Aplicaciones generales de las enzimas en la industria alimentaria y farmacéutica

CONTENIDO

• Aplicaciones tradicionales
• Aplicaciones en la industria de los alimentos
• Aplicaciones en la industria farmacéutica
• Otras aplicaciones

APLICACIONES TRADICIONALES

1. Fermentación (vinos, cerveza, otras bebidas tradicionales)
2. Curtido
3. Fabricación de quesos
4. Elaboración de pan
5. Proteasas (renina, papaína)
6. Carbohidrolasas (amilasas)

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA DE LO ALIMENTOS

• Industrias lácteas
• Panadería
• Cervecería
• Vinos
• Fabricación de glucosa y fructuosa a partir de maíz
• Fabricación de jugos (clarificación)
• Refinado de azúcar
• Antioxidantes
• Proteasas para ablandar carne
• Industria de la extracción de aceites
• Producción de azúcares y edulcorantes

Sacarosa lazúcar conton) H SC H I CH TH YOGURT CH a0 CH = Beta fruchart YOGURT Strawberry Hidroasis por acción de la enzimaa invertasa CHECH H C C + IH CIH CH CO Frustata Strawberry

ENZIMAS EN LA INDUSTRIA DE LOS ALIMENTOS

Industria	Enzimas
Panadería	a-amilasa fúngica, proteasa fúngica, lipoxidasa
Cervecería	a-amilasa bacteriana, proteasa bacteriana, amiloglucosidasa fúngica, papaína, b-glucanasa
Azucarera	a-amilasa bacteriana, amiloglucosidasa fúngica, invertasa, glucosa isomerasa
Láctea	Renina, penicilinasa, nicinasa, lactasa, catalasa
Heladería	Lactasa
Frutas	Pectinasas
Vegetales	Celulasas
Huevo	Glucosa oxidasa, lipasas
Carnes	Papaína

INDUSTRIA LÁCTEA

Cuajo y b-galactosidasa

• Dos casos: Cuajo y b-galactosidasa
• Cuajo: quimiosina y pepsina
• El cuajo se obtuvo de estómagos de rumiantes y se aplicó en la fabricación de quesos y otros productos (chongos mexicanos)
• Las enzimas rompen la caseína de leche y promueven su coagulación
• Hasta 1879 se produjo como un preparación Enzimática relativamente pura
• Desde los años 60 se utilizan enzimas de origen vegetal y microbiano

INDUSTRIA LÁCTEA B-GALACTOSIDASA MICROBIANA

• También llamada lactasa
• Rompe la lactosa (galactosa + glucosa)
• Muchas personas no pueden digerir este azúcar, causándoles trastornos intestinales
• También se ha aprovechado la ruptura de la lactosa para producir edulcorantes
• La b-galactosidasa de Kluveromices lactis, Aspergilus niger, Subtilis fragilis entre otros se ha empleado en forma libre e inmovilizada sobre leche completa o suero de leche

PANADERÍA

Las enzimas en panificación se usan para lograr cambios específicos en los procesos, mejorar la vida de anaquel y las propiedades comestibles

1. Hemicelulasas o pentosanasas: Las hemicelulasas reguladan la hidratación de las masas, su consistencia y la retrogradación del almidón. En masas con alto contenido de fibra el uso de pentosanasas mejora la estructura de la corteza y aumenta el volumen del pan.
2. Fitasas: durante la fermentación la fitasa endógena del trigo hidroliza el ácido Mico que es un quelante de calcio, hierro y zinc. Normalmente no es adición fitasa pura, pero existen en el mercado mezclas conteniendo esta enzima.
3. Lipasa: cataliza la hidrólisis de los triglicéridos. Algunos preparados comerciales de a-amilasas contienen también actividad lipasa.

PANADERÍA

1. Lipooxigenasa: blanqueamiento del pan al oxidar los carotenoides de la harina y mejora las propiedades reológicas de la harina. Habitualmente se obtiene esta actividad por adición de harina de soja o de habas enzimáticamente activas.
2. Glucosa-oxidasa: se emplea para reemplazar agentes oxidantes inorgánicos, no permitidos legalmente.
3. Proteasas: se emplean en la producción de galletas y panes especiales. Son habitualmente de origen fúngico, aunque se emplean también de origen bacteriano.
4. Lactasas: se utiliza en los procesos de panificación que implican la adición de lactosueros o leche en polvo (algunos panes de molde, panes especiales), siendo habitualmente de origen fúngico.
5. Isoamilasas: hidrolizan los enlaces a-1,6 de la amilopectina. Especialmente usada para masas que van a ser sometidas a congelación o refrigeración.

CERVECERÍA

• En 1911 se patentó el uso de papaína para fragmentación de las proteínas presentes en la cerveza y evitar el enturbiamiento, sobre todo durante la refrigeración.
• Las amilasas presentes en la malta, rompen el almidón presente en azúcares fermentables, aunque también puede agregarse externamente.

