[Las
castañas
y
las
uvas
como
materias
primas
 
 para
la
obtención
de
biomoléculas
de
alto
 valor
añadido]
 [Proyecto
“Diversificación
de
los
recursos
agrícolas
y
ganaderos”
 GDR
Sil
Bibei
Navea]
 [Lorenzo
Pastrana
Castro]








EXTRACTO
 [Este
documento
recoge
alternativas
biotecnológicas
para
el
aprovechamiento
de
 los
subproductos
y
residuos
de
la
producción
de
castaña
y
de
la
vinificación
de
la
 uva
mediante
la
obtención
de
biomoléculas
de
alto
valor
añadido]



 Tabla
de
contenido
 1.‐
La
castaña
como
materia
prima
para
la
obtención
de
biomoléculas
de
alto
valor
 añadido........................................................................................................................ 4
 2.
Aprovechamiento
biotecnológico
de
materiales
amiláceos ...................................... 6
 2.1.‐
Procesos
de
hidrólisis
para
la
obtención
de
azúcares ..................................................................... 7
 2.2.‐
Aplicaciones
como
sustrato
de
fermentación
de
sustratos
amilaceos
sin
hidrolizar ......10
 2.2.1.
La
producción
de
enzimas
de
interés: .................................................................................................10
 2.2.2.
Producción
de
acetona
y
butanol:.........................................................................................................11
 2.2.3.
Producción
de
ácido
láctico:....................................................................................................................11
 2.2.4.
Biomasa
microbiana:..................................................................................................................................12
 2.2.5.
Producción
de
etanol:.................................................................................................................................12
 2.2.6.
Industria
cervecera: ....................................................................................................................................12
 3.‐
Las
amilasas .......................................................................................................... 13
 3.1.‐
Aplicaciones
de
las
amilasas
en
la
industria ......................................................................................13
 3.2.‐
alfa‐amilasa:
α‐D‐1,4‐glucan‐4‐glucanohidrolasa
(EC
3.2.1.1) ..................................................14
 3.3.‐
Glucoamilasa
o
amiloglucosidasa:
a‐1,4‐glucan‐glucahidrolasa
(EC
3.2.1.3) ......................15
 4.‐
Los
sarmientos
y
el
bagazo
de
uva
como
materias
primas
para
la
obtención
de
 biomoléculas
de
alto
valor
añadido............................................................................ 16
 4.1.‐
Obtención
de
aceite
de
pepita
de
uva....................................................................................................17
 4.2.‐
Obtención
de
proteína
de
pepita
y
hollejo
de
uva ...........................................................................17
 4.3.‐
Obtención
de
resveratrol
de
hollejos
de
uva......................................................................................18
 4.4.‐
Recuperación
de
ácido
tartárico
de
bagazo
y
lías............................................................................18
 4.5.‐
Recuperación
de
antocianinas
de
bagazo............................................................................................19
 5.‐
Aprovechamiento
biotecnológico
de
materiales
lignocelulósicos .......................... 19
 6.‐
Productos
que
se
pueden
obtener
por
fermentación
de
hidrolizados
de
almidón
de
 castaña
y
de
las
fracciones
hemicelulósicas
de
los
bagazos
de
uva. ............................ 20
 6.1.‐
Producción
de
etanol
(aguardiente
de
castaña)...............................................................................21
 6.2.‐
Producción
de
ácido
cítrico .......................................................................................................................22
 6.3.‐
Producción
de
ácido
láctico.......................................................................................................................22
 6.4.‐
Producción
de
xilitol.....................................................................................................................................23
 7.‐
Bibliografía............................................................................................................ 24



 1.‐
La
castaña
como
materia
prima
para
la
obtención
 de
biomoléculas
de
alto
valor
añadido
 
 El
principal
componente
de
la
castaña
es
el
almidón.
Este
polisacárido
de
moléculas
de
 glucosa
 está,
 en
 realidad,
 compuesto
 de
 dos
 moléculas:
 amilosa
 y
 amilopectina.
 El


4

primero
es
lineal
gracias
a
que
las
moléculas
de
glucosa
están
unidads
mediante
enlaces
 alfa
 1,4,
 mientras
 que
 el
 segundo,
 además
 posee
 también
 enlaces
 alfa
 1,6
 lo
 que
 le
 permite
tener
ramificaciones.
 
 El
almidón,
en
si
mismo
no
es
una
molécula
que
despierte
gran
interés
desde
el
punto
 de
vista
del
aprovechamiento
de
sus
propiedades
intrínsecas
ya
que,
por
una
parte
no
 posee
ninguna
funcionalidad
específica
(más
allá
de
espesante)
y
por
otra
existen
otras
 fuentes
de
almidón
de
mayor
disponibilidad
y
más
baratas
que
el
almidón
de
castaña.
 
 








5

Figura
 1:
 Proceso
 IIM
 para
 el
 aprovechamiento
 de
 las
 aguas
 de
 cocción
 del
 mejillón.
 Tomado
 de
 Augas
 de
 cocer
 e
 ollos
 de
 peixe,
 Murado,
 M.A.
 en
 “IV
 Foro
 de
 recursos
 mariños
e
da
acuicultura
das
Rías
galegas”
2002
 
 
 
 Sin
embargo,
el
almidón
de
castaña
puede
ser
una
materia
prima
a
partir
de
la
que
se
 pueden
obtener
nuevas
moléculas
bien
utilizándolo
como
sustrato
de
microorganismos
 que
lo
transformen
para
obtener
biomoléculas
de
interés
o
como
fuente
de
glucosa
que
 pueda
ser
ulteriormente
transformada
por
vía
microbiana
o
enzimática
en
productos
de
 alto
 valor
 añadido.
 En
 este
 último
 caso
 se
 abren
 un
 sinfín
 de
 posibilidades
 de
 biotransformación,
algunas
de
ellas
han
sido
desarrolladas
en
diseños
integrados
a
partir
 de
materiales
de
composición
cercana
a
la
castaña
como
la
patata,
mientras
que
otros,
 aún
 pudiendo
 ser
 extrapolables
 al
 caso
 de
 la
 castaña
 fueron
 desarrollados
 para
 el
 glucógeno
de
mejillón.
 
 Este
 último
 es
 el
 caso
 del
 denominado
 “Proceso
 IIM”
 desarrollado
 sobre
 la
 base
 de
 la
 conversión
del
glucógeno
de
mejillón
presente
en
las
aguas
de
cocción
generadas
en
el
 proceso
 de
 transformación
 industrial
 del
 mejillón
 en
 un
 jarabe
 de
 glucosa
 capaz
 de
 soportar
 diversas
 bioproducciones
 microbianas.
 Un
 esquema
 
 de
 dicho
 proceso
 se
 muestra
en
la
Figura
1.
 
 En
consecuencia,
este
informe
se
centrará
en
la
etapa
clave
para
ello,
la
conversión
de
 almidón
 en
 glucosa
 y
 se
 ilustrarán
 con
 una
 serie
 de
 ejemplos
 de
 bioconversión
 de
 la
 glucosa.
 
 
 



 2.
 Aprovechamiento
 materiales
amiláceos


biotecnológico


de



 Como
 se
 acaba
 de
 indicar,
 el
 almidón
 es
 un
 polisacárido
 consistente
 en
 una
 mezcla
 (en
 proporciones
 variables
 según
 su
 origen)
 de
 dos
 polímeros
 de
 glucosa:
 la
 amilosa
 y
 la
 amilopectina.
 Se
 encuentra
 fundamentalmente
 en
 vegetales,
 donde
 constituye
el
principal
polímero
de
reserva.
El
almidón
constituye,
además,
la
base
de
la
 alimentación
humana
y
se
obtiene
fundamentalmente
a
partir
de
cereales
y
tubérculos
 como
trigo,
arroz,
maíz,
patata,
tapioca...etc.
 
 En
 estado
 nativo
 las
 moléculas
 de
 almidón
 se
 agrupan
 formando
 gránulos
 insolubles
 en
 agua,
 cuyo
 tamaño,
 distribución
 y
 composición
 relativa
 en
 amilosa
 y
 amilopectina
son
característicos
de
cada
especie
vegetal,
lo
que
determina
importantes
 diferencias
físico‐químicas.
 
 
 La
 abundancia,
 disponibilidad
 y
 variedad
 de
 almidones
 lo
 convierten
 en
 un
 material
de
gran
interés
tecnológico.
Hoy
en
día
son
múltiples
los
usos
del
almidón
y
sus


6

derivados,
 tanto
 en
 la
 industria
 química
 como
 en
 la
 industria
 alimentaria.
 Así,
 genera
 una
 amplia
 gama
 de
 productos
 que
 puede
 clasificarse
 en
 tres
 grandes
 familias
 en
 función
de
si
proceden
de
almidones
nativos,
almidones
modificados
o
de
hidrolizados
 del
almidón
(LINDEN
&
LORIENT,
1994).

