Extraction and purification of antioxidant fractions from foreign species

Abstract

La valorización de las especies vegetales extranjeras presentes en el entorno local es de especial interés en los últimos años debido a la creciente demanda de ingredientes naturales obtenidos con tecnologías respetuosas con el medio ambiente para aplicaciones alimentarias, farmacéuticas, cosméticas y biotecnológicas. El presente trabajo incluyó la optimización de las condiciones para la extracción y purificación de productos bioactivos de tres tipos diferentes de biomasa vegetal: la macroalga Sargassum muticum, la flor Acacia dealbata y el hongo Hericium erinaceus. Para ello se han desarrollado experimentos con tecnologías de vanguardia en diferentes matrices de biomasa como extracción biológica, como extracción asistida por enzimas y extracción físico-química, como extracción subcrítica de agua, extracción supercrítica de CO2, extracción asistida por microondas y fraccionamiento de solventes. La purificación de las fracciones con resinas le permitió obtener productos potencialmente de alto valor añadido con compuestos activos concentrados. Las actividades prometedoras de los productos se basan en los resultados de los métodos analíticos in vitro para las capacidades antioxidantes y antiradicales y los métodos biológicos de cultivo celular in vitro que desarrolló durante una investigación a corto plazo en una universidad extranjera en O Porto, Portugal. La extracción asistida por enzimas es una tecnología innovadora eficaz para aumentar los rendimientos de extracción y la velocidad de extracción durante los procesos de extarcción acuosa de compuestos bioactivos. Esta técnica se aplicó a la extracción de diversas algas y cuando este estudio se llevó a cabo, todavía no se había aplicado a Sargassum muticum. El tratamiento hidrolítico asistido por enzimas de actividades carbohidrasa y proteasa se propuso para obtener fracciones solubles. Para ello se seleccionaron diversas hidrolasas comerciales que se aplicaron tanto a muestras del alga entera (Sm) como a los sólidos libres de alginato (AESm). Se planteó la selección de las enzimas más adecuadas a partir de un conjunto inicial de nueve formulaciones, para posteriormente emplear aquéllas que proporcionasen los mayores rendimientos extracción y un aumento de la actividad antioxidante de los extractos determinada por métodos in vitro. La hidrólisis enzimática se llevó a cabo en condiciones experimentales similares a las indicadas en estudios previos con Ecklonia cava, Ishige okamurae, Sargassum fullvelum, S. horneri, S. coreanum, S. thunbergii or Scytosiphon lomentaria. Los enzimas se emplearon siempre en condiciones de pH y T recomendadas por los fabricantes. Las condiciones óptimas de incubación fueron 3 h con 2-5% (p%) de enzimas para proporcionar los mayores rendimientos de solubilización, pues se logró solubilizar hasta el 50% del material de partida. Los enzimas más efectivos fueron Celluclast (celulasa), Viscozyme (un complejo multienzimático de carbohidrases, incluyendo arabanasa, celulasa, ß-glucanasa, hemicelulasa y xilanasa) y Amylase (-amilasa). Se observó una relación directa entre la cantidad total de compuestos fenólicos en los extractos de cada enzima ensayada y la actividad antioxidante de los extractos obtenidos con enzimas de actividad proteolítica. La capacidad de captación del radical catión ABTS de un gramo de extracto fue la equivalente a 20 mg ácido ascórbico y a 100 mg Trolox. Se observó, como se esperaba, un incremento en el contenido de azúcares mono- y oligoméricos de los extractos tras el tratamiento enzimático. El contenido de oligómeros fue superior al de monómeros independientemente del enzima y tipo de muestra de alga empleados. Por lo tanto, esta tecnología podría ser adecuada para la preparación de fracciones solubles de polisacáridos de S. muticum. También se llevó a cabo un experimento con enzimas asistido por ultrasonidos. Esta configuración aumentó los rendimientos alcanzados en el experimento control, con un moderado incremento del contenido fenólico de los extractos y su capacidad de captación de radicales libres. Los extractos obtenidos con celulasas y en muestras control de Sm contienen una relación 3:6 similar (cercana a uno), independientemente de que se hubiese empleado un proceso enzimático asistido por enzimas. Sin embargo, los extractos obtenidos a partir de las muestras de AESm mostraton valores menores de esta relación de ácidos grasos. Los extractos seleccionados mostraron actividad citotóxica frente a células B16F10 de melanoma y células SW872 de liposarcoma cells af 50-250 g/L, y sobre fibloblastos humanos HFF-1 se requerirían valores superiores a 500 g/L. Dado que los procesos de autohidrólisis proporcionan rendimientos de solubilización superiores a los obtenidos con tratamientos enzimáticos, los estudios de fraccionamiento y purificación se centraron en el empleo de la tecnología de autohidrólisis por ser más favorable y ser el plan de trabajo considerado en el proyecto de investigación que financió trabajo. Se procedió a la recuperación, purificación y concentración de polifenoles presentes en los licores de autohidrólisis mediante procesos de adsorción-desorción empleando resinas no iónicas comerciales. Estas técnicas de separación son relativamente simples y representan alternativas prometedoras a otras con más consumo de energía ya que son energéticamente eficientes para la separación de compuestos termosensibles.