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• Eduardo Martin Gil Peña

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Las enzimas en la industria alimenticia « volver La siguiente tabla resume algunos ejemplos de enzimas que se emplean en diferentes procesos de la industria alimenticia. La gran mayoría hoy se obtiene de microorganismos genéticamente modificados.

INDUSTRIA ENZIMAS

Láctea

Tripsina. Lactasa

Quesería

Quimosina (renina). Lactasa. Lipasa

Helados

Lactasa. Glucosaisomerasa

Cárnicas

Papaína. Fiscina. Bromelina

Amilasa. Proteasa. Panificación Lipoxidasa. Lactasa

Cervecería

Amilasas. Papaína. Pepsina

Vinificación

Pectinasas. Glucosaoxidasa

USOS Enmascara el gusto a óxido. Fabricación de leche delactosada, evita la cristalización de leche concentrada. Coagulación de las proteínas de la leche (caseína). Influencia en el sabor y aceleración de la maduración. Evita la textura “arenosa” provocada por la cristalización. Permite la utilización de jarabes de alta fructosa. Ablandamiento de carnes. Producción de hidrolizados. Mejora la calidad del pan. Disminuye la viscosidad de la pasta. Produce una miga muy blanca Mejora la coloración de la superficie. Usadas para licuar la pasta de malta. Evitan la turbidez durante la conservación de ciertos productos. Mejoran la clarificación y extracción de jugos. Evitan el oscurecimiento y los sabores desagradables.

Pectinasas. GlucosaBebidas no isomerasa. alcohólicas Tannasa. Glucosaoxidasa

Mejoran la clarificación de jugos. Conversión de la glucosa en fructosa (jarabes de alta fructuosa). Aumenta la solubilidad y disminuye la turbidez del té. Evita el oscurecimiento y los sabores desagradables.

PROCESOS INDUSTRIALES QUE APLICAN ENZIMAS Industria del almidón y del azúcar Dependiendo de las enzimas utilizadas, a partir del almidón se pueden obtener jarabes de diferente composición y propiedades físicas. Los jarabes se utilizan en una variedad de alimentos tales como gaseosas, dulces, productos horneados, helados, salsas, alimentos para bebés, frutas enlatadas, conservas, etc. Hay tres etapas básicas en la conversión enzimática del almidón: licuefacción, sacarificación e isomerización. Productos Lácteos La aplicación de enzimas en el procesamiento de leche está bien establecida ,por el uso del cuajo (quimosina) en la producción de queso , que tal vez representa el empleo más antiguo de enzimas en alimentos. Otras enzimas que participan en la producción de quesos son las lipasas presentes en la leche, las cuales hidrolizan el componente graso, proporcionando cambios característicos en el sabor. Para algunos quesos se pueden aumentar las lipasas naturales, añadiendo enzima extra. Por otra par te, también se recomienda agregar enzimas exógenas de tipo proteolítico para acelerar el proceso de maduración de algunos quesos. Molineros y Panaderia El uso de enzimas en estas industrias se debe principalmente a la deficiencia en el trigo y en la harina, de las enzimas naturalmente presentes. El contenido de a amilasa de la harina depende de las condiciones de crecimiento y de cosecha. En climas húmedos la tendencia será a tener alta actividad de a amilasa debido a germinación de los granos, en tanto que en climas secos el nivel de a amilasa será bajo debido a escasa germinación. Esto conlleva a grandes diferencias en el contenido de amilasa de diferentes lotes de harina.

Productoras de Jugos de Frutas Las primeras enzimas empleadas en las industrias de jugos de frutas fueron las enzimas pécticas para la clarificación del jugo de manzana. Actualmente las enzimas pécticas se usan en el procesamiento de muchas otras frutas, junto con amilasas y celulasas. Durante el procesamiento de los jugos cuando se desintegran los tejidos vegetales, parte de la pectina, que es un componente estructural de las frutas, pasa a la solución, parte se satura con el jugo y parte permanece en las paredes celulares. Las enzimas pécticas se usan para faci- litar el prensado, la extracción del jugo y la clarificación ayudando a la separación del precipitado floculento.