 
 Con
respecto
a
la
última
gran
familia
de
productos
del
almidón,
se
considera
el
 grupo
 más
 importante
 dado
 su
 interés
 biotecnólogico,
 dado
 que
 primeramente
 los
 hidrolizados
se
utilizan
tanto
para
la
obtención
de
jarabes
de
glucosa
y
fructosa,
o
bien
 como
materia
prima
en
diversos
procesos
industriales.
La
obtención
de
hidrolizados
de
 almidón
 y
 su
 posterior
 uso
 como
 materia
 prima
 se
 describirán
 a
 continuación
 dada
 la
 importancia
industrial
y
económica
de
esta
industria
hoy
en
día.
 
 
 



2.1.‐
 Procesos
 de
 hidrólisis
 para
 la
 obtención
 de
 azúcares
 


La
 hidrólisis
 industrial
 del
 almidón
 puede
 realizarse
 vía
 química
 o
 enzimática.
 Aunque
la
vía
química
presenta
la
ventaja
de
ser
rápida,
forma
productos
con
defectos
 en
 el
 olor
 y
 sabor
 y
 un
 alto
 contenido
 en
 sal.
 Por
 el
 contrario,
 el
 proceso
 enzimático
 permite
 operar
 en
 condiciones
 más
 suaves
 de
 presión
 y
 temperatura
 y
 es
 específica
 también
 en
 lo
 que
 respecta
 a
 los
 productos
 de
 reacción,
 evitando
 la
 generación
 de
 subproductos
 que
 disminuyen
 la
 calidad
 del
 hidrolizado
 y
 reducen
 el
 rendimiento
 del
 proceso.
 
 La
hidrólisis
industrial
del
almidón
se
realiza
en
dos
etapas
consecutivas
(BIGELIS,
 1993).
La
primera
etapa
incluye
la
gelatinización
y
licuefacción
simultáneas
del
almidón.
 La
gelatinización
consiste
en
la
formación
de
geles
cuando
las
suspensiones
de
almidón
 se
 calientan
 a
 temperaturas
 de
 entre
 103‐106°C
 durante
 5‐8
 minutos,
 provocando
 la
 rotura
 de
 los
 enlaces
 de
 hidrógeno
 entre
 las
 cadenas
 del
 polisacárido,
 la
 absorción
 de
 agua
e
hinchazón
del
almidón,
y,
en
definitiva,
la
dispersión
del
polisacárido
en
agua.
La
 liquefacción
consiste
en
la
hidrólisis
parcial
del
almidón
gelatinizado.
Puede
ser
realizada
 por
 vía
 química
 o
 enzimática,
 si
 bien
 la
 última
 es
 la
 más
 utilizada
 hoy
 en
 día
 a
 nivel
 industrial
por
las
ventajas
que
acaban
de
citarse.
 
 Para
 la
 licuefacción
 enzimática
 se
 emplean
 α‐amilasas
 termorresistentes,
 con
 temperaturas
 óptimas
 de
 reacción
 próximas
 al
 punto
 de
 ebullición
 del
 agua
 y
 pH
 6‐7,
 que
provocan
la
solubilización
del
almidón
y
la
liberación
de
dextrinas
de
diferente
peso
 molecular.
 En
 la
 industria
 se
 emplean
 a‐amilasas
 producidas
 por
 Bacillus
 licheniformis
 por
tratarse
de
enzimas
termorresistentes.
Esta
amilasa
presenta
un
óptimo
de
actividad
 a
 95°C,
 pudiendo
 soportar
 incluso
 100°C
 durante
 cortos
 periodos
 de
 tiempo.
 Esto
 permite
 simultanear
 los
 procesos
 de
 licuefacción
 y
 gelatinización,
 disminuyendo
 el
 tiempo
de
esta
primera
etapa.
Esta
enzima,
sin
embargo,
requiere
altos
niveles
de
Ca+2,
 que
se
debe
adicionar
en
forma
de
sal,
y
valores
de
pH
en
torno
a
6,0
para
su
óptimo
 funcionamiento.
Puesto
que
el
pH
de
las
soluciones
de
almidón
es
inferior
al
óptimo
de
 esta
a‐amilasa
 (3,2‐3,6
 en
el
 caso
del
maíz;
van
der
MAAREL
&
al.,
2002),
 es
necesaria
 7

una
 etapa
 previa
 de
 acondicionamiento
 con
 álcali.
 Para
 simplificar
 el
 proceso
 se
 ha
 conseguido,
mediante
técnicas
de
biología
molecular,
que
esta
misma
enzima
sea
capaz
 de
actuar
a
pH
5,5
y
no
requiera
calcio
para
su
estabilidad
(MITICHINSON
&
al.,
1998).
 Así,
la
a‐amilasa
de
Pyrococcus
furiosus
es
termoestable
en
ausencia
de
calcio
e
incluso
 activa
a
130ºC
(JORGENSEN
&
al.,
1997).
 
 Tras
 el
 proceso
 de
 licuefacción
 se
 obtienen
 soluciones
 de
 maltodextrinas
 más
 digeribles
que
el
almidón.
Estos
productos
son
ingredientes
glucídicos
que
se
utilizan
en
 la
formulación
de
alimentos
infantiles,
alimentos
dietéticos
y
alimentación
blanda
para
 enfermos.
Pero
su
uso
principal
es
como
agente
de
textura,
ya
que
permiten
espesar
y
 dar
 untuosidad,
 empleándose
 como
 coadyuvantes
 en
 salsas,
 sopas
 y
 productos
 congelados.
Además,
sirven
como
agente
ligante
en
charcutería
y
pueden
ser
empleados
 como
 sustitutos
 de
 ciertos
 ingredientes
 como
 la
 goma
 arábiga,
 que
 se
 utiliza
 en
 las
 gomas
 y
 los
 regalices
 duros,
 y
 la
 materia
 grasa
 utilizada
 en
 los
 recubrimientos
 de
 pastelería,
 mantequillas
 y
 margarinas
 aligeradas,
 pastas
 para
 untar,
 salsas
 para
 ensaladas.
 Para
 ello
 se
 utilizan
 soluciones
 de
 maltodextrinas
 que
 alcanzan
 una
 concentración
del
20‐25%
(LINDEN
&
LORIENT,
1994).
 
 En
la
segunda
etapa
de
hidrólisis
o
sacarificación
las
dextrinas
resultantes
de
la
 etapa
 previa
 de
 licuefacción
 son
 hidrolizadas
 a
 temperaturas
 más
 bajas
 de
 forma
 más
 exhaustiva,
 dando
 lugar
 a
 soluciones
 de
 carbohidratos
 de
 bajo
 peso
 molecular
 con
 distinto
poder
reductor
y
composición
de
azúcares
en
función
de
la
enzima
utilizada
y
las
 condiciones
 y
 tiempo
 de
 reacción.
 En
 esta
 etapa
 se
 utilizan
 glucoamilasas,
 a‐amilasas
 (termolábiles)
y
b‐amilasas
para
la
obtención
de
jarabes
con
alto
contenido
en
glucosa,
 maltosa
y
maltotriosa
respectivamente
(Figura
2).
 
 El
grado
de
sacarificación
de
un
hidrolizado
de
almidón
se
expresa
habitualmente
 como
equivalentes
de
dextrosa
(DE),
y
se
definen
como
el
poder
reductor
del
hidrolizado
 expresado
como
%
del
poder
reductor
de
la
glucosa
presente.
Cuanto
mayor
es
el
valor
 de
DE,
más
bajo
es
el
peso
molecular
medio
de
los
productos
de
reacción,
de
modo
que
 el
valor
máximo
(100)
correspondería
a
una
solución
de
D‐glucosa
pura.
El
índice
DE
es
 un
 indicador
 de
 la
 calidad
 de
 los
 jarabes
 glucosados
 empleados
 en
 la
 industria
 puesto
 que
está
relacionado,
además,
con
las
propiedades
reológicas
de
la
solución
azucarada
 de
 tal
 manera
 que
 valores
 crecientes
 de
 DE
 implican
 viscosidades
 más
 altas.
 Los
 productos
con
DE
bajo
se
utilizan
como
agentes
espesantes,
mientras
que
los
productos
 con
alto
DE
encuentran
aplicaciones
como
plastificantes.
 
 Puesto
que,
en
general,
el
objetivo
de
la
sacarificación
es
la
obtención
de
jarabes
 con
 alto
 contenido
 en
 glucosa,
 la
 principal
 enzima
 utilizada
 en
 esta
 etapa
 es
 la
 glucoamilasa.
La
temperatura
de
operación
en
este
caso
suele
situarse
en
torno
a
60ºC
y
 el
tiempo
de
reacción
oscila
entre
12
y
96
horas
en
función
del
producto
final
(van
der
 MAAREL
&
al,
2002).
El
proceso
de
sacarificación
con
esta
enzima
está
afectado
por
la
 progresiva
desactivación
térmica
de
la
glucoamilasa
y
por
la
capacidad
de
esta
amilasa
 para
 catalizar
 la
 reacción
 inversa
 de
 condensación,
 formando
 maltosa
 e
 isomaltosa
 a
 partir
de
glucosa
en
condiciones
de
altas
concentraciones
del
monosacárido,
habituales
 en
los
reactores
industriales.
Todo
ello
contribuye
a
reducir
el
rendimiento
del
proceso.


