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Aplicaciones de las enzimas pag.1
Rebeca Artime Holgado Universidad de Salamanca
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EENNZZIIMMAASS
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1.La biotecnología puede rediseñar enzimas y microorganismos para incrementar la
eficacia y reducir costes. ................................................................................................13
2.Mejorar la calidad y el rendimiento........................................................................14
3.Mejora de los sabores .............................................................................................15
4.Fabricación del pan.................................................................................................16
5.Incrementar la fermentabilidad del mosto ..............................................................19
CCAARRBBOOHHIIDDRRAASSAASS ............ 2200 1- Amilasas ................................................................................................................20
2- Enzimas desramificantes .......................................................................................22
3-Celulasas.................................................................................................................23
4- Invertasas...............................................................................................................23
5- Lactasa ( b galactosidasa)......................................................................................24
EENNZZIIMMAASS
PPRROOTTEEOOLLIITTIICCAASS.................... 2255
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........................................................................
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AALLGGUUNNOOSS PPRROOCCEESSOOSS
IINNDDUUSSTTRRIIAALLEESS QQUUEE
UUTTIILLIIZZAANN EENNZZIIMMAASS........ 2277 Industria del almidón y del azúcar.............................................................................27
Productos lácteos .......................................................................................................28
Industrias de molinería y panadería...........................................................................29
Industrias productoras de ZuMos de frutas ...............................................................30
Procesamiento de carne .............................................................................................31
Industria cervecera.....................................................................................................31
Industrias de grasas y aceites.....................................................................................33
Industria textil............................................................................................................34
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IINNTTRROODDUUCCCCIIOONN
La utilización empírica de preparaciones enzimáticas en la elaboración de alimentos es
muy antigua. El cuajo, por ejemplo, se utiliza en la elaboración de quesos desde la
prehistoria, mientras que las civilizaciones precolombinas ya utilizaban el zumo de la
papaya. Sin embargo, hasta 1897 no quedó totalmente demostrado que los efectos
asociados a ciertos materiales biológicos, como el cuajo o las levaduras pudieran
individualizarse en una estructura química definida, llamada enzima, aislable en principio
del organismo vivo global. Desde hace unas décadas se dispone de enzimas relativamente
puros y con una gran variedad de actividades susceptibles de utilizarse en la elaboración
de alimentos. Los progresos que están realizando actualmente la ingeniería genética y la
biotecnología permiten augurar un desarrollo cada vez mayor del uso de los enzimas, al
disponer de un suministro continuo de materiales con la actividad deseada a precios
razonables.
Los enzimas son piezas esenciales en el funcionamiento de todos los organismos
vivos, actuando como catalizadores de las reacciones de síntesis y degradación que tienen
lugar en ellos.
La utilización de enzimas en los alimentos presenta una serie de ventajas, además de las
de índole económica o tecnológica. La gran especificidad de acción que tienen los
enzimas hace que no se produzcan reacciones laterales imprevistas. Así mismo se puede
trabajar en condiciones moderadas, especialmente de temperatura, lo que evita
alteraciones de los componentes más lábiles del alimento. Desde el punto de vista de la
salud, puede considerarse que las acciones enzimáticas son, en último extremo, naturales.
Además los enzimas pueden inactivarse fácilmente cuando se considere que ya han
realizado su misión, quedando entonces asimilados al resto de las proteínas presentes en
el alimento.
Para garantizar la seguridad de su uso deben tenerse en cuenta no obstante algunas
consideraciones: en aquellos enzimas que sean producidos por microorganismos, estos no
deben ser patógenos ni sintetizar a la vez toxinas, antibióticos, etc. Los microorganismos
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ideales son aquellos que tienen ya una larga tradición de uso en los alimentos
(levaduras de la industria cervecera, fermentos lácticos, etc.). Además, tanto los
materiales de partida como el procesado y conservación del producto final deben ser
acordes con las prácticas habituales de la industria alimentaria por lo que respecta a
pureza, ausencia de contaminantes, higiene, etc.
Los enzimas utilizados dependen de la industria y del tipo de acción que se desee obtener,
siendo éste un campo en franca expansión.
A continuación, a modo de introducción se mencionan algunos ejemplos.
- Industrias lácteas
Como se ha indicado, el cuajo del estómago de los rumiantes es un producto clásico en la
elaboración de quesos. Está formado por la mezcla de dos enzimas digestivos (quimosina
y pepsina) y se obtiene del cuajar de las terneras jóvenes. Estos enzimas rompen la
caseína de la leche y producen su coagulación. Desde los años sesenta se utilizan también
otros enzimas con una acción semejante obtenidos a partir de microorganismos o de
vegetales. Actualmente empieza a ser importante también la lactasa, un enzima que
rompe la lactosa, que es el azúcar de la leche. Muchas personas no pueden digerir este
azúcar, por lo que la leche les causa trastornos intestinales. Ya se comercializa leche a la
que se le ha añadido el enzima para eliminar la lactosa.
- Panadería
En panadería se utiliza la lipoxidasa, simultáneamente como blanqueante de la harina y
para mejorar su comportamiento en el amasado. La forma en la que se añade es
usualmente como harina de soja o de otras leguminosas, que la contienen en abundancia.
Para facilitar la acción de la levadura, se añade amilasa, normalmente en forma de harina
de malta, aunque en algunos países se utilizan enzimas procedentes de mohos ya que la
adición de malta altera algo el color del pan. La utilización de agentes químicos para el
blanqueado de la harina está prohibida en España.
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A veces se utilizan también proteasas para romper la estructura del gluten y mejorar la
plasticidad de la masa. Este tratamiento es importante en la fabricación de bizcochos.
- Cervecería
A principios de este siglo (1911) se patentó la utilización de la papaína para fragmentar
las proteínas presentes en la cerveza y evitar que ésta se enturbie durante el
almacenamiento o la refrigeración, y este método todavía se sigue utilizando. Este enzima
se obtiene de la papaya. Un enzima semejante, la bromelaína, se obtiene de la piña
tropical.
Un proceso fundamental de la fabricación de la cerveza, la rotura del almidón para formar
azúcares sencillos que luego serán fermentados por las levaduras, lo realizan las amilasas
presentes en la malta, que pueden añadirse procedentes de fuentes externas, aunque lo
usual es lo contrario, que la actividad propia de la malta permita transformar aun más
almidón del que contiene. Cuando esto es así, las industrias cerveceras añaden almidón de
patata o de arroz para aprovechar al máximo la actividad enzimática.
- Fabricación de zumos
A veces la pulpa de las frutas hace que los zumos sean turbios y demasiado viscosos,
produciéndose también ocasionalmente problemas en la extracción y en su eventual
concentración. Esto es debido a la presencia de pectinas, que pueden destruirse por la
acción de enzimas presentes en el propio zumo o bien por enzimas añadidas obtenidas de
fuentes externas. Esta destrucción requiere la actuación de varios enzimas distintos, uno
de los cuales produce metanol, que es tóxico, aunque la cantidad producida no llegue a
ser preocupante para la salud.