Procesamiento de Carne Las enzimas importantes para ablandar carne son proteasas de orígen vegetal o de microorganismos (Bacillus subtilis y Aspergillus oryzae). Las enzimas se inyectan antes del sacrificio al animal o se trata la carne con las enzimas antes de cocerla, con lo que se logra un franco ablandamiento sin provocar una proteólisis importante. (9) Industria Cervecera La cebada se utiliza tradicionalmente para la fabricación de bebidas alcohólicas como la cerveza. En su producción se deben considerar dos operaciones distintas: la maltería y la cervecería. La preparación de la malta se logra por germinación de la cebada, durante la cual se incrementa el contenido de a amilasa. Las enzimas a y b amilasas naturalmente presentes en el grano actúan sobre el almidón produciendo dextrinas y maltosa, que sirven como sustratos para la fermentación posterior. Las proteasas degradan proteínas formando aminoácidos y péptidos. Hay muchas enzimas disponibles comercialmente para el proceso cervecero, pero todas ellas caen en tres categorías: proteasas, amilasas y glucanasas. La acción de estas enzimas durante las primeras etapas consiste en mejorar la licuefacción del almidón, regular el contenido de azúcar y nitrógeno, mejorar la extracción, facilitar la filtración y controlar la turbidez. En la filtración del mosto reducción de las gomas y de la viscosidad. En la ebullición, control de la turbidez, eliminación final del almidón. En esta etapa se inactivan las enzimas. Durante la fermentación y maduración la adición de enzimas sirve para controlar la turbidez. Industrias de Grasas y Aceites El uso de enzimas en las industrias de aceites y grasas es muy bajo, aunque se encuentran disponibles enzimas que pueden resolver algunos problemas, por ejemplo minimizar los subproductos indeseables. Las enzimas también se pueden usar para producir aceites y grasas novedosas. Lipasas específicas, pueden seleccionar los ácidos grasos de algunas posiciones del triglicérido, para incorporar determinados ácidos grasos,

sin cambiar los de otras posiciones. De tal manera que es posible modificar por interesterificación el contenido de ácidos grasos, o por transesterificación lograr el rearreglo de algunos de ellos. Por ejemplo la mantequilla de cacao se requiere en la producción de chocolate y con frecuencia la disponibilidad y el costo fluctúan ampliamente. Sin embargo, aceites como el de palma son baratos y se encuentra buen abastecimiento. Lo que se plantea es modificar el aceite de palma por reacción con ácido esteárico mediante interesterificación enzimática. La grasa resultante tiene propiedades similares a la mantequilla de cacao.

Industrias de Pulpa y Papel La mayoría de las fabricas de pulpa y papel cierran pos periodos prolongados, una o dos veces al año. Durante estos periodos se llevan a cabo los programas de mantenimiento de la planta. Uno de los sistemas que se ve severamente impactado debido a estos cierres temporales es la planta de tratamiento de aguas residuales. Durante estos cierres el alimento llega en cantidad insuficiente para mantener la biomasa requerida en condiciones normales, La población bacteriana se encuentra generalmente disminuida a una fracción de lo que es necesario para la producción de un efluente de alta calidad. Tratamiento de Desechos Mezcla pulverizada de organismos selectivamente adaptados, con enzimas cr udas y emulsionantes específicamente ideados para licuar, digerir y desodorizar desechos agrícolas. Empresas de servicios como hoteles, cafeterías entre otras Sustancia creada con la más avanzada tecnología, que consiste en una mezcla sinérgica concentrada de bacilos, que descomponen la materia orgánica con presencia de almidón, grasas, proteínas y celulosa.

Amilasas Se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza, son las enzimas responsables de la degradación del almidón, hidrolizan los enlaces glucosídicos a-1-4. Las amilasas se pueden dividir en tres grupos: a amilasas (E.C. 3.2.1.1), las cuales rompen al azar los enlaces en el interior del sustrato (endoamiladas); b amilasas(E.C.3.2.1.2) las cuales hidrolizan ordenadamente unidades de maltosa a partir de los extremos no reductores del sustrato (exoamilasas) y glucoamilasas que liberan unidades de glucosa a partir de los extremos no reductores del sustrato.