8

Diversos
son
los
trabajos
que
han
abordado
el
estudio
de
soluciones
a
estos
problemas.
 Mediante
técnicas
de
biología
molecular
se
ha
conseguido
aumentar
la
termoestabilidad
 de
estas
enzimas
añadiendo
o
sustituyendo
ciertos
aminoácidos
por
residuos
de
prolina
 (ALLEN
 &
 al.,
 1998).
 Con
 respecto
 a
 las
 reacciones
 de
 reversión,
 este
 problema
 se
 ha
 solucionado
 aumentando
 la
 velocidad
 de
 la
 reacción
 de
 hidrólisis
 frente
 a
 la
 de
 condensación
añadiendo
una
pululanasa
que
hidroliza
con
mayor
rapidez
los
enlaces
a‐ 1,6
 (CRABB
 &
 SHETTY,
 1999),
 en
 combinación
 con
 una
 glucoamilasa
 que
 no
 hidroliza
 enlaces
 a‐1,6,
 favoreciendo
 de
 este
 modo
 la
 hidrólisis
 más
 rápida
 de
 los
 enlaces
 a‐1,4
 (FANG
&
al.,
1998;
LIU
&
al.,
1998).




 
 Figura
2:
Esquema
de
la
producción
de
jarabes
de
glucosa
y
fructosa
a
partir
de
almidón
(CRABB
&
SHETTY,
 1999).



 El
 empleo
 conjunto
 de
 α‐amilasas
 y
 glucoamilasas
 en
 una
 única
 etapa
 de
 licuefacción
 y
 sacarificación
 simultáneas
 se
 plantea
 como
 una
 posible
 alternativa
 al
 proceso
industrial
descrito
en
dos
etapas.
Además
de
simplificar
la
operación,
este
modo
 de
operación
se
beneficia
de
la
sinergia
descrita
para
estas
dos
enzimas
sobre
almidón
 soluble
 y
 nativo
 en
 grano
 (FUJII
 &
 KAWAMURA,
 1985;
 FUJII
 &
 al.,
 1988)
 y
 que
 fundamentalmente
consiste
en
la
generación
por
la
α‐amilasa
de
oligosacáridos
de
peso
 molecular
adecuado
para
la
acción
de
la
glucoamilsa.
 
 Del
proceso
global
se
obtienen
finalmente
jarabes
de
alto
contenido
en
glucosa
 que
 pueden
 sufrir
 posteriormente
 otros
 procesos,
 como
 evaporación,
 cristalización,
 purificación
 o
 tratamientos
 enzimáticos
 en
 función
 del
 producto
 que
 se
 desee.
 Un
 tratamiento
enzimático
de
gran
interés
consiste
en
el
empleo
de
glucosa
isomerasa
para
 la
 obtención
 de
 jarabes
 concentrados
 de
 glucosa‐fructosa
 (HFCS),
 de
 gran
 importancia
 económica.
 Su
 principal
 ventaja
 radica
 en
 su
 mayor
 poder
 edulcorante
 con
 respecto
 a
 los
 jarabes
 de
 sacarosa,
 si
 bien
 existen
 otras
 ventajas
 relacionadas
 con
 buenas
 propiedades
de
cristalización,
viscosidad
y

buena
capacidad
de
retención
de
agua.
Los
 9

jarabes
 de
 fructosa
 se
 usan
 como
 ingredientes
 en
 diferentes
 productos
 alimenticios,
 especialemnte
dietéticos,
y
bebidas.
 
 
 


2.2.‐
Aplicaciones
como
sustrato
de
fermentación
de
 sustratos
amilaceos
sin
hidrolizar
 


El
almidón,
bien
nativo
o
previamente
hidrolizado,
ha
sido
usado
como
potencial
 sustrato
para
la
producción
de
gases
o
líquido
combustible,
proteína
unicelular,
enzimas
 y
diversos
metabolitos
mediante
fermentación.
El
almidón
utilizadado
como
sustrato
de
 fermentación
 procede
 de
 distintas
 fuentes
 amiláceas
 como
 maíz,
 trigo,
 avena,
 arroz,
 patata
o
mandioca,
con
un
alto
contenido
en
el
polisacárido,
que
oscila
entre
el
60
y
el
 75%
 (referido
 a
 peso
 seco).
 Entre
 las
 numerosas
 biotransformaciones
 enzimáticas
 y
 microbianas
 (NIGAM
 &
 SING.,
 1995)
 de
 las
 que
 es
 objeto
 el
 almidón
 cabe
 destacar
 las
 siguientes:
 
 


2.2.1.
La
producción
de
enzimas
de
interés:



 Son
 diversas
 las
 fuentes
 amiláceas
 a
 partir
 de
 las
 cuales
 se
 puede
 obtener
 y
 producir
 enzimas,
tanto
carbohidrasas
amilásicas
(α‐amilasas,
b‐amilasas
y
glucoamilasas)
como
 no
amilásicas
(celulasas,
lactasas
y
pectinasas),
proteinasas
o
lipasas
por
vía
microbiana.
 La
producción
de
amilasas
a
partir
de
fuentes
amiláceas
conlleva
la
hidrólisis
simultánea
 del
 almidón
 en
 azúcares
 fermentables
 que
 pueden
 ser
 utilizados
 como
 sustrato
 de
 fermentación
 para
 otros
 microorganismos.
 Así,
 es
 común
 la
 preparación
 de
 diversos
 alimentos
tradicionales
a
partir
de
maíz,
mijo,
sorgo
o
trigo
usando
hongos
filamentosos
 que
 producen
 amilasas
 que
 hidrolizan
 el
 almidón
 en
 azúcares
 simples,
 que
 posteriormente
 son
 utilizados
 por
 otros
 microorganismos,
 principalmente
 bacterias
 o
 levaduras
 no
 amilolíticas,
 para
 la
 obtención
 de
 otros
 productos.
 Estos
 productos
 son
 consumidos
 en
 China,
 Japón,
 sur
 de
 Asia
 y
 África.
 Entre
 ellos
 destaca
 el
 koji,
 que
 se
 elabora
mediante
cultivo
en
estado
sólido
de
arroz

con
Aspergillus
y
Rhizopus
oryzae,
y
 sirve
 de
 base
 para
 la
 obtención
 de
 otros
 productos
 fermentados
 de
 gran
 consumo
 en
 Asia,
como
saké,
shoyu
o
miso
(LOTONG,
1998).
 
 En
el
caso
de
la
castaña,
del
mismo
modo
que
en
el
caso
del
mencionado
proceso
IIM,
su
 almidón
puede
ser
una
fuente
de
carbono
adecuada
para
la
producción
de
amilasas
por
 parte
 de
 diversos
 microorganismos
 tanto
 bacterias
 como
 hongos.
 De
 ser
 así
 la
 producción
de
estas
enzimas
sería
la
primera
etapa
de
un
esquema
de
aprovechamiento
 integral
 de
 la
 castaña
 que
 permitiría
 utilizarlas
 para
 hidrolizar
 el
 propio
 almidón
 de
 castaña
 y
 con
 la
 glucosa
 generada
 soportar
 nuevas
 bioproducciones
 tal
 y
 como
 se
 muestra
en
el
esquema
de
la
Figura
3.

 


10


 
 Figura
3:
Esquema
de
aprovechamiento
de
la
castaña
basada
en
el
proceso
IIM
 
 
 Por
ello,
dada
la
importancia
de
estas
enzimas
en
una
propuesta
de
aprovechamiento
de
 la
castaña,
en
las
próximas
páginas
se
dedicará
un
capítulo
específico
a
su
descripción.
 



 2.2.2.
Producción
de
acetona
y
butanol:

 
 Se
 puede
 producir
 acetona
 y
 butanol
 a
 partir
 de
 materiales
 amiláceos
 mediante
 el
 proceso
Weizmann,
que
utiliza
Clostridium
acetobutylicum.
A
partir
de
concentraciones
 de
 maíz
 del
 8
 al
 10%
 se
 obtienen
 rendimientos
 del
 38%
 por
 azúcar
 fermentado.
 Las
 fuentes
amiláceas
más
empleadas
son
trigo,
mijo,
y
centeno.
 
 


2.2.3.
Producción
de
ácido
láctico:




 Los
 hidrolizados
 de
 almidón
 de
 maíz
 son
 usados
 comercialmente
 para
 la
 producción
 comercial
 de
 ácido
 láctico
 por
 fermentación.
 Las
 bacterias
 ácido
 lácticas
 están
 implicadas
 en
 la
 producción
 de
 diferentes
 productos
 tradicionales
 y
 son
 considerados
 microorganismos
 GRAS.
 Aunque
 la
 mayor
 parte
 de
 estas
 bacterias
 ácido
 lácticas
 emplean
 como
 sustrato
 hidrolizados
 de
 almidón,
 hoy
 en
 día
 se
 han
 aislado
 cepas
 con
 actividad
 amilolítica
 a
 partir
 de
 procesos
 naturales
 de
 fermentación,
 alimentos
 tradicionales
fermentados,
o
a
partir
del
tracto
digestivo
de
animales.
 
