Trabajo Bio Completo
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INTRODUCCIÓN
Hoy en día en el Perú ha surgido considerablemente en las industrias para la
producción de vino y otros alimentos fermentados como el pan, la cerveza o
ciertos derivados lácteos, lo que nos ha conllevado a realizar estudios más
profundos con el fin de mejorar cada día más la calidad de estos productos, a
fin de abrir nuevos y más mercados en las diferentes partes del mundo.
Y por ello nosotros como futuros Ingenieros Industriales debemos utilizar de la
mejor manera la biotecnología ya que es la utilización de organismos vivos o de
sus partes en procesos industriales.
En el presente trabajo vamos tratar sobre la “utilización de enzimas en la
elaboración del Queso” ya que las enzimas son moléculas de proteínas que
tienen la capacidad de facilitar y acelerar las reacciones químicas que tienen
lugar en los tejidos vivos, disminuyendo el nivel de la "energía de activación"
propia de la reacción. Se entiende por "energía de activación" al valor de la
energía que es necesario aplicar (en forma de calor, electricidad o radiación)
para que dos moléculas determinadas colisionen y se produzca una reacción
química entre ellas. Generalmente, las enzimas se nombran añadiendo la
terminación "asa" a la raíz del nombre de la sustancia sobre la que actúan.
OBJETIVOS
Conocer los componentes de la enzima quimosina
Identificar los beneficios y aplicaciones de la quimosina.
Encontrar las formas de obtención de la quimosina, así como los lugares
en los cuales se desarrolla dicha enzima.
Conocer los aportes de esta enzima en la elaboración de los quesos.
Saber donde cuándo y en qué parte del proceso de elaboración de
quesos va a actuar esta enzima y cómo es que lo hace
MARCO TEÓRICOS
1.- ENZIMAS:
Son las sustancias de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas,
siempre que sea termodinámicamente posible (si bien no pueden hacer que el
proceso sea más termodinámicamente favorable). En estas reacciones, las
enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se
convierten en diferentes moléculas, los productos. Casi todos los procesos en
las células necesitan enzimas para que ocurran en tasas significativas. A las
reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.
Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y
su velocidad crece sólo con algunas reacciones de entre otras posibilidades, el
conjunto (set) de enzimas sintetizadas en una célula determina el metabolismo
que ocurre en cada célula. A su vez, esta síntesis depende de la regulación de
la expresión génica.
Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan aumentando y
disminuyendo la energía de activación (ΔG‡) de una reacción, de forma que se
acelera sustancialmente la tasa de reacción. Las enzimas no alteran el balance
energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el
equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso millones de
veces. Una reacción que se produce bajo el control de una enzima, o de un
catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la
correspondiente reacción no catalizada.
Al igual que ocurre con otros catalizadores, las enzimas no son consumidas por
las reacciones que ellas catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin
embargo, las enzimas difieren de otros catalizadores por ser más específicas.
Las enzimas catalizan alrededor de 4.000 reacciones bioquímicas distintas. No
todos los catalizadores bioquímicos son proteínas, pues algunas moléculas de
ARN son capaces de catalizar reacciones (como el fragmento 16S de los
ribosomas en el que reside la actividad peptidil transferasa).
La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas. Los
inhibidores enzimáticos son moléculas que disminuyen o impiden la actividad
de las enzimas, mientras que los activadores son moléculas que incrementan la
actividad. Asimismo, gran cantidad de enzimas requieren de cofactores para su
actividad. Muchas drogas o fármacos son moléculas inhibidoras. Igualmente, la
actividad es afectada por la temperatura, el pH, la concentración de la propia
enzima y del sustrato y otros factores físico-químicos.
Algunas enzimas son usadas comercialmente, por ejemplo, en la síntesis de
antibióticos y productos domésticos de limpieza. Además, ampliamente
utilizadas en variados procesos industriales, como son la fabricación de
alimentos, destinción de jeans o producción de biocombustibles.