FABRICACIÓN DE JUGOS

• La presencia de pectinas en los frutos puede producir turbiedad o exceso de viscosidad en los jugos
• Esto puede remediarse agregando pectinasas
• Las pectinasas pueden estar presentes en la misma fruta, o bien agregarse de una fuente externa
• El término general de pectinasas comprende tres actividades enzimáticas: pectinestearasa, poligalacturonasa y pectin-liasa
• Otras enzimas empleadas en el sector son la papaína y la naranginasa (que evita el sabor amargo en algunos jugos)

FABRICACIÓN DE FRUCTUOSA Y GLUCOSA A PARTIR DE MAÍZ

• Los residuos de la industria del maíz pueden ser tratados con enzimas para producir azúcares, que generalmente se aplican en la industria del refresco, pastelería y otros alimentos.
• La a-amilasa y la glucosidasa son las enzimas encargadas de la hidrólisis, que sustituye ventajosamente la hidrólisis ácida.
• El uso de jarabes de fructuosa ha traído como consecuencia una crisis en la industria azucarera.
• La producción de bioetanol en los EUA se basa en la fabricación de estos jarabes.

PRODUCCIÓN DE BIOETANOL

CO Almidón Mezcla (£10,E85) Azúcares fermentables Fermentación Etanol [15%) Etanol |99%) Sacarosa CH2OH CH2OH O O OH HỌ OH CH2OH OH OH a-D-glucopiranosa (glucosa ciclada) p-D-Tructofuranosa (fructosa) AZUCAR INVERTIDO

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA FARMACÉUTICA

• Producción de aminoácidos
• Tratamientos terapéuticos con enzimas
• Órganos artificiales
• Antibióticos semisintéticos
• Esteroides
• Maltodextrinas y otros acarreadores de principios activos
• Azúcares modificados
• Etc.

PRODUCCIÓN DE AMINOÁCIDOS

• Muchos aminoácidos pueden ser producidos vía química
• Desafortunadamente en algunos casos se producen los D- y L- aminoácidos como una mezcla racémica
• Solo el L-isómero es biológicamente activo
• Por ello se requiere emplear la enzima aminoacilasa.
• La aminoacilasa es la enzima que presenta mayores ventajas en la obtención de L-aminoácidos, ya que cataliza la siguiente reacción: aminocilasa DL-R-CHCOOH + H2O L-R-CHCOOH + RCOOH NH2 2 NHCOR racemización D-R-CHCOOH + H2O 1 NHCOR

TRATAMIENTOS TERAPÉUTICOS CON ENZIMAS

• La administración de una enzima concreta a un paciente puede promover su mejoría
• Esta puede suministrarse vía sanguínea o cualquier otra
• El problema puede ser que la respuesta defensiva del organismo inactive o elimine los compuestos administrados
• Estos tratamientos están aún en etapas de desarrollo

ÓRGANOS ARTIFICIALES

• Para sustituir riñones e hígados sin la función adecuada, se han desarrollado órganos artificiales que contienen enzimas
• A partir de células hepáticas se pueden obtener varias enzimas microsomales capaces de llevar a cabo la desintoxicación de un buen número de compuestos

ANTIBIÓTICOS SEMISINTÉTICOS

• Las penicilinas semisintéticas son los principales productos farmacéuticos obtenidos por medio de enzimas
• A partir del la penicilina G, se obtiene el ácido 6-aminopenicilínico, empleando la enzima penicilino acilasa
• A partir de este ácido, se puede acoplar con distintas moléculas sintéticas para producir diversas penicilinas con actividades diferentes a la original
• Los sustituyentes que se añaden al ác. 6 aminopenicilínico se preparan vía química para producir diversas penicilinas como: benzilpenicilina, meticilina, ampicilina, ticarcilina y pipercilina

ESTEROIDES

• Los esteroides se emplean en la industria farmacéutica para generar píldoras anticonceptivas y anti-inflamatorios
• Muchos esteroides pueden modificarse empleando enzimas para obtener nuevos productos
• Actualmente existe un gran mercado para este tipo de fármacos a nivel mundial

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OTRAS APLICACIONES

• Detergentes
• Industria papelera
• Curtiduría
• Producción de combustibles (bioetanol)
• Aprovechamiento de residuos agrícolas (celulasas)
• Medio ambiente
• Biosensores (análisis en general)
• Etc.

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DETERGENTES

• La industria de los detergentes ha impulsado la producción de enzimas con fines de limpieza
• Particularmente se han desarrollado enzimas proteolíticas
• Es importante que las enzimas sean estables en condiciones alcalinas y poco sensibles a la temperatura
• El mercado internacional de estas enzimas es muy grande y esta siempre en crecimiento

CURTIDURÍA

• El proceso de curtido se ha realizado por muchos años empleando derivados del cromo (cromatos)
• Estos productos son sumamente tóxicos al ambiente
• Actualmente se han desarrollado enzimas que curten las pieles, sin afectar el medio ambiente
• Algunos procesos ya han sustituido totalmente el uso de cromatos

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA (BIOCOMBUSTIBLES)

Bioetanol y Biodiesel

• Los mayores productores de bioetanol en el mundo son Brasil y EUA
• Los primeros producen el bioetanol a partir de la caña de azúcar y los segundos a partir de los deshechos del maíz
• Etanol: Maíz o Caña
• Biodiesel: Aceites (animal, vegetal, algas, aceites gastados) deben Tranesterificarse