 


11

2.2.4.
Biomasa
microbiana:

 
 Los
 almidones
 y
 residuos
 amilolíticos
 constituyen
 un
 buen
 sustrato
 para
 la
 producción
 de
 biomasa.
 Puesto
 que
 algunos
 de
 los
 microorganismos
 que
 producen
 proteína
 unicelular
 de
 mejor
 calidad
 son
 levaduras
 no
 amilolíticas,
 se
 emplean
 materiales
 amiláceos
previamente
hidrolizados,
en
general,
por
vía
enzimática.
 
 


2.2.5.
Producción
de
etanol:




 El
 almidón
 ofrece
 un
 alto
 rendimiento
 como
 fuente
 de
 etanol
 mediante
 fermentación.
 Se
 utilizan
 para
 ello
 diversas
 fuentes
 amiláceas,
 tanto
 cerealales
 (maíz,
 trigo,
 avena,
 arroz.)
como
tubérculos
(patata
dulce
o
mandioca)
(NIGAM
&
SING,
1995).
La
obtención
 del
 alcohol
 a
 partir
 de
 cereales
 ofrece
 grandes
 ventajas
 ya
 que
 presentan
 una
 gran
 disponibilidad
 y
 son
 fácilmente
 almacenables.
 El
 maíz
 es
 el
 principal.
 La
 patata
 y
 la
 mandioca
 proporcionan
 mejores
 rendimientos
 de
 etanol
 que
 los
 cerelaes,
 pero
 presentan
como
desventaja
la
menor
conservabilidad
de
estos
sustratos,
que
no
pueden
 ser
 almacenados
 durante
 largos
 periodos
 de
 tiempo.
 Los
 productos
 alcohólicos
 que
 se
 obtienen
 de
 este
 modo
 son
 diversos,
 de
 importante
 consumo
 y
 de
 gran
 interés
 comercial.
Entre
ellos
se
encuentran
el
whisky,
vodka,
saké
y
shoyu.

 
 También
 existen
 productos
 de
 origen
 local,
 aunque
 menos
 importantes
 a
 nivel
 comercial,
 como
 el
 burukutu,
 bouza,
 deboba
 o
 pito
 africanos
 (STANTON,
 1998).
 Otro
 producto
de
importancia
creciente
es
el
bioetanol
por
su
utilidad
como
posible
sustituto
 del
petróleo
(gasolina).

 
 El
 bioetanol
 se
 obtiene
 principalmente
 de
 la
 fermentación
 de
 la
 caña
 de
 azúcar
 
 y
 melazas.
También
se
puede
obtener
a
partir
de
hidrolizados
de
cereales
o
de
mandioca
 (WALKER,
1998).
 
 


2.2.6.
Industria
cervecera:




 Dentro
 de
 la
 industria
 alcohólica
 es
 importante
 señalar
 la
 industria
 cervecera,
 que
utiliza
como
materias
primas
materiales
amiláceos
como
maíz,
arroz
y
cereales,
que
 deben
 ser
 malteados
 o
 hidrolizados
 enzimáticamente
 para
 ser
 posteriormente
 fermentados
a
etanol.
 
 Si
 bien
 nunca
 se
 utilizó
 la
 castaña
 en
 occidente
 con
 este
 fin,
 no
 se
 puede
 descartar
tal
posibilidad
mezclada
con
otros
materias
primas
más
convecionales
con
el
 fin
de
aportar
a
la
masa
fermentativa
aromar
nuevos
y
característicos
al
producto
final.

 
 Esta
 posibilidad
 está
 soportada
 por
 dos
 hechos
 de
 naturaleza
 bien
 diversa:
 Por
 una
parte
la
existencia
de
productos
similares
en
la
cultura
oriental;
por
otra
la
demanda
 creciente
de
nuevas
variedades
y
sabores
de
cerveza.
 


12


 


3.‐
Las
amilasas

 


3.1.‐
Aplicaciones
de
las
amilasas
en
la
industria
 
 
 Las
 amilasas
 constituyen
 el
 grupo
 de
 enzimas
 más
 importante
 hoy
 en
 día
 en
 el
 campo
 de
 la
 biotecnología
 debido
 a
 su
 amplia
 área
 de
 aplicación
 y
 las
 primeras

 producidas
 industrialmente.
 De
 entre
 ellas,
 las
 de
 mayor
 aplicación
 industrial
 y
 mayor
 volumen
de
mercado
son
las
 a‐amilasas
y
las
glucoamilasas,
que
constituyen
el
segundo
 grupo
de
enzimas
con
mayor
volumen
de
mercado
después
de
las
proteasas
(PANDEY,
 1995).
 
 Las
 amilasas
 tienen
 aplicación
 en
 numerosos
 procesos
 industriales
 como
 en
 el
 campo
 de
 la
 alimentación,
 fermentación,
 industria
 textil
 e
 industria
 papelera
 (tabla
 1).
 Sin
embargo,
el
principal
uso
de
las
amilasas
hoy
en
día
es
la
obtención
de
hidrolizados
 en
 la
 industria
 del
 procesado
 del
 almidón
 por
 las
 ventajas
 ya
 indicadas
 que
 ofrece
 la
 hidrólisis
 enzimática.
 De
 hecho,
 en
 la
 actualidad
 es
 la
 única
 industria
 enteramente
 dependiente
 del
 uso
 de
 enzimas
 en
 su
 producción
 en
 gran
 escala
 (CRABB
 &
 SHETTY,
 1999).
 
 Tabla
1:
Aplicaciones
de
las
amilasas
en
la
industria
 Industria
cervecera


Fermentación
uniforme
de
la
malta





Obtención
de
cervezas
con
bajo
contenido
en
hidratos
de
carbono


Obtención
de
bebidas
alcohólicas
 Fermentabilidad
 máxima
 a
 partir
 de
 diferentes
 sustratos
 amiláceos
 (whisky,
vodka
y
brandis)
 Industria
panadera
y
bollería
 Sacarificación
del
almidón
para
la
obtención
de
mas
de
mejor
calidad
 y
volumen
 Industria
textil
 Eliminación
de
almidón
de
las
fibras
textiles
brutas
 Industria
de
colas
y
adhesivos


Sacarificación


Industria
de
detergentes
 Industria
farmacéutica



Componente
activo
 Coadyuvante
de
la
digestión


Industria
de
fabricación
de
papel
 Alimentación
animal
 Industria
del
almidón


Acondicionamiento
 de
 pastas
 de
 almidón
 en
 preparaciones
 para
 recubrimiento
del
papel
 Hidrólisis
del
almidón
 Hidrólisis
del
almidón


Tratamientos
de
aguas


Obtención
de
jarabes
glucosados
con
múltiples
aplicaciones



 
 
 Las
amilasas
tienen
una
amplia
aplicación
en
distintas
industrias
alimentarias.
Las
 industrias
panadera
y
cervecera
emplean
a‐amilasas
termoestables
para
la
licuefacción
 de
la
masa
de
harina
y
cebada,
las
cuales
son
posteriormente
transformadas
por
acción
 de
b‐amilasas
endógenas
y
exógenas
de
origen
microbiano
en
maltosa,
que
constituye
el
 sustrato
de
la
fermentación
final
por
las
levaduras
responsables
de
la
producción
de
CO2


13

y
alcohol,
respectivamente
(BIGELIS,
1993).
Las
amilasas
se
utilizan
de
un
modo
similar
 en
la
transformación
de
materiales
amiláceos
en
general
en
azúcares
fermentables
por
 levaduras
productoras
de
etanol
por
combustión.
 
 Las
amilasas
de
origen
microbiano
son
también
útiles
en
la
industria
química
para
 la
 elaboración
 de
 detergentes
 y
 adhesivos
 y
 en
 la
 textil
 para
 la
 eliminación
 de
 fibras
 brutas.
Los
últimos
avances
en
biotecnología
han
ampliado
enormemente
el
abanico
de
 aplicaciones
 en
 otros
 campos,
 como
 la
 medicina
 y
 el
 análisis
 químico
 (PANDEY,
 2000).
 Como
ejemplos
pueden
citarse
la
obtención
de
tio‐azúcares
con
utilidad
como
droga
en
 el
 campo
 de
 la
 medicina
 clínica
 o
 el
 empleo
 de
 amilasas
 para
 la
 construcción
 de
 electrodos
selectivos.
 
 
 A
continuación
se
exponen
las
características
de
ambas
enzimas.
 
 
 
 


3.2.‐
alfa‐amilasa:
α‐D‐1,4‐glucan‐4‐glucanohidrolasa
 (EC
3.2.1.1)
 
 
 Las
 a‐amilasas
se
definen
como
endoenzimas
que
provocan
la
ruptura
al
azar
de
 los
enlances
a‐1,4
del
almidón
y
glucógeno,
liberando
oligosacáridos
con
configuración
 a
 en
el
carbono
anomérico.
Debe
aclararse
que
el
término
endoenzima
hace
referencia
a
 la
 posición
 del
 enlace
 glicosídico
 hidrolizado
 por
 la
 enzima,
 y
 no
 al
 carácter
 intra
 ó
 extracelular
de
la
proteína.
 
