funcion de agua en la panificacion.docx

INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO “APARICIO POMARES”

I.

ABSTRACT

El presente trabajo está enfocado en la importancia del uso de agua dentro de la panificación ya que este componente ayuda en las distintas reacciones que se dan durante el proceso de elaboración del pan. Agua, este simple ingrediente, muy a menudo tomado como un producto más del proceso, es tan importante como la harina. Existen diferentes tipos de aguas, blanda, dura, salina y alcalina; dentro de las cuales solo se consideran el agua blanda que ayuda a la activación de las proteínas para la formación de masa; mientras el agua dura en cantidades excesivas retarda la fermentación y además endurece al gluten. El agua salina es perjudicial porque Altera el sabor, retarda la fermentación y su uso en exceso debilita el gluten; el agua alcalina reduce la fermentación de la masa. El agua que se va a usar para la fabricación de panes debe de ser de una buena calidad para eso se va a considerar 2 factores muy muy importes como el contenido químico y contenido mineral. En el proceso hidratación el agua cumple una función muy importante que es de hidratar las partículas del almidón y luego comenzará la formación de la masa. Dependiendo de qué cereal de obtiene la harina y la consistencia de la masa se le adicionara la cantidad cantidad determinada del agua; el uso de agua en exceso crearía una masa con una consistencia suave mientras que menos generará una masa más tiesa. Para obtener una temperatura adecuada del agua dependerá de varios factores como la temperatura de la harina, temperatura del taller, tiempo de mezcla, tipo de masa, etc.; aun cuando existen muchas fórmulas para calcular la temperatura exacta del agua para una formulación específica, la mayoría de las panaderías confían en la experiencia del mezclador para alcanzar la temperatura requerida (23° a 24° C). Sin embargo, sería mejor usar un registro de temperatura para no perder de vista la obtenida para cada masa y localizar el problema en caso existiese.

INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 1


II.

MA RCO TEÓRICO TEÓRICO

2.1 AG UA.

El agua tiene como misión activar las proteínas de la harina para que la masa adquiera

textura

blanda

y

moldeable.

Posee

además

la

capacidad disolvente disolvente acuoso de las substancias añadidas a la masa, siendo además necesaria para la marcha de la fermentación. La composición química del agua empleada afecta a las cualidades del pan. La proporción de agua empleada en la elaboración de la masa influencia la consistencia final. Suele aplicarse agua de tal forma que suponga un 43 % del volumen total de la masa (o lo que es lo mismo un 66,6 % del peso de la harina, o la harina es 1 y 1/2 veces el peso de agua). No obstante la cantidad de agua que puede absorber una harina depende del tipo de cereal empleado en su elaboración y de la composición de proteínas (por ejemplo las harinas de alto contenido proteico absorben más agua). No obstante el tipo de pan puede influenciar también la proporción final de agua en la masa y puede acabar siendo un tema de preferencia del propio panadero que elabora el pan. Los panaderos usan un sistema de porcentajes denominado tasa de hidratación, también conocido como "porcentaje de panadero" ; en la que el peso de la harina representa un porcentaje de 100, el resto de los ingredientes se miden como porcentajes sobre la harina. El agua puede representar desde un cincuenta por ciento en panes ligeros, hasta un setenta por ciento en panes más artesanos. Algunos panaderos pueden llegar al 80% de agua. La calidad y composición composición de las aguas influyen en la formación de la masa, por ejemplo se sabe que las aguas con un carácter ácido endurecen la red de gluten, mientras que las alcalinas suavizan la masa. Esta es la razón por la que a veces se emplean aguas emplean aguas minerales o filtradas en la elaboración de la masa para evitar que estas variables afecten negativamente a la masa final; matando, o matando, o inhibiendo, INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 2


por ejemplo las levaduras. Las aguas fluoradas pueden llegar a detener la fermentación. El medio líquido de la mezcla puede también contener otras substancias líquidas con una función similar a la del agua, como puede ser la leche, el suero de mantequilla, bebidas alcohólicas como puede ser el vino o la cerveza o whisky de malta e incluso mezclas avinagradas diversas. Algunas investigaciones muestran que el proceso de hidratación de la masa tras su mezcla con el agua puede llevar entre 10-20 minutos, tiempo que es necesario para reposar la masa y dejar que se 'impregne' por completo. Conviene retrasar la adición de levadura hasta que la masa se haya hidratado bien, tras este periodo de 'reposo'. La dureza del agua puede influir en la elaboración del pan debido a que poseen sales minerales que favorecen la fermentación con las levaduras, por regla general las aguas de dureza media son preferibles para la elaboración del pan. Si es el agua dura la masa tendrá dificultad para llegar a su punto de resistencia. 3.1.1 Tipos de Ag ua:



A g u a s B l a n d as :

Tienen pocos minerales en disolución (hasta 50 p.m.). Producen un debilitamiento del gluten tornando la masa suave en pegajosa. Una forma de contrarrestar este efecto negativo es aumentando el porcentaje de sal en las recetas. Ej.: Agua de lluvia, agua destilada. 

