Produccion De Carotenoides 6o6045

Carotenoides Los carotenoides son compuestos poliénicos formados por 8 ó 10 unidades de isopreno (C5) con lo que se obtienen compuestos de 40 o 50 carbonos respectivamente. Una serie de dobles enlaces conjugados constituye el grupo cromóforo, cuyo máximo de absorción varía entre 400 y 500 nm y proporciona los característicos colores entre el amarillo y el rojo. Los carotenoides con la cadena hidrocarbonada no sustituida se denominan "carotenos". El término xantofilas cubre un amplio grupo de derivados oxigenados que incluye alcoholes (luteina y zeaxantina), epóxidos (violaxantina), éteres ( esferoideno ), cetonas ( equinenona, cantaxantina, astaxantina, esferoidenona) y ácidos (torularodina). La forma natural en la que se presentan la mayor parte de los carotenoides es la forma trans aunque los isómeros cis también aparecen en una pequeña proporción, formándose fácilmente como artefactos de los isómeros trans. Distribución de los carotenoides en la naturaleza. Los carotenoides se encuentran ampliamente ditribuidos en bacterias, hongos, algas, animales tales como los pájaros, peces e invertebrados, así como en plantas superiores. En estas últimas, los carotenoides determinan la coloración de órganos vegetales subterráneos (Beta caroteno en la raíz de zanahoria), frutos (licopeno en el tomate), flores (astaxantína en Adonis aestivalis, criptoxantina en la caléndula), semillas (zeaxantina en e1 maíz), etc. Pero además se encuentran en todas las hojas verdes, aunque están ocultos por la clorofila; en otoño, al desaparecer la clorofila, contribuyen a dar al follaje una tonalidad característica que va desde el amarillo al rojo. En animales, y aunque los carotenoides están presentes en algunos pájaros y peces, se suelen asociar con los invertebrados marinos (moluscos y crustáceos). En los pájaros, los carotenoides son los responsables .del color amarillo y rojo de las plumas (astaxantina en flamencos e ibis escarlata), así como del color de la piel y carne en gallinas, y especialmente de la yema de huevo. En los peces adquieren gran importancia en la carne de trucha y salmón ( astaxantina y cantaxantina). En invertebrados marinos (camarón, cangrejo, langosta, etc.) la astaxantina y otros carotenoides relacionados pueden estar presentes en concentraciones altas, a menudo como complejos carotenoproteínicos de color verde, púrpura o azul, mientras el animal está vivo; al ser cocinados estos complejos se desnaturalizan dando lugar al color rojo del carotenoide. En el mundo microbiano, los carotenoides están presente en algas, hongos y bacterias. Entre los hongos destacan la cantaxantina en Cantharellus cinnabarinus y el licopeno en Blakeslea trispora. En las algas verdes cabe mencionar la luteína en Spongiococcum excentricum y Chlorella pyrenoidosa y la astaxantina en Haematococcus pluvialis. Por otra parte, en bacterias no fotosintéticas destacan el licopeno en Streptomyces chrestomyceticus, subesp. rubescens, la zeaxantina en Flavobacterium sp., la cantaxantina en Brevibacteríum KY 4313 y la astaxantina en Brevíbacteríum.

