estudios en la producción de acetato de isoamilo
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Estudio de la produccin de acetato isoamlico
(aroma a pltano) por levaduras aisladas delas
fermentaciones espontneas deAgave duranguensis
M. C. Gerardo Rafael Hernndez Carbajal
Noviembre 2008
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Comit de Tesis
Director: Dr. Nicols Oscar Soto Cruz.Asesor: Dra. Olga Miriam Rutiaga Quiones.
Asesor externo: Dra. Araceli Prez Silva IT-TuxtepecAsesor externo: Dr. Gerardo Saucedo Castaeda UAM-I.
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Contenido
Introduccin.
Justificacin.
Objetivo general.Objetivos especficos.
Materiales y Mtodos.
Resultados Esperados.
Cronograma de actividades.
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Los aromas son productos muy importantes en la
industria.
A qu se debe esto?
Los consumidores tienen una idea precisa de lascaractersticas de un producto.
Es uno de los primeros contactos del consumidor
Introduccin.
Dijksterhuis P. et al., 2001; Bufe B. et al., 2003
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Introduccin
Sabor y olor estn estrechamente relacionados.
Compuestos que son voltiles a temperatura ambiente y
que se detectan por medio de las fosas nasales.Se utilizan aditivos que devuelven o mejoran lascaractersticas que se han perdido durante el proceso.
Dijksterhuis P. et al., 2001; Bufe B. et al., 2003
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El capital alrededor de estos representa el 25% del totalde las finanzas de los aditivos de la industriaalimentaria.
Del 2002 al 2004 creci 5.4% llegando a 18.40 billonesde dlares
Actualmente IFF tiene ventas de 1900 millones dedlares.
La gran parte de los compuestos aromticos que secomercializan se producen por mtodos qumicos.
Introduccin.
Reyes-Gonzales G. et al., 2006; Royal Society of Chemistry 2000- 2002
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Las compaas dedicadas a laproduccin de aromas se hanvisto interesadas en los mtodosbiolgicos, por la llamada
quimiofobia
Se ha considerado volver a lasplantas como origen decompuestos aromticos.
Introduccin.
Qumico 12 dlares/kg
Vanilla planifolia 4,000 dlares/kg
Rakotoarisoa S. et al.,2001; Yilmaztekin M. et al., 2008.
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Durante la fermentacin las levaduras sintetizan numerosos ycuantiosos grupos de compuestos aromticos como alcoholessuperiores, cidos grasos y sus steres.
Introduccin.
cido decanico.. Madera
Eugenol..... Clavo
Fenil-etil acetato... Florales
Acetato isoamlico.. Pltano
Plata C. et al.,2004; Rojas et al.,2003.
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Introduccin.
Autor Levadura Compuesto Aroma
Fujii, 1996 Saccharomyces cerevisiae Acetato isoamlico Pltano
Quilter, 2003 Saccharomyces cerevisiae Acetato isoamlico Pltano
Buzzini, 2003 Pichia membranaefaciens Acetato isoamlico Pltano
Yilmaztekin,2008
Williopsis saturnus Acetato isoamlico Pltano
Hernndez-Orte,2008
Brettanomyces bruxellensis Vainillina Vainilla
Mdaini, 2006 Geotrichum candidum Acetato etlico PiaMedeiros, 2001 Kluyveromyces marxianus 2-feniletanol Rosas
Rojas, 2001 Hanseniaspora guilliermondii Acetato de 2-Pentanol Flores
Hecquet, 1996 Zygosaccharomyces rouxii 2,5-dimetil-4-hidroxi-3(2H)-furanona
Fresa
Tabla 1. Ejemplo de produccin de compuestos aromticos por levaduras
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Los steres son de especial inters ya que contribuyen albouquet de los vinos con su caracterstico aroma frutal.
Un ster de especial inters industrial es el Acetato isoamlico.