Agua du ra:

Tienen en disolución bicarbonatos o sulfatos de calcio y magnesio, en proporciones de 200 a 400 o más ppm; No son adecuadas para panificación ya que endurecen el gluten e inhiben la actividad de la levadura, retardando la fermentación. Además producen problemas en las cañerías donde estas sales sedimentan formando sarro que corroe el metal. INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 3


Para panificación se recomienda el uso de agua potable con dureza de 150 a 200 partes por millón (ppm)



Funcion es del agua:

Hace posible la formación de gluten y el acondicionamiento de los almidones. Determina la consistencia de la masa. Controla la temperatura de la masa. Permite el desarrollo de la levadura. Bajo la forma de vapor evita el desecamiento de la masa durante la fermentación y permite un mejor desarrollo de la pieza durante la cocción, mejorando también el brillo y el rendimiento.

CLA SES DE AGUA Y SUS EFECTOS EN LAS MASA S

TIPO BLANDA

EFECTO

TRATAMIENTO

Ablanda el gluten,

Utilizar alimentos para la

Masa suave y pegajosa.

Levadura o aumentar la sal en la fórmula.

DURA

SALINAS

En cantidades excesivas

Utilizar más levadura ,

retarda la fermentación,

Reducir el alimento para la

endurece el gluten.

levadura.

Alteración del sabor

Reducir la sal en la formula

Retarda la fermentación, en exceso debilita el gluten. Más levadura

ALCALINAS

Reduce la fermentación

Usar cidos ( vinagre)



2.2 FUNCIÓN DEL AG UA EN LA PA NIFICA CIÓN

En la panadería sus funciones son múltiples, muchas de ellas bastante obvias, y otras algunas veces subestimadas por los panificadores. El objetivo de este artículo es el describir los roles del agua en el proceso de panificación. Sin importar su origen, el agua debe ser potable para ser utilizada en el horneado. La mayor parte del tiempo, el agua del caño regular se puede emplear para elaborar la masa; sin embargo, hablando técnicamente la calidad del agua podría tener algunos efectos en las características de la masa y del pan, y en el correcto funcionamiento de ciertos equipos. Tres factores que se deben tomar en consideración respecto a la calidad del agua: • Sabor • Contenido químico • Contenido mineral

3.2.1 Sabo r

Un inusual mal sabor o un mal olor identificado en el agua, podrían alterar el sabor del producto final. Esto sucede ya que algunas veces del año, por ejemplo luego de fuertes lluvias o durante el cambio de estación, es posible que los abastecimientos y los tratamientos de agua varíen. Hay filtros disponibles en el mercado para reducir el mal olor o gusto del agua, y es una buena idea tenerlos instalados en la línea de agua del mezclador, para disminuir la posibilidad de un mal sabor en el producto final. 3.2.2 Co nten ido qu ím ico

Dependiendo de la calidad natural, las compañías del agua están agregando diversos niveles de productos químicos para transformarla en una bebida segura y potable. El cloro es el que tendrá el efecto más notorio en la masa, particularmente en la actividad de la fermentación. La levadura, siendo un microorganismo natural, es sensible al cloro; pues ha quedado demostrado con INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 5


pruebas, que con 10 ppm (partes por millón) de cloro en el agua, se afecta el funcionamiento de la levadura en el amasado. Un alto nivel de cloro podría también alterar la función de algunos componentes de la harina, enzimas particularmente. Para ello son también eficientes algunos filtros, aminorando este efecto al mínimo. 3.3.3 Contenid o m ineral

El contenido mineral determinará la dureza y la suavidad del agua; siendo los principales calcio, magnesio y sodio. El agua dura contiene una gran cantidad de minerales mientras que la suave tiene una cantidad más limitada de minerales. Las características de la masa se ven alteradas por el contenido mineral del agua: los minerales se utilizan como nutrientes por la levadura, por lo tanto, un cambio en su concentración afectará la fermentación. Indirectamente, un cambio en la fermentación actúa sobre las características de la masa, haciéndola más fuerte o más débil. El agua dura provocará una rápida fermentación y una masa con una tendencia a tener un exceso de fuerza mientras que el agua suave generará una fermentación más lenta y una masa con una tendencia a carecer de fuerza. En el caso del agua dura, puede emplearse un suavizador, pero no deben eliminarse muchos minerales, pues también son alimentos para la levadura y es necesaria cierta cantidad para una buena actividad en la fermentación y para conseguir una buena característica física en la masa (fuerza). Esta es la razón por la cual el agua destilada no es conveniente para el horneado del pan. En el caso del agua muy suave, el problema es más complejo. Para ello hay algunos equipos especiales para devolver los minerales al agua, pero son muy costosos y su efecto no es suficiente para un agua muy suave. En este caso, será necesario ajustar el proceso para compensar la carencia de la fermentación y para la escasez de fuerza en la masa (aumentando la cantidad de levadura, etc.).



