Post on 16-Mar-2020
Producción Bacteriana de Ácidos Grasos Hidroxilados
I. Martín-Arjol1, M. Busquets2, A. Manresa1
1Unitat de Microbiologia, Facultat de Farmàcia 2 Departament de Bioquímica i Biologia Molecular, Facultat de Biologia
Producción Bacteriana de Ácidos Grasos Hidroxilados
Índice 1. Introducción 2. Ácidos grasos hidroxilados
derivados del ácido oleico 3. Ácidos grasos hidroxilados
derivados del ácido linoleico
1 Introducción
1. Introducción
• Usar aceites vegetales o residuales ricos en ácido oleico (C18:1) o linoleico (C18:2) como sustrato bacteriana para producir nuevos compuestos: ácidos grasos hidroxilados (HFA)
• Alrededor del 80% de los aceites y grasas producidos mundialmente son aceites vegetales
• El 25% de éstos son los aceites de soja, girasol y colza
1. Introducción
OH
O
(Z)
OH
O
(Z)
(Z)
Ácido Oleico (C18:1): ácido 9(Z)-octadecenoico
Ácido Linoleico (C18:2): ácido 9,12(Z,Z)-octadecadienoico
1. Introducción
¿Qué bacteria?
Pseudomonas aeruginosa 42A2
1. Introducción
P. aeruginosa 42A2 C18:1 C18:2
+ O2 + MM NO3
- PO4
-3
CO2 HFA PHA
PHA: polihidroxialcanoatos
1. Introducción
P. aeruginosa 42A2 PHA: polihidroxialcanoatos
1. Introducción
P. aeruginosa 42A2 PHA: polihidroxialcanoatos
1. Introducción
P. aeruginosa 42A2 PHA: polihidroxialcanoatos
• Biodegradable y biocompatible
• Cubertería de plástico
• Materiales de embalaje
• Recubrimientos de materiales
• Productos de alta calidad en farmacia, liberación controlada, y medicina, implantes
OH
O
(Z)
(R)
HO
Ácido Ricinoleico (RA): ácido 12(R)-hidroxi-9(Z)-octadecenoico
Datos: • Producción: 106 ton/a • Demanda: 1,25 · 106 ton/a; • Productores: India 60%, China 20%, Brasil 10% • Consumidores: USA 40%, UE 30%
1. Introducción
OH
O
(Z)
(R)
HO
Ácido Ricinoleico (RA): ácido 12(R)-hidroxi-9(Z)-octadecenoico
Aplicaciones, 42 derivados: • Biodiésel: ésteres (m)etílicos • Cosmética e higiene: geles, cremas, champús, perfumes, pintalabios, cremas solares o desodorantes; ricinoleato de zinc • Medicina: excipiente surfactante Cremophor EL, usado en anticancerígenos, antifúngicos, inhibidor específico de proteasas del VIH. • Nylon = diamina + diácido • Poliuretanos = isocianto + alcohol, amina o tiol • Lubricantes: poliésteres del RA, estólidos
1. Introducción
OH
O
(Z)
(R)
HO
Ácido Ricinoleico (RA): ácido 12(R)-hidroxi-9(Z)-octadecenoico
(S)(E)
O
OH
OH
(10S)-HOME: ácido 10(R)-hidroxi-8(E)-octadecenoico
1. Introducción
2 HFA derivados del ácido oleico
2. HFA derivados del ácido oleico
C18:1 + O2 + MM NO3
- PO4
-3
(S)(E)
O
OH
OOH
(S)(E)
O
OH
OH
(S)(E)
O
OH
OH
HO
E1
E2
Espontáneo
E1: dioxigenasa E2: hidroperoxi isomerasa
2. HFA derivados del ácido oleico
0
2
4
6
8
10
0
4
8
12
16
20
0 5 10 15 20 25 30
(10S
)-HPO
ME
(10S
)HO
ME
(7
S,10
S)D
iHO
ME
X (
g·l-1
)
OA
(g·l-
1 )
Time (h)
0
1
2
3
0
4
8
12
16
20
0 5 10 15 20 25 30
NO
3- (g
·l-1 )
OA
X (
g·l-1
)
Time (h)