2.- CLASIFICACION DE LAS ENZIMAS
Existe una clasificación normalizada con 6 categorías principales dependiendo
de la reacción que catalice la enzima. Cada enzima está clasificada mediante
su número EC.
Oxidorreductasas
Catalizan reacciones de oxidorreducción o redox. Precisan la
colaboración de las coenzimas de oxidorreducción (NAD+, NADP+, FAD)
que aceptan o ceden los electrones correspondientes; tras la acción
catalítica, estas coenzimas quedan modificadas en su grado de
oxidación, por lo que deben ser transformadas antes de volver a efectuar
la reacción catalítica.
Transferasas
Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas)
a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de
interconversión de monosacáridos, aminoácidos, etc.
Hidrolasas
Verifican reacciones de hidrólisis con la consiguiente obtención de
monómeros a partir de polímeros. Actúan en la digestión de los
alimentos, previamente a otras fases de su degradación. La palabra
hidrólisis se deriva de hidro 'agua' y lisis 'disolución'.
Isomerasas
Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas sus isómeros
de función o de posición, es decir, catalizan la racemizacion y cambios
de posición de un grupo en determinada molécula obteniendo formas
isoméricas . Suelen actuar en procesos de interconversión.
Liasas
Catalizan reacciones en las que se eliminan grupos (H2O, CO2 y NH3)
para formar un doble enlace o añadirse a un doble enlace, capaces de
catalizar la reducción en un sustrato. El sustrato es una molécula, la
cual, se une al sitio activo de la enzima para la formación del complejo
enzima-sustrato. El mismo, por acción de la enzima, es transformado en
producto y es liberado del sitio activo, quedando libre para recibir otro
sustrato.
Ligasas
Realizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados "fuertes"
mediante al acoplamiento a sustancias de alto valor energético (como el
ATP).
3.- Aplicaciones industriales
Las enzimas son utilizadas en la industria química y en otras aplicaciones
industriales en donde se requiere el uso de catalizadores muy especializados.
Una de las aplicaciones industriales en las que se usan enzimas es en la
industria de los detergentes biológicos, ya que estos en su mayoría contienen
enzimas tales como la amilasa, la lipasa y en algunos casos la celulosa, que de
acuerdo a un uso específico ayudan a eliminar la gran mayoría de manchas e
imperfecciones en algunas pieles. Sin embargo, las enzimas en general están
limitadas en el número de reacciones que han evolucionado a catálisis y
también por su falta de estabilidad en solventes orgánicos y a altas
temperaturas. Consecuentemente, la ingeniería de las proteínas es un área de
investigación activa que involucra intentos de crear nuevas enzimas con
novedosas propiedades, ya sea por diseño racional o por evolución in vitro
PROCESO DE ELABORACION DE QUESO
¿QUE ES EL QUESO?
Es un alimento sólido elaborado a partir de la leche cuajada de vaca, cabra,
oveja, búfala, camella u otros mamíferos rumiantes. Es la conserva ideal pues
muy difícilmente se estropea con el transcurso del tiempo ya que al secarse
mejoran sus cualidades en relación al peso. La leche es inducida a cuajarse
usando una combinación de cuajo (o algún sustituto) y acidificación. Las
bacterias se encargan de acidificar la leche, jugando también un papel
importante en la definición de la textura y el sabor de la mayoría de los quesos.
Algunos también contienen mohos, tanto en la superficie exterior como en el
interior.
¿EN QUE CONSISTE EL PROCESO DE ELABORACIÓN DE QUESO?
La leche es la materia prima más importante en la elaboración del queso. La
leche se define como la secreción láctea magra, fresca y limpia, que se obtiene
del ordeño de una o mas vacas. La leche debe contener no menos de un 3%
de grasa de leche y no menos del 8.25% en sólidos no grasos.
La preparacio0n de la leche consiste, en algunos casos, en la eliminación total
o parcial de la crema, en la aplicación de algún tratamiento térmico que permita
la eliminación de las baterías patógenas presentes en la misma y en la
incorporación d algunos aditivos tales como el cloruro de calcio y los cultivos
lácticos.