Entre las bacterias fotosintéticas se ha descrito la presencia de astaxantina en Rhodococcus maris, mientras que entre las cianobacterias se ha encontrado cantaxantina en Anabaena variabilis. Finalmente, destaca la presencia de astaxantina en la levadura Phaffia rhodozyma, como primer ejemplo de estudio de un pigmento que ha conducido a la explotación industrial. Propiedades de los carotenoides. Los principales problemas asociados al trabajo con carotenoides derivan de la inestabilidad inherente de estos pigmentos en presencia de agentes físicos (luz, oxígeno, calor) y químicos (ácidos, y en algunos casos álcalis). La exposición a la luz, y especialmente a la luz solar, y luz ultravioleta induce una fotoisomerización cis-trans llevando a la destrucción de los carotenoides. La temperatura tiene también importancia en la manipulación de estos pigmentos, ya que son termolábiles, por ello es necesaria la elección de aquellos solventes que presenten menor punto de ebullición; así, la fracciones ligeras del petróleo, con un punto de ebullición de 30-60 oc son preferibles a las fracciones pesadas. Los carotenoides pueden ser oxidados por oxígeno o por peróxidos. Los carotenoides cristalizan en multitud de y el color puede variar desde el naranja-rojo al violeta o casi negro dependiendo de la forma. Su punto de fusión es alto, entre 130 y 220 oc. Incluso los cristales son sensibles a la oxidación cuando están expuestos al aire y deben ser mantenidos en atmósfera inerte o a vacío . En general los carotenoides se caracterizan por su insolubilidad en agua y su alta solubilidad en disolventes orgánicos e incluso en aceites vegetales. Propiedades biológicas. La presencia del grupo cromóforo en la estructura de los carotenoides tiene una función biológica en microorganismos como agente fotoprotector y antioxidante. En algas y bacterias fotosintéticas, los carotenoides participan en la captura de compuestos luminosos en el proceso fotosintético y ejercen además un efecto fotoprotector. Como antioxidantes, los carotenoides protegen los tejidos vulnerables contra los efectos de los singletes de oxígeno y los radicales libres. Se han descrito efectos fotoprotectores similares en las bacterias no fotosintéticas. Los carotenoides actúan en las plantas superiores como transportadores de oxígeno en la célula vegetal y, además, pueden absorber y transmitir a la clorofila la energía procedente de determinadas radiaciones luminosas. En animales, además de una función antioxidante, también parecen ejercer influencia sobre la reproducción. Generalidades de la Axtansantina La astaxantina (3,3´-dihidroxi-ß,ß-caroteno-4,4´-diona) es un oxicarotenoide y pertenece al grupo de las xantofilas. Al igual que otros carotenoides, este pigmento está formado por ocho unidades de isopreno que por condensación dan estructuras carbonadas de cuarenta átomos, llamados tetraterpenos. La fórmula molecular de este carotenoide es C40H52O4 y posee un peso molecular aproximado de 596.86. Este pigmento fué identificado químicamente por Kühn y Sorenson (1983) y presenta forma de cristales de color violeta

oscuro, su punto de fusión es de aproximadamente 224oC. Es insoluble en soluciones acuosas, pero soluble en diclorometano (30 g/L), en cloroformo (10 g/L), acetona (0.2 g/L), dimetilsulfóxido (0.5 g/L) y otros solventes polares. Es sensible a la luz, a la temperatura, a los ácidos, al oxígeno y a la presencia de álcalis. En condiciones de saponificación sufre una conversión a astaceno. La astaxantina es un pigmento carotenoide presente en animales marinos tales como los salmones y los crustáceos, ya que estos animales no pueden sintetizar astaxantina por sí solos la toman en sus alimentos naturales la cual es adicionada a la alimentación de los salmones, trucha y camarones cultivados para intensificar su color. La astaxantina posee una actividad antioxidante más alta que el ß-caroteno. La función principal de este colorante es realizar una fotoprotección pasiva (como filtro), reduciendo la cantidad de luz disponible al complejo colector de luz del fotosistema II, minimizando el riesgo de fotoinhibición en cloroplastos. Levadura Paffia Rhodozyma productora de Astaxantina La levadura P. rhodozyma, que produce astaxantina, fue aislada al inicio