Azúl: C18:1 Naranja: (10S)-HPOME Rosa: (10S)-HOME Verde: (7S,10S)-DiHOME Rojo: Biomasa Gris: NO3
-
2. HFA derivados del ácido oleico
(10S)-HOME (7S,10S)-DiHOME
Usos
Substituto del RA Biotensoactivo
Aplicaciones
Resinas, Ceras, Nylon, Plásticos, Cosmética, Aditivos en Cubrimientos y Pinturas
a) EMULSIONANTES ALIMENTARIOS b) LUBRICANTES
c) ANTIMICROBIANOS
2. HFA derivados del ácido oleico
Análogo del E-476, Poliricinoleato de Poliglicerol
2. HFA derivados del ácido oleico a) Emulsionantes alimentarios
Usos
• Repostería, especialmente en
recubrimientos de chocolate
• Bebidas conservadas
• Alimentos bajos en calorías
• Embutidos
• Mantequillas
2. HFA derivados del ácido oleico a) Emulsionantes alimentarios
• Afecta sobre la reología del chocolate fundido
• Disminuye el “fat bloom”
2. HFA derivados del ácido oleico a) Emulsionantes alimentarios
2. HFA derivados del ácido oleico a) Emulsionantes alimentarios
(S)(E)
O
OH
OH
OH O
O
O
O
O
O
O
OH
Primera fase: producción de estólidos
Lipasa de Candida rugosa
Lipasa de Candida rugosa 40 ºC, P atm
2. HFA derivados del ácido oleico a) Emulsionantes alimentarios
2. HFA derivados del ácido oleico a) Emulsionantes alimentarios
OH O
O
O
O
O
O
O
OH
O
O
HO
OH
HO
HO
OH
Segunda fase: producción del análogo al PGPR
+
PGPR
2 Lipasas: • Mucor javanicus • Rhizopus arrhizus
tiempo (horas)
0 24 48 72 96 120 144 168 192N
A (
mg
KO
H/g
)
0
10
20
30
40
50
inmovilizado libre
tiempo (horas)
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264
NA
(mg
KO
H/g
)
0
10
20
30
40
50
60
inmovilizado libre
Lipasa de Mucor javanicus Lipasa de Rhizopus arrhizus
2. HFA derivados del ácido oleico a) Emulsionantes alimentarios
40 ºC, P atm
2. HFA derivados del ácido oleico a) Emulsionantes alimentarios
FUNCIONES EMULSIONANTES • Aumentar el volumen • Mejorar la textura • Proporcionar la estabilidad • Controlar la cristalización de las grasas • Aumentar la aireación
Sin emulsionante Con emulsionante
2. HFA derivados del ácido oleico b) Lubricantes oculares
.
Análogo de los ésteres presentes en las secreciones Meibomio
Secreción de compuestos: ácidos grasos, triglicéridos, ésteres de cera y de colesterol y colesterol.
Una mala proporción de estos compuestos provoca el síndrome del ojo seco
2. HFA derivados del ácido oleico b) Lubricantes oculares
OH
OOH
O
OOH
O
O
OH
OH
OH
O
OH
OH
3 Lipasas comerciales: • Novozym 435, lipasa B de Candida antarctica • Lipozyme RM IM, lipasa de Rhizopus miehei • Lipozyme TL IM, lipasa de Thermomyces lanuginosus
2. HFA derivados del ácido oleico b) Lubricantes oculares
80 ºC, 0.02 atm
0
20
40
60
80
100
0 30 60 90 120 150 180
η (%
)
Time (h)
N435 L RM IM L TL IM
2. HFA derivados del ácido oleico b) Lubricantes oculares
MALDI-TOF-MS: matrix DHB saturada en AcN
3 HFA derivados del ácido linoleico
3. HFA derivados del ácido linoleico
C18:2 + O2 + MM NO3
- PO4
-3
OH
OHOO
(E)
(Z)
(Z)
OH
O
(E)
HOO
OH
OHO
(E)
(Z)
(Z)
OH
O
(E)
HO
(E)
O
OH
OH
OH
OH
(E)
O
OH
OHOH
OH¿?