- Fabricación de glucosa y fructosa a partir del maíz
Una industria en franca expansión es la obtención de jarabes de glucosa o fructosa a partir
de almidón de maíz. Estos jarabes se utilizan en la elaboración de bebidas refrescantes,
conservas de frutas, repostería, etc. en lugar del azúcar de caña o de remolacha. La forma
antigua de obtener estos jarabes, por hidrólisis del almidón con un ácido, ha sido
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prácticamente desplazada en los últimos 15 años por la hidrólisis enzimática, que permite
obtener un jarabe de glucosa de mucha mayor calidad y a un costo muy competitivo. De
hecho, la CE ha limitado severamente la producción de estos jarabes para evitar el
hundimiento de la industria azucarera clásica. Los enzimas utilizados son las alfa-
amilasas y las amiloglucosidasas. La glucosa formada puede transformarse luego en
fructosa, otro azucar más dulce, utilizando el enzima glucosa-isomerasa, usualmente
inmovilizado en un soporte sólido.
- Otras aplicaciones
Los enzimas se utilizan en la industria alimentaria de muchas otras formas, en
aplicaciones menos importantes que las citadas anteriormente. Por ejemplo, en la
fabricación de productos derivados de huevos, las trazas de glucosa presentes, que
podrían oscurecerlos, se eliminan con la acción combinada de dos enzimas, la glucosa-
oxidasa y la catalasa. Por otra parte, la papaína y bromelaína, enzimas que rompen las
proteinas, se pueden utilizar, fundamentalmente durante el cocinado doméstico, para
ablandar la carne.
Algunas enzimas, como la lactoperoxidasa, podrian utilizarse en la conservacion de
productos lacteos.
Antes de entrar a considerar los tratamientos enzimáticos en las distintas industrias,
examinaremos brevemente algunos aspectos de interés relacionados con la utilización de
las enzimas.
PPRROODDUUCCCCIIÓÓNN IINNDDUUSSTTRRIIAALL DDEE EENNZZIIMMAASS
La producción de enzimas para uso industrial se ha desarrollado gradualmente, desde
finales del siglo XIX cuando se produjeron en Dinamarca y Japón las primeras
preparaciones de renina (extracto salino del estómago de terneros) y de amilasa fúngica
llamada takadiastasa. En un principio las preparaciones comerciales de las enzimas se
obtenían de extractos crudos de plantas y animales, con escasa contribución de los
microorganismos.
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Las plantas han sido fuente tradicional de un cierto número de enzimas. A partir del
latex producido por la papaya, la higuera y la piña principalmente, se han aislado cisteín
proteasas. El latex es fácil de obtener, se deja secar al sol y se puede utilizar como una
preparación enzimática cruda. El latex fresco de Carica papaya contiene varias
actividades enzimáticas proteolíticas, una de las cuales es la papaína, que constituye 7%
de la materia soluble total.
La cebada malteada también ha sido fuente importante de enzimas vegetales. La
industria cervecera ha utilizado tradicionalmente este material crudo para extraer amilasas
y proteasas. En términos globales, la cebada malteada contribuye en forma relevante al
mercado de enzimas.
En cuanto a las enzimas de orígen animal, se han obtenido pocas, por ejemplo lipasa
pancreática y tripsina, debido principalmente a disponibilidad limitada de material
adecuado y a la posibilidad de reemplazarlas por enzimas similares derivadas de
microorganismos. Sin embargo, los sustitutos microbianos aunque catalíticamente
eficaces presentan sutiles diferencias en sus propiedades que pueden ser cruciales para su
aplicación. Tal ha sido el caso de las enzimas proteolíticas para la fabricación del queso.
Afortunadamente, los recientes avances en las técnicas del DNA recombinante, más
conocidas como ingeniería genética, han hecho posible que ciertos genes de mamíferos
sean transferidos y expresados en bacterias o levaduras facilitando la producción de
enzimas de origen animal.
Los microorganismos producen una amplia variedad de enzimas potencialmente útiles,
muchas de las cuales son excretadas al medio. Algunas enzimas se obtienen mediante
procesos de fermentación en superficie (cultivo semisólido) pero otras se producen por
cultivo sumergido usando medios líquidos y tanques cerrados de fermentación que
permiten un mejor control de las condiciones del proceso.
A comienzos de los años 50 se inició en Dinamarca la producción en cultivo
sumergido de amilasa bacteriana para la industria textil. Muy pronto se comenzaron a
producir otras enzimas microbianas, pero a partir de 1965 se produjo el gran "boom"
debido principalmente al uso de enzimas en detergentes. Otro campo de aplicación que ha
tenido mucho auge desde los años 60 ha sido la industria del almidón. El punto más alto
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se logró cuando se lanzó por primera vez una preparación enzimática, la
amiloglucosidasa, que permitía hidrolizar completamente el almidón para obtener
glucosa. Actualmente casi toda la producción de glucosa se basa en el proceso
enzimático, por las ventajas de mayor rendimiento, mayor pureza y facilidad de
cristalización, en comparación con la hidrólisis ácida.
Debido a que las aplicaciones industriales de las enzimas requieren que estas sean
producidas a gran escala y a bajo costo, el empleo de algunas enzimas de origen vegetal y
animal ha ido decayendo, en favor de las enzimas de origen microbiano. Por sus rápidas
ratas de crecimiento, las principales fuentes de las enzimas son bacterias, levaduras y
hongos filamentosos, que se cultivan en medios sólidos o líquidos relativamente baratos y
con tiempos cortos de producción.
Unas 20 compañías de Europa, Japón y Estados Unidos realizan la producción de
enzimas, pero el mercado es dominado por 3 de ellas: Novo Nordisk (Dinamarca) con el
50% de las ventas a nivel mundial, seguida por Gist Brocades (Neatherlands) y Rhom and
Haas (Alemania). El mercado de las enzimas ha tenido gran crecimiento desde los años
70 y este ha sido paralelo con el desarrollo de un gran número de aplicaciones en la
industria alimentaria.
En América latina existen empresas productoras de enzimas en México, Brasil,
Argentina y Uruguay, muchas de las cuales son subsidiarias de empresas transnacionales,
como es el caso de Pfizer en México y Brasil y Novo en Brasil.
En Colombia no hay producción de enzimas a escala industrial, siendo importadas de
diversos países de Europa, también de Japón , Estados Unidos , Canadá y México.
La importación de enzimas en Colombia se hace en su mayor parte a través de
representantes o casas comerciales pero algunas industrias de cervecería, molinería y
lácteos hacen importación directa de las enzimas que requieren.
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La frágil naturaleza proteica de las enzimas, que conlleva a una estabilidad limitada de
su estructura y funcionalidad, constituye un aspecto importante en un contexto
tecnológico. Se considera que una enzima es apropiada para una aplicación comercial, si
su estabilidad es suficiente para dicha aplicación.
La estabilidad de las enzimas es una función compleja de las condiciones ambientales
utilizadas, tales como el pH, la temperatura y la presencia de sustancias desestabilizantes
de la estructura proteica.
La estabilidad operacional se puede cuantificar en términos del beneficio obtenido,
producto formado, durante el tiempo de vida del catalizador enzimático. La predicción
teórica de la estabilidad operacional de una enzima resulta imposible, por lo que el único
método útil de evaluación es la acumulación de datos experimentales.