Una nota especial relacionada con el equipo de panadería que produce la humedad (cámara de fermentación, generador de vapor, entre otros) para aumentar la vida y la eficacia de tal equipo, es que debería instalarse un suavizador de agua en la línea del dispositivo para limitar el depósito de calcio que sucede generalmente cuando fluye el agua caliente, limitando la humedad o la dispersión del vapor. Algunas panaderías preocupadas por la calidad del agua, están instalando un dispositivo para el tratamiento de agua llamado ósmosis reversa. Este equipo, usa un proceso natural de hiperfiltración que reduce el contenido de impurezas químicas que se quedan en el grifo y balancea el contenido mineral, con lo cual se permite una calidad constante de agua y más pura. Es importante recordar que el agua es el segundo ingrediente principal usado en la horneada y que su calidad puede afectar las características de la masa y del pan. Sin embargo, debido a la tecnología moderna usada por las compañías de agua, las probabilidades de tener un problema por la calidad del agua son muy bajas comparadas a todos los otros factores implicados en el proceso de elaboración (calidad de la harina, tiempo de fermentación, amasado, etc.). Es decir, antes de culpar al agua por algunos problemas potenciales en la masa, el panadero debe comprobar que sus procesos y fórmulas hayan sido correctamente empleados. El agua jugará muchas funciones a lo largo del proceso de panadería, a partir de la mezcla hasta la cocción del pan, e incluso en la vida útil de anaquel. El rol más significativo del agua se encuentra en la mezcla de la masa; durante este primer paso en el proceso, el agua será crucial para obtener las características deseadas en la masa. 3.3

Hidratación de la harina y de la form ación de la mas a

Los dos componentes principales de la harina son el almidón y la proteína. El agua primero hidratará las partículas del almidón y comenzará la formación de la masa. Entonces la proteína empezará a absorber un poco de agua y se iniciará la formación del gluten en la masa. En esta etapa, es interesante INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 7


observar que la proteína absorberá el agua más lentamente en comparación al almidón, razón por la cual es importante que el panadero tenga suficiente tiempo de incorporación a primera velocidad, para asegurar la formación apropiada del gluten y la mezcla de los componentes de la harina. El agua también diluirá y asegurará la dispersión de todos los otros ingredientes como por ejemplo la sal y la levadura en la masa. 3.4

Control de la con sistencia de la masa

Dependiendo de la consistencia final deseada (la mayor parte del tiempo en relación directa con el tiempo de mezcla y de fermentación así como de las características finales del producto) la cantidad de agua se podría ajustar en la fórmula. Mucha agua crearía una masa con una consistencia suave mientras que menos generará una masa más tiesa. Para un panadero, la consistencia es a veces difícil de determinar con una cantidad específica o un porcentaje de agua, ya que las características de la harina pueden afectarlo tremendamente. Una forma sería describirlo según como se sienta la masa; definitivamente, esto es algo que toma tiempo para dominar pero un panadero experimentado sabrá identificar una masa suave, tiesa, medio suave, etc. Esta noción de la consistencia afectará directamente el gluten y a las características finales del producto: Una masa muy suave creará una estructura más débil de gluten, más extensible y menos elástica. Este tipo de masa se beneficiará con un tiempo largo de fermentación, a veces se voltea durante la primera fermentación. Generalmente, el producto final tendrá una estructura de miga con un sabor más pronunciado. Una masa más tiesa creará una estructura más fuerte del gluten, menos extensible y más elástica. En este caso, será más apropiado menor tiempo de fermentación para evitar un exceso de fuerza durante la formación de la masa. El producto final tendrá una estructura celular más comprimida y si no se utiliza ningún pre fermentación, un sabor un poco más suave.



3.5

Cantidad de agua

El panadero podría determinar fácilmente la cantidad de agua necesaria para hidratar correctamente la harina y para alcanzar la consistencia deseada de la masa para un tipo específico de pan. La mejor manera es comenzar a mezclar con un porcentaje conocido de agua (en los Estados Unidos para la cocción tradicional o artesanal, un buen punto de partida sería el 65%). Después de dos a tres minutos de mezcla, la consistencia de la masa se determina y se corrige en caso sea necesario; y debe ser agregando el 1% de agua (basada en peso total de la harina) a la vez, hasta que se alcance la consistencia de la masa. La cantidad final de agua o de hidratación de la masa entonces será calculando y añadiendo cada 1% de agua agregada, al 65% de la original. Es importante observar que esta hidratación final puede cambiar dependiendo de las características de la harina, tipo de masa, técnica para mezclar, pero es una manera para que el panadero asegure una mejor consistencia en la calidad del producto final. 3.6

Reac ci on es qu ím ic as

El agua es responsable de todas las reacciones químicas naturales que suceden en la masa, siendo las más importantes: el proceso enzimático y la fermentación. Sin el agua, no serían activadas, haciendo imposible el proceso de panificación; incluso la cantidad de agua en la masa afecta el índice de estas reacciones: La masa altamente hidratada fermentará más rápidamente; mientras que la menos hidratada más lento, lo cual debe considerar el panadero al desarrollar fórmulas. Por ejemplo, el porcentaje de levadura se debe bajar en la masa húmeda y aumentar en una masa más tiesa. 3.7