El tratamiento térmico que se realiza se conoce como pasteurización y consiste
en calentar cada partícula de leche a una temperatura de 65ºC por 30 minutos
y luego enfriar hasta 34-36ºC (pasteurización lenta) o a 72ºC por 15 segundos
y luego enfriar hasta 20ºC (pasteurización rápida). El proceso de pasteurización
debe realizarse en equipo aprobado y que este en perfectas condiciones de
funcionamiento, debidamente lavado y esterilizado con anterioridad.
ADICIÓN DE CULTIVOS LÁCTICOS.
Cuando se utiliza leche pasteurizada para la preparación de quesos, se obtiene
un producto microbiológicamente más seguro pero insípido, el cual es más
susceptible a la contaminación después de la pasteurización. Para evitar estos
problemas se usan cultivos lácticos, los cuales son mezclas de bacterias no
patógenas que producen acido láctico y compuestos saborizantes como el
diacetil y ácidos volátiles, provenientes de la fermentación de la lactosa y el
acido cítrico presentes en la leche. Sin la presencia de las bacterias lácticas, no
se llegan a desarrollar, en parte, los aromas y sabores típicos que se presentan
en los quesos elaborados con leche cruda
COAGULACIÓN DE LA LECHE.
Se produce básicamente por la acción de la renina, LAB o cuajo, fermento o
enzima del tipo de las proteasas, presente en la secreción gástrica de los
mamíferos. Actúa sobre la caseína de la leche (proteína soluble)
transformándola, en presencia de sales de calcio, en paracaseína insoluble que
precipita formando el coágulo.
Las bajas temperaturas inactivan al cuajo y las superiores a 45ºC lo destruyen.
La temperatura ideal para la coagulación de la leche es entre 28 y 37ºC.
El cuajo:
Es una sustancia presente en el abomaso de los mamíferos rumiantes,
contiene principalmente la enzima llamada renina (EC 3.4.23.4), se le conoce
también como quimosina, utilizada en la fabricación de quesos cuya función es
separar la caseína (el 80% aproximadamente del total de proteínas) de su fase
líquida (agua, proteínas del lactosuero y carbohidratos), llamado suero.
En la fabricación de algunos quesos son empleados cuajos de origen vegetal,
que suelen provenir de la flor del cardo (Cynara cardunculus, variedad
silvestre).
Enzimas Coagulantes
En los quesos elaborados mediante coagulación enzimática o mixta, las enzimas
coagulantes constituyen un elemento esencial. Tradicionalmente se utiliza la quimosina
o renina, extraída del cuarto estomago (cuajar) de los becerros lactantes. Pero debido al
aumento en la demanda de cuajos se han desarrollado técnicas para la utilización de
enzimas provenientes de microorganismos y vegetales. El siguiente cuadro señala los
principales enzimas coagulantes de uso en quesería:
Grupo FuenteEjemplo de nombres
Componente enzimático activo
Animal
Estóomago Bovino
Cuajo Bovino, de ternero, en pasta
Quimosina A y B, Pepsina (A) yGastricina ídem más Lipasa
Estóomago Ovino
Cuajo de cordero, oveja
Quimosina y Pepsina
Estóomago Caprino
Cuajo de cabrito, cabra
Quimosina y Pepsina
Estóomago Porcino
Coagulante porcino
Pepsina Ay B, Gastricina
Microbiano
Rhizomucor miehei
HannilaseProteasa aspártica de R. miehei
Rhizomucor pusillus
Coag. PusillusProteasa aspártica de R. pusillus
Cryphónectria parasítica
Coagulante de Parasítica
Proteasa aspártica de C. parasítica
FPC (Quimosina producidapor fermentación)
Aspergillus níger Chymax Quimosina B
Kluveromyces lactis
Quimosina B
Vegetal Cynara cardunculus
CardoonCyprosina 1, 2, 3 y/o Cardosina A y B
a. Coagulantes Animales (Cuajos):
En el grupo de coagulantes de origen animal, el cuajo de ternero se considera
como el ideal para la elaboración de quesos por su alto contenido de
quimosina, siendo esta la propia enzima natural para coagular leche bovina. En
el abomaso y los extractos de otros tejidos, la proporción de dos enzimas,
quimosina y pepsina, varia según la edad del animal y el tipo de alimentación
(andrén, 1982).