Este compuesto se ha encontrado en bebidas alcohlicas comomezcal duranguense, sake, tequila y cerveza por mencionaralgunas.
Es cotizado en la industria de los alimentos por su agradable
olor a pltano.
Su produccin anual mundial es de 74,000 toneladas.
Introduccin.
Yilmaztekin M.et al.,2009; Fehr E.et al.,2008; Paez-Lerma J. et al.,2008.
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Introduccin.
Formula molecular C7H14O2
Peso molecular 130.19 g/mol
Densidad 0.876 g/cm3
Punto de Fusin -78 C
Punto de Ebullicin 142 C
Presin de Vapor 5 mmHg
Aroma Dulce, Pltano
Color Transparente
Umbral de olor 0.022 ppm
NFPA 7043
01
Tabla 2. Propiedades Fsicas del acetato isoamlico a 25C y 100 kPa.
Sigma aldrich, 2008; U.S. Department of Labor, 1996
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:NFPA_704.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:NFPA_704.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:NFPA_704.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:NFPA_704.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:NFPA_704.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:NFPA_704.svghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:NFPA_704.svg -
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Introduccin.El Acetato Isoamlico esproducido por una reaccinentre alcohol isoamlico y acetilcoenzima A
Es catalizada por la enzimaalcohol acetil transferasa(AATaseA; EC 2.3.1.84)
Los niveles de acetato
isoamlico en bebidasalcohlicas varia de 0.8 a6.6ppm
La concentracin depende de lascondiciones de fermentacin
Quilter M.G. et al., 2003; Kobayashi P. et al.,2007.
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Swiegers J. et al., 2003
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Saerens G. et al., 2007 - Saccharomyces cerevisiae
Introduccin.
Fig 3. Produccin de acetato etlico y acetato isoamlico por Saccharomycescerevisiaedespus de la fermentacin (A) concentracin de fuente de carbono variable yconcentracin de fuente de nitrgeno constante. (B) concentracin de fuente de carbonoconstante y concentracin de fuente de nitrgeno variable
% de maltosa
ppm
ppm
mg de FAN
A B
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Introduccin.
Saerens G. et al.,2007.
Fig 4. Produccin de acetato etlico y acetato isoamlicopor Saccharomyces cerevisiae despus de la fermentacin adiferentes temperaturas desde 14 hasta 26C
ppm
Temperatura C
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Introduccin.Quilter, M.G.et al.,(2003) - Saccharomyces cerevisiae
ppm
Fig 5. Efecto del pH en la produccin de acetato etlico y
acetato isoamlico.
Acetato etlico (melaza) Acetato isoamlico (melaza)Acetato etlico (mosto) Acetato isoamlico (mosto)
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Introduccin.Plata C.et al.,2004 - Saccharomyces cerevisiae.
ppm
Tiempo (h)
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Introduccin.
Algunos de los microorganismos usadospara la obtencin de acetato isoamiicoson:
Pichia membranaefaciens
Candida guilliermondii
Hansenula subpelliculosa
Kluyveromyces marxianus
Torulaspora delbrueckii
Kloeckera apiculataSaccharomyces cerevisiae
Verstrepen J. et al., 2003.
CH3COOC5H11
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Justificacin.
Durante los trabajos realizados en el Instituto Tecnolgico deDurango en la produccin de Mezcal a partir de Agaveduranguensis, se observ que haba cepas de levadurascapaces de producir aromas frutales agradables.
En este trabajo se pretende encontrar una cepa de levaduracapaz de producir acetato isoamlico, un compuesto con aromaa pltano de inters en la industria de los alimentos.
Aprovechamiento de la biodiversidad microbiana como fuentesnaturales de aromas.
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Materiales y Mtodos
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Fase 1:Seleccin de la cepa
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150cepas
Sistema dobleacoplado
Anlisis Cuantitativo
CepaSeleccionada
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Tabla 5. Diseo de Box-Behnken para la optimizacin del proceso
Teng Y. et al., 2008 W.-Q. Guoet al., 2009
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Encontrar una cepa de levadura capaz de producir acetatoisoamlico y las condiciones de cultivo para producirlo en altasconcentraciones.