Con trola la temp eratura de la m asa

Para obtener una buena actividad de fermentación es crucial una correcta temperatura final de la masa (el termómetro es una de las herramientas más importantes de la panadería). Como el agua es el ingrediente más fácil para el cambio de temperatura (con un refrigerador o un calentador de agua), el INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 9


panadero lo utiliza para controlar la temperatura final de la masa. Lógicamente, el agua fría generará una temperatura más fresca, mientras que el agua más caliente creará una más cálida en la masa. La temperatura del agua se calculará dependiendo de muchos factores como: temperatura de la harina, temperatura del taller, tiempo de mezcla, tipo de masa, etc.; aun cuando existen muchas fórmulas para calcular la temperatura exacta del agua para una formulación específica, la mayoría de las panaderías confían en la experiencia del mezclador para alcanzar la temperatura requerida (usualmente 23° a 24° C). Sin embargo, sería mejor usar un registro de temperatura para no perder de vista la obtenida para cada masa y localizar el problema en caso existiese. El papel del agua es definitivo y muy importante durante la mezcla; una masa con una buena consistencia conducirá a buenas características en los productos finales mientras que una muy tiesa o muy suave requerirá de algunos ajustes durante el proceso de panificación, haciendo más desafiante el trabajo del panadero y comprometiendo la calidad del producto final. 3.8

Duran te el man ejo de la mas a

La sensación de la superficie de la masa al dividirse, antes y durante la formación es principalmente por el diverso nivel de concentración del agua. 

La masa pegajosa tendrá mucha agua concentrada en su superficie, haciéndola más difícil de procesar.



La masa seca es el resultado de la evaporación del agua en la superficie de la masa, conduciendo a las pobres características del producto final (color de corteza, características de miga, etc.)



La meta del panadero es controlar estos movimientos de agua para mantener la masa en buenas condiciones. Por ejemplo, cubrir la masa con plástico si el aire es seco en la panadería o si hay corrientes de aire en el área de la producción. Por otra parte, si la masa se siente pegajosa por un exceso de la humedad del aire, tendrá que mantenerse destapado para una cierta circulación de aire alrededor de él. INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 10


3.9

Duran te la co cc ión del pan

El agua también desempeñará un papel muy importante durante la cocción del pan. Éste será tema de un próximo artículo, pero aquí describo los efectos principales del agua en la cocción: La producción del vapor es lo primero, que contribuirá a un mejor desarrollo del pan, mejor color de la corteza (más brillante) y más crocancia. Todos estos resultados se obtienen cuando el vapor caliente se condensa en la superficie más fresca de la masa al principio de la horneada, creando una fina película de agua. 

La gelatinización del almidón o transformación de la masa en miga es básicamente debido a una migración de agua del exterior de las partículas del almidón al interior de las mismas.



La coagulación del gluten es por la sequedad de las cadenas del gluten, ajustando la estructura del pan durante la cocción.



La formación de la corteza es por la deshidratación de la superficie de la masa durante la etapa avanzada de la cocción.

Como panadero, es muy importante una perfecta comprensión de la funcionalidad de los ingredientes para controlar el proceso en la panificación y producir productos finales con una calidad constante. A veces, no nos damos cuenta que sin el agua, este ingrediente precioso, sería imposible producir pan.

3.10

Enfriamiento y reposo del pan

Después de hornear, se evaporará un poco de humedad del pan, que tendrá que ser liberada al aire sino la corteza la reabsorbería, haciendo el pan muy húmedo y desagradable. Por ello se aconseja dejar enfriar el pan luego de su cocción en un área ventilada adecuadamente, y dejar reposar un tiempo antes de empaquetar.



Una gran parte del proceso de reposo se debe a una migración del agua, que haría que la miga pierda su suavidad, siendo más tiesa y menos agradable para comer .

3.11

Saneamiento

Último pero no menos importante: sin el agua sería imposible mantener la panadería perfectamente limpia y en una buena condición sanitaria. Se olvida esto la mayor parte del tiempo, pero sigue siendo un papel muy importante. Cuando se utiliza adecuadamente, el agua puede ser un factor determinante en la obtención de la masa deseada y las características finales del producto.

IV.

INVESTIGA CIÓN SOBRE EL AG UA EN LA PANIFICACIÓN

4.1.

Leche

La leche es un sustituto ideal común del agua en la mezcla en la panificacion. Si usas leche es mejor usar leche entera o al 2 por ciento para poder aprovechar la grasa de la leche. Puede usarse como exacto reemplazo del agua. Por ejemplo, si la receta dice que se necesitan 1 1/4 tazas de agua, reemplázala con 1 1/4 tazas de leche. El uso de la leche en la mezcla dará una textura más densa al producto final, que podrá utilizarse en pasteles, panes de diferentes tipos entre otros 4.2.