Extractos provenientes de estómagos de terneros jóvenes tienen un alto
contenido de quimosina, siendo su composición, normalmente 80-90%
quimosina y 10-20% pepsina (IDF Standard 110B). Los cuajos de bovinos
adultos presentan un mayor contenido de pepsina, normalmente 80-90%,
aunque se pudieron observar contenidos de pepsina mayores, cercanos al
97%, observados en cuajares de bovinos en Brasil. En todo el mundo, los
animales son enviados a los frigoríficos con diferentes edades, observándose
todo tipo de mezcla de extractos, resultando en un amplio rango de
composición enzimática de los cuajos comerciales.
El cuajo de ternero es el producto tradicionalmente utilizado para la elaboración
de quesos, siendo el producto de referencia en cuanto a composición y
rendimiento. El cuajo de bovino adulto es el de mayor uso alternativo del cuajo
de ternero, debido a que contiene la misma composición enzimática activa. El
mayor contenido de pepsina de los cuajos de bovino adulto lo hacen más
sensible al pH, y poseen en general una mayor actividad proteolítica.
b. Coagulantes Microbianos:
Todos los coagulantes microbianos conocidos utilizados en la elaboración de
quesos son de origen fúngicos. La mayoría de las proteasas encontradas como
enzimas coagulantes de la leche, no han sido apropiadas para la elaboración
de quesos, principalmente porque tienen una alta actividad proteolítica y poca
especificidad, probablemente por no ser proteasas aspárticas.
De los tres coagulantes microbianos usados en la quesería (Tabla 1), el de
Rhizomucor miehei es el predominante. Existen tres tipos de enzimas.
1. La nativa, comúnmente denominada “Tipo L”, caracterizada por tener
una alta estabilidad térmica y significantemente más proteolítica que el
cuajo de ternero.
2. La enzima desestabilizada, denominada “Tipo TL”, elaborada por
oxidación de la enzima nativa y siendo característica por ser termolábil, de
mayor dependencia al pH y menos proteolítica que la tipo L.
3. La extra termolábil, denominada “Tipo XL”, elaborada mediante una
mayor oxidación que la tipo TL. Característica por ser extra termolábil, de
mayor dependencia al pH y de marcada menor proteólisis que la tipo TL.
c. Coagulantes Vegetales:
El último grupo de las enzimas presentadas en la tabla 1 es el de enzimas de
origen vegetal. Un gran número de enzimas vegetales han sido utilizadas como
coagulantes de la leche, (Scott, 1986; Garg y Johri, 1994), siendo un extracto
de Cynara cardunculus (L.), es especialmente popular, dado que desde la
antigüedad que es utilizado para la elaboración de quesos artesanales,
principalmente en Portugal, para la fabricación de quesos Serra y Serpa.
Cardoon cotiene una mezcla de enzimas, las cuales parecen ser proteasas
aspárticas, y algunas de ellas para cortar la Kapa Caseina en forma más
específica que la quimosina (Heimgartner et al., 1990; Verissimo, et al., 1996).
Los coagulantes de extracto de cardo no están disponibles en forma comercial,
aunque son producidos y utilizados localmente.
ASPECTOS MOLECULARES ESPECÍFICOS
Según la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular, las enzimas
coagulantes de la leche han sido divididas en los siguientes grandes grupos:
• EC 3.4.23.1 Pepsina A, o solamente pepsina, es la proteasa gástrica
predominante en mamíferos adultos, y se caracteriza para poseer baja
especificidad y mayor dependencia al pH que la quimosina.
• EC 3.4.23.2 Pepsina B, es una proteasa menor encontrada en estómagos
porcinos caracterizada por poseer una baja capacidad coagulante de la leche y
mayor actividad proteolítica.
