Purificación y fraccionamiento de POS

Los procesos habitualmente empleados para la producción de POS producen simultáneamente en el medio de reacción compuestos indeseados, como son los monosacáridos y/o los productos de descomposición de azúcares. Por ello, cuando el propósito final es emplear los POS en alimentación, los licores obtenidos por autohidrólisis o por tratamientos enzimáticos deben someterse a procesos de purificación que eliminen estas impurezas presentes en la mezcla.

Por otro lado, el empleo de ciertas técnicas de fraccionamiento, tras las etapas de purificación, permite obtener fracciones con características específicas que incluso facilitarían posteriores etapas de caracterización.

1.3.4.1. Técnicas de purificación.

La bibliografía recoge pocos trabajos en el campo de la purificación de POS y los que hay se basan fundamentalmente en el empleo de tecnología de membranas e intercambio iónico.

Los procesos de membranas son una alternativa interesante empleada con éxito en diferentes estudios (Olano-Martin y col., 2001; Vegas y col., 2006; Pinelo y col., 2009; González-Muñoz y col., 2011), debido a sus aplicaciones en purificación, fraccionamiento y/o concentración de corrientes de la industria alimentaria y farmacéutica, así como en procesos biotecnológicos. Esta tecnología emplea un gradiente, ya sea de presión o electrostático, para forzar el paso de determinados

49 componentes de una disolución a través de una membrana porosa semipermeable, de modo que se obtenga una separación en base al tamaño y/o carga molecular (Chacón- Villalobos, 2006). La presión requerida para forzar el paso a través de una membrana depende del tamaño de los poros, siendo necesario incrementar sustancialmente su magnitud a medida que el tamaño de éstos decrece (Brans y col., 2004).

Existe una gran diversidad de membranas, tanto en configuraciones como en materiales de construcción y tamaños de poro. En relación con el material de fabricación (Vaillant y col., 2005), las membranas pueden estar hechas de acetato de celulosa (celulósicas), de polímeros orgánicos (como polisulfonas, teflón, propilenos, poliamidas, polisulfuros, polipropilenos), o compuestas de materiales inorgánicos (cerámicas).

De acuerdo con la configuración, las membranas pueden ser planas, en forma de cartuchos tubulares de paredes filtrantes o espirales, tratando así, de maximizar el área en un mínimo espacio (Chacón-Villalobos, 2006).

Además de ser una tecnología sencilla, el uso de membranas ofrece numerosas ventajas como: eficiencia energética, funcionamiento sin disolventes orgánicos nocivos, posibilidad de modificar las condiciones de operación (como presión, temperatura, agitación o caudal de alimentación) y no requerir demasiado espacio para su utilización, a la vez que su escalado es relativamente fácil (Pinelo y col., 2009; Michelon y col., 2014).

Por su parte, el intercambio iónico permite eliminar iones de naturaleza orgánica e inorgánica presentes en los hidrolizados. En ocasiones, los resultados obtenidos mediante este tipo de técnicas se deben a la combinación de efectos de intercambio iónico y de adsorción en la matriz polimérica de las propias resinas (De Mancilha y Karim, 2003). Una ventaja del intercambio iónico respecto a otros procesos de separación es que permite cambiar la composición iónica de una disolución sin la introducción de sustancias indeseables, lo que unido a su sencillez, proporciona a esta técnica numerosas ventajas.

En la industria alimentaria el intercambio iónico se utiliza para desmineralizar líquidos azucarados y jarabes, controlar la acidez, el olor, el color y el sabor y aislar o purificar un aditivo o un componente del alimento.

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Gullón y col. (2011) emplearon una secuencia de intercambio iónico y filtración con membranas para separar y purificar ácido láctico y POS producidos mediante sacarificación y fermentación simultáneas de bagazo de manzana. Otros trabajos en los cuales se consiguieron resultados positivos aplicando estas tecnologías son el de Vegas y col. (2008.b), que utilizaron resinas tanto aniónicas como catiónicas para eliminar impurezas de licores de autohidrólisis obtenidos a partir de cascarillas de arroz, y el de Gullón y col. (2014), quienes aplicaron filtración por membranas seguida de intercambio iónico para purificar licores ricos en arabinoxilooligosacáridos producidos a partir de salvado de trigo.

1.3.4.2.Técnicas de fraccionamiento.

La mayor parte de las técnicas de producción de POS permiten obtener mezclas complejas. Sin embargo, si se quiere profundizar en el estudio de las relaciones estructura-función, es necesario disponer de técnicas de fraccionamiento que permitan obtener, a partir de dichas mezclas, muestras con características físico-químicas definidas de carga, tamaño, GM, GA, grado de sustitución y tipo de sustituyentes.

Varios estudios han empleado la cromatografía de intercambio iónico de baja presión y/o cromatografía de exclusión por tamaño como etapas de separación antes de la aplicación de la cromatografía de intercambio aniónico de alta eficacia acoplada a un detector de pulso amperométrico (HPAEC-PAD) y/o de técnicas de espectrometría de masas (Bonnin y col., 2002; Ralet y col., 2005; Zhang y col., 2009; Westphal y col., 2010).

La cromatografía de intercambio iónico es una técnica basada en interacciones electrostáticas que permite la separación de macromoléculas en función de sus cargas mediante su interacción diferencial con una fase estacionaria de naturaleza iónica. La fase estacionaria consta de intercambiadores iónicos, que contienen grupos cargados unidos covalentemente a un soporte o matriz. Según la carga de la fase estacionaria se distingue entre cromatografía de intercambio aniónico y de intercambio catiónico (García y col., 1996). Las matrices están constituidas por polímeros naturales (celulosa, agarosa, gel de sílice, dextrano entrecruzado) o polímeros de síntesis (como la acrilamida o resinas tipo poliestireno-divinilbenceno). Sus propiedades químicas y mecánicas gobiernan las características de flujo, accesibilidad de los iones y estabilidad del intercambiador (García y col., 1996).

51 Los intercambiadores pueden ser (García y col., 1996):

o Fuertes: sus grupos están totalmente ionizados en un amplio intervalo de pH, en el que mantienen su actividad o capacidad de intercambio. Entre ellos están TEAE (trietilaminoetilo aniónico), QAE (aminoetilo cuaternario aniónico) y SP (sulfopropilo catiónico).

o Débiles: su grado de disociación, que define su carga y por tanto su capacidad de intercambio, varía mucho con el pH, de modo que sus grupos están ionizados en un intervalo de pH más estrecho. Entre ellos están DEAE (dietilaminoetilo, aniónico) y CM (carboximetilo, catiónico).

Otro de los métodos más utilizados en el fraccionamiento de POS es la cromatografía de filtración en gel, en la cual la mezcla de compuestos a separar es arrastrada por una fase móvil que circula a través de una fase estacionaria con naturaleza de gel (García y col., 1996), el cual está formado por gránulos de un material esponjoso hidratado con poros de diámetro adecuado para la separación que se persigue. Se ha empleado para separar componentes oligoméricos según su peso molecular, siendo los geles tipo Bio-Gel (Renard y col., 1997.b; Van Laere y col., 2000; Al- Tamimi y col., 2006) y Sephadex (Yu y col., 2010), los más empleados. En este tipo de cromatografía, los solutos eluyen por orden decreciente de tamaño molecular (García y col., 1996).