de la década de los 70 a partir de los exudados de árboles de las regiones montañosas de Japón ( 9 cepas) y Alaska (una cepa) y se designó originalmente como Rhodozyma montanae. Más tarde se le dio el género de Phaffia en honor de Herman Jean Phaff quién la describió primero. Phaff en 1988 reconoció varias características inusuales en la levadura y estableció que las propiedades más remarcadas de este microorganismo es que las colonias son rojas o naranjas debido a la presencia de los pigmentos carotenoides. El color se debe a que sintetiza la astaxantina como su carotenoide principal. Fermenta glucosa y otros azúcares y puede ser aerobia o anaerobia. P. rhodozyma es el estado asexual del microorganismo Xanthophyllomyces Dendrorhous. P. rhodozyma está clasificada como un basidiomiceto (esporas formadas en el extremo de una hifa) por poseer ciertas propiedades metabólicas tales como la capacidad de utilizar urea, la cual es menos común en las levaduras ascomicetas y al modo de formación de la estructura de su pared celular así como de sus brotes. Phaffia está relacionada filogenéticamente con otras levaduras imperfectas formadoras de carotenoides, incluyendo a Rhodotorula, Cryptococcus y otras levaduras heterobasidiomicetas. Se puede distinguir a Phaffia del género Rhodotorula por su producción de compuestos amiloides asociados a las paredes superficiales, la presencia de un sistema de coenzima Q-10 , por su capacidad para asimilar compuestos de carbono, incluyendo a la D-glucosa, la maltosa, la sacarosa, la celobiosa, la trealosa, la rafinosa, el almidón soluble (latente o negativo), el etanol (latente o negativo), la alfa-metilglucosida (latente o negativo), el D-manitol, la salicina (débil), el 2-cetogluconato, el DL-lactato (latente), el succinato y el glicerol (débil). La levadura no crece en lactosa, galactosa, glucosamida, D-ribosa o D-arabinosa y no utiliza nitrato. Crece de 0 a 27 °C. Las cepas silvestres de P. rhodozyma aisladas a la fecha, contienen hasta 500 μg/g lev ( 0.05%) o menos en peso seco de carotenoides totales, de los cuales del 40 al 95% es astaxantina. Por lo que para hacer económicamente factible la producción comercial fue necesario obtener mutantes con un contenido mayor de astaxantina. Por ello, se ha dedicado

un considerable esfuerzo de investigación a la obtención de cepas hiperproductoras. El contenido de astaxantina varía considerablemente dependiendo de la cepa y del método de cultivo. En la producción de astaxantina por fermentación con P. rhodozyma los parámetros más importantes son la temperatura, el pH, el nivel de oxígeno y la composición del medio de cultivo. Atraves de diferentes estudios se ha observado que a un a pH de 4.5, la velocidad de crecimiento de P. rhodozyma aumenta, al igual que la producción de biomasa, siendo la astaxantina el principal pigmento sintetizado. La temperatura óptima para la producción de astaxantina por P. rhodozyma, independientemente del medio de cultivo, es de 20-22°C. Produccion de Astaxantina por Levadura Paffia Rhodozyma En los experimentos para la producción de carotenoides con P. rhodozyma se utilizaron dos cepas, una silvestre denominada (BMH-103) y una mutante denominada R1, los experimentos se llevaron a cabo en matraces Erlenmeyer con mamparas de 250 mL de capacidad total con 50 mL de medio de cultivo y 10% de inóculo v/v en fase exponencial. Los cultivos se incubaron en agitación a 150 r.p.m, temperatura constante (22oC) y pH=4.5 durante 120 h. Se estudió el efecto de tres medios de cultivo YM (10 gL-1 de glucosa ), YPG(20 gL-1 de glucosa ) y agua de coco(16 gL-1 de carbohidratos totales), en la producción de astaxantina. Los resultados obtenidos mostraron que P. rhodozyma alcanzó un mayor crecimiento y una mayor producción de astaxantina en el medio de agua de coco ya que se obtuvo 1.9 veces más concentración de astaxantina, 850 μg /g lev con respecto al medio YM (450 μg/glev) y 2.7 veces más que en el YPG (310 μg/glev). Los resultados reflejaron indudablemente que el agua de coco residual es un excelente medio de cultivo para la producción de astaxantina a partir de P. rhodozyma ya que se alcanzó mayor síntesis de astaxantina que en otros estudios. Durante la producción de astaxantina a partir de P. rhodozyma en