Estrazione, purificazione e valorizzazione di polisaccaridi di basidiomiceti

Abstract

Scopo principale della presente tesi è stato quello di considerare i Basidiomiceti come fonte di composti naturali, di valutare la possibilità di estrarre da essi, in particolare da Pleurotus spp., una serie di composti biologicamente attivi e di prospettarne il possibile utilizzo. La ricerca ha preso in considerazione le seguenti frazioni polisaccaridiche: esopolisaccaridi (EPS), β-glucani, chitina e chitosano. L’estrazione è stata condotta a partire da micelio e/o da carpoforo dei seguenti ceppi fungini: Agaricus bisporus (SMR 13), Auricularia auricula-judae (SMR 54), Lentinula edodes (SMR 90), Trametes versicolor (SMR 117), Armillaria mellea (SMR 439), Pleurotus ostreatus (SMR 684) e Pleurotus eryngii (SMR 755) I risultati relativi agli EPS estratti dal brodo di coltura hanno mostrato una resa variabile tra 4,6 e 11,0 % a seconda della specie fungina. E’ stato studiato l’effetto degli EPS sulla crescita di Aspergillus parasiticus e sulla produzione di aflatossine. EPS da T. versicolor ne hanno inibito la crescita. Un’inibizione totale della sintesi di aflatossine è stata riscontrata in presenza di EPS prodotti da T. versicolor e A. auricula-judae, una notevole inibizione è stata ottenuta in presenza di EPS da L. edodes (85-90 %) e P. ostreatus (65-80 %). I β-glucani ottenuti dai vari miceli e carpofori hanno mostrato una resa di circa il 6% (peso secco). Il glucano estratto da carpoforo di P. ostreatus è stato analizzato tramite spettroscopia FT-IR. Lo spettro presenta le bande caratteristiche ed è risultato molto simile a quello ottenuto da un glucano standard. Per quanto riguarda il peso molecolare sono state ottenute due frazioni aventi peso molecolare di 59,8 e 37,5 KDa, congruenti con quelli di glucani estratti da basidiomiceti riportati in letteratura. La resa della chitina variava tra 8,5 e 19,6 % a seconda della specie fungina, mentre la resa del chitosano è stata di circa l'1% p.s. per tutti i ceppi analizzati. I campioni di chitina e chitosano ottenuti sono stati analizzati attraverso spettroscopia FT-IR. Gli spettri ottenuti non mostravano differenze significative da quelli dei prodotti standard. La purezza delle chitine ottenute è stata valutata determinando la quantità di glucosammina (26,4-64,5 %) e la cristallinità. Le chitine ottenute dai miceli presentavano una cristallinità notevolmente inferiore a quella dello standard. E' stato inoltre determinato il grado di acetilazione (DA) delle chitine estratte. Il DA% ottenuto era compreso tra l’80 e il 95%, comparabile con quello della chitina standard utilizzata (96%). A causa della sua alta cristallinità, per essere convenientemente utilizzata, la chitina deve essere trasformata nel suo derivato deacetilato, il chitosano. Sottoponendo tali campioni a deacetilazione è stato possibile raggiungere un DA comparabile o minore di quello dello standard di chitosano impiegato come controllo (7,5%). Il chitosano, presente in piccole quantità negli estratti, è stato facilmente ottenuto per deacetilazione della chitina, con una resa del 70-75%. E' stata testata la capacità di adsorbimento del Cd(II) da parte di miceli e carpofori liofilizzati di P. ostreatus e delle relative frazioni di polisaccaridi. Tra le varie frazioni testate, la capacità chelante del chitosano è stata di gran lunga superiore. Ulteriori prove di adsorbimento sono state effettuate sui vari metalli (Cd(II), Cu (II), Zn(II), Ni (II), Pb(II) e Cr(III)) da soli o in miscela. I risultati ottenuti indicano una capacità di adsorbimento di circa 170 mg di Cu(II) per g di chitosano. Il processo di adsorbimento ha mostrato l’adattamento ai modelli descritti dalle equazioni di Langmuir e Freundlich. La possibilità di rigenerare un materiale adsorbente può essere importante per mantenere bassi i costi del processo e per recuperare l’inquinante dalla soluzione. A tal fine, tre cicli di adsorbimento-eluizione-rigenerazione sono stati condotti su una colonna contenente chitosano ottenendo risultati soddisfacenti.

With the aim to ascertain the possibility of obtaining high value compounds from basidiomycetes, different classes of polysaccharides (exopolysaccharides (EPS), β-glucans, chitin and chitosan) were extracted from the following strains collected at IBAF-CNR: Agaricus bisporus (SMR 13), Auricularia auricula-judae (SMR 54), Lentinula edodes (SMR 90), Trametes versicolor (SMR 117), Armillaria mellea (SMR 439), Pleurotus ostreatus (SMR 684) e Pleurotus eryngii (SMR 755). EPS from growth liquid medium were extracted, the yield ranged between 4.6 and 11.0 %, depending on the fungal strain. For their ability as antioxidants, the effects of EPS on Aspergillus parasiticus growth and aflatoxin production were tested. Results showed that EPS from T. versicolor inhibited A. parasiticus growth. Aflatoxins production was completely inhibited by EPS from T. versicolor and A. auricula-judae and partially inhibited by EPS from L. edodes (85-90 %) and P. ostreatus (65-80 %). β-glucans yield from mycelia and carpophores was about 6% (dry weight). FT-IR spectra obtained from P. ostreatus showed the characteristic bands of a standard glucan. Two fractions with the molecular weight of 59.8 e 37.5 KDa were obtained. Chitin yield extracted from mycelium and fruit body ranged between 8.5 and 19.6 %, chitosan yield was about 1% d.w. FT-IR spectra of chitin and chitosan were similar to the standard products. To evaluate the purity of fungal chitin samples, the amount of glucosamine and crystallinity were determined. The glucosamine percentage obtained for fungal chitin samples ranged between 26.4 and 64.5% of chitin. The degree of crystallinity of fungal chitin samples was lower than the value obtained in standard chitin (1.54). The degree of acetylation (DA%) ranged between 80 and 95%, comparable with standard chitin (96%). Because of its high crystallinity, chitin must be deacetylated into chitosan for a wider range of applications. Standard and fungal chitin samples underwent alkaline deacetylation twice. A great decrease of DA was evident, reaching values similar to the DA of the standard chitosan (DA= 7.5%). The yield of chitosan obtained after chitin deacetylation was on average about 70–75%. The ability of mycelium, fruit body and the polysaccharide fractions to adsorb Cadmium (II) present in aqueous solutions was tested. Given the great ability of chitosan of adsorbing Cd (II), further experiments were performed using solutions containing Cd (II), Cu (II), Zn (II), Ni (II), Pb (II) e Cr (III) in single system or in mixture. Results showed an adsorbing capacity of about 170 mg of Cu(II) per g of chitosan. The adsorbing process well fitted with Langmuir e Freundlich equations. Because of the regeneration of the sorbent may be important for keeping the process costs down and to open the possibility of recovering the pollutant extracted from the solution, 3 cycles of adsorption-elution-regeneration were performed on chitosan column with positive results.