Obtención y caracterización de quitosanos modificados: ingredientes funcionales con aplicaciones tecnológicas y biológicas en la industria alimentaria

Abstract

El quitosano es un biopolímero natural que presenta importantes propiedades funcionales tanto desde el punto de vista tecnológico como biológico. El hecho de que la fuente de obtención más abundante sea un subproducto procedente de industrias pesqueras, y que se le hayan atribuido propiedades emulgentes, gelificantes, antioxidantes y antimicrobianas, entre otras, ha potenciado sus aplicaciones en los últimos años tanto en la industria alimentaria como en la biotecnológica. Por tanto, se han planteado como objetivos de este proyecto de tesis doctoral, la obtención y caracterización de quitosanos modificados para la elaboración de ingredientes funcionales con aplicación en la industria alimentaria y el estudio de las propiedades tecnológicas y biológicas de estos ingredientes. Para ello, por un lado se han obtenido distintas fracciones de oligosacáridos de quitosano mediante despolimerización enzimática, y por otro, se ha llevado a cabo la reacción de Maillard en diferentes quitosanos con y sin la proteína β-lactoglobulina procedente del suero lácteo. Una vez purificados y caracterizados estructuralmente y químico-físicamente, en los productos formados, se determinaron in vitro algunas propiedades funcionales, tecnológicas y biológicas. En los quito-oligosacáridos (COS) se analizaron la actividad antioxidante, la actividad antimicrobiana frente a bacterias patógenas y su posible fermentación in vitro testada en microbiota humana, determinando la influencia de las características químico-físicas de los oligosacáridos en estas propiedades funcionales. En los productos de Maillard (MRPs) se determinaron las propiedades tecnológicas: actividad antioxidante, las propiedades emulgentes y las propiedades gelificantes. Se ha llevado a cabo la despolimerización de quitosanos de diferente grado de acetilación (DA) con lisozima y quitosanasa, obteniéndose fracciones de distinto peso molecular promedio (Mw) mediante ultrafiltración. Los COS obtenidos con lisozima presentaron un mayor número de residuos acetilados que los obtenidas con quitosanasa, siendo más efectiva la quitosanasa en aquellos quitosanos que presentaban un bajo DA y la lisozima en aquellos que presentaban un DA mayor. Las propiedades funcionales medidas se determinaron en aquellos COS procedentes de la despolimerización con quitosanasa. El estudio de la actividad antioxidante demostró que los COS obtenidos... [ABSTRACT]Chitosan is a natural biopolymer with important functional properties in technological and biological applications. Its obtention source is a subproduct coming from the crustacean wastes of the fishing industry. Besides chitosan has been relationated with emulsifying, gelling, antioxidant and antimicrobial properties. These facts contribute to the potencial applications of this polymer in food industry and biotecnology. Because of this the main objective of this Thesis has been the obtencion and characterization of modified chitosan for the elaboration of functional ingredients with food industry application and the tecnological and biological properties study of these ingedients. The enzymatic depolymerization of chitosan and the Maillard reaction of chitosan with and without β-lactoglobulin have been proved as modifications of chitosan. After purification and structural and chemical-physical characterizacion of the chitooligosaccharides (COS) and of the Maillard reaction products (MRPs), some functional properties were determined. The antioxidant activity, the antimicrobial activity and the in vitro fermentacion of COS by mixed cultures of human faecal bacteria were analysed for the COS, studying the effect of the chemical-physical characteristics. In MRPs the analysed properties were antioxidant activity, emulsifying and gelling properties. The depolymerization of chitosan with lisozyme and chitosanase allowed to separate and purificate different fractions of COS with different average molecular weight (Mw) by ultrafiltration. The COS fractions had a higher number of acetylated residues in the composition, in the fractions obtained with lisozyme. The chitosanase depolymerization was more effective in chitosan with low acetylation degree (DA) and the lisozyme was more effective in depolymerization in the case of chitosan with higher DA. The low molecular weight COS independent of DA presentated the higher antioxidant activity. The antimicrobial activity was higher in the COS with low DA against Salmonella typhimurium and Clostridium difficile. The influence of Mw only had an effect on the activity against Salmonella typhimurium being COS with low Mw which presentated the higher activity. The study of utilization of COS as substrates by mixed cultures of human faecal bacteria showed that it was low Mw COS with a higher DA which could present positive physiological effects in the gut flora...