Suero de leche

El suero de leche es parecido a la leche que también puede sustituir al agua, ya que le da una textura un poco más densa al producto final. Cuando usas suero de leche en un pastel puede ser sustituido en proporciones iguales que el agua de la receta. Contrario a la leche, el suero de leche dará un sabor un poco más ácido al pastel. Si no tienes suero de leche en casa puedes prepararlo con una taza de leche entera y una cucharada de vinagre blanco. Déjala reposar durante 10 minutos y luego puedes usarla. INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 12


4.3.

Jugos

Si agregas jugos en la panificación puedes cambiar completamente el sabor del pan. Es importante recordar que los jugos procesados tienen un gran contenido de azúcar, lo cual puede cambiar la consistencia de panes o pasteles. Cuando usas jugo en la receta es preferible hacer mitad jugo y mitad agua. Compra algún jugo que no tenga grandes cantidades de azúcar y 100 por ciento natural. Algunos jugos que puedes agregarle a la mezcla son: piña, manzana, naranja, limón y granada. 4.4.

Licores

Se puede sustituir al agua por el licor, agregar licores a la mezcla para darle intensidad al sabor. Cuando usas algún licor, lo mejor es mezclarlo con un cuarto o la mitad de agua que lleva la receta. Puedes agregar licores como: aguardiente, ron, licor de café, para que el producto final tengas diferentes sabores.

4.5.

Zum o de frutas

El zumo de las frutas son viscosos y turbios; para aclararlos y tornarlos apetecibles se los trata con enzimas, proceso que libera alcohol metílico. Por ello, quien los consume regularmente podría estar ingiriendo un producto tóxico durante gran parte de su vida. Las enzimas son catalizadores biológicos, es decir, proteínas que tienen la capacidad de acelerar ciertas reacciones químicas. En los últimos años, su utilización como elementos auxiliares del procesamiento de alimentos ha adquirido gran relevancia. Puedes agregarle el zumo de frutas a la mezcla de la masa en la industria de panificación para darle un sabor más a la fruta . Puedes sustituir el zumo INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 13


de fruta por agua en las mismas proporciones según lo que diga la receta, por lo que si la receta dice una taza de agua, puedes reemplazarla por una taza de zumo de fruta. Usa zumo recién exprimido o tratado,

V.

B ib lio g ra fía

1. CAMPERI, SA., AUDAY, R.M., NAVARRO DEL CAÑIZO A. y CASCONE, O., 1996, "Study of variables involved in fungal pectic enzyme fractionation by immobilized metal ion affnity chromatography", Process Biochemistry, 31:81-87. 2. NAVARRO DEL CAÑIZO, A., HOURS, R., MIRANDA, M.V. y CASCONE, O., 1994, "Fractionation of fungal pectic enzymes by immobilized metal ion affnity chromatography", J Sci Food Agric, 64:527-531. 3. SERRA, J.L., ALKORTA, I. y LLAMA M.J., 1992, "Aplicación industrial de las enzimas pécticas", Alimentación, equipos y tecnología, octubre 1992, l 27-1 34.

VI.

Anexos Jug os de Fruta sin Metanol

Los jugos de frutas prensadas son viscosos y turbios; para aclararlos y tornarlos apetecibles se los trata con enzimas, proceso que libera alcohol metílico. Por ello, quien los consume regularmente podría estar ingiriendo un producto tóxico durante gran parte de su vida. INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 14


Las enzimas son catalizadores biológicos, es decir, proteínas que tienen la capacidad de acelerar ciertas reacciones químicas. En los últimos años, su utilización como elementos auxiliares del procesamiento de alimentos ha adquirido gran relevancia. La producción de una enzima por los métodos de la biotecnología clásica incluye dos etapas principales: la de fermentación, en la que se multiplica el microorganismo productor de la enzima, y la de recuperación y purificación, en la que se aísla la enzima y se la lleva al grado de pureza adecuado para su uso. En la nueva biotecnología, nacida gracias a la ingeniería genética, existe una tercera etapa, la construcción del ente recombinante, que producirá la enzima deseada (véase

"Proteínas

a

pedido"

Tabla 1- Enzimas usadas en los procesos de la industria agroalimentaria

ENZIMAS USADAS EN LOS PROCESOS DE LA INDUSTRIA AGROALIMENTARIA PRODUCT

ENZIMAS

O Cerveza

Alfa-amilasa,

Beta-glucanasa,

(Bacillus),

Proteasa Papaína,

Amiloglucosidasa, Pululanasa, Xilanasa Leche

Proteasa ácida animal, Proteasa ácida fúngica, Lactasa, Lipasa, Lisozima

Pan

Alfa-amilasa, Xilanasa, Proteasa (fúngica), Proteasa (Bacillus), Fosfolipasas A y D, Lipooxígenasa