• EC 3.4.23.3 Gastricina, es un tipo de proteasa aspártica que se denominó en
formas diferentes como pepsina B, C, I, II, III, 6 o 7. Se encuentra en
cantidades pequeñas en el abomaso bovino y en grandes cantidades en el
librillo porcino.
• EC 3.4.23.4 Quimosina proteasa neonatal se encuentra en mamíferos. Se
caracteriza por tener una alta especificidad para coagular la leche y
generalmente una baja actividad proteolítica. Quimogen, también denominada
proquimosina, es convertida en enzima activa por tratamiento ácido
(activación). Esto sucede a través de la forma intermedia pseudoquimosin, a
pH 2, cuando la velocidad de activación es rápida, que se convierte en
quimosina a un alto pH. La quimosina de ternero es encontrada en dos formas,
A y B. Las diferencias y similitudes se pueden observar en la Tabla 2.
• La particular diferencia entre las dos quimosinas A y B, se basa en un
aminoácido, que le confiere a la quimosina A una mayor actividad coagulante,
aproximadamente un 25% más elevada, y hace posible su auto degradación
por escisión de un tripéptido a quimosina C, que solo tiene un 25% de actividad
remanente.
• Por el otro lado, las dos quimosinas presentan idéntica respuesta en la
elaboración de queso bajo distintos parámetros, tales como el pH y contenido
de calcio.
• EC3.4.23.22 Proteasa de Cryphonectria parasítica, es una proteasa ácida
proveniente de un hongo, previamente llamada Endothia parasítica. La enzima
se caracteriza por poseer una alta actividad proteolítica y una baja dependencia
al pH, así como también una alta resistencia al tratamiento térmico.
• EC 3.4.23.23 Proteasa de Rhizomucor miehei y pusillus, son proteasas ácidas
provenientes de hongos filamentosos. Estas enzimas son homólogas, pero
poseen diferente especificidad. Se caracterizan por tener un alto grado de
actividad proteolítica y por ser estables al tratamiento térmico.
a. QUIMOSINA
La quimosina, cuyo código es E.C.3.4.23.4, es un enzima proteolítico que se
obtiene tradicionalmente del abomaso (cuarto estómago) de terneros jóvenes.
Se encuentra, como enzima digestivo, mezclado con pepsina, siendo la
proporción de quimosina, y la calidad del cuajo, mayor cuanto más joven es el
animal. También se encuentra en otras especies animales, como el cerdo.
Durante muchos siglos se ha utilizado como en la fabricación de queso el
estómago de los terneros secado al sol y triturado.
En la década de 1870, Christian Hansen obtuvo la primera preparación de
quimosina relativamente pura, y de calidad constante de un lote a otro,
fundando una compañía para su comercialización, que lleva su nombre y que
todavía es una de las más importantes en la fabricación de enzimas para la
industria alimentaria. Comercializó la quimosina disuelta en una solución salina
concentrada, tal como se continúa haciendo actualmente.
La quimosina se sintetiza como pre-pro-quimosina, proteína que tiene en su
cadena 58 aminoácidos más que la quimosina activa, y que no tienen actividad
proteolítica. Se secreta al estómago como pro-quimosina, también inactiva, tras
el corte de 16 aminoácidos, y se transforma en el enzima activo por la
eliminación proteolítica de otro fragmento de 42 aminoácidos, quedando con un
peso molecular de aproximadamente 30.700. El enzima, como todas las
proteinasas, puede autodigerirse si se conserva en las condiciones en las que
es activo. Puesto que la quimosina se inactiva reversiblemente con
concentraciones elevadas de cloruro de sodio, se conserva en esta forma. Al
disminuir la concentración salina al utilizarla, se reactiva.
