Departamento de Ingeniería QuímicaFACULTAD DE CIENCIAS DE OURENSE
UNIVERSIDADDE VIGO
ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA DE EXTRACTOS NATURALES OBTENIDOS
POR PROCESOS DE HIDRÓLISIS Y EXTRACCIÓN DE RESIDUOS
LIGNOCELULÓSICOSDr. José Manuel Cruz Freire
20 de Julio de 2004
- Renovables- Abundantes y accesibles- Bajo precio
CaracterísticasCaracterísticas
¿Qué son los materiales lignocelulósicos?- Sustancias de origen vegetal, similares en composición
- Agua ( 8 - 10 % )- Cenizas ( 0.1 - 2 % )- Componentes no estructurales de la pared celular(extractos) ( 5 - 8 % )- Componentes estructurales de la pared celular
ComposiciónComposición
Celulosa ( 23-46 % )Hemicelulosas ( 17-35 % )Lignina ( 13-23 % )
Materiales empleadosMateriales empleados
ProcedenciaProcedencia
- Forestal
- Agrícola
- Industrial
- Urbano
Eucalyptus globulus
Zuros de maíz
Cáscaras de almendra
Fase líquida(disol. xilosa)
CaSO4Fase sólida
CO2
CaCO3
NEUTRALIZACIÓN
Fasesólida
Residuolignocelulósico
H2SO4
HIDRÓLISIS
CONCENTRACIÓNESTERILIZACIÓN
Nutrientes
Microorganismos Medio de cultivo
FERMENTACIÓN
Fase líquida(disol. xilosa)
Fase orgánicaDisolvente
EXTRACCIÓN
CELULOSA
LIGNINAAdhesivos, Aglomerantes
Vainillina, Fenoles (Antioxidantes o Colorantes)
COMPUESTOS FENÓLICOS
•Antioxidante
•Antibacteriana• Antialergénica• Antiinflamatoria• Anticarcinogénica• Antiúlcera• Antiviral
Sustancias que poseen uno o varios anillos aromáticos con uno o más sustituyenteshidroxilo, incluyendo sus derivados funcionales, ésteres, multiésteres, glicósidos, etc.
ACTIVIDADES BIOLÓGICAS
COMPUESTOS FENÓLICOS
Sustancias que poseen uno o varios anillos aromáticos con uno o más sustituyenteshidroxilo, incluyendo sus derivados funcionales, ésteres, multiésteres, glicósidos, etc.
FUENTES NATURALES
CEREALES Trigo, avena, cebada, maíz
FRUTAS Bayas, cerezas,cítricos, kiwi,aceitunas
SEMILLAS Sésamo, lino, girasol
RESIDUOS AGRÍCOLAS E INDUSTRIALES
Piel de patata, orujo de oliva, alpechines, pepita de uva, bagazo de vino, piel de cítricos,salvado de cebada, eucalipto, zuros de maíz, cáscaras de almendra
Fase orgánicaDisolvente
EXTRACCIÓN
Fase líquida(disol. xilosa)
NEUTRALIZACIÓN CaSO4Fase sólida
CO2
Fasesólida
CONCENTRACIÓNESTERILIZACIÓN
Nutrientes
Microorganismos Medio de cultivo
FERMENTACIÓN
Fase líquida(disol. xilosa)
CELULOSA
LIGNINAAdhesivos, Aglomerantes
Vainillina, Fenoles (Antioxidantes o Colorantes) CaCO3
Residuolignocelulósico
H2SO4
HIDRÓLISIS
Fase orgánicaDisolvente
EXTRACCIÓN
Fase líquida(disol. xilosa)
NEUTRALIZACIÓN
Residuolignocelulósico
H2SO4
HIDRÓLISIS ¿[H2SO4] , tiempo, T ?