 La
 acción
 de
 las
 amilasas
 sobre
 el
 polisacárido
 tiene
 lugar
 en
 dos
 etapas.
 En
 la
 primera,
 de
 reacción
 rápida,
 se
 liberan
 oligosacáridos
 de
 pesos
 moleculares
 cada
 vez
 menores
 –
 que
 finalmente
 son
 hidrolizados
 a
 maltosa
 y
 maltotriosa
 ‐,
 y
 a‐dextrinas
 ramificadas
que
contienen
los
enlaces
a‐1,6.
En
la
segunda,
de
reacción
más
lenta,
tiene
 lugar
la
hidrólisis
de
la
maltotriosa
en
glucosa
y
maltosa,
y
la
formación
de
la
a‐dextrina
 límite.
 
 En
 función
 de
 la
 velocidad
 inicial
 de
 reacción,
 las
 a‐amilasas
 se
 clasifican
 en
 licuefactantes
 y
 sacarificantes,
 correspondiendo
 a
 estas
 últimas
 doble
 velocidad
 de
 aumento
del
poder
reductor
de
la
solución
de
almidón.

 
 El
sustrato
mínimo
de
las
a‐amilasas
es
la
maltotriosa
y
los
productos
finales
de
la
 hidrólisis
 del
 almidón
 son
 la
 maltosa,
 glucosa
 y
 a‐dextrinas
 límite
 ramificadas
 de
 reducido
peso
molecular
(la
isomaltosa
se
forma
en
pequeñas
proporciones).
 
 
 Las
a‐amilasas
vegetales
se
sintetizan
de
novo
en
las
semillas
de
algunos
cereales
 germinados
(malta,
trigo,
avena)
por
inducción
de
una
hormona
vegetal
(giberelina).
Las
 a‐amilasas
 son
 secretadas,
 además,
 por
 las
 glándulas
 salivares
 y
 el
 páncreas
 de
 los
 mamíferos.
 Además,
 las
 a‐amilasas
 puede
 ser
 producidas
 por
 diferentes
 bacterias,
 levaduras
y
hongos,
siendo
las
amilasas
bacterianas
las
que
poseen
mejores
propiedades
 14

en
 comparación
 a
 las
 fúngicas.
 De
 entre
 todas
 ellas
 las
 amilasas
 de
 los
 géneros
 Aspergillus
 y
 Bacillus,
 principalmente
 B.
 amyloliquefaciens
 y
 B.
 licheniformis
 son
 producidas
con
fines
comerciales.
 
 El
 empleo
 de
 a‐amilasas
 termoestables
 y
 resistentes
 a
 pH
 ácidos
 ha
 generado
 gran
interés
industrial
para
su
empleo
en
la
primera
etapa
de
licuefacción
del
almidón.
 Dentro
 de
 las
 cepas
 productoras
 de
 a‐amilasas
 resistentes
 a
 temperaturas
 altas
 se
 encuentra
Bacillus
licheniformis,
que
produce
una
a‐amilasa
termoestable
cuyo
óptimo
 de
 actividad
 se
 sitúa
 en
 torno
 a
 95ºC
 (LEGIN
 &
 al.
 1998),
 si
 bien
 existen
 otros
 microorganismos
del
género
Pyrococcus,
como
P.
furiosus
y
P.
woesei,
cuyas
 a‐amilasas
 presentan
 temperaturas
 óptimas
 de
 100
 y
 130°C
 respectivamente
 (LADERMAN
 &
 al.,
 1993).
Entre
los
microorganismos
productores
de
 a‐amilasas
resistentes
a
pH
extremos
 se
encuentra
Aspergillus
niger,
que
produce
una
a‐amilasa
estable
en
el
rango
3‐6,5
que
 mantiene
 además
 el
 87%
 de
 la
 actividad
 original
 incubada
 a
 pH=2,2,
 
 y
 Bacillus
 acidocaldarius,
 produce
 una
 a‐amilasa
 cuya
 actividad
 es
 máxima
 a
 pH=3,5
 y
 75ºC
 (SCHWERMANN
&
al.,
1994).
 
 
 


3.3.‐
 Glucoamilasa
 o
 amiloglucosidasa:
 a‐1,4‐glucan‐ glucahidrolasa
(EC
3.2.1.3)



 
 Exoenzima
 que
 provoca
 la
 ruptura
 recurrente
 de
 enlaces
 a‐1,4
 y,
 con
 más
 dificultad,
enlaces
a‐1,6
a
partir
de
la
primera
unidad
de
glucosa
situada
en
un
extremo
 no
reductor
de
la
cadena,
liberando
unidades
de
b‐D‐glucosa
(figura
3).
La
velocidad
de
 hidrólisis
 incrementa
 a
 medida
 que
 aumenta
 el
 tamaño
 de
 la
 molécula
 (ERRATT
 &
 STEWART,
1981)
y
depende,
a
su
vez,
del
tipo
de
enlace
situado
en
las
proximidades
del
 punto
de
corte,
y
de
la
procedencia
de
la
enzima.
 
 Sus
sustratos
mínimos
son
la
maltosa
e
isomaltosa,
si
bien
atacan
selectivamente
 gran
 cantidad
 de
 oligosacáridos,
 aumentando
 su
 velocidad
 de
 reacción
 a
 medida
 que
 incrementa
 la
 longitud
 de
 la
 cadena
 (PANDEY,
 1995).
 El
 producto
 final
 de
 reacción
 es
 exclusivamente
 glucosa
 en
 configuración
 b.
 Las
 glucoamilasas
 presentan
 inhibición
 competitiva
por
glucosa.
 
 
 Las
 glucoamilasas
 se
 pueden
 obtener
 a
 partir
 de
 diversas
 fuentes
 vegetales
 y
 animales
 (fundamentalmente
 se
 encuentran
 en
 el
 hígado
 de
 mamíferos),
 pero
 son
 los
 microorganismos
 sus
 principales
 productores,
 sobre
 todo
 a
 nivel
 industrial
 (tabla
 6).
 Entre
 ellos
 son
 los
 hongos
 filamentosos,
 concretamente
 Aspergillus
 niger,
 su
 fuente
 principal
(PANDEY
&
al.,
2000).
La
modalidad
de
cultivo
empleada
mayoritariamente
es
 el
 cultivo
 en
 estado
 sólido
 utilizando
 como
 medio
 de
 cultivo
 diferentes
 fuentes
 materiales
amiláceos:
harina
de
trigo,
harina
de
maíz,
residuo
de
té...etc
(PANDEY,1990).
 Otras
cepas
de
Aspergillus
han
sido
usadas
también
para
la
producción
de
glucoamilasa,
 como
A.
awamori
(QUEIROZ
&
al.,
1997)
o
A.
oryzae
(IMAI
&
al.,
1994),
así
como
otros
 hongos
 del
 género
 Rhizopus
 (ELEGADO
 &
 FUJIO,
 1993),
 bacterias
 como
 Lactobacillus


15

brevis
 (ILORI
 &
 al.,
 1996)
 o
 Bacillus
 coagulas,
 y
 levaduras
 del
 género
 Saccharomyces
 (NAKAMURA
&
al.,
1997).
 
 
 


4.‐
Los
sarmientos
y
el
bagazo
de
uva
como
materias
 primas
 para
 la
 obtención
 de
 biomoléculas
 de
 alto
 valor
añadido.
 
 A
lo
largo
de
la
cadena
de
valor
de
la
industria
de
vino
se
producen
grandes
volúmenes
 de
residuos
entre
los
que
los
restos
de
podas
(procedentes
de
la
actividad
agrícola)
y
los
 fangos
y
bagazos
no
destilado.

 
 A
 pesar
 de
 que
 este
 tipo
 de
 productos
 pueden
 ser
 una
 materia
 prima
 y
 fuente
 de
 diferentes
 moléculas
 y
 sustancias
 de
 alto
 valor
 añadido
 como
 aceite
 de
 las
 pepitas
 (especialmente
rico
en
ácidos
grasos
omega
3)
y
antioxidantes
o
ácido
tartárico
de
los
 hollejos,
la
mayor
parte
de
estos
materiales
se
destila
para

obtener
aguardientes.

 
 Con
 todo,
 en
 la
 Figura
 4
 se
 muestra
 un
 esquema
 de
 los
 productos
 potencialmente
 susceptibles
 de
 obtenerse
de
bagazo,
pepitas
 y
lías.
 Algunos
 de
 ellos
 se
 describirán
 en
 apartados
más
adelante.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura
4:
Productos
derivados
del
bagazo
de
uva
 
 
 
 


16

4.1.‐
Obtención
de
aceite
de
pepita
de
uva
 
 
 La
producción
industrial
moderna
de
aceite
de
uva
comenzó
en
Italia
en
la
década
de
los
 años
70
tanto
como
materia
prima
en
la
industria
de
las
pinturas
y
barnices
como
para
 consumo
de
boca.
En
la
actualidad
los
principales
productores
son
Francia
e
Italia.
 
