UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PANAMA FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA
INGENIERIA EN ALIMENTOS
INVESTIGACION SOBRE ENZIMAS “PAPAINA”
PRESENTADO POR:
GONZALEZ, CAMILO
8-831-152
MOJICA, KENNY
8-865-2039
OLMOS, CARLOS
8-823-2300
SANCHEZ, EDUARDO
9-732-1620
TAPIA, FERNANDO
8-788-1802
PROFESOR: ROBINSON D., JOSÉ ASIGNATURA:
BIOQIMICA DE ALIMENTOS
AÑO 2012
Username: 9equable Password: amoebic5
INTRODUCCION
La papaya (carica papaya), también conocida como lechosa, papayon, etc. De la familia de las caricáceas, es una planta originaria de los bosques de México, mayormente encontrada en Centroamérica y el Caribe. Es una fruta que proviene de una árbol sin ramas el cual solo tiene unas cuantas hojas palmeadas al final del tronco, este mismo árbol crece entre 1.8 y 2.5 metros de altura. La papaya es una fruta comestible, la misma crece en el mismo tronco de la planta y es de gran consumo en Panamá, Centroamérica, África y Europa. Es usualmente consumida cruda, sin su cáscara o sus semillas. El fruto verde inmaduro de la papaya puede ser consumido en ensaladas y estofados. Posee una cantidad relativamente alta de pectina, la cual puede ser usada para preparar mermeladas. Además de ser comestible, es una fuente de látex y de nuestro foco de estudio la “papaína”. La papaína es extraída del látex de la papaya la papaína es una
proteasa la cual específicamente cataliza la hidrolisis de esteres y péptidos, lo cual nos demuestra una de las característica de las enzima la cual es su especificidad sobre los sustratos. Podemos destacar sus amplios usos o utilidades dentro de las industrias de alimentos como los son las áreas de cervecería, tratamiento de productos cárnicos como la carne en si que es lo que nos interesa; cabe destacar que también tienes aplicaciones medicas, farmacéuticas y las industria del tabaco, jabones, cueros, caucho, aceites, cosméticos. Los cual nos da un abanico de posibilidades y usos dentro de la vida cotidiana. Como ya lo habíamos mencionado la papaína es extraída específicamente de el látex de la papaya verde aun sin madurar pero en el proceso se pierde la fruta y esto representa perdidas para los productores o para los que procesan la papaya solo para extraer la papaína, ya que no existen mucha variedad de métodos o información de extracción de papaína que utilice el fruto completo de la misma. Podemos destacar otros atributos de la planta de papaya como lo son que la mayor parte de la papaya es utilizada, además de ser utilizada en una variedad de remedios caseros y usos domésticos como lo son: purgante, disolver callos, problemas de presión alta, y de curar una considerable cantidad de enfermedades. También es utilizado en la fabricación de cuerdas para uso casero. Cabe destacar que la papaína no es nueva en la industria alimentaria ya que fue empleada por primera vez en el año 1911 por leo Wallerstein quien fue que creo su patente como tal. Otra importancia de la papaína es que no ha podido ser suplantada o sustituida por otras enzimas en la industria de los alimentos, tales como la bromelina extraída del jugo de piña fresco la cual tiene una función similar a la de la papaína, además que no se ha podido sintetizar una enzima en los laboratorios con las mismas propiedades de estas dos enzimas proteolíticas.
I.
CARACTERÍSTICAS DE LA PAPAINA
Es una enzima de la hidrolasa de la proteasa de la cisteína (EC 3.4.22.2) presente en la papaya (Carica papaya) y la papaya de la montaña (cundinamarcensis de Vasconcellea). La papaína, procedente del látex de la fruta verde y aún sin madurar de la papaya, es una Thiol Proteasa la cual cataliza las hidrólisis de ésteres y péptidos. Fue la primera proteína vegetal a la cual se le pudo elucidar su estructura cristalina consta de 212 residuos de aminoácidos, 34 de los cuales están ionizados.
1. PROPIEDADES FISICAS La papaína es un polvo blanco o blanco grisáceo, sumamente activo, por lo cual debe ser manejado con precauciones, también es producida en forma líquida. La papaína es insoluble en disolventes orgánicos, y poco soluble en agua y glicerol. Tiene un punto isoeléctrico alrededor de un pH 8.75 y una absorción máxima aproximada de 278nm.