Optimización en función de:
•Rendimientos de extracción
•Actividad antioxidante
Madera de eucaliptoZuros de maíz
Cáscaras de almendra
SELECCIÓN DE LA CONDICIONES DE HIDRÓLISIS DEL EUCALIPTO
A) RENDIMIENTO DE EXTRACCIÓN DE SOLUBLES EN ACETATO DE ETILO
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 2 4 6 8 10
TIEMPO (horas)
REN
DIM
IEN
TO
(g e
xtra
cto
/ 100
g m
ader
a)
100ºC
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 1 2 3 4 5 6
TIEMPO (horas)
RE
ND
IMIE
NT
O
(g e
xtra
cto
/ 100
g m
ader
a)
115ºC
00,20,40,60,8
11,21,41,6
0 2 4 6 8 10
TIEMPO (horas)
RE
ND
IMIE
NT
O
(g e
xtra
cto
/ 100
g m
ader
a)
130ºC
00,5
11,5
22,5
33,5
44,5
0 10 20 30 40 50 60 70TIEMPO (horas)
RE
ND
IMIE
NT
O
(g e
xtra
cto
/ 100
g m
ader
a)
130ºC
2,5% 5% 0%
4,00
SELECCIÓN DE LA CONDICIONES DE HIDRÓLISIS DEL EUCALIPTO
B) ACTIVIDAD ANTIOXIDANTE A 100 ºC, 115ºC, 130ºC Y AUTOHIDRÓLISIS
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 2 4 6 8 10TIEMPO (horas)
PI (
%)
100ºC
05
101520253035404550
0 1 2 3 4 5 6TIEMPO (horas)
PI (%
)
115ºC
02468
101214161820
0 2 4 6 8 10TIEMPO (horas)
PI (
%)
130ºC
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70TIEMPO (horas)
PI (
%)
130ºC
50,41
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70TIEMPO (horas)
PI (
%)
130ºC
50,41
2,50% 5% 0%
SELECCIÓN DE LA CONDICIONES DE AUTOHIDRÓLISIS HIDRÓLISIS DE LOS ZUROS DE MAÍZ
ZUROS DE MAÍZZUROS DE MAÍZAUTOHIDRÓLISISAGUA
SELECCIÓN DE LA CONDICIONES DE AUTOHIDRÓLISIS HIDRÓLISIS DE LOS ZUROS DE MAÍZ
ZUROS DE MAÍZZUROS DE MAÍZAUTOHIDRÓLISISAGUA
MÓDULO DE CONTROL
SISTEMA DE AGITACIÓN
VASIJA DEL REACTOR
MANÓMETRO
0
50
100
150
200
250
300
0 10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (min)
Tem
pera
tura
(º C
)
SELECCIÓN DE LA CONDICIONES DE AUTOHIDRÓLISIS HIDRÓLISIS DE LOS ZUROS DE MAÍZ
0
2
4
6
8
10
185 205 225 245 265 285 305
Temperatura (ºC)
Ren
dim
ient
o (g
ext
ract
o/10
0g)
0
20
40
60
80
185 205 225 245 265 285 305
Temperatura (ºC)
PI (%
)
PI (8,33 mL de hidrolizado) 100 mL de metanolPI (0,25 g/L de extracto)
0
0,4
0,8
1,2
1,6
2
185 205 225 245 265 285 305
Temperatura (ºC)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
ácido clorogénico ácido gálico
Ren
dim
ien t
o e n
feno
les
tota
les
(g á
cid o
gál
ico /
100
g)
Re n
dim
ien t
o e n
feno
les
tota
les
(g á
cid o
clo
rog é
nic o
/10 0
g)
CONDICIONES DE HIDRÓLISIS SELECCIONADASCONDICIONES DE HIDRÓLISIS SELECCIONADAS
EucaliptoEucalipto Zuros de maízZuros de maíz Cáscaras de almendraCáscaras de almendra
Condiciones de hidrólisis:Condiciones de hidrólisis:TemperaturaTemperatura% H2SO4% H2SO4Tiempo, hTiempo, h
130130ºCºC5%5%0.750.75
265265ºCºCAutohidrólisisAutohidrólisis
--
120120ºCºC5%5%66
CONDICIONES DE HIDRÓLISIS SELECCIONADASCONDICIONES DE HIDRÓLISIS SELECCIONADAS
EucaliptoEucalipto Zuros de maízZuros de maíz Cáscaras de almendraCáscaras de almendra
Condiciones de hidrólisis:Condiciones de hidrólisis:TemperaturaTemperatura% H2SO4% H2SO4Tiempo, hTiempo, h
130130ºCºC5%5%0.750.75
265265ºCºCAutohidrólisisAutohidrólisis
--
120120ºCºC5%5%66
FenólicosFenólicos totales (% en totales (% en peso de equivalentes de peso de equivalentes de ácido gálico)ácido gálico)
FolinFolin--DenisDenisFolinFolin CiocalteauCiocalteau
10.0110.0127.0327.03
14.2214.2239.239.2
6.226.2244.6044.60
CONDICIONES DE HIDRÓLISIS SELECCIONADASCONDICIONES DE HIDRÓLISIS SELECCIONADAS
EucaliptoEucalipto Zuros de maízZuros de maíz Cáscaras de almendraCáscaras de almendra
