Como se mencionó anteriormente, los ésteres se pueden preparar a partir de ácidos (o derivados) o por intercambio de grupos alquilo o acilo entre diferentes ésteres.
1.3.2.1 Esterificación entre ácidos y alcoholes
La preparación de ésteres metílicos a partir de ácidos grasos es una reacción muy utilizada para el análisis de lípidos mediante cromatografía gaseosa. Se pueden preparar a partir de ácidos grasos utilizando un exceso de metanol a 50 °C o mayor en presencia de un catalizador ácido como el ácido sulfúrico (1-2 %), entre otros.
1.3.2.2 Acidólisis: reacción entre ésteres y alcoholes
La reacción de acidólisis entre ésteres y ácidos implica la interacción de un éster y un ácido carboxílico que intercambian grupos acilo. La acidólisis química se lleva a cabo a altas temperaturas (150 °C), empleando un catalizador como el ácido sulfúrico, óxidos metálicos o sulfato mercúrico. Por ejemplo, la reacción entre aceites vegetales y ácido láurico da lugar a la sustitución aleatoria de cadenas C16 y C18 por cadenas C12. La reacción entre el aceite de colza y el ácido láurico (mezcla 3: 1) en presencia de Lipozyme (lipasa específica de posición 1 y 3 en moléculas de TAG) a 50˗70 °C conduce a la incorporación de aproximadamente 20 % de ácido láurico en los TAG obtenidos (Gunstone 1996). En base a esto, y dependiendo de los objetivos deseados, la acidólisis enzimática podría ser elegida si las temperaturas del proceso no pueden superar cierto límite o si se desea evitar el tratamiento químico.
1.3.2.3 Alcohólisis: reacción entre ésteres y alcoholes
La reacción catalítica entre un TAG y un alcohol, como por ejemplo el metanol (metanólisis), permite obtener metil-ésteres. También podría utilizarse glicerol (glicerólisis), dando como resultado una mezcla de DAG y MAG. La metanólisis requiere un gran exceso de metanol y se realiza a pequeña escala en los laboratorios para el uso de técnicas de cromatografía
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gaseosa, empleando un ácido fuerte como catalizador (ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, trifluoruro de boro) o una base (metóxido sódico) siendo esta última opción la más rápida.
La metanólisis se efectúa también a escala industrial para obtener ésteres metílicos como el biodiesel. Los aceites crudos (con hasta 30 % de AGL) se hacen reaccionar primero con metanol a aproximadamente 80 °C. En primer lugar se utiliza un catalizador ácido sólido, como por ejemplo resina de intercambio iónico sulfonada, convirtiendo los AGL en ésteres; y luego se finaliza la metanólisis de los ésteres de glicerol (aproximadamente 70 °C) usando un catalizador alcalino, como hidróxido de sodio. Los aceites bajos en AGL pueden convertirse directamente en ésteres metílicos con un catalizador alcalino. En este proceso también se produce glicerol, que se recupera y es vendido como subproducto.
En la glicerólisis también se emplea un catalizador básico y el equilibro alcanzado en la producción de DAG y MAG depende en gran medida de la concentración de glicerol disuelto en la fase oleosa. Este mecanismo es muy utilizado para la producción industrial de mezclas de DAG y MAG, empleadas comúnmente como emulsificantes. Los concentrados de MAG con purezas entre 90-95 % se obtienen mediante la posterior destilación molecular de las mezclas.
Los MAG también pueden obtenerse mediante glicerólisis enzimática. En la literatura se ha empleado Pseudomonas sp, obteniendo un rendimiento aproximado del 90 % utilizando sebo, aceite de palma y estearina durante 8-16 h a 42 °C y seguido por 4 días a 5 °C. En otro informe, el sebo hidrogenado de carne de vacuno y el glicerol dieron DAG con un rendimiento del 90 % después de la reacción a 60 °C durante 2 h seguido de 55 °C durante 4 h y 48 °C durante 3 días (Gunstone 1996).