2. PROPIEDADES QUIMICAS Esta enzima posee un gran poder de hidrólisis, mayor que cualquier otra enzima proteolítica, es muy activa en la hidrólisis de amidas y ésteres. Además tiene poca especificidad, puede hidrolizar sustratos sintéticos los cuales son generalmente considerados como sustratos de tripsina, quimotripsinas o pepsinas. La papaína ha de ser útil como biocatalizador en reacciones de esterificación y como biocatalizador específico en la esterificación de ácidos grasos con 1-butanol.
3. ESTRUCTURA DE LA PAPAINA Como muestra la figura 1, la papaína es una sola cadena polipeptídica, la cual consta de 212 residuos de aminoácidos, 34 de los cuales están ionizados. El dominio L, comprendiendo los residuos 10 – 111 y 208 – 212, conteniendo tres alfa hélices y el dominio R, comprende los residuos 1 – 9 y 112 – 207, consistentes en dos alfa hélices y dos hojas betas tetra ramificadas. El sitio de unión de CYS-25, HIS-159 y ASN-175 está localizado en una honda hendidura en la interfase entre los dos dominios. En dicha hendidura se encuentra el sitio activo de la enzima con una distancia de 4 Aº entre el azufre de CYS-25 y el anillo de imidasol de HIS-159 (figura 2). Fig. 1
Fig. 2
4. ESTABILIDAD DE LA PAPAINA La papaína, además de la forma de látex, también es producida como un líquido y en forma de un polvo soluble, la vida de almacenamiento de la papaína es relativamente corta. La papaína en polvo almacenada bajo 20 ºC mantendrá su actividad por 6 meses y la papaína liquida almacenada bajo 40º C mantiene su actividad por 3 meses, después de iniciados los tres meses de almacenamiento una caída de 2% a 5% de la actividad puede ocurrir por mes. Una de las principales propiedades de la papaína es su estabilidad. La enzima es estable en un amplio rango de condiciones de pH el cual abarca de pH 3 a 12, también posee buena estabilidad en amplios rangos de temperatura, la misma está activada desde los 10ºC hasta los 70ºC, sin embargo, la temperatura óptima para la papaína esta en un rango entre los 35ºC y 45ºC. Otra casualidad importante de la enzima es su estabilidad cuando es sometida a reactivos orgánicos que causan desnaturalización en otras enzimas, sin embargo, su exposición a agentes como el ácido tricloroacético desnaturaliza irreversiblemente la molécula.
5. ACTIVIDAD DE LA PAPAINA La papaína en su estado natural presenta una baja actividad enzimática debido a la presencia en este estado de enlaces azufre – azufre (S-S) en el sitio activo de la molécula. Para que la enzima obtenga su capacidad catalítica es necesario transformar los enlaces S-S a enlaces sulfhidrilos libres (S-H). La activación de la enzima se puede lograr adicionando agentes reductores moderados como la cisteína, sulfuros, sulfitos y cianuros. Además de la adición de agentes reductores también se utiliza un agente quelante como el EDTA el cual elimina la presencia de iones divalentes como Cd, Zn, Fe, Cu, Hg y Pb los cuales catalizan la formación de enlaces azufre – azufre (S-S). La actividad de la enzima también es afectada desfavorablemente al estar expuesta al aire libre debido a que propicia reacciones de oxidación en la enzima, otros compuestos como las clorometilcetonas de fenilalanina y lisina y reactivos aldehídicos como fenilhidrazina e hidroxilamina afectan negativamente la actividad de la enzima.
6. EXTRACCIÓN DE LA PAPAINA Se extrae el látex de frutos de papaya verdes y completamente desarrollados, el látex debe ser procesado (secado) inmediatamente después de haber sido extraído del fruto. El proceso de secado puede hacerse a pleno sol o también utilizando otra fuente de calor. En este último caso, el uso de hornos es esencial. El diseño y características del tipo de horno más adecuado dependen de la disponibilidad de la fuente de calor. Éstos deben ser regulados para garantizar un suministro promedio de 25 ºC, ya que el calor excesivo destruye el principio activo de la papaína. La papaína puede obtenerse pura, mediante un procedimiento de 5 pasos que se enumeran a continuación: 1. 2. 3. 4.