Condiciones de hidrólisis:Condiciones de hidrólisis:TemperaturaTemperatura% H2SO4% H2SO4Tiempo, hTiempo, h
130130ºCºC5%5%0.750.75
265265ºCºCAutohidrólisisAutohidrólisis
--
120120ºCºC5%5%66
FenólicosFenólicos totales (% en totales (% en peso de equivalentes de peso de equivalentes de ácido gálico)ácido gálico)
FolinFolin--DenisDenisFolinFolin CiocalteauCiocalteau
10.0110.0127.0327.03
14.2214.2239.239.2
6.226.2244.6044.60
EC50 (g de extracto/L)EC50 (g de extracto/L) 0.390.39 0.470.47 0.500.50
CONDICIONES DE HIDRÓLISIS SELECCIONADASCONDICIONES DE HIDRÓLISIS SELECCIONADAS
EucaliptoEucalipto Zuros de maízZuros de maíz Cáscaras de almendraCáscaras de almendra
Condiciones de hidrólisis:Condiciones de hidrólisis:TemperaturaTemperatura% H2SO4% H2SO4Tiempo, hTiempo, h
130130ºCºC5%5%0.750.75
265265ºCºCAutohidrólisisAutohidrólisis
--
120120ºCºC5%5%66
FenólicosFenólicos totales (% en totales (% en peso de equivalentes de peso de equivalentes de ácido gálico)ácido gálico)
FolinFolin--DenisDenisFolinFolin CiocalteauCiocalteau
10.0110.0127.0327.03
14.2214.2239.239.2
6.226.2244.6044.60
EC50 (g de extracto/L)EC50 (g de extracto/L) 0.390.39 0.470.47 0.500.50
BHTBHT BHABHA
EC50 (g de extracto/L)EC50 (g de extracto/L) 2.792.79 0.240.24
AGENTES ANTIMICROBIANOS
QUÍMICOS NATURALES
ÁCIDO ACÉTICO
ÁCIDO CÍTRICO
ÁCIDO ASCÓRBICO
CLORURO SÓDICO
NITRATOS Y NITRITOS
Backhousia citriodora
Achillea atrata subs. multifida
Allium sativum
Origanum scabrum
Thymus spinulosus
AGENTES ANTIMICROBIANOS
QUÍMICOS NATURALES
ÁCIDO ACÉTICO
ÁCIDO CÍTRICO
ÁCIDO ASCÓRBICO
CLORURO SÓDICO
NITRATOS Y NITRITOS
Backhousia citriodora
Achillea atrata subs. multifida
Allium sativum
Origanum scabrum
Thymus spinulosus
SEGURIDAD ALIMENTARIA
CONTAMINACIÓN MICROBIOLÓGICA
- BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS
MICROORGANISMOS:
- BACTERIAS GRAM-POSITIVAS
- LEVADURAS
- HONGOS
Medida de la Absorbancia a λ=610 nm
Incubación de tubos a 37ºC ±1ºC durante 24 h para bacterias y 26ºC ± 1ºC durante 3 -4 d ías para hongos y levaduras.
1mL de inóculo en cada tubo de 5mL de cada extracto
control
Medida de la Absorbancia a λ=610 nm
Incubación de tubos a 37ºC ±1ºC durante 24 h para bacterias y 26ºC ± 1ºC durante 3 -4 d ías para hongos y levaduras.
1mL de inóculo en cada tubo de 5mL de cada extracto
control
control + + + - - - - -
+ + + - -
CMI
CMB
control + + + - - - - -
+ + + - -
CMI
CMB
Incubación de las placas de TSA a 37ºC±1ºC y lectura a las 24 h para bacterias e incubación de placas de YPD a 26ºC±1ºC durante 3-4 días para hongos y levaduras y lectura de existencia o no de crecimiento.
CMI (mg/L)
MicroorganismosMicroorganismos ÁC. CÍTRICOÁC. CÍTRICO ÁC. ASCÓRBICOÁC. ASCÓRBICO
11··101044 11··101044
11··101044
11··101044
11··101044
11··101044
11··101044
11··101044
11··101044
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
11··101044
11··101044
11··101044
11··101044
11··101044
5·105·1033
11··101044
11··101044
11··101044
11··101044
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
11··101044
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
5·105·1033
1·101·1033
EUCALIPTOEUCALIPTO MAÍZMAÍZ ALMENDRAALMENDRA
A. A. flavusflavus 11··101044 11··101044 11··101044
A. A. nígerníger 11··101044 11··101044 11··101044
B. B. cereuscereus 5·105·1033 11··101044 11··101044
B. B. subtilissubtilis 5·105·1033 5·105·1033 5·105·1033
C. C. albicansalbicans 5·105·1033 11··101044 11··101044
D. D. hanseniihansenii 5·105·1033 11··101044 11··101044
E. E. faeciumfaecium 5·105·1033 11··101044 11··101044
