Tecnología enzimática.pdf

Aplicaciones de las enzimas

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APLICACIONES DE LAS ENZIMAS

Rebeca Artime Holgado

Universidad de Salamanca


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INTR ODUCCION............ 5 PR ODUCCION INDUSTR IAL DE ENZIMAS .......................... ESTABILIDAD DE LAS ENZIMAS ........................ 1 INGENIER IA ENZIMATICA ................ 13 Rebeca Artime Holgado



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INTR ODUCCION............ 5 PR ODUCCION INDUSTR IAL DE ENZIMAS .......................... ESTABILIDAD DE LAS ENZIMAS ........................ 1 INGENIER IA ENZIMATICA ................ 13 Rebeca Artime Holgado



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1.La biotecnología puede rediseñar enzimas y microorganismos para incrementar la eficacia y reducir costes. .............................................. ...................................................................... ............................................... ..........................13 ...13 2.Mejorar la calidad cal idad y el rendimiento ............................................. ..................................................................... ...........................14 ...14 3.Mejora de los sabores sa bores .............................................. ..................................................................... .............................................. ........................15 .15 4.Fabricación del pan................................. pan......................................................... ................................................ ........................................16 ................16 5.Incrementar la fermentabilidad del mosto ............................................... ..............................................................19 ...............19

CAR BOHIDR ASAS ...... 20 1- Amilasas ............................................. ..................................................................... ................................................ ...........................................20 ...................20 2- Enzimas desramificantes ................................................. ......................................................................... ......................................22 ..............22 3-Celulasas....................................................... 3-Celulasas................................ .............................................. .............................................. ...................................23 ............23 4- Invertasas..................... Invertasas ............................................ .............................................. .............................................. ............................................23 .....................23 5- Lactasa ( b galactosidasa)............................................ gala ctosidasa).................................................................... ..........................................24 ..................24

ENZIMAS PR OTEOLITICAS .......... 25 LIPASAS ........................ 2 GLUCOSA ISOMER ASA .................................... Rebeca Artime Holgado



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ALGUNOS PR OCESOS INDUSTR IALES QUE UTILIZAN ENZIMAS .... 27 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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INTR ODUCCION 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 Rebeca Artime Holgado



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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 Rebeca Artime Holgado



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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 alfaamilasas 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 glucosaoxidasa 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.

PR ODUCCIÓN INDUSTR IAL DE ENZIMAS 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 s ol 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 Rebeca Artime Holgado



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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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ESTABILIDAD DE LAS ENZIMAS 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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INGENIER IA ENZIMATICA 1.LA BIOTECNOLOGÍA PUEDE R EDISEÑAR ENZIMAS Y MICR OOR GANISMOS PAR A INCR EMENTAR LA EFICACIA Y R EDUCIR COSTES. 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

2.MEJOR AR L R LA CALIDAD Y EL R ENDIMIENTO 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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3.MEJOR A DE LOS SABOR ES 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.

4.FABR ICACIÓN DEL PAN 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 alfaamilasa 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.




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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.

5.INCR EMENTAR LA FER MENTABILIDAD DEL MOSTO 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




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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:

CAR BOHIDR ASAS 1- AMILASAS Se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza, son las enzimas responsables de la degradación del almidón, hidrolizan los enlaces glucosídicos a -1-4. Las amilasas se pueden dividir en tres grupos: a amilasas, 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.




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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)




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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.

2- ENZIMAS DESR AMIFICANTES 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.




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3-CELULASAS 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.

4- INVER TASAS 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




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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.

5- LACTASA ( B GALACTOSIDASA) 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.




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ENZIMAS PR OTEOLITICAS 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.

LIPASAS 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




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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.

GLUCOSA ISOMER ASA La enzima es realmente xilosa isomerasa, capaz de isomerizar D- glucosa a Dfructosa. 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.




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ALGUNOS PR OCESOS INDUSTR IALES QUE UTILIZAN ENZIMAS INDUSTR IA DEL ALMIDÓN Y DEL AZÚCAR Dependiendo de las enzimas utilizadas, a partir del almidón se pueden obtener jarabes de diferente composición y propiedades físicas. Los jarabes se utilizan en una variedad de alimentos tales como gaseosas, dulces, productos horneados, helados, salsas, alimentos para bebés, frutas enlatadas, conservas, etc. Hay tres etapas básicas en la conversión enzimática del almidón: licuefacción, sacarificación e isomerización. El almidón se mezcla inicialmente con agua formando una suspensión o pasta al 2040% 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.




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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.

PR ODUCTOS LÁCTEOS La aplicación de enzimas en el procesamiento de leche está bien establecida ,por el uso del cuajo (quimosina) en la producción de queso , que tal vez representa el empleo más antiguo de enzimas en alimentos. Otras enzimas que participan en la producción de quesos son las lipasas presentes en la leche, las cuales hidrolizan el componente graso, proporcionando cambios característicos en el sabor. Para algunos quesos se pueden aumentar las lipasas naturales, añadiendo enzima extra. Por otra parte, también se Rebeca Artime Holgado



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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.

INDUSTR IAS DE MOLINER ÍA Y PANADER ÍA 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




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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.

INDUSTR IAS PR ODUCTOR AS DE ZUMOS DE FR UTAS 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 extracc ión 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 Rebeca Artime Holgado



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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.

PR OCESAMIENTO DE CAR NE 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.

INDUSTR IA CER VECER A 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




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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 Rebeca Artime Holgado



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inactivan las enzimas. Durante la fermentación y maduración la adición de enzimas sirve para controlar la turbidez.

INDUSTR IAS DE GR ASAS Y ACEITES El uso de enzimas en las industrias de aceites y grasas es muy bajo, aunque se encuentran disponibles enzimas que pueden resolver algunos problemas, por ejemplo minimizar los subproductos indeseables. Las enzimas también se pueden usar para producir aceites y grasas novedosas. 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.




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INDUSTR IA TEXTIL 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.



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