Síntesis enzimática de derivados lipídicos en solventes de eutéctico profundo

Abstract

Los solventes de eutéctico profundo o DES (del inglés “Deep Eutectic Solvents”), están constituidos por la combinación de sólidos inmiscibles que, mezclados en determinada proporción (mezcla eutéctica), sufren un cambio de fase sólido-líquido comportándose como un líquido puro a temperatura ambiente. Estos solventes se forman mediante la asociación de dos o más componentes cuyas moléculas son capaces de interactuar (ya sea por fuerzas de Van der Waals, enlaces de hidrógeno o fuerza iónica) para formar una mezcla con una temperatura de transición sólido-líquido significativamente menor a la de sus componentes individuales. Al igual que los líquidos iónicos, los DES presentan muy baja presión de vapor, alta estabilidad térmica y no son inflamables, pero a diferencia de los primeros, salvan holgadamente los requerimientos de la Química Verde, por lo que resultan atractivos como solventes ambientalmente amigables. En particular, para diversas aplicaciones han ganado gran interés los DES basados en cloruro de colina (ChCl), sal de amonio cuaternario que combinada en una proporción conveniente con diversos compuestos con capacidad de generar enlaces de hidrógeno (HBD, del inglés “Hydrogen bond donor”) puede dar lugar a una mezcla eutéctica líquida a temperatura ambiente. Entre las diversas aplicaciones que se han encontrado para este tipo de solvente, ha resultado atractiva su aplicación como medio de reacción para procesos catalizados por enzimas. Además de sus propiedades diferenciales como solventes, permitiendo en varios casos solubilizar sustratos y productos complejos de muy diferente naturaleza, se ha reportado que la capacidad de estas mezclas para formar enlaces de hidrógeno les permite generar enlaces con las propias enzimas, confiriéndoles una estabilidad conformacional superior. Los ésteres alquílicos de azúcares y fitoesteroles son dos tipos de lípidos complejos para cuya síntesis puede resultar conveniente la aplicación de procesos enzimáticos en medios DES. Ambos tipos de compuestos resultan atractivos para la industria alimentaria por sus propiedades bioactivas y su capacidad de modificar convenientemente las propiedades fisicoquímicas de las fases grasas que los contienen. Sin embargo, su producción mediante métodos tradicionales utilizando catálisis alcalina implica varios inconvenientes debido a la alta temperatura de reacción requerida, lo que desencadena procesos de degradación que generan subproductos tóxicos. Por este motivo, su síntesis enzimática a temperatura moderada ha demostrado ser una alternativa atractiva, con la ventaja adicional de la selectividad propia de estos catalizadores. Sin embargo, la selección del medio de reacción sigue siendo un problema a resolver, ya que la muy diferente polaridad de los reactivos y productos involucrados obliga a recurrir a mezclas de solventes que permitan la disolución total de los compuestos involucrados, lo que frecuentemente resulta negativo para la actividad enzimática. En este trabajo de tesis se propuso estudiar el desempeño de diferentes lipasas comerciales en la catálisis de reacciones de esterificación y transesterificación en varios DES basados en ChCl, y en particular su aplicación a la síntesis de derivados lipídicos, entre ellos los dos tipos de lípidos complejos de interés tecnológico mencionados: ésteres de esteroles y ésteres de azúcares. El plan de trabajo involucró las siguientes etapas: 1.- estudiar la capacidad de varias lipasas comerciales en la catálisis de las reacciones de interés en solventes orgánicos convencionales, 2.- evaluar el efecto del medio DES sobre la actividad de las enzimas seleccionadas, 3.- determinar la capacidad de los componentes HBD de los diferentes DES para competir con las reacciones de interés y 4.- estudiar la eficiencia de las de síntesis de diversos compuestos lipídicos mediante la aplicación de diferentes estrategias. El trabajo realizado pretende contribuir a entender el comportamiento de estos sistemas solventes novedosos y la viabilidad de conducir en ellos procesos de síntesis enzimática de derivados lipídicos de diferente naturaleza. Asimismo, los resultados sugieren que si bien se trata de solventes atractivos por su bajo costo, baja toxicidad, biodegradabilidad y economía, la conveniente aplicación de los mismos a los procesos de interés estudiados requiere del diseño de estrategias específicas en cada caso.