UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

La nostra societat està immersa en la quarta revolució industrial, en què el nostre coneixement sobre les tecnologies digitals, físiques i biològiques portarà al sistema productiu a una posició encara desconeguda. En aquest sentit, la biocatàlisi, com a part de les tecnologies biològiques, jugarà un paper crucial. Els enzims, un dels biocatalitzadors principals, tenen diverses aplicacions industrials que ja estan en ús pels seus avantatges en comparació amb els catalitzadors químics: el seu funcionament en condicions no extremes, la seva menor toxicitat ambiental i fisiològica, i la capacitat d'etiquetar els productes obtinguts com a naturals.

Els enzims hidrolítics – que trenquen els enllaços químics que mantenen l'estructura de les proteïnes, els lípids i els sucres – dominen el mercat dels enzims industrials. Entre ells, les lipases són el tercer grup més gran. Aquests enzims realitzen la hidròlisi de lípids en presència d'aigua. No obstant això, quan s'empren en un mitjà amb baixa concentració d'aigua, es duen a terme les anomenades reaccions de síntesis. És a dir, les lipases ja no trenquen els enllaços sinó que els creen, permetent la producció i modificació d'una àmplia varietat de substàncies. De fet, aquestes reaccions són les més prometedores per a la indústria. Les nostres recerques es van centrar a la lipasa del fong Rhizopus oryzae (ROL) i la seva aplicació en reaccions de rellevància industrial, com ara en la síntesi de biodièsel, de lípids estructurats i de substàncies aromàtiques.

La producció de biodièsel es realitza mitjançant la reacció de transesterificació, una de les reaccions de síntesis esmentades anteriorment, que només requereix oli, alcohol – generalment metanol o etanol – i el biocatalitzador, ROL. Aquest biocombustible pot emprar-se directament en els motors actuals i reemplaçar el dièsel més contaminant derivat dels combustibles fòssils. No obstant això, els dos principals inconvenients de la síntesi de biodièsel són el preu de l'enzim i el problema ètic d'aliments versus combustible. El primer d'ells ha estat àmpliament estudiat i resolt modificant l'estructura aminoacídica de ROL o immobilitzant-la sobre suports per donar lloc a biocatalizadors més estables i reutilitzables. El segon pot ser potencialment solucionat mitjançant l'ús d'olis no comestibles i no cultivables, com per exemple l'oli usat de cuina, que, de fet, també ajudaria en la gestió d'aquest residu.

D'altra banda, considerant la creixent preocupació pels problemes de salut relacionats amb l'alt consum de greixos, els lípids estructurats –lípids amb propietats nutricionals i organolèptiques millorades– són potencials productes. Aquests lípids s'obtenen modificant la composició d'àcids grassos mitjançant reaccions catalitzades per lipases com ROL. Alguns dels lípids estructurats més coneguts són els equivalents de mantega de cacau i els substituts del greix de llet materna, que imiten els greixos naturals i escassos de la seva contrapart. També existeixen altres exemples menys coneguts, com els greixos baixos en calories i els greixos “trans-free”, que imiten els àcids grassos trans que contenen els olis vegetals hidrogenats.

Quant a els saboritzants i èsters aromàtics, són composts molt presents en la naturalesa i amb agradables atributs organolèptics, com a aromes fruiteres i florals. Estan formats per la unió química d'un alcohol i un àcid orgànic que pot ser generat mitjançant lipases com a ROL. Aquest enzim ja s'ha emprat satisfactòriament per a la producció de diversos sabors com pinya – butirat d'etil – i aroma a plàtan – acetat de isoamilo.

No obstant això, malgrat els esforços de recerca realitzats, la síntesi enzimàtica de tots aquests compostos encara es troba en una estreta competència econòmica amb la seva homòloga química. Per tant, la nostra recerca es centra a canviar aquest equilibri afavorint aproximacions científiques que minimitzin els costos de la síntesi enzimàtica.