Por otra parte, la estabilidad para el almacenaje se puede lograr de manera sencilla,
almacenando la enzima a baja temperatura, entre 0 y 4 0C y /o adicionando estabilizantes
como polímeros orgánicos, antioxidantes, agentes quelantes y glicoles. Adicionalmente,
la presencia del sustrato o de un análogo del mismo, ha demostrado tener efecto
estabilizante, posiblemente como resultado de cambios conformacionales que conducen a
una mayor rigidez de la estructura de la enzima.
Los enfoques para lograr enzimas con mayor estabilidad operacional han sido los
siguientes:
1. Búsqueda de enzimas estables en la naturaleza, generalmente aisladas de
microorganismos adaptados a vivir en condiciones extremas como fuentes termales
(termófilos) y medios salinos (halófilos).
2. La adición de estabilizantes, por ejemplo baja concentración de agentes
quelantes, inhibidores del crecimiento microbiano (azidas) y protectores de tioles (H2S)
puede ser beneficiosa, pero su utilización depende del costo y de la compatibilidad con el
proceso.
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3. La modificación química de la proteína, por acilación o alquilación de algunos
aminoácidos, puede mejorar la estabilidad, pero sus efectos son difíciles de predecir. Se
puede cambiar la especificidad por un sustrato o incluso el tipo de reacción catalizada por
una enzima en particular. Sin embargo, la modificación química no ha encontrado amplia
aplicación en un contexto industrial.
4. La inmovilización de enzimas en soportes insolubles puede mejorar la estabilidad
enzimática, aunque no es posible garantizar buenos resultados. La inmovilización exitosa
debe mantener la especificidad de sustrato y alta rata de reacción permitiendo la rápida
formación de los productos.
Adicionalmente a la estabilización de la enzima, la inmovilización también permite
reciclar la enzima y separarla fácilmente del producto, todo lo cual tiene beneficios
económicos. Las enzimas inmovilizadas se usan rutinariamente para generar productos
como aminoácidos, queso, jugos y jarabes de fructosa.
La ingeniería de proteínas es la aproximación más reciente al mejoramiento de la
estabilidad. Los métodos utilizados se derivan de los avances en la ingeniería genética.
Una muestra de la enzima, de alta pureza, cristalizada, se emplea para obtener la
estructura tridimensional de la enzima por cristalografía de rayos X. Esta información y
los datos de la secuencia de aminoácidos en la proteína, se ingresan en un computador
programado para realizar modelamiento molecular y predecir los cambios estructurales
que tienen lugar si se cambia uno o más aminoácidos. Con este enfoque es posible
predecir como mejorar el desempeño de una enzima o darle nuevas características
deseables. Las propiedades en las que hay mayor interés son la especificidad de sustrato,
la afinidad, la dependencia del pH y de la temperatura, así como la estabilidad. En
algunos casos puede resultar ventajoso aumentar la estabilidad al calor o alterar el pH
óptimo y con ello mejorar la eficiencia de un proceso definido. Algunas enzimas
mejoradas por ingeniería de proteínas se encuentran disponibles en el comercio, una
proteasa y una amilasa para uso de detergentes.
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IINNGGEENNIIEERRIIAA EENNZZIIMMAATTIICCAA
11..LLAA BBIIOOTTEECCNNOOLLOOGGÍÍAA PPUUEEDDEE RREEDDIISSEEÑÑAARR EENNZZIIMMAASS YY MMIICCRROOOORRGGAANNIISSMMOOSS
PPAARRAA IINNCCRREEMMEENNTTAARR LLAA EEFFIICCAACCIIAA YY RREEDDUUCCIIRR CCOOSSTTEESS..
La biotecnología está también muy cerca de producir enzimas para la manufacturación
de alimentos.
Es posible copiar el gen para un enzima procedente de un animal o planta e
introducirlo en una gran cantidad de microorganismos, incluyendo aquellos usados en la
fermentación de alimentos, produciendo por tanto el enzima a menor coste y con una
pureza mayor de lo que sería posible a partir de la planta o animal originales.
Los modelos moleculares muestran el modo en que cada uno de los cientos de
aminoácidos, los ladrillos que forman la proteína, contribuyen a la estructura y dan idea
del papel que tienen los aminoácidos en la actividad y estabilidad de la molécula de
proteína. Basándonos en esto los enzimas pueden ser rediseñadas, este proceso se conoce
comúnmente con el nombre de ingeniería de las proteínas, mediante la cual se realizan
unas alteraciones específicas en el gen que codifica para un enzima. Actualmente se
llevan a cabo investigaciones para aplicar esta tecnología y desarrollar enzimas que
puedan ser activados en el tratamiento de alimentos e inactivos cuando se haya logrado el
nivel requerido de transformación.
Glucosa isomerasa es el enzima utilizado para convertir la glucosa en un azúcar mucho
más dulce, la fructosa. Los siropes de glucosa son transformados sobre un lecho
enzimático en una mezcla compuesta por fructosa y glucosa a partes iguales. El enzima
tras varias semanas pierde su actividad y por tanto debe ser repuesto frecuentemente.
Los modelos hechos por ordenador de este enzima muestran que realizando cambios
en un solo aminoácido se puede modificar la estabilidad del lugar activo del enzima. La
arginina de esta posición fue cambiada por lisina y reconstruyendo el gen nuevo se
introdujo en una bacteria que produjo el enzima modificado. El enzima obtenido es cinco
veces más estable, potencialmente permite recortar costes, incrementar la capacidad de
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transformación e incluso permite trabajar a temperaturas más altas que las habituales con
lo que la producción de fructosa es mayor.
En los productos alimentarios los enzimas se encuentran en pequeñas cantidades. En el
Reino Unido son consideradas como una ayuda en el tratamiento de alimentos y por tanto
no deben ser indicadas en el etiquetado obligatorio salvo en el caso de algunos alimentos
hay normas que regulan el uso de enzimas como aditivos: el pan, harina y queso.
Actualmente en Europa no hay acuerdos referentes a las regulaciones sobre el uso de
enzimas en alimentos
22..MMEEJJOORRAARR LLAA CCAALLIIDDAADD YY EELL RREENNDDIIMMIIEENNTTOO
Los enzimas pueden ser utilizadas para reducir costes y mejorar la calidad de los
tratamientos de fruta y vegetales. Los cócteles de enzimas pueden mejorar el rendimiento
y la calidad de los zumos y extractos de sabores de las plantas. Sistemas únicos de
preparados enzimáticos son usados para la obtención de extractos de zumos de fruta y
verdura y la optimización de la extracción de saborizantes botánicos. Además de las
pectinas, los tejidos de vegetales contienen una gran variedad de polímeros de hidratos de
carbono tales como la celulosa, los pentosanos y el almidón. La selección del sistema
enzimático adecuado que trabaje de forma sinérgica con los procesos mecánicos
(pulverización, prensado, filtración etc.) ayuda a obtener unos extractos de calidad y
estables que son completamente naturales y a maximizar la eficacia del equipo utilizado
en los tratamientos. El alcohol es a menudo usado como un disolvente para extraer
colorantes y sabores de las plantas, siendo inadecuado en algunos mercados alimenticios,
ya que no son aptos para su consumo en algunos países musulmanes. Sin embargo,
utilizando los cócteles enzimáticos para romper los tejidos se puede eliminar la necesidad
de usar alcohol. Igualmente, para el consumo de dichos alimentos por las comunidades
judías es necesario conseguir el certificado de “kosher” por el rabino experto.