Las b-amilasas están presentes en la mayoría de las plantas superiores, están ausentes en los mamíferos y su existencia en microorganismos es dudosa. Se han cristalizado b amilasas a partir de trigo, malta de cebada, patata dulce y soya. La enzima hidroliza únicamente enlaces glicosídicos a 1-4, con inversión en la configuración del C 1 en el glicosido, de la forma a a la forma b. Este cambio de configuración es la razón por la cual la enzima se llama beta amilasa. Los pHs de mayor actividad para las b amilasas están en el rango entre 4.5-7 y el límite de temperatura está alrededor de 55 0C. Los grupos sulfihidrilos son esenciales para la actividad, por lo que la enzima se inactiva por oxidación, por los metales pesados y sus sales. Glucoamilasa (amiloglucosidasa) (E.C.3.2.1.3) El principal producto final de la acción de la glucoamilasa sobre el almidón es glucosa, lo que la diferencia claramente de las a y b amilasas. La enzima también produce pequeñas cantidades de oligosacáridos. La sacarificación del almidón puede alcanzar hasta 96% de dextrosa. La acción de la enzima causa inversión de la configuración, produciendo b glucosa. En el comercio se encuentran diversas preparaciones derivadas de hongos de los grupos Aspergillus y Rhizopus. excepto por la enzima de Aspergillus awamori, las glucoamilasas son inactivas sobre almidón nativo. Su actividad es máxima entre pH 4 y 5.5, y temperatura alrededor de 55-65 0C. La rata de reacción cae rápidamente a medida que disminuye el tamaño de la molécula de sustrato, siendo máxima sobre almidones previamente sometidos a licuefacción.

**** La inducción de amilasa tipo alfa requiere un sustrato que contenga enlaces alfa1,4 glucosídicos, además de maltosa, dextrina y almidón. La Glucosa, así como es el producto final de la hidrolisis, tiene la posibilidad de reprimir la síntesis de enzima como un mecanismo conocido como represión catabolitica. ALFA y BETA-AMILASA. El nombre de diastasas corresponde a un sinónimo de las amilasas, aunque se usa principalmente para designar la alfa-amilasa, que se extrae de cereales. Origen de alfa-amilasa: Fúngico (Aspergillus oryzae), bacteriano (B. stearothermophilus, B. subtilis), de cereales y del páncreas. Origen de beta-amilasa: cereales, soya y camote. La enzima alfa-amilasa se encuentra en poca cantidad en el trigo y abunda más en aquel que ha sido parcialmente germinado. La beta-amilasa, por el contrario, se encuentra en gran cantidad en este cereal.