 Las
pepitas
contienen
entre
un
6
y
un
20%
de
aceite
rico
en
vitamina
E
y
ácidos
grasos
 Omega
 6
 y
 Omega
 3
 y
 posee
 una
 de
 las
 más
 altas
 concentraciones
 de
 ácido
 linoleico
 (76%)
y
linolénico.
 
 El
aceite
de
pepitas
de
uva
o
de
semillas
de
uva
se
obtiene
mediante
bien
mediante
con
 disolventes
o
por
prensado
en
frío
de
las
pepitas.
Previamente
el
bagazo
es
sometido
a
 procesos
de
lavado,
trituración
y
tamización
con
el
fin
de
separar
las
pepitas
del
resto
 del
materia.
Una
vez
obtenida,
las
pepitas
se
secan,
muelen
y
tratan
térmicamente
con
 el
fin
de
favorecer
la
ulterior
extracción
del
aceite.

 
 El
resultado
es
un
aceite
de
color
pálido
y
posee
un
toque
afrutado.
Se
emplea
tanto
en
 alimentación
 como
 en
 cosmética,
 si
 bien
 su
 escasa
 producción
 y
 su
 vinculación
 con
 la
 salud
hace
que,
en
la
actualidad,
su
distribución
esté
esencialmente
vinculada
a
canales
 de
herboristería
y
dietética.
 
 
 


4.2.‐
 Obtención
 de
 proteína
 de
 pepita
 y
 hollejo
 de
 uva
 
 
 El
 contenido
 en
 proteínas
 de
 la
 pepita
 ronda
 el
 8
 %,
 similar
 al
 de
 otras
 variedades
 de
 semillas
de
oleaginosas
como
la
colza
y
el
maíz.
Por
el
contrario
el
hollejo
puede
alcanzar
 un
contenido
en
proteínas
de
cerca
del
14%.
 
 A
 temperatura
 ambiente
 estas
 proteína
 se
 pueden
 extraer
 fácilmente
 utilizando
 hidróxido
 sódico
 0,1
 M,
 durante
 una
 hora.
 Con
 este
 procedimiento
 las
 proteínas
 extraídas
están
compuestas
fundamentalmente
por
glutelinas,
pero
también
se
obtiene
 importantes
las
fracciones
formadas
por
las
albúminas
y
las
proteínas
residuales.
El
pH
 de
 la
 reacción
 determina
 la
 distribución
 de
 pesos
 moleculares
 de
 los
 extractos
 proteínicos,
 de
 modo
 que
 ésta
 disminuye
 a
 medida
 que
 aumenta
 el
 pH
 del
 disolvente
 utilizado.
A
pH
neutro
se
obtienen
las
proteínas
de
mayores
pesos
moleculares.
 
 La
digestibilidad
"in
vitro"
de
las
proteínas
de
pepita
es
algo
inferior
a
la
de
las
semillas
 de
soja
y
es
similar
a
las
de
las
extraídas
del
girasol
y
otras
oleaginosas.
Las
proteínas
del
 hollejo
de
uva
muestran
una
digestibilidad
algo
menor
(65
frente
al
75%).
 


17

Tanto
 las
 proteínas
 de
 pepita
 como
 las
 de
 hollejo
 presentan
 como
 aminoácidos
 mayoritarios
 los
 ácidos
 aspártico
 y
 glutámico,
 siendo
 los
 aminoácidos
 limitantes
 los
 sulfurados
 (metionina
 y
 cistina)
 y
 el
 triptófano.
 La
 principal
 diferencia
 entre
 ambas
 proteínas
es
que
en
las
de
semillas
también
la
lisina
es
un
aminoácido
limitante.

 

 


4.3.‐
Obtención
de
resveratrol
de
hollejos
de
uva



 
 El
 resveratrol
 es
 un
 polifenol
 de
 la
 familia
 de
 los
 estilbenos
 (3,5,4′‐trihidroxiestilbeno)
 que
 se
 encuentra
 en
 diferentes
 vegetales,
 entre
 ellos
 las
 uvas.
 El
 hollejo
 y
 en
 menor
 medida
en
las
pepitas
es
donde
se
produce
se
acumula
y
se
localiza
el
resveratrol
y
pasa
 a
los
mostos
y
vinos
durante
la
fermentación.
Esto
explica
por
qué
su
presencia
en
vinos
 macerados
tintos
es
10
veces
superior
a
la
de
los
vinos
no
macerados.

 
 El
resveratrol
presenta
dos
formas
isoméricas
trans
y
cis.
La
forma
trans
es
la
 y
la
que
 posee
mayor
poder
antioxidante.
 
 Entre
 los
 efectos
 biológicos
 del
 resveratrol
 destacan
 la
 acción
 antiinflamatoria,
 los
 efectos
sobre
la
aparición
de
células
tumorales
y
sobre
la
progresión
y
desarrollo
de
los
 tumores,
los
efectos
antifibrogénicos
y
los
efectos
antioxidantes.
 
 Los
contenidos
de
resveratrol
en
los
hollejos
depende
de
los
siguientes
factores:
la
casta
 de
uva,
el
clima,
el
grado
de
infección
de
la
uva,
el
tiempo
de
contacto
del
mosto
con
la
 piel
 de
 la
 uva,
 el
 tiempo
 de
 exposición
 a
 la
 luz
 ultravioleta,
 etcétera.
 En
 términos
 generales
más
humedad,
mayor
grado
de
infecciones
o
agresiones
y
mayor
exposición
a
 la
irradiación
ultravioleta,
conducen
a
una
mayor
cantidad
de
resveratrol
en
las
uvas.
 
 En
general,
la
concentración
de
resveratrol
en
uvas
tintas
es
mayor
que
en
uvas
blancas.
 La
concentración
media
de
resveratrol
en
varias
castas
tintas,
en
miligramos/litro,
es
la
 siguiente:
 pinot
 noir
 (6,25),
 merlot
 (5,05),
 cabernet
 sauvignon
 (1,71),
 garnacha
 (2,86),
 tempranillo
(4,,14).
 

 


4.4.‐
Recuperación
de
ácido
tartárico
de
bagazo
y
lías



 
 El
bagazo
contiene
en
torno
a
50
‐
75
kg
de
ácido
tartárico
por
Tm,
mientras
que
las
lías
 presentan
una
concentración
mayor
pudiendo
alcanzar

las
100
‐
150
kg
por
tonelada.

 Estas
 variaciones
 son
 debidas
 a
 variables
 como
 tipo
 de
 cultivo,
 clima
 y
 modo
 de
 vinificación.
 
 La
 presencia
 de
 ácido
 tartárico
 en
 el
 vino
 es
 indeseable
 ya
 que
 precipita
 causando
 turbidez
 y
 una
 merma
 de
 calidad
 en
 el
 vino,
 por
 eso
 las
 bodegas
 precipitan
 el
 ácido
 tartárico
mediante
adición
de
hidróxido
cálcico
que
ha
de
ser
ulteriormente
purificado


18

mediante
 recristalización
 para
 eliminar
 polifenoles,
 taninos
 y
 otras
 sustancias
 que
 precipitan
conjuntamente
con
el
tartrato.

 

 


4.5.‐
Recuperación
de
antocianinas
de
bagazo



 
 Las
antocianinas
son
glicósidos
solubles
de
los
materiales
colorantes
de
las
plantas.
El
pH
 del
medio
determina
los
distintos
tonos
de
rojo,
azul,
púrpura
y
violeta
de
las
frutas.
Por
 su
naturaleza
polifenólica,
son
además
poderosos
antioxidantes
de
modo
que,
debido
a
 que
 poseen
 una
 toxicidad
 muy
 baja,
 presentan
 ventajas
 potenciales
 para
 su
 aplicación
 alimentaria.
 
 El
método
convencional
de
recuperación
de
antocianinas
a
partir
de
materias
vegetales
 implica
 la
 extracción
 con
 una
 solución
 alcohólica
 diluida
 de
 ácido
 clorhídrico,
 la
 purificación
por
intercambio
iónico
y
la
neutralización
ulterior
del
ácido.
 

 
 


5.‐
 Aprovechamiento
 biotecnológico
 de
 materiales
 lignocelulósicos
 
 
 Aunque
la
composición
de
los
materiales
lignocelulósicos
varía
en
función
del
origen
del
 material,
localización
geográfica,
condiciones
de
crecimiento
y
tipo
de
tejido
analizado,
 el
 85%
 del
 peso
 seco
 de
 la
 mayor
 parte
 de
 ellos
 son
 tres
 tipos
 de
 polisacáridos
 estructurales:
la
celulosa,
las
hemicelulosas
y
la
lignina:

 

 La
 celulosa
 (C6H10O5)n,
 es
 un
 homopolímero
 lineal
 constituido
 por
 unidades
 de
 ß‐ glucosa
 unidas
 por
 enlaces
 1‐4,
 con
 grado
 de
 polimerización
 variable
 entre
 1.000
 y
 10.000
 unidades
 que
 le
 confiere
 propiedades
 fisico
 químicas
 diferentes.
 La
 rotura
 de
 esta
molécula
exige
la
presencia
de
catalizadores
(ácidos
o
enzimas).