Espontáneo
E1
E2
E3
E1: dioxigenasa E2: hidroperoxi isomerasa E3: lipoxigenasa
(E)
O
OH
OH
OH
OH
(E)
O
OH
OHOH
OH
(9,10,13)-TriHOME: ácido 9,10,13-trihidroxi-11(E)-octadecenoico
(9,12,13)-TriHOME: ácido 9,12,13-trihidroxi-10(E)-octadecenoico
3. HFA derivados del ácido linoleico
Forman parte del mecanismo de defensa de diversas plantas frente a hongos • La “fallada” o “mal de cuello” del arroz
Pyricularia oryzae (9,12,13)-TriHOME
3. HFA derivados del ácido linoleico
Forman parte del mecanismo de defensa de diversas plantas frente a hongos • La “fallada” o “mal de cuello” del arroz
Pyricularia oryzae (9,12,13)-TriHOME • Black rot del taro, tubérculo del sudeste asiático,
Ceratocystis fimbriata (9,12,13)-TriHOME
3. HFA derivados del ácido linoleico
Forman parte del mecanismo de defensa de diversas plantas frente a hongos • La “fallada” o “mal de cuello” del arroz
Pyricularia oryzae (9,12,13)-TriHOME • Black rot del taro, tubérculo del sudeste asiático,
Ceratocystis fimbriata (9,12,13)-TriHOME • EL “oídio” del trigo o la cebada
Blumeria graminis (9,10,13)/(9,12,13)-TriHOME
3. HFA derivados del ácido linoleico
RP-HPLC-MS/MS (-)
3. HFA derivados del ácido linoleico c) Antimicrobianos
TIC: from Sample 9 (54h diluit PIS329 i 297) of 181007.wiff (Turbo Spray) Max. 1.7e6 cps.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25Time, min
0.0
1.0e5
2.0e5
3.0e5
4.0e5
5.0e5
6.0e5
7.0e5
8.0e5
9.0e5
1.0e6
1.1e6
1.2e6
1.3e6
1.4e6
1.5e6
1.6e6
1.7e6
4.73
5.69 18.426.03
9.728.9910.977.62
12.28 19.55 22.733.483.021.66 23.0721.5417.3914.38 15.12
TIC: from Sample 9 (54h diluit PIS329 i 297) of 181007.wiff (Turbo Spray) Max. 1.7e6 cps.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25Time, min
0.0
1.0e5
2.0e5
3.0e5
4.0e5
5.0e5
6.0e5
7.0e5
8.0e5
9.0e5
1.0e6
1.1e6
1.2e6
1.3e6
1.4e6
1.5e6
1.6e6
1.7e6
4.73
5.69 18.426.03
9.728.9910.977.62
12.28 19.55 22.733.483.021.66 23.0721.5417.3914.38 15.12
RP-HPLC-MS/MS (-) 1º MS m/z 329
3. HFA derivados del ácido linoleico c) Antimicrobianos
RP-HPLC-MS/MS (-) 1º MS m/z 329
2º MS m/z 127 ó 129
3. HFA derivados del ácido linoleico c) Antimicrobianos
3. HFA derivados del ácido linoleico c) Antimicrobianos
100 250 500 750 1000F
CA
0
20
40
60
80
100
Inhi
bici
ón (%
)
Concentración (ppm)
Hongo
100 250 500 750 1000L
KJ
0
20
40
60
80
100
Inhi
bici
ón (%
)
Concentración (ppm)
Hongo
A: Verticillium dahliae 49507/B
C: Crysosporium tarraconenses
F: Alternaria
J: Verticillium dahliae 49507/A
K: Penicillium crysogenum
L: Colletotrichum acutatum
3. HFA derivados del ácido linoleico c) Antimicrobianos
Alternaria
Colletotrichum acutatum
Control Test
Control Test
3. HFA derivados del ácido linoleico c) Antimicrobianos
Producción Bacteriana de Ácidos Grasos Hidroxilados
I. Martín-Arjol1, M. Busquets2, A. Manresa1
1Unitat de Microbiologia, Facultat de Farmàcia 2 Departament de Bioquímica i Biologia Molecular, Facultat de Biologia