Lattoni

Lattoni

I lattoni sono esteri ciclici di acidi organici. Si tratta di un prodotto di condensazione di un gruppo alcolico e di un gruppo acido carbossilico nella stessa molecola di acido idrossicarbonico. Le strutture più stabili sono i lattoni a cinque (gamma-lattoni) e a sei (delta-lattoni). I lattoni possono essere prodotti commercialmente con mezzi biotecnologici usando i lieviti. Più di 100 diversi lattoni sono riconosciuti come ingredienti aromatici.

I lattoni naturali sono principalmente gamma- e delta-lattoni saturi e insaturi con soglie di odore molto basse. Un certo numero di substrati sono stati utilizzati per dimostrare la formazione microbica di lattoni, per esempio, l’acido ricinoleico, l’acido oleico, la trioleina, la lecitina, l’olio di ricino, il glicerolo, i gamma-cheto-acidi, il 12-idrossistearico e il 14-idrossi-11-eicosanoico. I lattoni sono tipicamente derivati da acidi grassi idrossilati tramite β-ossidazione, che è seguita dalla lattonizzazione. Il tipo di substrato e il microrganismo determinano la struttura del prodotto. Per esempio, un ceppo selvatico del basidiomicete Piptoporus soloniensis produce il gamma-decalattone quando sono presenti acidi ricinoleici e 12-idrossistearici. Tuttavia, quando acidi come il miristico, il palmitico, lo stearico e l’oleico vengono aggiunti alla cultura, viene rilevata la formazione di gamma-octalattone. L’aggiunta di acido esanoico, ottanoico, decanoico, laurico, linoleico e linolenico alla coltura ha ridotto la crescita di P. soloniensis e la produzione di gamma-decalactone e gamma-octanolactone.

I lattoni naturali come ingredienti aromatici sono prodotti usando processi che si basano sull’uso di ceppi di lievito che trasformano l’acido ricinoleico. Alcuni lieviti, per esempio Phlebia radiate, Polyporus durus, Fusarium pore, B. adusta e C. moniliformis, producono decalattone tramite sintesi de novo con rese commercialmente interessanti.

Laβ-ossidazione è impiegata da Candida lipolytica, Yarrowia lipolytica, R. glutinis, A. niger, Sporobolomyces odorus, Cladosporium suaveolens, e Mucor miehei per trasformare l’acido ricinoleico, il ricinoleato di metile e l’olio di ricino in miscele di gamma- e delta-decalattone (Figura 7).

Figura 7. Bioconversione dell’olio di ricino attraverso l’acido ricinoleico a gamma-decalattone.

Questo è un eccellente esempio di biotrasformazione multistep. L’acido ricinoleico (C18) viene prima liberato dall’olio di ricino dall’azione della lipasi. L’acido (R)-12-idrossi-9-ottadecenoico risultante deve avere la conformazione corretta per evitare la tossicità e permettere la crescita del microrganismo selezionato. In seguito, hanno luogo quattro cicli di β-ossidazione durante i quali il C18 è ridotto a C10, acido 4-idrossidecenoico. Inoltre, la beta-ossidazione è impedita dal gruppo idrossile. Il riscaldamento a pH acido permette la lattonizzazione dell’acido idrossidecenoico per produrre (R)-gamma-decalattone. La formazione dell’enantiomero (S) gamma-decalattone dall’acido decenoico impiega cellule di Mortierella sp. Tutti i lieviti e funghi sopra menzionati crescono bene sui substrati idrofobici, grazie alle loro efficienti e numerose lipasi, citocromo P450, acil-CoA ossidasi, e alla loro capacità di produrre biosurfattanti. È stato suggerito che la regolazione della biotrasformazione in Y. lipolytica è a livello del genoma e comporta l’induzione della proliferazione dei perossisomi e della β-ossidazione perossisomiale. I lattoni alla concentrazione superiore a 150 mg l-1 tipicamente inibiscono la crescita cellulare, depolarizzano le cellule viventi e aumentano la fluidità della membrana; quindi, il processo deve fornire un recupero efficiente del prodotto finale per aumentare la produttività.

Un altro microrganismo C. moniliformis forma il gamma-decalattone dal glicerolo come substrato. Un ulteriore modo per generare biologicamente i lattoni è quello di ridurre i gamma-cheto-acidi a gamma-idrossi-acidi, che poi ciclizzano a gamma-lattoni.

Un esempio classico di sintesi de novo di delta-lattone è quello del fungo Trichoderma viride. Questo lattone di tipo cocco, 6-pentyl-2-pyrone, è prodotto durante la sua fase stazionaria. Come menzionato per altri lattoni, la rimozione continua del prodotto 6-pentyl-2-pyrone dal brodo di coltura tramite adsorbimento XAD aiuta a eliminare l’inibizione del prodotto finale e a migliorare la produttività.

La riduzione dei lattoni da parte di lattonasi e monoossigenasi con ampia specificità dalle specie batteriche Pseudomonas e Acinetobacter porta ai rispettivi idrossiacidi.

I prodotti caseari sono tipicamente ricchi di gamma-lattoni, 10 e 12 atomi di carbonio. Vari lattoni come il gamma-butirrolattone, il dietil succinato, il gamma-etossi-gamma-butirrolattone, il gamma-lattone dell’acido 4-idrossi-5-oxoesanoico e il gamma-lattone dell’acido (4R,5S:4S,5R) 4,5-diidrossi-esanoico si trovano nel brodo di coltura di Saccharomyces fermentati quando vengono coltivati su acido glutammico nello sherry.

Un lattone al gusto di burro usato nelle margarine è (R)-gamma-dodecanolide ed è preparato dall’acido 5-ketododecanoico da S. cerevisiae. Un altro prezioso lattone sclareolide può essere derivato dallo sclareolo della salvia sclarea in una biotrasformazione microbica utilizzando Cryptococcus albidus, Bensingtonia ciliata, o Cryptococcus laurentii.

L’ossidazione microbica Bayer-Villigier (cheto-lattonizzazione) di chetoni ciclici da parte di cellule di Acinetobacter o P. putida porta alla formazione di aromi di lattoni.