los distintos medios de cultivo se observó que en el agua de coco se alcanzó una mayor producción de pigmentos, obteniendo una mayor síntesis de astaxantina (850 μg/glev) con un rendimiento (Yp/x) de 0.346. Lo que significa aproximadamente el doble de concentración que el obtenido en el medio YM donde se obtuvo únicamente 450 μg/g lev. con un rendimiento de 0.21 y en YPG se obtuvo 310 μg/g lev con un rendimiento de 0.146. Los resultados indican que la síntesis de astaxantina está parcialmente asociada al crecimiento y que se continúa produciendo después de que el crecimiento ha cesado. Esto es debido probablemente a que P. rhodozyma excreta algunos intermediarios extracelulares de carbono durante el crecimiento, los cuales son aprovechados más tarde, estimulando la carotenogénesis La concentración de 20 gL-1 de azúcares presente en el medio YPG, presentó un efecto negativo tanto en la producción de astaxantina como en el crecimiento, mientras que con una cantidad menor (10 gL-1) de glucosa como en el medio YM aumentó el crecimiento y la síntesis de astaxantina. Por otro lado, en el agua de coco se obtuvo mayor crecimiento y mayor síntesis de astaxantina, a pesar de tener una mayor cantidad de azúcares que el medio YM. De acuerdo a estos resultados se podría decir que la fuente de carbono (azúcares) presente en el agua de coco (16 gL-1) no es de fácil asimilación sometiendo a las

células a estrés induciendo una mayor producción de astaxantina en P. rhodozyma por tratarse de un metabolito secundario. De acuerdo a los resultados, el agua de coco resultó ser un excelente medio de cultivo para la producción de pigmentos carotenoides y particularmente de astaxantina con P. rhodozyma, ya que permitió obtener concentraciones superiores a las reportadas por otros autores que han utilizado fuentes de carbono alternas para disminuir los costos de producción, por ejemplo; melaza de caña de azúcar, jugo de caña de azúcar , subproductos de maíz macerado, jugo de alfalfa, jugo de uva y turba hidrolizada. Para determinar la produccion de astaxantina con la cepa mutante R1 de P. rhodozyma se llevaron a cabo los mismos experimentos bajo las mismas condiciones de incubación que con la cepa silvestre P. rhodozyma (BMH-103). Se puedo observar que el crecimiento y la producción de astaxantina tanto con la cepa silvestre (BMH-103) como con la mutante R1 de P. rhodozyma siguieron un mismo comportamiento durante las primeras 72 h. El incremento en el peso seco se pudo deber primero al número de células presentes y a la acumulación del pigmento presente en cada célula. Después de 72 h la mutante R1 de P. rhodozyma aumentó su producción de astaxantina hasta 1.8 mg/g lev a las 120 h, lo que es significativamente mayor que la alcanzada en el medio YM por la mutante R1, ya que representa aproximadamente un 200% de aumento en la síntesis de astaxantina en ese mismo tiempo La concentración de astaxantina en P. rhodozyma se incrementa en los estadíos tempranos del crecimiento hasta llegar a la fase exponencial, después de esta etapa aún se sigue incrementando después de la fase estacionaria por tratarse de un metabolito secundario. La producción de astaxantina fue significativamente superior, (200% más) cuando se trabajó con la cepa mutante R1 en los diferentes medios, y aún mayor cuando se trabajó con la combinación agua de coco y la cepa mutante R1 ya que se alcanzó casi un 400% más astaxantina con respecto al medio YM y la cepa silvestre BMH-103. Los resultados obtenidos confirmaron que el agua de coco es un buen medio para la producción de astaxantina, además de que abarata los costos de producción. En base a los resultados obtenidos se puede inferir que la síntesis de astaxantina en las cepas silvestre (BMH-103) y mutante R1 estuvo parcialmente asociada al crecimiento, lo que coincide con otros estudios realizados donde se reporta que la astaxantina continúa sintetizándose aún después de que el crecimiento ha cesado y la glucosa prácticamente ha sido consumida. La producción de astaxantina a partir de P. rhodozyma depende del tipo de cepa (silvestre o mutante) y de la composición del medio de cultivo así como de las condiciones de cultivo establecidas y de las concentraciones utilizadas de fuente de carbono y nitrógeno.