Fruta

y

Pectinasas, Arabinasa, Hemicelulasa

Hortalizas Almidón y Azúcar

Alfa-amilasa, Isomerasa,

Beta-amilasa,

Glucoamilasa,

Pululanasa,

Isoamilasa,

Oligoamilasa, Cicloglucosiltranferasa, Xilanasa

Un viejo axioma biotecnológico sostiene que nunca se debe purificar un compuesto más de lo necesario, pues aumentaría el costo del producto final, con la consiguiente desventaja en el mercado. Por ello, se requiere diseñar un procedimiento que asegure una pureza de las enzimas adecuada para su uso. En general, las utilizadas en la industria alimentaria no necesitan una purificación extrema, comparada, por ejemplo, con la requerida por algunas de uso terapéutico. El grupo de investigación de los autores se ocupa de purificar proteínas, en particular enzimas, tanto para empleo alimentario como para otros fines. En lo que sigue se considerará un conjunto de enzimas empleadas en el procesamiento

de

alimentos

vegetales,

denominadas

genéricamente

pectinasas, que digieren la pectina, substancia presente en las paredes de las células vegetales y en la lámina media (o estructura que une las células para formar tejidos). Porque así lo prefiere el consumidor, algunos jugos de frutas, como los de manzana y pera, deben tener aspecto cristalino, lo cual hace necesario aclararlos, ya que el producto obtenido por prensado es viscoso -debido a la pectina disuelta- y persistentemente turbio -por los fragmentos de paredes celulares en suspensión-. Cuando se agregan pectinasas, la viscosidad disminuye y las partículas pueden eliminarse fácilmente, dejándolas sedimentar, centrifugando el líquido o filtrándolo. Por otra parte, el tratamiento aumenta el rendimiento en jugo de la fruta prensada, pues al apretarla se forma una masa INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 16


semigelificada que carece de micro canales por los que pueda fluir el zumo. Las pectinasas destruyen el gel y dan lugar a que el líquido corra libremente, mientras los sólidos remanentes, insolubles, forman una pulpa que es fácil de prensar. Los jugos de naranja o pomelo, contrariamente a los anteriores, deben llegar turbios al consumidor -¡oh témpora, oh mores!-, por lo que se usan las mismas enzimas para causar un efecto contrario al aclaramiento. Con el tiempo, las pectinas de alto peso molecular tienden a precipitar, a causa del calcio presente en el jugo; si se tratan de manera controlada con pectinasas, se reduce su peso molecular, no precipitan y la turbidez del jugo se estabiliza. De esta manera, se evita que en los estantes del supermercado aparezcan botellas llenas hasta la mitad con sedimento y el resto con un líquido transparente. En los extractos comerciales de pectinasas usados para la fabricación de jugos de fruta coexisten tres enzimas: la pectinliasa, la poligalacturonasa y la pectinesterasa. La pectina es un polisacárido constituido principalmente por la unión de muchas moléculas de ácido galacturónico (el derivado ácido de la galactosa) parcialmente metoxilado (es decir, con los grupos H del ácido reemplazados por CH3, denominados metilas). La figura 1 muestra los puntos de ataque (la unión química que se rompe) de las diversas pectinasas. La pectinliasa actúa sobre la pectina; las pectinesterasas remueven los grupos CH3,

por

lo

que

se

las

denomina enzimas

demetoxilantes,

y

la

poligalacturonasa actúa solamente si la pectina ha sido previamente desprovista

de

los

metilos

por

acción

de

las

pectinesterasas.

Fig 1.- Acción de las pectinasas sobre la pectina. A)

Efecto directo de la pectinliasa.

B)

efecto de la poligalacturonasa sobre la pectinliasa.

C)

efecto de la poligalacturonasa sobre la pectina previamente demetoxilada

por la pectinesterasa INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 17


Como se observa en esa figura, la demetoxilación de la pectina por la pectinesterasa libera metanol(o alcohol metílico), que queda en el jugo; se trata de un caso típico de generación de una substancia tóxica como parte del procesamiento de un alimento. Por lo general, los jugos se concentran, por calentamiento o por ultrafiltración, en el lugar de producción, para reducir el flete; luego se los diluye y envasa cerca de los sitios de venta. Aquellos que fueron sometidos a este proceso de concentración y dilución suelen llevar un rótulo que así lo indica y tienen la ventaja de haber perdido casi totalmente el metanol, junto con algunos compuestos aromáticos, debido al concentrado. Pero también se venden jugos que no siguieron los pasos anteriores, distribuidos directamente al público luego de ser prensada la fruta y aclarado el zumo: son los que conservan el metanol y, por ende, expondrían a los grandes INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 18