Actualmente hay una creciente demanda de ingredientes para alimentos y bebidas con
certificado de “kosher”, por tanto se pueden buscar preparados enzimáticos adecuados
que cumplan con este requisito.
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33..MMEEJJOORRAA DDEE LLOOSS SSAABBOORREESS
Construir sabores salados con enzimas mejora la calidad de los productos bajos en
grasas. Los sistemas de enzimas pueden ser utilizados para dar sabor tanto a productos
lácteos como cárnicos. Los enzimas se usan para hidrolizar substratos naturales,
generalmente grasas y proteínas, produciendo ácidos grasos libres y los pépticos que
generan el sabor. Ahora los perfiles de sabor de productos lácteos y cárnicos individuales
pueden ser reproducidos e intensificados tratando las grasas naturales con selectas
combinaciones de lipasa y proteasa. Esta es una importante contribución al creciente
mercado de productos con bajo contenido en grasas, que para que tengan aceptación entre
los consumidores, tienen que tener todo el sabor de los productos con mayor contenido en
grasas, sin contener aditivos artificiales.
Los enzimas son ahora utilizados para fabricar un queso con el sabor altamente
intensificado para su uso como condimento. El queso es curado naturalmente con
enzimas añadidas para acelerar el proceso. Luego los enzimas son inactivados y así se
para la curación exactamente en el punto adecuado. Uno de los objetivos de la industria
láctea se centra en la restauración y sectores de alimentos industriales, ofreciendo nuevas
maneras de formular ingredientes de valor añadido. El queso modificado con enzimas es
una de las mejores iniciativas de las comidas de formula desarrollada con la ayuda
tecnológica de los proveedores de formulas enzimáticas de acuerdo con las necesidades
individuales de los clientes. El queso modificado enzimáticamente es un concentrado de
queso natural que proporciona, entorno de 25 a 30 veces, mayor sabor al queso sin el uso
de saborizantes añadidos. Este queso modificado resiste las altas temperaturas utilizadas
en los procesos de coagulación, esterilización, horneado e incluso congelación. Este
queso puede ser usado en prácticamente cualquier aplicación donde sea requerido el sabor
a queso incluyendo quesos procesados, sustitutos del queso, aliños, salsas, sopas, pasta,
alimentos rápidos, galletas y otros productos tipo aperitivos, cremas para untar, y
rellenos. Está disponible en diferentes variedades como gouda, cheddar, quesos
vegetarianos, azules y pueden ser confeccionados según las necesidades del cliente.
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Los enzimas se han convertido en una parte clave de la producción de muchos
saborizantes. Empresas suministradoras de los mismos para la industria de la
alimentación, producen una amplia gama de extractos y condimentos de sabor producidos
por un número de técnicas que incluyen cocción, secado, formación de compuestos y
modificaciones biotecnológicas. Producen los sabores de carnes, vegetales y productos
lácteos, además de una gama de sabores dulces y mezclas exóticas. Algunos de estos
condimentos son modificados enzimáticamente, se distribuyen a una gran cantidad de
productores de la industria alimenticia de Europa Occidental, como sistemas de
condimentación natural. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar otras maneras de
aplicación de los enzimas en particular así como en otros sectores de la biotecnología
para la expansión de una gama de condimentos naturales en la industria alimenticia.
44..FFAABBRRIICCAACCIIÓÓNN DDEELL PPAANN
La textura y el periodo de conservación de frescura del pan son controlados por
amilasas. Los enzimas siempre han tenido un papel vital en la fabricación del pan. En
algunos países Europeos el pan de molde era fabricado a partir de trigo duro, procedentes
de Norte América. Con la entrada en la Comunidad Europea los precios del trigo
importado subieron y los panaderos se vieron cada vez más obligados a utilizar trigos de
otros países europeos o propios. Desafortunadamente, el trigo que crece en climas muy
húmedos no tiene las características ideales para proporcionar una harina que de pan de
molde de buena calidad. Las amilasas que existen naturalmente en la levadura y la harina
contribuyen principalmente a la producción de dióxido de carbono durante la
fermentación y la cocción, los dos procesos responsables del desarrollo del sabor y la
subida de la masa para obtener un pan ligero y sabroso
Recientemente se ha reconocido el papel de otros enzimas con habilidad para mejorar
la masa y por retener el gas. Los consumidores demandan cada vez más productos
naturales, por lo que es cada vez más importante usar ingredientes naturales para mejorar
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la calidad del pan en vez de utilizar aditivos químicos. Las investigaciones del molido de
la harina y horneado ha llevado a cabo un extenso proceso de desarrollo tanto por parte de
los productores de enzimas como de las panificadoras para poder conseguir estos
objetivos.
Los enzimas que existen de forma natural se usan para mejorar la calidad del pan
utilizando el trigo de la CEE. Las alfa-amilasas existen de forma natural en el trigo
durante su crecimiento, pudiéndose producir niveles altos de este enzima en el trigo si en
las últimas semanas antes de la recolecta la lluvia es intensa. Si estos altos niveles de alfa-
amilasa se mantienen en la harina que se va a utilizar finalmente para fabricar el pan, el
enzima solo se mantiene activo hasta que se llega a una temperatura determinada a partir
de la cual deja de funcionar, esto hace que demasiados hidratos de carbono se
transformen en azúcares, causando problemas en el corte de las rebanadas de pan de
molde y por tanto produciendo un gasto considerable. Ahora bien, una alfa-amilasa
derivada de hongos y que es activa a temperaturas más altas, compite bien con el enzima
del trigo para producir la cantidad justa de azúcares que son fermentados por la levadura
y un número de hidratos de carbono adecuado para que el pan tenga una duración buena
en la tienda. La adición de este enzima puede traer consigo mejoras en el volumen del
pan y su esponjosidad y sin problemas con respecto al corte en rebanadas.
La biotecnología puede dar nuevas soluciones para mejorar la masa del pan sin tener
que utilizar aditivos químicos azúcares que normalmente están presentes en el mosto.
Algunas levaduras no utilizadas en la fermentación de la cerveza son capaces de
fermentar estos azúcares adicionales, pero no pueden ser usadas en las fermentaciones
comerciales porque producen una cerveza de sabor desagradable. De todas maneras, este
problema puede ser resuelto gracias a la tecnología genética, con la creación de cepas de
levadura genéticamente modificadas, así se obtiene una mejor fermentabilidad combinada
con una cerveza ligera de alta calidad.
Cortando una pequeña parte del ADN de las levaduras que pueden degradar el almidón
y uniéndolo al ADN de la levadura de cerveza, esta última es modificada para que sólo
aumente la fermentabilidad del mosto cervecero, y todas las otras propiedades de la
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levadura se mantengan constantes. Además el sabor de la cerveza fermentada con estas
levaduras es igual al de las cervezas fermentadas con las cepas de levadura tradicionales.
