Grupo de Biopolímeros y Biofuncionales
Los biopolímeros, compuestos que mejoran la salud
Olga Cobos de Rangel 1 ,4, Gustavo Buitrago 2, 4, Sonia Ospina
3, 4
1 Nut., M. Sc., Departamento de Nutrición, Facultad de Medicina,
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá, Colombia.
[email protected].
2 Ing. Quim., M. Sc., Instituto de Biotecnología (IBUN),
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá, Colombia.
[email protected].
3 QF, Ph. D., Departamento de Farmacia, Facultad de Ciencias,
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá, Colombia.
[email protected].
4 Grupo en Colciencias:
http://scienti.colciencias.gov.co:8080/gruplac/jsp/visualiza/visualizagr.jsp?nro=00000000008312
Un biopolímero se puede definir como un compuesto de alto peso
molecular, conformado por unidades repetitivas (monómeros). Entre
los biopolímeros de interés por sus amplios campos de aplicación,
se encuentran aquellos producidos a partir de azúcar, los cuales
son muy variados y tienen diferentes tamaños; desde bajo hasta alto
peso molecular. Para el grupo de investigación son de interés los
que pueden formar parte de la fibra dietaria, los cuales, por sus
características, no son aportantes calóricos y producen efectos
benéficos sobre el índice glucémico y el perfil lipídico de quienes
los consumen.
Por ello, el principal objetivo es producir estos biopolímeros
para poder utilizarlos en productos que formen parte de una
alimentación saludable. Pero la aplicación no solo se queda ahí,
también pueden formar parte del recubrimiento del producto y se
pueden usar para producir los llamados empaques comestibles,
cumpliendo varias funciones en los alimentos. Por ejemplo, en
barras de fruta, además de incrementar el contenido de fibra, el
biopolímero favorece la consistencia de la barra, evitando que esta
se adhiera a su empaque secundario.
Estos compuestos pueden ser producidos por microorganismos,
razón por la cual se han realizado procesos de bioprospección para
la búsqueda y selección de cepas, y, adicionalmente, el estudio de
las moléculas encargadas de esta producción: las enzimas y las
proteínas encargadas de su síntesis. Con esta mirada se conformó el
Grupo de Biopolímeros y Biofuncionales, que está integrado por
profesores y estudiantes de diferentes disciplinas, entre los que
figuran la profesora Olga Cobos, con maestría en Ciencia de
Alimentos, nutricionista con experiencia en el desarrollo de
productos alimenticios; el profesor Gustavo Buitrago, con maestría
en Ingeniería Química, ingeniero químico con más de 20 años de
experiencia en tecnología de fermentaciones microbianas, y Sonia
Ospina, con doctorado en Biotecnología, química farmacéutica con
experiencia en tecnología de enzimas.
Inicialmente, se abordó el problema de buscar microorganismos
productores de biopolímeros, para lo cual se realizó el aislamiento
e identificación de microorganismos con esas características. Como
producto de este trabajo se encontró una cepa muy interesante, que
producía un biopolímero del tipo dextrano a partir de azúcar de
caña. Se comenzó el estudio de este microorganismo y la producción
de la enzima, así como su uso para la elaboración del polímero, y
el desarrollo de productos alimenticios en los que fuera posible la
inclusión del compuesto (figura 1).
Paralelamente, se desarrolló el proceso de fermentación y la
reacción enzimática, se estudió la producción y purificación de la
enzima y, junto con la empresa colombiana Procaps, se realizó el
escalamiento del proceso hasta planta piloto, es decir, en
reactores hasta de 2500 litros. Esta investigación fue liderada por
el ingeniero Gustavo Buitrago, quien coordinó todo el proyecto, y
Yhon Flórez, estudiante del doctorado en Biotecnología y quien
estuvo en la puesta en marcha de la planta piloto (figura 2).
En la línea de tecnología de enzimas se desarrolló un proceso
para la purificación y caracterización de la enzima, así como la
optimización del proceso de fermentación para su producción. Por
otro lado, en alianza con la empresa Procaps se evaluó la
posibilidad de utilizar el biopolímero en la producción de cápsulas
diferentes a las de gelatina, a fin de ser empleadas en la
industria farmacéutica; para esto, se desarrolló un proceso para
producir láminas que lo contenían (Vogelsang, Perilla, Buitrago,
& Algecira, 2014). En esta parte de la investigación también
participaron estudiantes de la maestría en Ingeniería Química.