bebedores de zumo a riesgos de los que aún se sabe poco. Los autores de esta nota han realizado en laboratorio dosificaciones de metano de varios jugos de manzana que se distribuyen comercialmente. Encontraron hasta 100mg por litro en los que no fueron concentrados y, si bien no se trata de una cantidad que pueda provocar intoxicación aguda, ni ocasionar problemas de toxicidad subaguda, podría representar un peligro para quienes consumen mucho de esos productos, ya que no se conoce gran cosa sobre la toxicidad subcrónica del metanol. Aclaremos que el vino contiene cantidades superiores de metanol (hasta 300-4OOmg/l), pero coexiste con concentraciones mucho, más altas de etanol, su antídoto biológico. Los investigadores japoneses S. Ishii y T. Yokotsuka demostraron que, utilizando pectinliasa purificada -que no necesita de la acción previa de la pectinesterasa, responsable de la liberación de metanol, para degradar a la pectina-, se puede aclarar jugo de manzana sin producción simultánea de metanol. Pero el método requiere varias etapas cromatografías, lo que descarta su utilización práctica por razones económicas. El desafío que se plantearon los autores del presente trabajo fue eliminar la pectinesterasa de un preparado comercial de pectinasas por algún método de purificación que pudiera ser adoptado por la industria, pues, a medida que las reglamentaciones alimentarias se vayan haciendo más estrictas, las industrias deberán adoptar procedimientos que les permitan elaborar productos mas saludables. Los métodos cromatográficos de purificación de proteínas se pueden clasificar según cómo aprovechen alguna propiedad fisicoquímica de las moléculas en estudio. Así, la cromatografía de exclusión molecular separa las moléculas por su tamaño; la de intercambio iónico diferencia la carga eléctrica de ellas, en la de interacción hidrofóbica quedan retenidas en la columna aquellas proteínas que, por las características de los aminoácidos de su superficie, se unen a la matriz excluyendo el agua (son hidrófobas), y la de afinidad se basa en



interacciones específicas entre la molécula a purificar y la matriz de la columna. Debido a que el tamaño, la carga eléctrica y la hidrofobicidad de la pectinesterasa son semejantes a los de otras pectinasas presentes en la mezcla, optamos por la cromatografía de afinidad, técnica que, cuando se emplea para inmovilizar un anticuerpo con el propósito de purificar un antígeno (o viceversa), es muy cara y, por lo tanto, sólo aplicable a la purificación industrial de proteínas de gran valor comercial. Pero hay una cromatografía de afinidad, llamada pseudobioespecíflca, en la que, para purificar proteínas, se inmovilizan en la matriz colorantes o iones, substancias que, debido a su estructura, simulan algún compuesto natural al que la proteína se une, pues tiene afinidad por él. Aunque se trata de un procedimiento de menor selectividad, es también mucho más barato. Los

autores

trabajaron

con cromatografía

de

iones

metálicos

inmovilizados (IMAC, de Inmovilizad Metal ion Affinity Chromatography), que cumple con dos requisitos fundamentales: costo relativamente bajo y posibilidad de ejecutar el proceso en escala industrial. Se basa en la interacción de un metal con ciertos grupos funcionales de una proteína, sobre todo el aminoácido histidina (véase "La estructura de las proteínas", Ciencia Hoy 29:3234). En la figura 2 se explica cómo se produce dicha interacción: un metal de transición -por ejemplo, cobre (Cu)-, se agrega a una matriz de agarosa (un polisacárido insoluble), que contiene el grupo quelante iminodiacético. El grupo quelante simplemente retiene el Cu y forma un complejo estable. Fig 2- Mecanismo de la cromatografía de afinidad con iones metálicos inmovilizados.



La matriz se coloca en un tubo de vidrio o plástico y se hace pasar a través de ella la solución de proteínas: sólo quedarán retenidas aquellas que tengan histidina en la superficie, las que podrán interaccionar con el metal; el resto pasa (o eIuye, en el lenguaje del laboratorio) sin interaccionar. Las proteínas unidas al metal se separan de este por la simple disminución del pH. Al producirse tal disminución, o aumentar la acidez del medio, (que es decir lo mismo), las histidinas toman una carga eléctrica positiva -un protón (H+)- de este (en jerga, se protonan), con lo que pierden su capacidad de interacción con el metal inmovilizado en la matriz cromatográfica. Cuando los autores pasaron una solución de un preparado comercial de pectinasas extraídas de hongos por una columna de IMAC, obtuvieron dos fracciones (Fig. 3), una que, eluía de la columna sin interaccionar (I) y otra, que sólo eluía al disminuir el pH al valor 3,0 (II). Después, determinaron que la pectinliasa estaba en I, mientras que en II se encontraban la pectinesterasa y la poligalacturonasa. En otras palabras, se había encontrado un método factible