Debido a que esta levadura es capaz de aumentar la fermentabilidad de los mostos
cerveceros, ayuda a sacarle más provecho a las materias primas. También es posible
realizar fermentaciones para crear productos especiales, tales como la cerveza baja en
hidratos de carbono. A principios de 1994, las organizaciones reguladoras del Reino
Unido permitieron el uso de una de
estas levaduras para su uso comercial. Este fue el primer permiso de este tipo que se
dio en el mundo. Actualmente se está utilizando esta levadura para fabricar una cerveza
baja en hidratos de carbono. El hecho de que se haya aprobado esta levadura abre las
posibilidades de un uso más amplio de levaduras genéticamente modificadas en las
industrias de alimentos fermentados. Actualmente un número de compañías comerciales
están investigando esta nueva levadura en sus departamentos de desarrollo.
Suplementando el alfa-amilasa del cereal, existente de forma natural en el trigo, con
alfa-amilasa de hongos se incrementa la cantidad de azúcares fermentables para la
levadura lo que conduce a mayor producción de gas durante el proceso de fermentación
de la masa. Además, el enzima retarda la gelificación del almidón lo que permite que el
pan suba durante más tiempo en el horno.
Las grandes empresas panificadoras también utilizan la tecnología enzimática para
mejorar el pan con la colaboración de los suministradores de enzimas, llegando a
establecer que combinación de alfa-amilasa de hongo podía conseguir la correcta
actividad y temperatura estable.
En 1989 cuando el bromato de potasio, utilizado para mejorar la harina, fue prohibido,
un comité de investigación descubrió la hemicelulasa. Este enzima usado conjuntamente
con la alfa-amilasa, podía, sujeta a la aprobación de las regulaciones, reemplazar muchos
de los beneficios que el bromato de potasio tenía en el pan. La adición de otras enzimas
también puede ser usada para modificar las características de laminación de la masa de
las galletas sin tener que modificar químicamente la masa.
Aplicaciones de las enzimas pag.19
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El principal beneficio de esta suplementación enzimática es que sube mejor la masa de
pan hecha con trigo local y que la miga puede resistir el untado de mantequilla pero sigue
siendo tierna a la hora de comer. De la misma manera, se pueden adicionar enzimas a la
masa de las galletas como una excelente técnica de modificación, siendo una
alternativa a las modificaciones químicas.
55..IINNCCRREEMMEENNTTAARR LLAA FFEERRMMEENNTTAABBIILLIIDDAADD DDEELL MMOOSSTTOO
Las cepas de levadura tradicionales en la fermentación de cerveza son incapaces de
convertir un 25% de los azúcares que normalmente están presentes en el mosto. Algunas
levaduras no utilizadas en la fermentación de la cerveza son capaces de fermentar estos
azúcares adicionales, pero no pueden ser usadas en las fermentaciones comerciales
porque producen una cerveza de sabor desagradable. De todas maneras, este problema
puede ser resuelto gracias a la tecnología genética, con la creación de cepas de levadura
genéticamente modificadas, así se obtiene una mejor fermentabilidad combinada con una
cerveza ligera de alta calidad.
Cortando una pequeña parte del ADN de las levaduras que pueden degradar el almidón
y uniéndolo al ADN de la levadura de cerveza, esta última es modificada para que sólo
aumente la fermentabilidad del mosto cervecero, y todas las otras propiedades de la
levadura se mantengan constantes. Además el sabor de la cerveza fermentada con estas
levaduras es igual al de las cervezas fermentadas con las cepas de levadura tradicionales.
Debido a que esta levadura es capaz de aumentar la fermentabilidad de los mostos
cerveceros, ayuda a sacarle más provecho a las materias primas. También es posible
realizar fermentaciones para crear productos especiales, tales como la cerveza baja en
hidratos de carbono. A principios de 1994, las organizaciones reguladoras del Reino
Unido permitieron el uso de una de estas levaduras para su uso comercial. Este fue el
primer permiso de este tipo que se dio en el mundo.
Actualmente se está utilizando esta levadura para fabricar una cerveza baja en hidratos
de carbono. El hecho de que se haya aprobado esta levadura abre las posibilidades de un
uso más amplio de levaduras genéticamente modificadas en las industrias de alimentos
Aplicaciones de las enzimas pag.20
Rebeca Artime Holgado Universidad de Salamanca
fermentados. Actualmente un número de compañías comerciales están investigando esta
nueva levadura en sus departamentos de desarrollo.
Veamos ahora aplicaciones de grupos de los grupos de enzimas más importantes:
CCAARRBBOOHHIIDDRRAASSAASS
11-- AAMMIILLAASSAASS
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, las cuales rompen al azar los enlaces en el
interior del sustrato (endoamiladas); b amilasas 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.
La acción de una a amilasa sobre la fracción de amilosa del almidón, procede en dos
etapas. Inicialmente, tiene lugar una rápida degradación de la amilosa para dar maltosa y
maltotriosa. En la segunda fase, más lenta, ocurre hidrólisis de los oligosacáridos ,
formando glucosa y maltosa como productos finales.
La acción sobre la amilopectina produce glucosa, maltosa y una serie de dextrinas
límite y oligosacáridos de cuatro o más residuos de glucosa, todos con enlaces
glicosídicos a 1-6. Diferentes enzimas producen diferentes dextrinas.
El peso molecular de las a amilasas está alrededor de 50000, cada molécula
contiene un ión calcio (ca2+), que se encuentra fuertemente unido a la enzima y que
solo puede ser removido a bajo pH por el uso de agentes quelantes. La completa
remoción del calcio conlleva pérdida total de la actividad. El calcio no participa
directamente en la formación del complejo enzima-sustrato pero mantiene la molécula de
enzima en la configuración óptima para máxima actividad y estabilidad.
Aplicaciones de las enzimas pag.21
Rebeca Artime Holgado Universidad de Salamanca
El efecto del pH sobre la estabilidad y actividad de las amilasas es de importancia
práctica considerable. Las amilasas dan curvas típicas de campana de Gaus cuando se
grafica la actividad versus pH. Las máximas actividades de las amilasas están hacia la
región ácida entre 4.5 y 7.0, pero las formas de las curvas y la localización del pH óptimo
difieren dependiendo del orígen de la enzima.
La a amilasa de Bacillus subtilis tiene un pH óptimo más bien amplio, entre 5 y 7. La
amilasa de Bacillus stearothermophilus tiene un rango estrecho, con pH óptimo alrededor
de 3. La a amilasa de sorgo tiene pH óptimo de 4.8 y pierde su actividad rápidamente en
condiciones más ácidas. La a amilasa de trigo tiene su pH óptimo alrededor de 4.5 y su
actividad disminuye rápidamente a pH inferior a 4. La pérdida de actividad es más lenta a
pH superior a 5.
El efecto de la temperatura sobre las a amilasas es muy variable, depende de la fuente
de la enzima. La amilasa de Bacillus subtilis tiene máxima actividad entre 60 y 80 0C ,
aunque cortos tiempos de reacción permiten la licuefacción a 85-90 0C.
La a amilasa de Bacillus licheniformis es termoestable y resiste hasta 110 0C con
cortos tiempos de reacción. La a amilasa fúngica (Aspergillus spp) tiene una tolerancia
térmica limitada, entre 55-60 0C
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)
Aplicaciones de las enzimas pag.22
Rebeca Artime Holgado Universidad de Salamanca
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.
