Caracterización de la hidrólisis enzimática de xilano mediante herramientas experimentales y modelación en el marco de la producción de xilo-oligosacáridos

Abstract

Actualmente, la industria debe velar por proveer a la población con productos saludables, económicamente accesibles y provenientes de fuentes sostenibles. En este contexto, los residuos lignocelulósicos son prometedores al ser una fuente de xilano. La hidrólisis de este polímero da lugar a los prebióticos xilo-oligosacáridos, los que benefician la salud gastrointestinal, cardiometabólica, mental y ósea, entre otros. Esta investigación tiene como objetivo caracterizar la hidrólisis de xilano de haya por Cellic HTec2. En primer lugar, mediante el método DNS para la cuantificación de azúcares reductores, se implementó el diagrama de Lineweaver-Burk para determinar los parámetros cinéticos de la fase líquida, se estudió el potencial efecto inhibidor de la xilosa, se construyó la isoterma de Langmuir para estimar los parámetros de equilibrio de adsorción y se estableció la curva de progreso de hidrólisis enzimática. Además, a través de la técnica HPLC se cuantificó la producción de xilosa y xilobiosa. Posteriormente, se implementó un modelo que simulara la hidrólisis enzimática en dos fases, suponiendo que la reacción obedece a la cinética de Michaelis-Menten y que existen 250 xilo oligómeros distribuidos entre ambas fases. Mediante un ajuste parámetros se obtuvieron las constantes cinéticas de la fase sólida, las constantes de adsorción y desorción y la accesibilidad del sustrato al ataque enzimático. Asimismo, se estableció la dinámica temporal la adsorción enzimática y de la generación de producto en fase líquida y sólida. Las constantes cinéticas de la fase líquida y sólida son 93,6 [uM] y 1.204,7 [uM]. Las constantes catalíticas de la fase líquida y sólida son 179,9 [1/s] y 2.653,5 [1/s]. Además, se obtuvo una constante de equilibrio de adsorción de 0,739 [1/uM], una adsorción máxima de 17,4 [uM Cellic HTec2/mM sustrato], una constante de adsorción de 23,9 [1/uM·min] y una constante de desorción de 32,4 [1/min]. Además, se concluyó que la xilosa no actúa como inhibidor para las concentraciones de sustrato y enzima utilizadas. Las curvas de progreso indicaron un rendimiento de azúcares reductores del 17,6% a los 150 [min] y rendimientos de xilosa del 0,3% y de xilobiosa del 10,5% a los 180 [min] de reacción. La baja generación de xilosa permite concluir que Cellic HTec2 posee potencialidades para la producción de xilo oligosacáridos. Finalmente, se concluye que el modelo cinético caracteriza satisfactoriamente la hidrólisis enzimática de xilano, determinando los parámetros desconocidos del sistema y simulando la dinámica temporal de la adsorción de Cellic HTec2 sobre el xilano insoluble y de la generación de producto en fase líquida y sólida. Así, este estudio entrega antecedentes significativos para la estandarización de la producción industrial de prebióticos xilo-oligosacáridos. No obstante, ya que no se cuenta con datos teóricos y/o experimentales para cada uno de los productos de reacción, el modelo no permite simular fidedignamente cada una de las dinámicas temporales. Se sugiere para investigaciones futuras cuantificar mediante HPLC o HPAEC-PAD la producción de un mayor número xilo-oligosacáridos en vista de una simulación para todos los productos de la hidrólisis.