Resultados esperados
C d ti id d
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ACTIVIDADESENE
FEB
2008FEB -
MARABR -
MAYJUN -
JULAGO -
SEPOCT -
DICENE
FEB
2009MAR -
ABRMAY -
JUNJUL -
AGOSEP -
OCTNOV -
DICENE -
FEB
2010MAR -
ABRMAY -
JULJUN -
AGOSEP -
SEPNOV -
DIC
Revisin de
Literatura X X X X X X X X X X X X X X X X X X
Conservacin de
cepas X X X
Seleccin de
cepas X X X
Identificacin y
cuantificacin X X X X X X X X
Produccin de
acetato
isoamlico
X X X X X
Anlisis de datosX X X X X X X X X
Estancia en el
extranjero. X X
Presentacin de
examen
predoctoral
X
Desarrollo de 2
artculos de
investigacin.
X X X X X X X X X X X
Redaccin y
defensa de tesis X X X X
Cronograma de actividades
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Introduccin.Muchos pescadores de la inmensa isla de Maraj, al norte deBrasil, pasaban hambre en los lluviosos meses de "aguasgrandes"
La poblacin riberea de Maraj dej de talar los arboles parausar su madera, al ver que vive mejor si aprovecha sus frutos.
As se fund Brasmazon.
Con un crecimiento anual del 20% y sus ventas al exterior alexterior son de 224,3 millones de dlares.
El aroma de la biodiversidad.
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Agitacin
0 rpm 100 rpm
Concentracin deCarbono fija,
concentracin denitrgeno variable(mg de peptona)
Concentracin denitrgeno fija,
concentracin defructosa variable
Concentracin deCarbono fija,
concentracin denitrgeno variable(mg de peptona)
Concentracin denitrgeno fija,
concentracin defructosa variable
150 200 250 10 % 15 % 20 % 150 200 250 10 % 15 % 20 %
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Agitacin
Concentracin de
Carbono fija,
concentracin de
nitrgeno variable
(mg de peptona)
Concentracin de
nitrgeno fija,
concentracin de
fructosa variable
150 200 250 10 % 15% 20%
0 rpm
100 rpm
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Reaccin de esterificacin: Es la reaccin qumica que seproduce entre un cido orgnico y un alcohol para dar un sterms agua.
R1-C-O=O
-H H-O
steragua
-CH2-R2
R1-COOH + HOCH2-R2 R1-COO-CH2-R2+ H2Ocido orgnico alcohol ster agua
cido orgnicoalcohol
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El anlisis se llevara a cabo en un cromatgrafo de gases Agilent TechnologiesNetwork System Mod. 6890N
Columna INNOWAX marca J&W Scientifics 30 m de longitud, 0.25 mm dedimetro interno, 0.5 m de espesor de fase estacionaria de polietilenglicol yfase mvil Helio 99.9 a un flujo de 1 mL/min.
Temperatura inicial del horno de 40C por 8 min, con una primer rampa de5C/min hasta 200C durante 26 min., segunda rampa de 5C/min hasta220C durante 10 min con un tiempo total de 80 min.
La deteccin del compuesto se llevar a cabo en un equipo CLARUS 500 marcaPerkin Elmer con una energa de impacto de electrones de 70eV haciendoescaneo para m/Z 10 a 400 E+ y de 40 a 400E+.
La interpretacin e Identificacin de los espectros se llevar a cabo porcomparacin con la base de datos Wiley NBS de espectros de masas.
Anlisis Cualitativo.
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Seleccin de Cepas
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Experimento
X1 X2 X5
X1 Cdigo X2 Cdigo X3 Cdigo
1 2 -1
2 3 0
3 4 +1
4
5
67
8
9
1011
12
13
14