22-- EENNZZIIMMAASS DDEESSRRAAMMIIFFIICCAANNTTEESS
Este grupo de enzimas puede dividirse en dos clases: directas e indirectas. Las
desramificantes directas hidrolizan los enlaces glicosídicos a 1-6 del glicógeno y/o la
amilopectina nativos, están representadas por el sistema amilo 1-6 glucosidasa oligo 1-4
® 1-4 glucantransferasa. Por el contrario, la acción de las enzimas indirectas requiere la
modificación previa del sustrato con otra enzima. Este último grupo puede subdividirse
en pululanasas e isoamilasas.
Las pululanasas de orígen microbiano han sido aisladas de Aerobacter aerogenes,
Escherichia intermedia y Streptococcus mitis . Las enzimas actúan sobre pululano,
amilopectina, glicógeno y dextrinas. El único producto de reacción es maltosa . La
temperatura óptima está alrededor de 45 0C y el pH entre 4 y 5.
Las isoamilasas se han aislado de Pseudomonas y levaduras. La principal diferencia
con las pululanasas, es la incapacidad de las isoamilasas de degradar el polisacárido lineal
pululano.
Aplicaciones de las enzimas pag.23
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33--CCEELLUULLAASSAASS
La celulosa es rápidamente hidrolizada en la naturaleza por organismos aeróbicos del
suelo, particularmente por los hongos que degradan la madera. Los organismos
anaeróbicos del rumen y del intestino son responsables de la digestibilidad de la celulosa
en los animales rumiantes y en los herbívoros.
Algunos autores restringen el término celulasas para aquellas enzimas que actúan
sobre celulosa nativa (tipo C1) y b D glucanos de los cereales, mientras que otros autores
extienden el nombre también a las enzimas (tipo Cx) que actúan sobre celulosas
modificadas.
La celulasa aislada de Trichoderma viride / reseei causa la endo hidrólisis de los
enlaces b 1-4 glucosídicos, de la celulosa y de los glucanos de cereales. El producto de la
reacción es principalmente celobiosa , la cual inhibe la hidrólisis de la celulosa. La
actividad máxima ocurre en el rango de pH 4-6, pero la enzima es estable hasta pH 8. La
tolerancia térmica está alrededor de 40 0C.
La celulasa de Penicillium funiculosum, es menos sensible a la inhibición por
celobiosa y es termicamente estable por encima de 50 0C, a pH 5. La enzima se inactiva
rápidamente por el calor a valores superiores de pH.
En el comercio se encuentran complejos enzimáticos de enzimas macerantes, de
Trichoderrma viride y Rhizopus spp., que presentan actividad celulasa, xilanasa y
poligalacturonasa, y que se emplean para la degradación de tejidos vegetales.
44-- IINNVVEERRTTAASSAASS
Hidrolizan el residuo terminal no reductor de b D fructofuranósidos. El principal
sustrato es la sacarosa, pero también pueden hidrolizar rafinosa para dar fructosa y
melibiosa. La enzima también tiene actividad fructotransferasa.
El pH óptimo es 4.5, pero se logra un 80% de actividad en el rango entre 3.5 –4.5.
Tienen actividad máxima entre 50-60 0C. El efecto de la concentración de sustrato es de
Aplicaciones de las enzimas pag.24
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particular relevancia, ya que la máxima actividad se logra con concentraciones de
sacarosa del 5-10%. A concentración de sacarosa del 70% la actividad es solo de 25% del
máximo.
La invertasa es de gran importancia en la industria de alimentos porque la hidrólisis de
la sacarosa forma jarabes más dulces, los monosacáridos formados por la acción de la
invertasa son más solubles que la sacarosa y por lo tanto no cristalizan en los jarabes
concentrados.
55-- LLAACCTTAASSAA (( BB GGAALLAACCTTOOSSIIDDAASSAA))
Hidroliza los residuos terminales de a D galactosa, a partir de b galactósidos. También
ocurren reacciones de transferencia de grupos galactosil.
Las mejores fuentes comerciales de lactasa son hongos (Aspergillus oryzae,
Aspergillus niger) , bacterias (Bacillus spp.) y levaduras(Kluyveromyces fragilis).
Las preparaciones fúngicas pueden generalmente ser usadas a mayores temperaturas y
menores pHs.
La enzima de Aspergillus oryzae tiene pH óptimo entre 4.5 y 6. El efecto de la
temperatura es marcadamente influenciado por el pH, con buena estabilidad hasta 65 0C a
pH 6.5. La enzima de Aspergillus niger tiene pH óptimo entre 4 y 6 , y es más
termoestable a pH ácido que a pH neutro. Las lactasas fungicas no requieren iones
estabilizantes ni son inhibidas por agentes quelantes.
La lactasa de bacterias es más termoestable, opera entre 60 y 70 0C cuando se
encuentra en el rango de pH neutro. La enzima es activada por iones magnesio y potasio,
e inhibida por metales pesados
La lactasa de Kluyveromyces fragilis tiene su máxima actividad en un rango estrecho
de pH, entre 6 y 7. La enzima se inactiva rápidamente por encima de 48 0C.
Se encuentran disponibles en el comercio preparaciones inmobilizadas de lactasas de
diferentes orígenes.
Aplicaciones de las enzimas pag.25
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EENNZZIIMMAASS PPRROOTTEEOOLLIITTIICCAASS
Las proteasas son enzimas que hidrolizan las cadenas polipeptídicas de las proteínas
sustrato, se caracterizan por tener gran variedad de especificidades. De acuerdo con el
aminoácido o metal que posean en su sitio activo se clasifican en cuatro familias: serina
proteasas, asparticoproteasas, cisteina proteasas y metaloproteasas. Pertenecen a la
primera familia varias enzimas digestivas como la tripsina, la quimotripsina y la elastasa.
La segunda familia está representada por la pepsina gástrica . En este mismo grupo se
inscribe la quimosina, responsable de la coagulación gástrica de la leche en mamíferos
neonatos . La tercera familia, la de las cisteina proteasas, tiene en la papaína uno de sus
miembros más representativos. Por último, los componentes de la familia de las
metaloproteasas poseen un metal, generalmente Zn2+ en su sitio activo y la presencia de
Ca2+ es muy importante para la estabilidad de la molécula.
LLIIPPAASSAASS
Las enzimas lipolíticas constituyen un importante grupo de enzimas asociado con el
metabolismo y degradación de grasa. Estas enzimas hidrolizan triglicéridos dando lugar a
mezclas de ácidos grasos libres, monoglicéridos y diglicéridos. Las lipasas son de interés
a la industria de alimentos porque si no se controlan pueden dar lugar a rancidez
indeseable en los productos lácteos, cárnicos y otros que contengan grasa. Por otra parte,
las lipasas son esenciales para la producción de sabores y aromas característicos en
ciertos alimentos.
Las lipasas son producidas por muchos microorganismos, siendo las fuentes
tradicionales para la producción comercial Rhizopus spp, Mucor spp, Aspergillus spp y
Candida. Algunos de los microorganismos producen varias lipasas cuya especificidad
varía con respecto a los ácidos grasos y a la posición en el triglicérido.
La mayoría de las lipasas presentan su pH óptimo entre 8 y 9, también se han
reportado lipasas con pH óptimo en el lado ácido. En cuanto a la temperatura, la mayoría
Aplicaciones de las enzimas pag.26
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trabaja apropiadamente en el rango de 30-40 0C. Pero algunas lipasas son activas a
temperaturas tan bajas como – 29 0C. El calcio parece estimular la actividad de la
mayoría de las lipasas, mientras que los agentes quelantes y los iones de metales pesados
las inhiben.