Quimosina Producida por Fermentación (FPC)
La quimosina producida por fermentación esta presente en el mercado desde
1990. FPC es quimosina 100% producida por fermentación de un substrato por
parte de un microorganismo. La quimosina producida por fermentación tiene
exactamente la misma secuencia de aminoácidos que la quimosina presente
en el cuajo de ternero. La misma puede ser producida por distintos
microorganismos, tales como Aspergillus Níger, Kluyveromyces lactis y
Escherischia coli, siendo esta ultima la de menor presencia en el mercado. El
término FPC es utilizado para diferenciarse de los términos ingeniería-genética
y proteína-ingenierizada que son modificadas por mutación, dando por
resultado una quimosina no nativa. FPC es idéntica a la quimosina producida
naturalmente, o sea que es idéntica a la nativa.
La producción y aplicación de la FPC han sido estudiadas por varios autores
(Teuber, 1990; Harboe, 1992, 1993; Repelius, 1993; y Lynch, 1993).
b. DIFERENCIAS Y SIMILITUDES ENTRE QUIMOSINA A y B
Quimosina A Quimosina B
Acido aspártico como aminoácido n°244 Glicina como aminoácido n°244
Producida por aproximadamente la mitad de los animales bovinos
Producida por la otra mitad de los animales bovinos
Menos abundante en el cuajo naturalPredominante en el cuajo natural
Menos estable, fácilmente degradable, autocatalítico a quimosina C a valores bajos de pH
Más estable, no es degradable a quimosina C
Cerca del 25% más de actividad específica: aproximadamente 290 IMCU/mg
Menor actividad específica: aproximadamente 233 IMCU/mg
Todas las propiedades queseras igual que la quimosina B
Todas las propiedades queseras como la quimosina A
c. ¿Cómo actúa la quimosina en la leche?
En la elaboración del queso, la quimosina actua sobre la caseína de la leche.
La leche contiene vitaminas(principalmente tiamina, riboflavina, acido
pantoteico, y vitaminas A, D, K) minerales (calcio, potasio, sodio,fosforo y
metales en pequeñas cantidades), pr4oteinas (incluyendo todos los
aminoácidos escenciales), carbohidratos (lactosa) y lípidos. Los únicos
elementos importantes de los que carece la leche son el hierro y la vitamina C.
En cuanto a las proteínas, estas se pueden clasificar de manera general en
proteínas globulares y fibrosas. Particularmente en la leche hay tres clases de
proteínas: caseína lacto albúminas y lacto globulinas.
La caseína es una proteína de la leche de tipo fosfoproteíca que se separa de
la leche por acidificación y forma una masa blanca. Las fosfoproteínas son un
grupo de proteínas que están químicamente unidas a una sustancia que
contiene acido fosfórico, por lo tanto su molécula contiene un elemento fosforo.
La caseína representa cerca del 77 al 82% de las proteínas presentes en la
leche, y el 2.7% de la composición de la leche liquida.
Cuando coagula con renina (quimosina) es llamada paracaseína y cuando
coagula a través de la reducción del pH, es llamada caseína acida.
La caseína se obtiene coagulando leche descremada con acido clorhídrico
diluido, así se imita la acidificación espontanea.
CORTE DE CUAJADA Y DESUERO
El tiempo necesario para que la cuajada se forme y adquiera las características
adecuadas para su corte, depende de factores tales como el ph, la
concentración de calcio, la concentración de enzimas y la temperatura.
La división de la cuajada debe efectuarse lenta y cuidadosamente, sin
precipitaciones ni brusquedades, se procederá a la fragmentación con
suavidad. Los cortes tienen que ser netos y completos; la masa debe
seccionarse y no desgarrarse, y mucho menos deshacerse, pues los trozos de
cuajada han de conservar la forma que el operador desea darle.
Luego del corte es normal que se haga una agitación suave de la cuajada para
disminuir el suero retenido y obtener con ello un queso más compacto y con
humedad uniforme.
Salado
Con el salado se recuperan tres efectos distintos: activar el suero, mejorar la
fermentación y sazonar el queso.
El primero de ellos se explica por el poder absorbente que la sal tiene para la
humedad, y el segundo por su acción inhibidora sobre el desarrollo de ciertos
microbios y mohos.
La sal puede ser adicionada en el suero, en la cuajada, durante la maduración
o en la salmuera.