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Publication
Profile analysis of Oligosaccharides in Yacon (Smallanthus sonchifolius) roots: extraction optimization and inulin hydrolysis
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 3.61 MB | Adobe PDF |
Advisor(s)
Abstract(s)
Fructo-oligosaccharides (FOS) and inulin are prebiotic fructose-based saccharides. They
are structurally similar differing mainly in their molecular length: while FOS are short-chain
linear molecules, inulin is a polysaccharide, with chains up to 60 or more fructose units. In the
industry, FOS are synthetically produced through transfructosylation reactions. However, these
reactions require difficult conditions to maintain the transfructosylation activity without
hydrolytic activity. The use of natural matrices, such as yacon (Smallanthus sonchifolius) roots,
is proposed for the extraction of FOS and inulin to overcome the disadvantages of synthetic
production. This can be achieved through the extraction and purification of endogenous FOS, and
by their production through the hydrolysis of inulin using endo-inulinase. In the present work,
three different yacon extracts were prepared and analyzed by HPLC-RI, TLC and MALDI-TOF.
The concentration of FOS obtained ranged from 57.1 mg/g to 150.9 mg/g. The DP of these FOS
were determined to be over 7 by TLC. Inulin was precipitated using anti-solvents and analyzed
by MALDI-TOF revealing inulin with maximum DP up to 20. Several purification methods were
tested on an extract containing 74.5 mg/g of saccharides using Saccharomyces cerevisiae,
activated charcoal and a combination of activated charcoal and Celite®. The best results were
observed with activated charcoal with the recovery of 31.5% of inulin and 21.3% of FOS. Endoinulinase was successfully immobilized in calcium alginate beads, with 97% immobilization
yield, and used to hydrolyze the inulin in the yacon extract. The method proved effective, with
total consumption of inulin and the consequent production of FOS, with no enzymatic leakage
detected by the Bradford method. A TLC-densitometry method for the quantification of FOS in
the hydrolysis was performed and proved to be a good, cheap and reliable method to follow the
hydrolysis process, before advancing to more expensive techniques.
Os fructo-oligosacáridos (FOS) e a inulina são sacarídeos prebióticos à base de frutose, estruturalmente muito semelhantes diferindo, essencialmente, no seu comprimento molecular: os FOS são moléculas lineares e de cadeia curta, enquanto a inulina é um polissacárido, com cadeias longas contendo 60 ou mais unidades de frutose. Na indústria, os FOS são sinteticamente produzidos por enzimas através de reações de transfructosilação. No entanto, estas reações podem tornar-se dispendiosas uma vez que requerem condições especificas para a manutenção da atividade de transfructosilação sem que ocorra atividade hidrolítica. A utilização de matrizes naturais, como por exemplo o extrato de raízes de yacon (Smallanthus sonchifolius), é proposto como meio de obtenção de FOS e inulina, de modo a superar as desvantagens associadas à produção sintética. Tal poderá ser conseguido através da extração dos FOS, da sua purificação e produção através da hidrólise da inulina por intermédio da ação da enzima endo-inulinase. Neste trabalho, três extratos diferentes foram preparados e analisados por HPLC-RI, TLC e MALDITOF. Nesses extratos, as concentrações de FOS obtidas variaram de 57,1 mg/g a 150,9 mg/g. Analisando as TLC, observou-se graus de polimerização superiores a 7, enquanto as análises por MALDI-TOF, realizada para a inulina precipitada com anti-solventes, revelaram um grau de polimerização até 20. Foram ensaiados 3 métodos de purificação de um extrato contendo 74,5 mg/g de FOS e inulina usando Saccharomyces cerevisiae, carvão ativado e uma combinação de carvão ativado e Celite®. Os melhores resultados foram observados para o carvão ativado alcançando a recuperação de 31,5% de inulina e 21,3% de FOS. A enzima endo-inulinase foi imobilizada com sucesso em esferas de alginato de cálcio, com 97% de rendimento, sendo posteriormente utilizada para hidrolisar a inulina no extrato de yacon. O método revelou-se eficaz com o consumo de inulina a ser verificado, assim como a consequente produção de FOS, sem fugas de enzima detetáveis pelo método de Bradford. Foi ainda testado um método de quantificação de FOS na hidrólise por densitometria por TLC, que provou ser um método eficaz, barato e fiável para o acompanhamento da hidrólise, antes de avançar para a análise em técnicas mais caras.
Os fructo-oligosacáridos (FOS) e a inulina são sacarídeos prebióticos à base de frutose, estruturalmente muito semelhantes diferindo, essencialmente, no seu comprimento molecular: os FOS são moléculas lineares e de cadeia curta, enquanto a inulina é um polissacárido, com cadeias longas contendo 60 ou mais unidades de frutose. Na indústria, os FOS são sinteticamente produzidos por enzimas através de reações de transfructosilação. No entanto, estas reações podem tornar-se dispendiosas uma vez que requerem condições especificas para a manutenção da atividade de transfructosilação sem que ocorra atividade hidrolítica. A utilização de matrizes naturais, como por exemplo o extrato de raízes de yacon (Smallanthus sonchifolius), é proposto como meio de obtenção de FOS e inulina, de modo a superar as desvantagens associadas à produção sintética. Tal poderá ser conseguido através da extração dos FOS, da sua purificação e produção através da hidrólise da inulina por intermédio da ação da enzima endo-inulinase. Neste trabalho, três extratos diferentes foram preparados e analisados por HPLC-RI, TLC e MALDITOF. Nesses extratos, as concentrações de FOS obtidas variaram de 57,1 mg/g a 150,9 mg/g. Analisando as TLC, observou-se graus de polimerização superiores a 7, enquanto as análises por MALDI-TOF, realizada para a inulina precipitada com anti-solventes, revelaram um grau de polimerização até 20. Foram ensaiados 3 métodos de purificação de um extrato contendo 74,5 mg/g de FOS e inulina usando Saccharomyces cerevisiae, carvão ativado e uma combinação de carvão ativado e Celite®. Os melhores resultados foram observados para o carvão ativado alcançando a recuperação de 31,5% de inulina e 21,3% de FOS. A enzima endo-inulinase foi imobilizada com sucesso em esferas de alginato de cálcio, com 97% de rendimento, sendo posteriormente utilizada para hidrolisar a inulina no extrato de yacon. O método revelou-se eficaz com o consumo de inulina a ser verificado, assim como a consequente produção de FOS, sem fugas de enzima detetáveis pelo método de Bradford. Foi ainda testado um método de quantificação de FOS na hidrólise por densitometria por TLC, que provou ser um método eficaz, barato e fiável para o acompanhamento da hidrólise, antes de avançar para a análise em técnicas mais caras.
Description
Keywords
FOS Inulin Yacon Endo-inulinase TLC-densitometry Inulina Endo-inulinase Densitometria por TLC Applied Biochemistry . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia