lunes, 26 de octubre de 2009

obtencion de enzimas

LAS ENZIMAS



Las enzimas se encuentran en todos los seres vivos y son piezas esenciales en su funcionamiento. Desde el punto de vista bioquímico son proteínas que actúan como aceleradores de las reacciones químicas, de síntesis y degradación de compuestos. Una de las características más sobresalientes de las enzimas es su elevada especificidad. Esto quiere decir que cada tipo de enzima se une a un único tipo de sustancia, el sustrato, sobre el que actúa.
Las enzimas tienen muchas aplicaciones en diversos tipos de industrias, entre las que se destaca la alimenticia. En algunos casos, como la obtención de yogur, o la producción de cerveza o de vino, el proceso de fermentación se debe a las enzimas presentes en los microorganismos que intervienen en el proceso de producción. Sin embargo, otros procesos de producción de alimentos, pueden realizarse mediante la acción de las enzimas aisladas, sin incluir a los microorganismos que las producen.
Desde hace unas décadas se dispone de enzimas relativamente puras extraídas industrialmente de bacterias y hongos, y algunas de ellas de las plantas y los animales y con una gran variedad de actividades para ser utilizadas en la elaboración de alimentos.
Actualmente, la ingeniería genética contribuye a la biosíntesis de enzimas recombinantes de gran pureza, que aportan mayor calidad al producto final, y optimizan los procesos de producción de alimentos. Los progresos que se están realizando actualmente en este área permiten augurar el desarrollo cada vez mayor del uso de enzimas en la industria alimenticia.



ALIMENTOS EN LOS QUE SE EMPLEA ENZIMAS
Gaseosas, conservas de frutas, repostería. Estos alimentos se endulzan con jarabes de glucosa y fructosa que antiguamente se obtenían por la ruptura del almidón de maíz al tratarlo con ácido. Actualmente esta práctica ha sido casi totalmente desplazada por la acción enzimática, que permite obtener un jarabe de glucosa de mayor calidad y a menor costo. Los enzimas utilizados son las alfa-amilasas y las amiloglucosidasas. La glucosa obtenida puede transformarse luego en fructosa, otro azúcar más dulce, utilizando la enzima glucosa-isomerasa.
Leche y derivados. Como se ha mencionado en ediciones anteriores de El Cuaderno, el cuajo del estómago de los rumiantes es un componente esencial en la elaboración de quesos ya que contiene dos enzimas digestivas (quimosina y pepsina), que aceleran la coagulación de la caseína, una de las proteínas de la leche. Otra enzima utilizada es la lactasa cuya función es degradar la lactosa, un azúcar compuesto por unidades de glucosa y de galactosa. Muchas personas sufren de trastornos intestinales al consumir leche ya que carecen de la lactasa y, en consecuencia, no pueden digerirla adecuadamente. Para superar esta dificultad, desde hace unos años se comercializa leche a la que se le ha añadido la enzima lactasa que degrada la lactosa. También es utilizada en la fabricación de dulce de leche, leche concentrada y helados al impedir que cristalice la lactosa durante el proceso.
Pan. En la industria panadera se utiliza la lipoxidasa, una enzima que actúa como blanqueador de la harina y contribuye a formar una masa más blanda, mejorando su comportamiento en el amasado. Generalmente se la añade como harina de soja o de otras leguminosas, que la contienen en abundancia.También se utilizada la amilasa que degrada el almidón a azúcares más sencillos que pueden ser utilizados por las levadura en la fabricación del pan. También se emplean proteasas para romper la estructura del gluten y mejorar la plasticidad de la masa, principalmente en la fabricación de bizcochos.
Cerveza. Al igual que en la fabricación del pan el uso de amilasas que degradan el almidón, presentes en la malta, es fundamental en la fabricación de la cerveza. También se emplea la enzima papaína para fragmentar las proteínas presentes en la cerveza y evitar que ésta se enturbie durante el almacenamiento o la refrigeración.
Vinos. Uno de los problemas que se pueden presentar en la fabricación de vinos es la presencia del hongo Botrytis cinerea que produce beta-glucanos, un polímero de glucosa que pasa al vino y entorpece su clarificación y filtrado. Este problema se soluciona añadiendo enzimas con actividad beta-glucanasa que lo degradan. También se utilizan enzimas para mejorar el aroma, las cuales liberan los terpenos de la uva, dándole un mejor bouquet al vino.
Jugos concentrados. A veces la pulpa de las frutas y restos de semillas hacen que los jugos concentrados sean turbios y demasiado viscosos, lo que ocasiona problemas en la extracción y la concentración. Este efecto se debe a la presencia de pectinas, que pueden degradarse por la acción de enzimas pectinasas presentes en el propio jugo o bien obtenidas y añadidas de fuentes externas.



Enzimas en la industria alimenticiaLa siguiente tabla resume algunos ejemplos de enzimas que se emplean en diferentes procesos de la industria alimenticia:
FUENTES DE OBTENCION DE ENZIMAS
Las fuentes principales de producción de enzimas para empleo industrial son:
Animales: La industria empacadora de carnes es la fuente principal de las enzimas derivada del páncreas, estómago e hígado de los animales, tales como la tripsina, lipasas y cuajos (quimosina y renina)
Vegetales: La industria de la malta de cebada es la fuente principal de enzimas de cereales. Las enzimas proteolíticas (que degradan proteínas) tales como la papaína y la bromelina se obtienen de la papaya y del ananá, respectivamente.
Microbianas:principalmente se extraen de bacterias, hongos y levaduras que se desarrollan en la industria de la fermentación.
La ventaja de la obtención de enzimas microbianas es que los microorganismos se reproducen a ritmo acelerado, son fáciles de manipular genéticamente, crecen en un amplio rango de condiciones ambientales y tienen una gran variedad de vías metabólicas, haciendo que las enzimas obtenidas sean más económicas.
LAS ENZIMAS RECONVINANTES
La ingeniería genética está realizando progresos importantes en la producción de enzimas recombinantes en microorganismos. Para garantizar la seguridad de su uso debe controlarse que los microorganismos de donde se extraen no sean patógenos, ni fabriquen compuestos tóxicos. Los ideales son aquellos que tienen una larga tradición de uso en los alimentos como las levaduras de la industria cervecera y los fermentos lácticos. Bacillus, Aspergillus y Sacharomyces son tres especies de microorganismos bien conocidas, su manipulación es segura, son de crecimiento rápido y producen grandes cantidades de enzimas, generalmente mediante fermentación. El medio de cultivo óptimo para estos microorganismos es igualmente bien conocido, lo que reduce los costos de experimentación.
Cuando una enzima nueva es identificada en un microorganismo, el gen que codifica para la misma puede ser transferido a cualquiera de las especies anteriores. De esta manera se puede producir mayor cantidad de dicha enzima en el tanque de fermentación. El producto obtenido, la enzima recombinante, es de mayor pureza, lo cual contribuye a una mejor calidad del producto.
Algunas enzimas recombinantes destinadas a la industria alimenticia son:
• Quimiosina.- obtenida del estómago de terneros, y que se obtiene a partir de los hongos Kluyveromyces lactis y Aspergillus niger transformados genéticamente con genes de vacuno.
• α-amilasa.- obtenida a partir de Bacillus subtilis recombinante. Esta enzima licua el almidón y lo convierte en dextrina en la producción de jarabes. En la industria cervecera, favorece la retención de la humedad del producto y baja el contenido calórico del producto.
• Pectinasas producidas por Aspergillus oryzae transformada con el gen de A. aculeatus. Permiten la clarificación de jugos concentrados al degradar las pectinas provenientes de restos de semillas.
• Glucosa oxidasa y catalasa obtenidas a partir de Aspergillus niger recombinantes. Estas enzimas se utilizan para eliminar azúcares de huevos y evitan que aparezcan olores anormales durante la deshidratación de los mismos.
• Lipasa obtenida en Aspergillus oryzae recombinante se utilizan en la fabricación de concentrados de aceites de pescado.
• Glucosa isomerasa proveniente de Streptomyces lividens al que se le ha inserto el gen de Actinoplanes. Permite obtener, a partir de glucosa, jarabes ricos en fructosa, con mayor poder endulzante.
• β-glucanasa producida por levaduras cerveceras recombinantes, que facilitan la filtración del producto.


PURIFICACIÓN Y AISLAMIENTO DE ENZIMAS.
Sin perjuicio que un preparado enzimático puede consistir en el mismo extracto o caldo fermentado que sólo se somete a una clarificación y concentración (preparado liquido) o desecación (preparado sólido) se recurre también a métodos de aislamiento y purificación de enzimas en gran escala, lo cual se logra principalmente por los siguientes procesos:
Adsorción selectiva con hidróxidos de hierro o aluminio coloidales, a cierto pH, pues no todas las proteínas son adsorbidas en iguales condiciones. Una vez adsorbida se lava con agua o solución salina y luego sé eluye a pH diferente, generalmente alcalino mediante otra solución salina, por ejemplo, de fosfato.
Por precipitación, en que las enzimas son fraccionadas al reducirse su solubilidad hasta el punto en que precipitan. Esto se logra por adición de sales a cierto pH y a elevada concentración iónica o por solventes orgánicos (alcohol, acetona, isopropanol) a baja temperatura. La sal más usada es el sulfato de amonio por su alta solubilidad, bajo costo, alta atoxicidad para la enzima y por no afectar mayormente la viscosidad de la solución.
Diálisis por gradientes de concentración a través de membranas semipermeables.
Ultrafiltración por aspiración o presión a través de membranas de porosidad fina como tamiz molecular. Presenta una alternativa interesante para separar enzimas, pues no hay cambio de fases, ni altos gradientes de temperatura .

Electroforesis sobre soportes de papel, gel de almidón, agar o dextrano.
Fraccionamiento cromatografico Pico de tipo preparativo, tanto en cada fina, como en columna con intercambiadores iónicos, geles o tamices moleculares.
Combinando estos procedimientos con otros a base de electroforesis de alta tensión, cataforesis y electrodiálisis se logran actualmente separaciones de mezclas complejas de enzimas.

El control de todas estas etapas en su forma más rigurosa, es necesario para asegurar el máximo de rendimiento y reproducibilidad, seguridad y calidad de los productos enzimáticos obtenidos.




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