Acciones: Como es sabido, el almidón está formado por la fracción amilosa de cadena recta de moléculas de glucosa unidas por enlaces glucosídicos alfa-1,4; en tanto que la fracción amilopectina, además de la cadena recta, presenta ramificaciones con enlaces glucosídicos 1,6. La alfa-amilasa cataliza la hidrólisis de la cadena lineal (amilosa) y la ramificada (amilopectina) del almidón, rompiendo enlaces 1,4 interiores (endoamilasa) para formar una mezcla de dextrinas; por ello se la conoce como enzimadextrinogénica (mezcla de amilodextrina, eritrodextrina, acrodextrina y maltodextrina) con poca producción de maltosa. Por su acción, la alfa-amilasa provee de fragmentos menores que pueden ser utilizados por la enzima beta-amilasa. La enzima alfa-amilasa requiere de un activador como, por ej., cloruro de sodio. Es sensible a una acidez elevada y se vuelve inactiva a pH 3,3 o a pH menor a 0°C por 15 min. El pH óptimo de acción está dentro del rango 5-7, siendo de 6,5 para la alfa-amilasa bacteriana y pancreática. La enzima es resistente al calor, pues a 70°C conserva un 70% de su actividad. Actúa sobre almidones crudos y gelatinizados. La beta-amilasa se la conoce con el nombre de enzima sacarogénica, pues actúa sobre la amilosa, rompiendo unidades 1,4, dando maltosa. Sobre la amilopectina actúa en las uniones alfa-1,4 de la cadena recta, y detiene su acción a distancia de 2 unidades de glucosa antes de atacar las uniones alfa-1,6. Se trata de una exo-amilasa, ya que actúa sobre el terminal de la molécula; mientras la amilosa es transformada totalmente en maltosa, la cadena ramificada de la amilopectina se conserva en un 40-45% sin hidrolizar (38). La beta-amilasa no necesita de activador para actuar, pero es menos estable al calor, inactivándose a 70°C por 15 min. El pH óptimo de la beta-amilasa es de 4,5. Aplicaciones: El uso de la alfa-amilasa para mejorar el valor panificador de harinas se basa en el hecho de que un adecuado y mantenido desprendimiento de anhídrido carbónico depende de la cantidad de maltosa y glucosa fermentescibles que estén presentes en la masa, y cuya formación depende, a su vez, de la acción sincronizada de la alfa- y la beta-amilasa; en mejor forma que por adición de extracto de malta usado también para este objeto. Mientras los cereales germinados contienen ambas enzimas, muchas harinas de trigo son deficientes en alfa-amilasa, siendo entonces conveniente su adición. La alfa-amilasa de origen fúngico (como es la que se obtiene por crecimiento del micelio del Aspergillus oryzae en fermentadores de cultivo sumergido que permiten una agitación y una aereación intensas), aunque puede ser menos potente que la de bacterias o de cereales, se puede obtener con baja actividad de proteasa (desdobladora del gluten) y de maltasa, conservándose así la maltosa, esencial para la fermentación. La presencia de una cantidad suficiente de alfa-amilasa durante el esponjamiento y fermentación de la masa, tiene las siguientes ventajas: -

mayor

contenido de azúcares aceleración de desprendimiento gaseoso, mayor

fermentescibles en la y uniformemente

la masa; fermentación; mantenido;

- aumento del volumen y textura del pan con una miga de porosidad más fina y de costra más uniforme y más coloreada. La alfa-amilasa de origen bacteriano es más estable al calor que la de hongos y de cereales, de manera que no se inactiva totalmente en el horno panificador. Por este motivo, su adición debe ser bastante cuidadosa para evitar una sobreproducción de dextrina residual y con ello una miga gomosa y pegajosa (38, 40). Por otra parte, una actividad residual de la alfa-amilasa bacteriana en el pan tiene la ventaja de suministrarle una mejor conservación, al restringir durante el almacenamiento del pan la retrogradación de su almidón, causante del envejecimiento. Al sustituir la adición, de la amilasa por extracto, jarabe o harina malteados, debe tenerse presente la relativa termo-resistencia de su alfa-amilana y su considerable actividad proteolítica, cuyas desventajas se han señalado anteriormente. GLUCOAMILASA O AMILOGLUCOSIDASA. Origen: Fúngico (Aspergillus niger, Rhizopus, Endomyces). Acción: Hidroliza los enlaces 1,4 y 1,6 del almidón (tanto amilosa como amilopectina) desde los extremos no reductores de las cadenas con separación de unidades sucesivas de glucosa. pH óptimo: 4-6. Aplicación: Se usa para la elaboración enzimática de jarabe de glucosa y de glucosa a partir de almidón (40). En el campo analítico tiene aplicación en la determinación cuantitativa del almidón y alfa-oligo y poliglucósidos en alimentos.

7.1.-EFECTO DEL pH. La mayoría de los enzimas presentan un pH óptimo para el cual su actividad es máxima; por encima o por debajo de ese pH la actividad disminuye bruscamente. Este efecto se debe a que, al ser los enzimas de naturaleza proteica, al igual que otras proteínas, se desnaturalizan y pierden su actividad si el pH varía más allá de unos límites estrechos (Figura 14.8). De ahí la conocida importancia biológica de los sistemas tampón. En la mayor parte de los casos el pH óptimo está próximo a la neutralidad, en consonancia con el pH intracelular, pero existen enzimas con pH óptimo muy diverso según sea el pH del medio en el que habitualmente actúan (los enzimas proteolíticos del jugo gástrico tienen pHs óptimos próximos a 2 ya que este es el pH de dicho jugo). Por último existen algunos enzimas a los que el pH no afecta en absoluto.