Conversión enzimática de hemicelulosas en xilooligosacáridos con potencial prebiótico

Abstract

La obtención de xilooligosacáridos (XOS) por hidrólisis enzimática a partir de residuos agroindustriales ricos en carbohidratos es una estrategia prometedora para agregar valor y fortalecer economías circulares. En estudios previos hemos demostrado, mediante ensayos fisiológicos y proteómicos, el efecto prebiótico de estos hidrolizados enzimáticos sobre microorganismos probióticos como Lactiplantibacillus plantarum ATCC 14917 y Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12®. Esta investigación busca optimizar la producción enzimática de XOS a partir de fracciones de hemicelulosa extraídas de cáscara de arroz (HF-RH), empleando dos xilanasas recombinantes de Cohnella sp. AR92: una glicósido-hidrolasa de la familia 10 (GH10) y otra de la familia 11 (GH11). Se evaluó la producción de XOS en mezclas de reacción enzimática conteniendo 1 % (p/v) de sustrato (HF-RH), durante 8 h, bajo cinco condiciones: (1) sólo GH10 (4 UI/mL); (2) sólo GH11 (4 UI/mL); (3) GH10 y GH11 (2 UI/mL de cada una) agregadas simultáneamente; (4) GH10 (2 UI/mL) agregada al inicio de la reacción y GH11 (2 UI/mL) adicionada a las 4 h; y (5) GH11 (2 UI/mL) agregada al inicio de la reacción y GH10 (2 UI/mL) adicionada a las 4 h. Posteriormente, mediante un diseño factorial completo de dos niveles con 2 puntos centrales, realizado con el software Minitab® 17.1.0, se optimizó el tiempo de reacción, la concentración de sustrato y la proporción enzimática. Los XOS obtenidos fueron analizados mediante cromatografía de capa fina (TLC) y cuantificados por cromatografía líquida de alta performance (HPLC). Los resultados indicaron que la combinación de ambas enzimas incrementó significativamente la producción de XOS y la conversión del sustrato en comparación con el uso individual de cada enzima, evidenciando un efecto sinérgico. Además, el perfil de XOS varió según la enzima utilizada: GH10 produjo mayoritariamente xilobiosa (44 %), seguida de xilotriosa (23 %), mientras que GH11 generó una distribución más homogénea de XOS, destacando xilotriosa (30 %), xilobiosa (20 %) y xilotetraosa (18 %). Las combinaciones enzimáticas resultaron en perfiles similares, con xilobiosa (30-33 %), xilotriosa (21-23 %) y xilotetraosa (17-18 %) como principales productos. No se observaron diferencias significativas entre las tres estrategias combinadas, aunque la modalidad simultánea mostró el mejor rendimiento, por lo que se seleccionó para estudios posteriores. El diseño factorial determinó que las condiciones óptimas para maximizar la producción de XOS fueron 5 h de reacción, 1,1 %(p/v) de sustrato y 2 UI/mL de cada enzima, obteniendo 8,51 ± 0,69 mM de XOS totales con una conversión del 32,42 ± 1,77 %. En esta condición, menos del 10 % de los XOS correspondieron a xilosa, lo que respalda la aplicación de estos hidrolizados enzimáticos de cáscara de arroz como fuente de oligosacáridos prebióticos, contribuyendo al aprovechamiento sustentable de residuos agroindustriales.