E. E. colicoli 5·105·1033 11··101044 11··101044
L. L. plantarumplantarum 5·105·1033 5·105·1033 11··101044
L. L. rhamnosusrhamnosus 5·105·1033 5·105·1033 5·105·1033
L. L. monocytogenesmonocytogenes 5·105·1033 5·105·1033 11··101044
P. P. stipitisstipitis 5·105·1033 11··101044 11··101044
P. P. aeruginosaaeruginosa 5·105·1033 11··101044 11··101044
S. S. cerevisiaecerevisiae 5·105·1033 11··101044 11··101044
S. S. cholerasuischolerasuis 5·105·1033 11··101044 11··101044
S. S. tiphymuriumtiphymurium 5·105·1033 5·105·1033 11··101044
S. S. sonneisonnei 5·105·1033 5·105·1033 5·105·1033
S. S. aureusaureus 5·105·1033 5·105·1033 5·105·1033
S. S. bovisbovis 5·105·1033 5·105·1033 11··101044
Y. Y. enterocolíticaenterocolítica 5·105·1033 5·105·1033 11··101044
CMI Y CMB
CMI
CMB
CMI Y CMB
CMI
CMB
CMI
CMB
CMI
CMB
Ác. ascórbico:B. subtilis
CMI
CMB
CMI
CMB
Ác. cítrico: S. sonnei
CMI
CMB
CMI
CMB
Eucalipto: S.cholerasuis
CMI
CMB
CMI
CMB
Maíz: S. tiphymurium
CMI
CMB
CMI
CMB
Almendra: Y. enterocolítica
CMI
CMB
CMI
CMB
Bagazo: D. hansenii
CMB (mg/L)
MicroorganismosMicroorganismos ÁC. CÍTRICOÁC. CÍTRICO ÁC. ASCÓRBICOÁC. ASCÓRBICO
>1>1··101055 11··101055
>1>1··101055
11··101055
>1>1··101055
>1>1··101055
>1>1··101055
11··101055
11··101055
>1>1··101055
>1>1··101055
11··101055
11··101055
>1>1··101055
>1>1··101055
11··101055
>1>1··101055
11··101055
11··101055
11··101055
11··101055
>1>1··101055
11··101055
5·105·1044
>1>1··101055
>1>1··101055
5·105·1044
11··101055
11··101055
11··101055
5·105·1044
5·105·1044
11··101055
>1>1··101055
11··101055
11··101055
5·105·1044
5·105·1044
11··101055
5·105·1033
EUCALIPTOEUCALIPTO MAÍZMAÍZ ALMENDRAALMENDRA
A. A. flavusflavus 5·105·1044 5·105·1044 11··101055
A. A. nígerníger 5·105·1044 5·105·1044 11··101055
B. B. cereuscereus 11··101055 5·105·1044 11··101055
B. B. subtilissubtilis 11··101055 5·105·1044 11··101055
C. C. albicansalbicans 5·105·1044 5·105·1044 11··101055
D. D. hanseniihansenii 5·105·1044 5·105·1044 11··101055
E. E. faeciumfaecium 5·105·1044 5·105·1044 11··101055
E. E. colicoli 5·105·1044 5·105·1044 11··101055
L. L. plantarumplantarum 11··101055 5·105·1044 5·105·1044
L. L. rhamnosusrhamnosus 11··101055 5·105·1044 5·105·1044
L. L. monocytogenesmonocytogenes 11··101044 5·105·1044 5·105·1044
P. P. stipitisstipitis 11··101044 5·105·1044 5·105·1044
P. P. aeruginosaaeruginosa 11··101055 5·105·1044 11··101055
S. S. cerevisiaecerevisiae 5·105·1044 5·105·1044 11··101055
S. S. cholerasuischolerasuis 5·105·1044 5·105·1044 11··101055
S. S. tiphymuriumtiphymurium 11··101044 5·105·1044 11··101055
S. S. sonneisonnei 5·105·1044 5·105·1044 11··101055
S. S. aureusaureus 11··101044 5·105·1044 5·105·1044
S. S. bovisbovis 5·105·1044 5·105·1044 5·105·1044
Y. Y. enterocolíticaenterocolítica 11··101044 5·105·1044 5·105·1044
CONCLUSIONES
ÁCIDO CÍTRICO MAYOR PODER ANTIMICROBIANO QUE EL ÁCIDO ASCÓRBICO
MADERA DE EUCALIPTO MAYOR PODER ANTIMICROBIANO DE LOS MATERIALES ENSAYADOS
LOS EXTRACTOS DE ZUROS DE MAIZ Y CÁSCARAS DE ALMENDRA PRESENTAN UN PODER ANTIMICROBIANO SIMILAR A OTROS EXTRACTOS VEGETALES Y SUPERIOR A LOS SINTÉTICOS ENSAYADOS
LOS EXTRACTOS VEGETALES EVALUADOS SON SUSCEPTIBLES DE SER UTILIZADOS COMO AGENTE ANTIOXIDANTE Y CONSERVANTE
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ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA DE EXTRACTOS NATURALES OBTENIDOS
POR PROCESOS DE HIDRÓLISIS Y EXTRACCIÓN DE RESIDUOS
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20 de Julio de 2004