1.3.2.4 Interesterificación: reacción entre ésteres
Las propiedades físicas de una grasa dependen tanto de la composición de los ácidos grasos en las moléculas de TAG, como de la posición que cada uno ocupa dentro del esqueleto carbonado del glicerol. La interesterificación de un solo aceite produce el reordenamiento de los ácidos grasos entre las diferentes moléculas de TAG mientras que la interesterificación de mezclas de aceites cambia la composición de ácidos grasos con respecto a los aceites originales. Los catalizadores incluyen hidróxido de sodio o metóxido de sodio, entre otros, y se emplean en niveles entre 0,2-0,4 %. La reacción ocurre a aproximadamente 80 °Cdurante 30˗60 minutos. El aceite o grasa debe contener niveles mínimos de agua, AGL y/o hidroperóxidos ya que estos destruyen el catalizador. El producto obtenido debe ser purificado. La interesterificación de un único aceite genera la distribución aleatoria de los ácidos presentes en los TAG y por lo tanto
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conduce a un cambio en el punto de fusión. Para algunos aceites el punto de fusión se incrementa, como es el caso del aceite de soja (de -7 a + 6 °C) y el de algodón (de 10 a 34 °C), mientras que para el aceite de palma el mismo se reduce de 46 a 35 °C. Cuando la reacción se aplica a una mezcla de grasas, todos los ácidos serán redistribuidos al azar y esto permite transferir ácidos saturados a aceites predominantemente insaturados y viceversa. Por esta razón, la interesterificación se ha utilizado industrialmente para mejorar las propiedades físicas de la manteca de cerdo y para producir sustitutos de la manteca de cacao a partir de aceites más baratos. En algunos casos, si se emplean temperaturas bajas (0-40 ° C), aquellos ésteres de glicerol saturados cristalizan en la mezcla de reacción, modificando el equilibrio de la reacción en la fase líquida. Como consecuencia, el producto final contiene más TAG tri-insaturados y tri- saturados y menos TAG mixtos ampliando el intervalo de temperaturas de fusión. Lógicamente, la reacción es más lenta pudiendo requerir hasta 24 h.
Lipasas
Las lipasas o triacilglicerol acilhidrolasas (E.C. 3.1.1.3) son enzimas de gran importancia que catalizan la hidrólisis de TAG produciendo DAG, MAG, glicerol y AGL en la interfase entre fases acuosas y orgánicas. La reacción es reversible y algunas lipasas pueden catalizar la esterificación y transesterificación bajo condiciones de baja concentración de agua. La síntesis de ésteres mediada por lipasas se ha discutido en numerosas investigaciones en los últimos años reconociendo a las mismas como una alternativa valiosa para la modificación y posterior incorporación de compuestos lipídicos a los diferentes productos industriales mencionados en secciones anteriores (Sección 1.2).
Las lipasas poseen la capacidad de hidrolizar TAG de cadena larga a pesar de que estos son insolubles en agua. Esta reacción ocurre en sistemas que presentan al sustrato en forma de micelas o emulsiones lo que las distingue frente a otras esterasas que catalizan solo la hidrólisis de ésteres solubles. A su vez, algunas lipasas pueden catalizar la hidrólisis enantio- y regio- selectiva así como la síntesis de ésteres naturales y sintéticos. Las mismas pueden esterificar/interesterificar de forma aleatoria pero también existen lipasas que presentan especificidad de posición o de sustrato. Las lipasas regiospecíficas, como por ejemplo las lipasas que reaccionan con la posición 1 y 3 de los TAG, ofrecen un gran potencial en aplicaciones industriales, como la producción de lípidos estructurados con propiedades funcionales únicas.
En la naturaleza, las lipasas se encuentran en todos los organismos vivos y son indispensables para la descomposición biológica de los lípidos por lo que las mismas pueden tener
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origen animal, microbiano o vegetal. Se requieren como enzimas digestivas en la transferencia de lípidos de un organismo a otro, de planta a animal y de animal a animal. Dentro de cada organismo, son fundamentales en la deposición y movilización de la grasa como reserva de energía, en el metabolismo de los lípidos intracelulares y, por lo tanto, en el funcionamiento de las membranas biológicas. En eucariotas, las lipasas están involucradas en diversas etapas del metabolismo lipídico, incluyendo la digestión de grasa, absorción, reconstitución y el metabolismo de las lipoproteínas. A menudo las enzimas se encuentran en lugares inesperados como en el veneno de reptiles e invertebrados o enzimas microbianas que son producidas de forma extracelular
El libro New Lipases and Proteases publicado por Salleh et al. (2006) fue la referencia principal para desarrollar la información pertinente al origen y aplicaciones de las lipasas, salvo que se indique lo contrario.