 
 Las
 hemicelulosas
 son
 polímeros
 mixtos
 de
 hexosas
 (glucosa,
 manosa,
 galactosa)
 o
 pentosas
 (xilosa,
 arabinosa,
 ramnosa).
 Se
 distinguen
 dos
 fracciones
 principales:
 la
 γ‐ celulosa
(constituida
por
azúcares
distintos
de
la
glucosa)
y
la
β‐celulosa
(constituida
por
 unidades
 de
 glucosa).
 La
 β‐celulosa
 al
 contrario
 que
 la
 celulosa
 posee
 cadenas
 ramificadas
en
vez
de
lineales,
tiene
un
menor
índice
de
polimerización
(entre
200
y
300
 unidades)
y
no
se
encuentra
cristalizada.
 
 La
 lignina
 tiene
 una
 estructura
 polimérica,
 tridimensional
 y
 amorfa,
 constituida
 por
 unidades
 de
 fenilpropano
oxigenadas,
 unidas
 entre
sí
por
 enlaces
 tipo
 éter
o
carbono‐ carbono,
 con
 índices
 de
 polimerización
 variables.
 Presenta
 en
 su
 estructura
 grupos
 hidroxilo
 y
 metoxilo,
 en
 cantidades
 dependientes
 del
 material
 considerado.
 Posee
 una


19

gran
 resistencia
 a
 los
 ataques
 químicos
 y
 biológicos,
 siendo
 uno
 de
 los
 polímeros
 naturales
más
resistentes.

 
 El
 aprovechamiento
 de
 los
 materiales
 lignocelulósicos
 se
 basa
 de
 forma
 general
 en
 el
 empleo
 de
 estas
 tres
 fracciones,
 bien
 combinadas
 o,
 más
 frecuentemente,
 de
 forma
 individual.

 
 Una
 posiblidad
 ámpliamente
 estudiada
 es
 la
 obtención
 de
 disoluciones
 de
 azúcares
 a
 partir
 de
 las
 fracciones
 hemicelulósica
 y
 celulósica
 mediante
 hidrólisis
 para
 la
 elaboración
 de
 medios
 de
 cultivo
 microbiano.
 Este
 proceso
 de
 hidrólisis
 se
 puede
 realizar
mediante
diferentes
procedimientos:

 
 • Con
 ácidos
 diluidos
 y
 temperaturas
 elevadas
 se
 produce
 la
 solubilización
 e
 hidrólisis
 de
 las
 hemicelulosas,
 lo
 que
 implica
 además
 la
 solubilización
 de
 parte
 de
 la
 lignina
 (lignina
 soluble
 en
 ácido),
 quedando
 un
 residuo
 sólido
 compuesto
 por
celulosa
y
la
mayor
parte
de
la
lignina.


 • Mediante
 métodos
 hidrotérmicos
 
 basados
 en
 que
 la
 liberación
 de
 los
 grupos
 acetilo
de
las
hemicelulosas
por
el
agua
a
alta
temperatura
crean
un
medio
ácido
 que
 solubiliza
 e
 hidroliza
 las
 hemicelulosas.
 Existen
 dos
 tipos
 de
 procesos
 basados
 en
 esta
 propiedad
 la
 autohidrólisis
 y
 la
 oxidación
 húmeda
 con
 agua,
 oxígeno
y
elevadas
temperaturas.
 • Procesos
mixtos
(ácidos‐térmicos)
que
combinan
los
dos
métodos
anteriores.
 • Procesos
 enzimáticos
 con
 xilanasas
 del
 material
 lignocelulósico
 sometido
 a
 un
 pretratamiento
 de
 autohidrólisis
 o
 hidrólisis
 química
 para
 solubilizar
 la
 fracción
 hemicelulósica.
 
 
 
 


6.‐
 Productos
 que
 se
 pueden
 obtener
 por
 fermentación
de
hidrolizados
de
almidón
de
castaña
 y
de
las
fracciones
hemicelulósicas
de
los
bagazos
de
 uva.
 
 
 
A
 continuación
 se
 muestran
 a
 modo
 de
 ejemplo
 y
 nunca
 con
 voluntad
 de
 relación
 exhaustiva
 algunas
 aplicaciones
 microbiológicas
 en
 las
 que
 jarabes
 de
 glucosa
 obtenidos
por
hidrólisis
de
almidón
de
castaña
o
de
las
fraccione
hemicelulósicas
de
los
 bagazos
de
uva
pueden
utilizados
para
obtener
productos
de
alto
valor
añadido.

 
 
 
 
 
 


20

6.1.‐
Producción
de
etanol
(aguardiente
de
castaña)
 
 
 
 El
 bagazo
 ha
 sido
 tradicionalmente
 utilizado
 como
 materia
 prima
 para
 la
 producción
de
etanol
que,
por
destilación
daban
lugar
a
aguardiente.
Dado
que
es
ésta
 una
 aplicación
 tradicional
 y
 conocida
 y
 no
 puede
 ser
 considerada
 como
 una
 nueva
 alternativa
 de
 aprovechamiento
 de
 los
 residuos
 de
 castaña
 y
 uva,
 no
 será
 tenida
 en
 cuenta
en
este
informe.
Por
el
contrario
la
producción
de
etanol
a
partir
de
castaña
es
 una
alternativa
totalmente
nueva
y
original
y
será
el
objeto
de
los
siguientes
párrafos.

 
 El
diseño
de
un
proceso
para
obtener
aguardiente
de
castaña
por
destilación
de
 sus
fermentados
fue
desarrollado
íntegramente
por
el
Laboratorio
de
Bioquímica
de
la
 Facultade
 de
 Ciencias
 de
 Ourense
 de
 la
 Universidade
 de
 Vigo
 en
 colaboración
 con
 la
 empresa
MARRON
GLACE
 
 El
 proceso,
 desarrollado
 inicialmente
 en
 laboratorio
 y
 llevado
 posteriormente
 a
 escala
 piloto,
 se
 puso
 a
 punto
 mediante
 en
 dos
 modalidades
 operativas
 (mediante
 fermentación
 en
 sumergido
 y
 en
 estado
 sólido)
 e
 incluyó
 la
 optimización
 tanto
 de
 la
 hidrólisis
 enzimática
 del
 almidón
 de
 castaña
 a
 azúcares
 fermentables
 como
 de
 las
 condiciones
 de
 fermentación,
 caracterizando,
 finalmente,
 los
 destilados
 que
 se
 obtuvieron
en
cada
caso.
 
 De
 modo
 paralelo
 a
 la
 consecución
 de
 los
 objetivos
 prácticos
 para
 obtener
 el
 aguardiente,
 los
 estudios
 llevados
 a
 cabo
 permitieron
 comprender
 e
 interpretar
 los
 mecanismos
subyacentes

en
cada
una
de
las
etapas
del
proceso.

 
 Así,
se
demostró
que
sólo
es
posible
conseguir
la
hidrólisis
total
del
almidón
de
castaña
 empleando
una
combinación
adecuada
de
α‐amilasa
y
glucoamilasa
en
una
sola
etapa
a
 pesar
 del
 efecto
 adverso
 que,
 especialmente
 sobre
 la
 segunda
 enzima
 tienen
 los
 fenómenos
 de
 desactivación
 térmica
 e
 inhibición
 por
 sustrato
 y
 producto.
 Así
 mismo,
 fue
posible
cuantificar
y
modelizar
la
magnitud
dichos
fenómenos
y
aportar
evidencias
 de
la
existencia
de
un
efecto
sinérgico
entre
ambas
enzimas.
 
 Por
 otra
 parte
 el
 proceso
 diseñado
 permite
 aplicar
 la
 estrategia
 de
 realizar
 hidrólisis
 sucesivas
incorporando
en
cada
ciclo
sustrato
fresco
para
evitar
el
efecto
adverso
de
la
 viscosidad
 y
 los
 fenómenos
 de
 inhibición,
 así
 como
 incrementar
 las
 concentraciones
 finales
de
glucosa
en
los
hidrolizados
de
puré
de
castaña.

 
 Un
aspecto
que
resultó
clave
en
la
4:
Se
seleccionó
una
cepa
de
levadura
que,
creciendo
 en
 cultivo
 sumergido
 sobre
 castaña
 hidrolizada,
 conduce
 a
 fermentados
 de
 alto
 contenido
alcohólico
sin
defectos
organolépticos
apreciables
siempre
que
se
mantengan
 condiciones
aeróbicas
y
no
se
produzca
el
agotamiento
de
la
fuente
de
carbono.
 
 5:
 Se
 demostró
 la
 existencia
 de
 un
 fenómeno
 de
 inhibición
 por
 sustrato
 sobre
 la
 producción
 de
 etanol
 en
 cultivo
 sumergido,
 de
 modo
 que
 su
 cuantificación
 permitió
 determinar
la
concentración
inicial
de
azúcar
que
maximiza
los
rendimientos
en
etanol.