de ser utilizado en la industria para fraccionar una mezcla de pectinasas de manera que quedara separada la pectinliasa de un preparado comercial de las otras pectinasas. Cuando se procedió a clarificar jugo de manzana con cada una de las fracciones y se hizo una dosificación de metanol en los zumos aclarados, se halló, como era previsible, que el alcohol estaba ausente cuando se usaba la fracción I, que no contenía pectinesterasa. En cambio, se había producido metanol, debido a la acción conjunta de la pectinesterasa y la poligalacturonasa al utilizar la fracción II. Una ventaja de esta forma de fraccionamiento es que la pectinesterasa, separada de la mezcla y presente en la fracción II, no se desecha y puede ser utilizada para aclarar jugos que serán concentrados o previa separación de la pectinesterasa de la poligalacturonasa- para otros fines, como la producción de pectina demetoxilada (ácido péptico), que se usa como espesante en la industria de las mermeladas. Como segundo paso, se buscó el procedimiento óptimo de separación en cuanto al solvente cromatográfico, el metal inmovilizado, el flujo cromatográfico, la concentración de la muestra y la fuerza iónica necesaria para retener toda la pectinesterasa en la columna. En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos con distintos metales inmovilizados: cobre, níquel (Ni) y zinc (Zn). Sobre la base de consideraciones de rendimiento y estabilidad del metal inmovilizado en la matriz cromatográfica, se concluyó que el cobre permitía una mejor separación. Fig 3 Cromatografía de una mezcla de pectinasas en una columna IMAC. Las proteínas se detectan por su absorbancia en 280 NM. La flecha indica el cambio de un medio alcalino (pH 8,0) a un ácido (pH 3.0)



Fig 4 . Retención de la pectinesterasa en la columna de IMAC según la fuerza iónica, dada por la concentración salina, del tampón utilizado.

TABLA 2 FRACCIONAMIENTO DE PECTINASAS POR IMAC. INFLUENCIA DEL METAL UNIDO A LA MATRIZ CROMATOGRÁFICA(comparar con la figura 3)



RENDIMIENTO (%) MET AL

FRACCIO N

PECTINESTERAS A

Cu2+

Ni2+

Zn2+

I II

II

II

100 0

11 89

I

A

0 100

I

PECTINLIAS

100 0

60 40

100 0

La figura 4 muestra la influencia de la fuerza iónica, producida por concentración de sales -por ejemplo, de cloruro de sodio (NaCl)-, y del tampón cromotográfico, o líquido de elución, sobre el fraccionamiento por IMAC. Se halló que la pectinliasa no interacciona con la matriz cromatográfica en ninguna condición de fuerza iónica, tanto con tampón Tris (nombre común del Trishidroximetil-aminometano) como con tampón fosfato. Por el contrario, la pectinesterasa es adsorbida por la matriz cromatográfica, con mayor interacción al aumentar la fuerza iónica del tampón. Aunque este resultado es cualitativamente similar para las dos soluciones tampón ensayadas, se encontró que el uso de fosfato para la adsorción y acetato para la elución mejora el fraccionamiento cromatográfico con respecto al tampón Tris, ya que se requiere menor concentración de NaCl para obtener adsorción total de la pectinesterasa, lo cual disminuye los costos del proceso. Además, el fosfato es un compuesto fisiológico, más barato que el Tris. Por último, se determinaron los parámetros relevantes para pasar, mediante cromatografía frontal, de la escala de laboratorio a la industrial. La técnica INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 24


consiste en cargar la muestra continuamente en la columna, hasta el momento en que no sea retenida por haberse saturado la capacidad de la matriz. Por supuesto, interesa que la columna retenga la mayor cantidad posible de proteína y que su salida sea abrupta. La figura 5 indica la cantidad de muestra que sale de la columna en función del tiempo: los trazados se conocen como curvas de ruptura y la cromatografía será tanto más eficiente cuanto mayor sea la pendiente de esa curva (5B), ya que la carga de la columna debe finalizar cuando comienza a salir la proteína que se quiere adsorber. La forma de la curva de ruptura depende de la matriz cromatográfica y de las condiciones operativas (flujo, concentración de muestra, etc.). Fig 5 Cromatografía frontal. La parte celeste corresponde a la cantidad de proteína retenida por la columna, la línea indica la cantidad de la misma que sale por la columna. Las curvas de ruptura muestran que la capacidad de la columna en el experimento B es mayor que en el A.

La figura 6 muestra las curvas de ruptura para distintas velocidades a las que la muestra atraviesa la columna. Es preferible el flujo más rápido, que permita conseguir la mejor carga de muestra en la columna, para que el proceso sea más económico: en este caso, una velocidad de 0,80cm por minuto cumple con ambas condiciones. La figura 7 revela el mismo fenómeno con relación a la INDUSTRIAS ALIMENTARIAS IV SEMESTRE pag. 25


concentración de muestra sembrada: se pudo obtener una buena curva de ruptura con la máxima concentración utilizada - 100mg/ml- (no es posible usar concentraciones mayores por la solubilidad de la muestra). Fig 6 Influencia de la velocidad de carga de la muestra sobre la forma de las curvas de ruptura

Fig 7b Influencia de la concentración de la muestra sembrada en la columna cromatográfica sobre la forma de las curvas de ruptura



En conclusión, mediante los métodos descriptos, hemos podido establecer las mejores condiciones de separación de la enzima pectinesterasa de la pectínliasa, y encontrar una forma simple y económica de preparar jugos de frutas más sanos. Hemos cumplido con la parte de la tarea que compete a los científicos; ahora la industria podrá considerar si está en condiciones de sacar provecho de la posibilidad que queda abierta.




funcion de agua en la panificacion.docx

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