Preparación del extracto acuoso crudo. Eliminación de material insoluble a pH 9. Fraccionamiento con sulfato de amonio. Fraccionamiento con cloruro de sodio.
5. Cristalización
I.
USOS E IMPORTANCIA DE LA PAPAINA
La papaína fue utilizada por primera vez en la Industria Cervecera en el año 1911. El mercado de la papaína es sumamente atractivo debido a que la enzima no ha podido ser completamente sustituida por otras enzimas proteolíticas, siendo su principal rival la bromalina obtenida del fruto de la piña, la cual tiene las mismas propiedades pero no su potencia, además una enzima sintética con estas cualidades no ha podido ser producida e introducida al mercado. La papaína es utilizada en muchas industrias y en variedad de funciones, presentando en la industria de alimentos su mayor aplicación. Entre los usos y aplicaciones que tiene la enzima podemos enumerar las siguientes:
1. Industria Cervecera: Se utiliza como clarificador, evitando la precipitación de las proteínas de la cerveza al momento de su empacado en frío. Para proteger la cerveza contra la turbiedad fina o por frío se emplean estabilizadores, que son enzimas proteolíticas como la papaína. El efecto de los estabilizadores contra la turbiedad por frío, es degradar proteínas, proteosas y peptonas hasta polipéptidos para que no se combinen con los antocianógenos y no se formen las proteínas taninos (compuestos polifenólicos), que ocasionen turbiedad. Éstos se agregan por lo general antes de la filtración.
Fig. 3 Diferentes tonalidades de clarificación
2. Industria Alimenticia: En las empacadoras de carnes donde es utilizada para suavizar los cortes de la carne sin alterar el sabor ni la apariencia, además de lograr una forma más compacta. La ternura se determina, naturalmente, por enzimas propias llamadas Catepsinas. El proceso de maduración causado por ellas, da a la carne un nivel óptimo de textura, ternura y jugosidad, pero toma semanas de refrigeración. Todo esto se puede acelerar mediante la adición de enzimas proteolíticas -como la papaína- que atacan por proteólisis las fibras musculares y los compuestos del tejido conectivo tales como el colágeno y la elastina, logrando así un relajamiento en los enlaces peptídicos de las proteínas.
Fig. 4 Ablandado de carne
3. Industria del Aceite: Aumenta la extracción del aceite y la concentración de vitamina A y B al ser utilizado para digerir el hígado de pescado.
Fig. 5 Extracción de aceite
Se han hecho diversos experimentos sobre la distribución de la papaína en la papaya como los siguientes: 1. Determinación de la actividad. 2. Estudio de extracción. 3. Efecto de la precipitación isoeléctrica y el uso de antioxidantes sobre la actividad proteolítica. 4. Determinación de la temperatura y relación cáscara/agua, óptimas para la extracción de papaína. 5. Efecto del lavado de los precipitados con etanol sobre la actividad enzimática. Después de diversos estudios que se han realizado sobre la papaína, se han llegado a diversas conclusiones, entre las más importantes están: 1. El aumento en la cantidad de agua de extracción a una relación papaya/agua de 1:2, aumenta la actividad del precipitado isoeléctrico. 2. La extracción de papaína a 40°C, disminuye la actividad proteolítica del precipitado obtenido. 3. El residuo de extracción mantiene un alto porcentaje de actividad proteolítica. 4. La reextracción del extracto obtenido con la relación papaya/agua 1:2, es muy efectiva para extraer parte de la actividad residual de papaína de la papaya. 5. El lavado con etanol mejora la actividad proteolítica de los extractos. 6. El metabisulfito sólo protege a la papaína, durante el secado, cuando el residuo ha sido previamente lavado con etanol. 7. La mayor actividad de papaína de la papaya está en la capa más externa de la fruta.
BIBLIOGRAFIA
http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=9PAP http://www.bioquimica.dogsleep.net/Teoria/archivos/Unidad41.pdf http://alimentosmanipulacion.blogspot.com/2009/11/la-carne-y-productoscarnicos-alimentos.htmal Badui Dergal, Salvador. Química de los alimentos. 4ta Ed. Pearson Educación, México, 2006