GGLLUUCCOOSSAA IISSOOMMEERRAASSAA
La enzima es realmente xilosa isomerasa, capaz de isomerizar D- glucosa a D-
fructosa. La enzima se encuentra ampliamente distribuida, es producida por la mayoría de
microorganismos capaces de crecer sobre una fuente de xilosa.
Todas las D-xilosa isomerasas requieren de la presencia de un ion divalente, por
ejemplo Co2+, Mn2+, Mg2+ o Cr2+ para su actividad catalítica. Hay algunas diferencias
entre las enzimas según su orígen, pero en general son estables al calor. El rango de
temperatura óptima es amplio, desde 45 0C para la enzima de L.Brevis hasta 90 0C para
la enzima de Actinoplanes missouriensis. La mayoría de las D-xilosa isomerasas tienen
temperatura óptima superior a 65 0C. En el caso extremo, isomerasas aisladas de
termófilos pueden reaccionar a temperaturas tan altas como 100 0C.
El pH óptimo de D-xilosa isomerasa es generalmente superior a 7, aunque es posible
observar buenas actividades entre 6.5 y 8.5. La enzima también es estable en un rango
amplio de pH superior a 5, pero es inestable a pH inferior a 4.
La enzima es producida comercialmente por fermentación submergida, a partir de
Streptomices spp, Arthrobacter spp, Actinoplanes missouriensis y Bacillus coagulans.
Hay numerosas patentes relacionadas con la inmovilización y utilización de esta
enzima en la producción de jarabes de fructosa.
Aplicaciones de las enzimas pag.27
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AALLGGUUNNOOSS PPRROOCCEESSOOSS IINNDDUUSSTTRRIIAALLEESS QQUUEE UUTTIILLIIZZAANN EENNZZIIMMAASS
IINNDDUUSSTTRRIIAA DDEELL AALLMMIIDDÓÓNN YY DDEELL AAZZÚÚCCAARR
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.
El almidón se mezcla inicialmente con agua formando una suspensión o pasta al 20-
40% de sólidos. Las modificaciones enzimáticas del almidón usualmente requieren la
gelatinización previa del mismo, logrando que los gránulos se hinchen para permitir la
acción de las enzimas. La temperatura de gelatinización depende principalmente del
orígen del almidón, pero en general es superior a 70 0C, algunos almidones requiren
temperaturas de 105 a 110 0C.
El uso de a amilasa bacterianas de tipo convencional usualmente requiere un
tratamiento en dos etapas, pero con la introducción del termamil(a amilasa bacteriana de
alta estabilidad térmica) , solo se requiere una etapa de adición de a amilasa, con lo que se
reduce la complejidad del proceso. Como resultado se obtiene una maltodextrina
compleja, que tiene valor por sí misma debido a sus propiedades reológicas y como
portador de otros ingredientes. Tiene aplicación como espesante, estabilizante o como
relleno. Las maltodextrinas solo son ligeramente dulces.
La maltodextrina también es el sustrato para la siguiente fase hidrolítica llamada
sacarificación. La suspensión de dextrina debe ser enfriada y acidificada para lograr las
condiciones de trabajo de amiloglucosidasa (glucoamilasa) y a amilasa fúngica. Estas dos
enzimas, solas o combinadas producen una variedad de edulcorantes con diferentes
perfiles de contenidos de azúcares (glucosa, maltosa e isomaltosa). Se puede adicionar
también pululanasa, la enzima desramificante, para ayudar a la sacarificación.
Aplicaciones de las enzimas pag.28
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Finalmente, si lo que se desea es producir jarabes de glucosa se emplea una
amiloglucosidasa pura, con lo cual se logran rendimientos del 97-98% en condiciones
adecuadamente controladas.
La acción posterior de glucosa isomerasa, permite obtener la conversión de glucosa a
fructosa, con lo cual es posible producir un azúcar líquido de similar composición al
azúcar invertido. Se utiliza glucosa isomerasa inmovilizada,lo que permite hacer un
proceso continuo por varios meses.
Los productos de la isomerización que tienen la mayor importancia contienen
aproximadamente 42% de fructosa y 54% de glucosa o 55% de fructosa y 41 % de
glucosa. Se conocen con el nombre de jarabes de alto contenido de fructosa, son tan
dulces como el azúcar de caña o de remolacha. Se utilizan principalmente en la
elaboración de bebidas, productos lácteos, productos horneados y alimentos enlatados.
Por otra parte, el almidón es un componente natural de la caña de azúcar. Cuando la
caña es molida, parte del almidón se transfiere al jugo de caña donde permanece a través
de las etapas subsecuentes. Parte del almidón es degradado por enzimas presentes en el
jugo, pero si la concentración es muy alta, el almidón puede estar presente en el azúcar
cristalizado. Si se quiere hacer una refinación posterior, concentraciones de almidón
superiores a ciertos límites son inaceptables, porque pueden dificultar la filtración de la
solución de azúcar. Para acelerar la degradación del almidón, ahora es una práctica
común agregar enzimas durante la evaporación del jugo de caña.
PPRROODDUUCCTTOOSS LLÁÁCCTTEEOOSS
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 parte, también se
Aplicaciones de las enzimas pag.29
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recomienda agregar enzimas exógenas de tipo proteolítico para acelerar el proceso de
maduración de algunos quesos.
Mas recientemente, la b galactosidasa ha encontrado aplicación comercial para la
hidrólisis de lactosa en los productos lácteos. Estas dos enzimas, quimosina y lactasa,
representan el mayor uso en la industria láctea.
Algunos de los beneficios de la hidrólisis de la lactosa se relacionan a continuación:
La hidrólisis de lactosa en leche .líquida, mejora la digestibilidad en personas intolerantes. En
leches con saborizantes, la hidrólisis de lactosa incrementa el sabor dulce .
La hidrólisis de lactosa para la elaboración de leche en polvo, permite el consumo
especialmente en niños con deficiencia temporal de lactasa. En productos lácteos
concentrados como leche condensada y helados, la hidrólisis de lactosa previene su
cristalización.
El principal desarrollo en el uso de b galactosidasa es la disponibilidad de sistemas
inmovilizados que permiten la hidrólisis continua de la lactosa de la leche.
IINNDDUUSSTTRRIIAASS DDEE MMOOLLIINNEERRÍÍAA YY PPAANNAADDEERRÍÍAA
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. Estas enzimas son muy importantes para mejorar la maquinabilidad y otras
propiedades funcionales de la masa de panadería. Altos contenidos de amilasa causan alta
producción de dextrina y baja retención de agua en la masa, lo que trae como
consecuencia una masa pegajosa, de miga abierta, poco fuerte y color oscuro en la
corteza. Bajo contenido de amilasa conduce a poca producción de dextrina y resulta en
Aplicaciones de las enzimas pag.30
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pobre producción de gas, pan de inferior calidad, de menor tamaño y corteza de menor
color.
Por lo anterior, en los molinos se suplementa el contenido de a amilasa de las harinas,
mediante adición de amilasas de malta de trigo, de cebada y de hongos filamentosos. Si el
trigo tiene alto contenido de amilasa, se diluye con trigos de baja actividad amilásica.