Posteriormente, el ingeniero Buitrago realizó contactos con
profesores de diseño industrial y realizó varios proyectos con el
objeto de ampliar el campo de aplicación del polímero y emplear el
biopolímero en la obtención de diferentes formas de empaques
comestibles (Moncayo, Buitrago, & Algecira, 2013). Asimismo,
realizó varios estudios utilizando el biopolímero para recubrir
barras de fruta, las cuales a la vez que mejoraban sus
características físicas, incrementaban el contenido de fibra,
mejorando su calidad nutricional. También se utilizó el biopolímero
en el recubrimiento de frutas frescas, obteniendo un incremento en
el tiempo de vida útil y conservando los atributos físicos de
fresa, uchuva y mora. En la ejecución de estos proyectos
participaron estudiantes de la maestría en Alimentos y de Diseño
Industrial y varias empresas colombianas.
De otro lado, la profesora Olga Cobos desarrolló varios
proyectos para incluir el biopolímero en productos alimenticios y
convertirlos en una buena fuente de fibra soluble. Pero no solo
había que desarrollar los productos, sino demostrar que tienen
efecto benéfico sobre fermentación colónica (figura 3), constatando
la producción de ácidos grasos, butírico, acético y propiónico, en
distintas proporciones y sobre el índice glucémico. En este
sentido, la profesora Cobos dirigió varias tesis de especialización
y maestría en Ciencia y Tecnología de Alimentos para desarrollar
formulaciones y sustituir algunos componentes de los alimentos por
el biopolímero, logrando aumentar el contenido de fibra, pero
también disminuir el de otros compuestos como azúcares y grasas de
estos alimentos y realizar ensayos biológicos. Asimismo, estudió el
comportamiento en bebidas y observó que la mejor forma de
adicionarlo era en galletas, logrando productos altos en fibra, de
gran aceptación sensorial. Este trabajo fue iniciado por
estudiantes de pregrado de Nutrición.
En estas actividades investigativas participó Nancy Escobar (q.
e. p. d.), estudiante de la maestría en Ciencia y Tecnología de
Alimentos, quien no solo desarrolló estos productos, sino que en su
tesis demostró mediante ensayo clínico (20 pacientes durante 7
semanas) que el polímero adicionado a estos productos produce una
tendencia a la reducción del índice glucémico. Este trabajo se
enmarcó dentro de un proyecto financiado por Colciencias y contó
con la participación de siete estudiantes de posgrado. Otros
estudios permitieron demostrar que el biopolímero acelera el
tránsito intestinal, por lo que favorece la digestión; y su
potencial efecto prebiótico, puesto que la ingesta diaria del
biopolímero permite mejorar la microflora colónica al aumentar la
viabilidad de Lactobacillus y Bifidobacterium, microflora altamente
benéfica para el sistema gastrointestinal.
Ahora, el grupo quiere llevar este polímero a nivel industrial
mediante una spin-off, para lo cual se han realizado conversaciones
con varias empresas interesadas. Por otro lado, también se piensa
en la forma de disminuir costos de producción del biopolímero para
hacerlo más competitivo con otros productos, como la inulina, su
principal competidor en el mercado, y con este propósito se
continúa estudiando el proceso fermentativo y la inmovilización de
la enzima, que consiste en unir la enzima purificada a un soporte
con el fin de reutilizarla y así disminuir el costo involucrado por
la enzima.
Además, el grupo desea continuar con la búsqueda de enzimas que
produzcan biopolímeros con otras características, para ampliar así
su rango de uso. También se proyecta el estudio molecular de la
enzima con el fin de realizar modificaciones en ella, para
optimizar su uso y analizar la posibilidad de inmovilizarla con el
objeto de recuperarla.
Figura 1. Desarrollo de productos con biopolímero
Figura 2. Planta piloto para la producción de dextrano
Figura 3. Ensayo clínico de producto desarrollado
Referencias bibliográficas
Moncayo, D. Buitrago, G., & Algecira, N. (2013). Propiedades
de superficie en frutas recubiertas con biopolímeros; revisión.
Ingeniería e Investigación, 33(3), 11-16.
Vogelsang, D. F., Perilla, J. E., Buitrago, G., & Algecira,
N. A. (2014). Preparation of biopolymer filings by aqueous tape
casting processing. Journal of Plastic Film & Sheeting, 30(4),
435-448.
Lista de imágenes
Figura 2. Planta piloto para la producción de dextrano
Figura 1. Desarrollo de productos con biopolímero
Figura 3. Ensayo clínico de producto desarrollado