dextranos se hace de manera discontinua, ya que de manera continua es imposible, porque el medio se espesaría demasiado.

Síntesis típica de biopolímeros
Se forma con un peso molecular de 50.000 Da. En todos los procesos de síntesis de dextranos, se sintetizan dextranos más sacarosa. La sacarosa se recupera y puede ser devuelta al medio como sustrato o ser aprovechada para otros usos. El sustrato para la síntesis de dextranos puede ser cualquier cosa, lo único necesario es la aireación y el déficit de N.

Exopolisacárido de Erwinia
Es muy usado en la industria de la pintura, como componente básico de pinturas plásticas, porque es un estabilizador de colorantes, impidiendo que el colorante se separe de la masa.

Xantanos
Es producido por Xanthomonas campestris. No está relacionado con la industria alimentaria. Su monómero es un pentapolisacárido, formado a partir de glucosa, manosa, glucurónico, ácido y pir. El factor espesante es el pir. La producción no puede ser en continuo, porque se desestabiliza a media producción y además, pasada una viscosidad de 10.000 centipoises se pierde la capacidad de difusión del aire. La producción es de unos 20 – 30 gramos por litro, lo que es un 70 – 80% de rendimiento.

Actualmente parece ser que algunas Pseudomonas modificadas pueden producirlo, pero no tiene mucha aceptación.

Microfibrillas de celulosa
Es producida por Acetobacter. La producción actualmente es baja, unas 400 – 500 toneladas al año. Es usado por la industria alimentaria básicamente, para hacer capas de cobertura de alimentos y estabilizador de texturas de alimentos. Antes también lo usaba la industria petrolífera, pero no actualmente.

Pululano
Se produce por el hongo Aurobasidium pullulans, conocido también como Pullularia pullulans. Tiene un papel muy especial. Se usa como revestimiento alimentario, en sustitución del almidón, para que las cosas tengan una determinada forma y se desmolden fácilmente. La ventaja que tiene frente al almidón es que se usa menor cantidad para conseguir el mismo efecto, y además está más normalizado, no tiene los problemas de heterogeneidad del almidón.

Escleroglucano
Es producido por hongos, ya sea por Sclerotium sp. o por Helotium sp. Va especialmente bien para eliminar productos recalcitrantes. Su utilización es casi total por la industria petrolífera. De hecho hay más demanda que producción.

Alginato
Ha llegado a la producción industrial, pero si hay una buena cosecha de algas cuesta más extraerlo de estas que producirlo. En caso de que se produzca lo producen Azotobacter vinlandii y otros del género Azotobacter. En el laboratorio tiene utilidad para hacer agar, y su uso en la industria alimentaria está muy limitado. Se llegó a usar para mantener la espuma en la parte superior de la cerveza, pero ya no se usa. España es un gran producto de agar.

Curdlano
Es producido por Alcaligenes faecalis var. myxogenes. No se usa en la industria alimentaria. Se hincha en presencia de agua, pero no es digerible. Tiene su utilidad para la industria farmacéutica para la producción de normalizantes intestinales. Dentro de la industria alimentaria se puede usar para enriquecer los productos con fibra, porque tiene el mismo efecto.

Poliésteres
Aún no están en producción industrial del todo, su producción oscila entre 100 y 1000 toneladas. Son producidos por diferentes tipos de Pseudomonas. Este género no es un gran productor de polímeros, pero algunas especies, en presencia de C y deficiencia de N. Se trata de una mezcla de polímeros. Actualmente se intenta conseguir una muestra cada vez más homogénea, para hacer plásticos de alta resistencia. Se usan subproductos de la industrial petrolífera como sustratos. Se hacen 2 o 3 transformaciones y se consigue una muy buena materia primera.

Ciclodextrina
Todavía está en producción piloto. Es un polímero circular hecho por diferentes microorganismos. Cada organismo lo hace de un diámetro determinado. Se trata de un polímero estable, con un núcleo hidrófobo. El problema es que lo hacen organismos termófilos y anaerobios, por lo que el cultivo es complejo, ya que se requiere exceso de oxígeno para inducir la síntesis de polímeros, de manera que se ha de ajustar mucho. Parece tener utilidad como emulsionante. Se usa en laboratorios.

Nota: el artículo data de enero de 2003