La a amilasa permite la formación de azúcares fermentables para la actividad de la
levadura y la producción continua de gas. Afecta las propiedades de la masa y la calidad
del pan en cuanto a volumen, color de la corteza, textura y sabor. La adición de amilasas
produce pan con miga más suave y menor rata de envejecimiento.
En la producción de bizcochos y galletas, se requiere una reducción modesta en la
fuerza del gluten, para obtener buena forma y color. Para este fin se agregan proteasas
bacterianas, fungicas, o de orígen vegetal.
IINNDDUUSSTTRRIIAASS PPRROODDUUCCTTOORRAASS DDEE ZZUUMMOOSS DDEE FFRRUUTTAASS
Las primeras enzimas empleadas en las industrias de zumos de frutas fueron las
enzimas pécticas para la clarificación del zumo 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 zumos 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 facilitar el prensado, la extracción del zumo y la clarificación
ayudando a la separación del precipitado floculento
Las amilasas se agregan en el procesamiento de frutas, cuando las frutas no están
completamente maduras y todavía contienen almidón. Este se gelatiniza durante el
procesamiento y puede causar problemas de filtración y de turbidez. El uso de amilasas
permite superar estos problemas.
Las celulasas, bien sea como preparaciones simples o como parte de la preparación de
enzimas pécticas se usan para acelerar la extracción de color de las frutas, generalmente
Aplicaciones de las enzimas pag.31
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asociado en las células de la piel o corteza y para la maceración total del tejido vegetal lo
que se traduce en mayor rendimiento en la extracción del zumo.
PPRROOCCEESSAAMMIIEENNTTOO DDEE CCAARRNNEE
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.
Recientemente se logró la aprobación por la USDA de la utilización de
transglutaminasa para uso en todos los productos procesados no estandarizados de carne
y pollo. Posteriormente la FDA aprobó su uso en alimentos marinos procesados. La
enzima entrecruza las moléculas de proteína en los alimentos, para formar productos
texturizados más firmes, sin requerir el uso de ligantes o sal.
La enzima también tiene aprobación condicional en la lista GRAS para ser usada en
sustitutos de carne y en productos de yogurt refrigerados y congelados.
IINNDDUUSSTTRRIIAA CCEERRVVEECCEERRAA
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. Los granos de cebada madura, ricos en almidón y pobres en
nitrógeno dan una malta apropiada. Para iniciar la germinación, los granos se mezclan
con agua a 10-12 0C durante 40-80 horas y el proceso tarda 8 a 12 días. Los granos se
Aplicaciones de las enzimas pag.32
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secan a continuación. Si el secado se hace a alta temperatura, se produce oscurecimiento
de la malta por reacciones de pardeamiento no enzimático. (Estas maltas así procesadas
se usan para la producción de cervezas oscuras.)
La operación de cervecería se inicia por triturar y romper la malta en agua a 65 0C,
para propiciar la gelatinización de los gránulos de almidón y completar la producción de
azúcares fermentables. Las glucanasas presentes atacan las gomas del grano. Estos
azúcares son solubles y el extracto líquido se separa por filtración, quedando como
residuo todo el material celulósico de las paredes vegetales.
Al líquido claro se le añade lúpulo y esta mezcla, llamada mosto, se mantiene en
ebullición durante 1 a 2 horas, lo que la esteriliza y extrae diversos constituyentes
aromáticos del lúpulo. A continuación se hace una filtración, se enfría y se agrega la
levadura al líquido. En un primer período de fermentación a 7-10 0C ocurre la formación
de etanol (2 a 6%), después del cual se elimina la mayor parte de la levadura por
filtración. En un segundo período de fermentación llamado maduración se produce CO2 y
la decantación de constituyentes protéicos. En la fase final se filtra la cerveza, se pasteriza
y se envasa.
En el proceso cervecero tradicional, la malta actúa a su vez como materia prima que
aporta almidón y proteínas y como fuente de enzimas. Sin embargo, el malteado es una
forma relativamente costosa e ineficiente de producir enzimas, por lo cual parte de la
malta se reemplaza por enzimas industriales. Con esto se logra un beneficio económico y
un mejor control del proceso pues se tienen actividades enzimáticas estandarizadas y
controladas, lo cual no ocurre con la malta que es un ingrediente altamente variable, cuya
calidad depende de la materia prima inicial y de la técnica de malteado utilizada.
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
Aplicaciones de las enzimas pag.33
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inactivan las enzimas. Durante la fermentación y maduración la adición de enzimas sirve
para controlar la turbidez.
IINNDDUUSSTTRRIIAASS DDEE GGRRAASSAASS YY AACCEEIITTEESS
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.
Las propiedades de una grasa dependen de su contenido de ácidos grasos y el valor
comercial de una grasa comparada con otra depende de la estructura de esos ácidos
grasos. Tradicionalmente, en el procesamiento de grasas , la estructura de los ácidos
grasos se cambia mezclando triglicéridos de diferentes orígenes, o por modificación
química, generalmente mediante procesos de hidrogenación o por rearreglo de los ácidos
grasos en el triglicérido ( interesterificación).
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 seplantea 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. En
la producción de margarinas, se pueden modificar el punto de fusión, el valor nutricional,
la estabilidad y la facilidad para extenderse.
Aplicaciones de las enzimas pag.34
Rebeca Artime Holgado Universidad de Salamanca
IINNDDUUSSTTRRIIAA TTEEXXTTIILL
La moda de los jeans envejecidos mediante el proceso stone wash quedó obsoleta. Hoy
la industria textil prefiere que las enzimas se encarguen del trabajo.
La aparición de enzimas celulósicas ha revolucionado la metodología del
procesamiento de las prendas, convirtiéndose en un auxiliar muy importante para el logro
de los efectos buscados. El mecanismo de funcionamiento está dado por el ablandamiento
de la masa de celulosa del hilo, complementado por la acción mecánica de las mismas
telas y el agregado de una porción de piedra pómez. Por este medio se logran efectos en
tiempos más cortos y sin afectar las prendas por roturas.
En el mercado se dispone ya de una importante cantidad de tipos de enzimas que
pueden ser utilizadas en esta industria: ácidas, neutras y con distintas actividades
específicas. No todas pueden ocuparse de igual manera por lo que es necesario seguir las
recomendaciones del proveedor para lograr mejores resultados y evitar daños importantes
en las prendas.
Al culminar el proceso de envejecimiento de la mezclilla y dependiendo del tipo de
enzima utilizada, el ejecutivo aconseja realizar un tratamiento de limpieza con un agente
blanqueante para resaltar los contrastes y eliminar la reposición de microfibras teñidas de
color azul que enmascaran el efecto logrado. Complementando este tratamiento con agua
oxigenada se logran efectos de contraste muy interesantes.
Es importante destacar que estas sustancias no se utilizan solamente para lograr
efectos sobre la mezclilla. La industria textil las prefiere también en telas destinadas a la
confección de blusas y faldas, porque a ellas el proceso enzimático les otorga una textura
aterciopelada similar a la seda natural.
Aplicaciones de las enzimas pag.35
Rebeca Artime Holgado Universidad de Salamanca
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