21

Así
mismo,
se
cuantificaron
las
concentraciones
de
etanol
que
inhiben
el
crecimiento
de
 la
levadura
y
su
propia
síntesis.
 
 6:
Se
puso
de
manifiesto
la
estabilidad
del
proceso
de
fermentación
frente
al
aumento
 de
escala,
reproduciéndose
los
resultados
obtenidos
a
escalas
de
laboratorio
cuando
el
 cultivo
sumergido
se
llevó
a
escala
semipiloto

(50
L)
y
piloto
(400
L).
 
 7:
Se
estudió
como
alternativa
a
la
fermentación
sumergida
de
la
castaña,
la
modalidad
 de
hidrólisis
y
fermentación
simultaneas
en
estado
sólido,
revelándose
como
un
sistema
 especialmente
 ventajoso
 desde
 un
 punto
 de
 vista
 industrial
 ya
 que
 eleva
 las
 concentraciones
 de
 etanol
 por
 gramo
 de
 castaña
 fermentada
 con
 respecto
 al
 cultivo
 sumergido,
 conduce
 a
 postincubados
 más
 aromáticos
 y
 sin
 defectos
 organolépticos
 en
 todas
 las
 cepas,
 presenta
 una
 elevada
 estabilidad
 frente
 a
 diferentes
 condiciones
 de
 diámetro
y
fase
líquida
y,
cuando
se
incrementa
la
escala,
mejoran
los
rendimientos
y
la
 velocidad
de
producción.
 
 8:
Se
definieron
los
perfiles
aromáticos
de
los
aguardientes
obtenidos
por
destilación
de
 los
postincubados
estableciéndose
que
aquellos
provenientes
de
las
fermentaciones
en
 estado
 sólido
 resultan
 de
 mayor
 calidad
 en
 términos
 de
 su
 superioridad
 en
 esteres
 de
 ácidos
grasos
y
alcoholes
superiores,
aldehídos
y
acetatos.
 
 
 


6.2.‐
Producción
de
ácido
cítrico

 
 
 
 El
ácido
cítrico
es
uno
de
los
aditivos
más
usados
en
la
industria
alimenticia
como
 acidulante,
conservante
y
antioxidante.
.
Además,
tiene
importantes
usos
en
la
industria
 farmacéutica
y
química,
ya
sea
como
agente
de
limpieza
y
de
formación
de
complejos.
 En
la
actualidad
se
producen
en
el
mundo
en
torno
a
1
millón
de
toneladas
al
año,
con
 un
 crecimiento
 en
 torno
 al
 5%
 anual,
 siendo
 los
 principales
 productores
 la
 Europa,
 Estados
Unidos
y
China.
 
 Industrialmente,
el
ácido
cítrico
se
obtiene
mediante
la
fermentación
de
azúcares
como
 la
 sacarosa
 o
 la
 glucosa
 por
 el
 hongo
 Aspergillus
 niger.
 El
 proceso
 de
 obtención
 tiene
 varias
fases
como
la
preparación
del
sustrato
de
melaza,
la
fermentación
aeróbica
de
los
 azúcares
por
el
aspergillus,
la
separación
del
ácido
cítrico
del
sustrato
por
precipitación
 al
 añadir
 hidróxido
 de
 calcio
 o
 cal
 apagada
 para
 formar
 citrato
 de
 calcio.
 Después
 se
 añade
 ácido
 sulfúrico
 para
 descomponer
 el
 citrato
 de
 calcio.
 La
 eliminación
 de
 impurezas
 se
 realiza
 con
 carbón
 activado
 o
 resinas
 de
 intercambio
 iónico,
 se
 continúa
 con
la
cristalización
del
ácido
cítrico,
el
secado
o
deshidratación
y
el
empaquetado
del
 producto

 
 


6.3.‐
Producción
de
ácido
láctico

 
 22


 
 El
ácido
láctico
tiene
un
amplio
rango
de
aplicaciones
en
la
industria
alimenticia,
 química,
 farmacéutica,
 química
 y
 cosmética,
 entre
 otras.
 Entre
 sus
 principales
 aplicaciones
 alimentarias
 cabe
 destacar
 su
 amplia
 utilización
 como
 acidulante
 y
 como
 conservante
 de
 alimentos,
 al
 prevenir
 el
 crecimiento
 de
 Salmonella
 y
 Staphylococcus
 aureus,
 particularmente
 en
 productos
 fermentados
 perecederos.
 Adicionalmente,
 el
 ácido
 láctico
 encuentra
 aplicación
 en
 productos
 alimentarios
 tan
 diversos
 como
 vegetales,
 carne,
 pescado,
 legumbres,
 cereales,
 pastelería
 y
 bebidas
 fermentadas,
 ámbitos
en
los
que
contribuyen
al
aroma,
seguridad
e
imagen
del
producto.
 
 Recientemente
 se
 ha
 acelerado
 la
 investigación
 en
 L
 (+)
 y
 D
 (‐),
 ácido
 láctico,
 por
 vía
 biotecnológica,
debido
a
su
posibilidad
de
transformación
en
poli‐láctico
biodegradable
 (PLA).
Los
esfuerzos
en
la
investigación
del
ácido
láctico,
están
enfocados
a
disminuir
los
 costes
de
producción
a
través
de
nuevos
sustratos.
 
 La
producción
de
ácido
láctico
por
vía
fermentativa
se
caracteriza
por
ser
relativamente
 rápida,
transcurrir
con
elevados
rendimientos
y
poder
dar
lugar,
selectivamente,
a
uno
 de
 los
 isómeros
 del
 ácido
 láctico
 o
 a
 la
 mezcla
 racémica
 de
 ambos.
 Se
 parte
 de
 disoluciones
de
azúcares
que,
una
vez
suplementadas
con
los
nutrientes
adecuados,
se
 inoculan
con
el
microorganismo
seleccionado.
Es
necesario
establecer
unas
condiciones
 de
 fermentación
 favorables
 para
 que
 se
 lleve
 a
 cabo
 el
 proceso
 (temperatura,
 pH,
 aireación,
 agitación)
 que
 varían
 en
 función
 del
 microorganismo
 empleado.
 La
 purificación
 del
 ácido
 láctico
 obtenido
 supone
 uno
 de
 los
 mayores
 costes
 dentro
 del
 proceso
 de
 producción.
 Se
 ha
 propuesto
 la
 utilización
 de
 hongos
 y
 bacterias
 para
 la
 producción
del
ácido
láctico.
 
 Las
 bacterias
 lácticas
 obtienen
 la
 energía
 asimilando
 azúcares
 por
 vía
 fermentativa.
 En
 función
 de
 cómo
 lleven
 a
 cabo
 esta
 fermentación,
 se
 pueden
 clasificar
 en
 bacterias
 lácticas
 homofermentativas
 (homolácticas),
 que
 fermentan
 hexosas
 predominantemente
 a
 ácido
 láctico,
 y
 bacterias
 lácticas
 heterofermentativas
 (heterolácticas),
 que
 fermentan
 las
 hexosas
 a
 ácido
 láctico
 y
 otros
 productos
 como
 etanol
y
ácido
acético
 

 


6.4.‐
Producción
de
xilitol




 
 Esta
aplicación
es
particularmente
adecuada
para
el
caso
del
bagazo
debido
a
su
 alto
 contenido
 en
 xilosa,
 si
 bien
 se
 podrían
 aplicar
 también
 a
 las
 fracciones
 lignocelulósicas
de
la
castaña.
 
 El
xilitol
es
el
pentitol
resultante
de
la
reducción
de
la
xilosa.
El
xilitol
como
consecuencia
 de
 su
 entalpía
 de
 disolución
 negativa
 se
 emplea
 para
 proporcionar
 una
 sensación
 de
 frescor
 en
 la
 industria
 cosmética
 para
 la
 elaboración
 de
 productos
 de
 higiene
 bucal,
 además
posee
una
notable
capacidad
para
retener
la
humedad.
En
el
sector
alimentario
 como
sustituto
de
edulcorantes
tradicionales
como
la
sacarosa
por
sus
propiedades
no
 cariogénicas.


23


 La
 producción
 de
xilitol
 mediante
fermentación
presenta
ciertas
 ventajas
 respecto
 a
la
 vía
química,
ya
que
opera
en
unas
condiciones
más
suaves
de
presión
y
temperatura
y
su

 empleo
 podría
 reducir
 el
 elevado
 nivel
 de
 contaminación
 ambiental
 y
 los
 gastos
 derivados
 de
 la
 purificación
 de
 las
 mezclas
 de
 productos
 originados
 en
 la
 etapa
 de
 hidrogenación‐
 

 El
 xilitol
 puede
 producirse
 por
 vía
 fermentativa
 empleando
 bacterias
 de
 los
 géneros
 Corynebacterium,
 Enterobacteriaceae
 y
 Bacillus
 entre
 otros,
 levaduras
 de
 los
 géneros
 Cándida
y
Debaryomyces,
u
hongos
pluricelulares,
de
los
géneros
Rhizopus,
Aspergillus
y
 Penicillium
entre
otros.
 
 


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