Las enzimas en la fabricacin del pan: mercados y perspectivas de futuro

Por Lutz Popper

El crecimiento de la poblacin mundial plantea retos para los proveedores de alimentos y al considerar la produccin de trigo y arroz, incluimos tambin a los proveedores de aditivos y enzimas, un mercado en crecimiento apoyado por la percepcin de que son una forma natural de mejorar la eficiencia y la calidad.

El crecimiento de la poblacin mundial plantea un desafo para los proveedores de alimentos bsicos. Una proyeccin de 2007 hacia el ao 2050 predice una tasa media de crecimiento de la poblacin de 0,8 %, pasando de los seis mil 700 millones de personas actuales a nueve mil 300 millones (Fig. 1). (Descargue el PDF adjunto para ver Figuras) Suponiendo que el consumo per capita de cosechas de productos bsicos se mantenga constante, la produccin de trigo y arroz deber crecer de los 600 millones de toneladas actuales, respectivamente, a 850 millones de toneladas y la produccin de maz deber aumentar de los 850 millones de toneladas actuales a mil millones de toneladas (Tabla 1). Estas cifras todava no toman en cuenta la demanda creciente de biocombustible. Como puede concluirse observando la Fig. 2, los cientficos y economistas tienen todava mucho camino por recorrer, ya que la produccin de trigo en la mayor rea de cultivo se mantuvo prcticamente constante durante la pasada dcada. Un enfoque podra consistir en mejorar la tolerancia del trigo a la sequa, el calor y la lluvia, para poder cultivar trigo en las regiones menos favorecidas del planeta. Ya se ha avanzado de forma prometedora en esta va (Fig. 3).

Factores que impulsarn la demanda de las enzimas

El desarrollo de este mercado afecta a toda la cadena de produccin de alimentos, incluidos los proveedores de aditivos y enzimas. El mercado actual de las enzimas para panadera se estima que es alrededor de 200 millones de dlares (Fig. 4). Aunque la cuota de enzimas para panadera en el mercado total de enzimas (5%) no aumentar, su consumo se incrementar con el aumento de la demanda de enzimas en general, a un volumen estimado de casi 300 millones de dlares hasta 2011. En el mismo periodo, el mercado total de enzimas para alimentos se espera que crezca a un ritmo de casi 6 % hasta mil 200 millones de dlares.

El crecimiento est apoyado por la percepcin de que las enzimas son una forma natural de mejorar la eficiencia y la calidad y que los productos qumicos pueden reemplazarse, evitando el etiquetado u omitiendo la declaracin de aditivos (nmeros E). El descenso de los precios debido a la competencia entre los proveedores y la consolidacin de la industria alimentaria proporcionan un impulso adicional. La mayor parte de las nuevas enzimas se producirn con organismos genticamente modificados y algunas de estas enzimas sern incluso protenas de ingeniera, es decir, se modificar su secuencia original de aminocidos, aunque existe cierta resistencia del mercado frente a las enzimas de organismos genticamente modificados.

Como en aos anteriores, las propiedades de las enzimas existentes y las combinaciones de enzimas se estn mejorando continuamente, creando un mbito de uso ms amplio y aumentando la demanda. La fuerza motriz ms eficiente para el crecimiento seguir siendo la innovacin.

Se han seleccionado tres mercados para visualizar el desarrollo del segmento de enzimas para panadera, Estados Unidos, la Unin Europea y China. Para Estados Unidos, la tasa media de crecimiento anual se interpola que ser de 7,2 % hasta 2010 (Fig. 5), con ingresos alrededor de 70 millones de dlares al final de dicho perodo. La Unin Europea parte de un nivel superior, pero

debido a un crecimiento menor de 4,5 %, el mercado tendr un volumen de slo 80 millones de dlares en 2010 (Fig. 6).

La tasa de crecimiento prevista del mercado chino es mayor, con una media de 9,5 % hasta 2013 (Fig. 7), pero el punto de partida es tambin muy inferior, siendo los ingresos solamente de 13 % respecto a los de Europa (2003).

En la Fig. 8 se resume el mercado mundial de enzimas para panadera en 2006 y proyectado a 2011, en base a los datos de investigacin de mercado (Frost & Sullivan, 2004, 2005, Fredonia, 2007) y a los datos y estimaciones del autor. El rea Asia-Pacfico se espera que crezca con una tasa similar a la de Estados Unidos, mientras que el crecimiento en frica y Latinoamrica ser ms parecido a la evolucin en el mercado europeo.

Los requisitos y las tendencias generales de las enzimas difieren bastante entre los mercados desarrollados y los emergentes. Los mercados desarrollados buscan principalmente reducir precios de las enzimas clsicas, nuevas enzimas con nuevas funcionalidades, enzimas para reemplazar productos qumicos, enzimas para prolongar la duracin en almacenamiento de los productos panificados con miga suave y una segregacin de las enzimas de los microorganismos convencionales y de los genticamente modificados.

En los mercados emergentes se usan enzimas clsicas, los precios del pan se regulan en algunas reas, no permitiendo que los ingredientes se sumen a los costes, el rendimiento de volumen es el objetivo principal, el desafo principal es afrontar las diferencias en las propiedades del trigo y es necesario compensar las prdidas de rendimiento de las harinas compuestas.

Aplicaciones de las enzimas de mayor uso en la industria

Las enzimas que actualmente se utilizan ms ampliamente en la industria de la panadera son ms o menos por orden de importancia decreciente la alfa amilasa fungal, hemicelulasa (incluyendo pentosanasa y xilanasa), enzimas lipolticas (lipasa, fosfolipasa, galactolipasa, etc.), glucosa oxidasa, proteasa (endopeptidasa), alfa amilasa de estabilidad intermedia al calor y glucoamilasa.

Las enzimas desarrolladas recientemente incluyen la asparaginasa, para evitar la formacin de acrilamida, la sulfidril oxidasa como reforzador de la masa, la feruloil estirasa como herramienta reolgica, para mejorar la formacin del sabor y posiblemente mejorar el valor nutricional de los alimentos panificados y ms especficamente, enzimas lipolticas que no actan sobre los triglicridos, para la preparacin de pan y pasteles, en frmulas que incluyen manteca o mantequilla o como sustituto del huevo.

La acrilamida es una sustancia potencialmente cancergena que se encuentra en los productos alimenticios horneados y fritos. Las patatas fritas, los barquillos, las galletas y el pan crujiente escandinavo son los ms afectados.

Se forma durante la reaccin de Maillard (caramelizacin). Actualmente no existen lmites definidos para el contenido de acrilamida en los alimentos, aunque hay umbrales de alerta nacionales.

El aminocido aspargina es el factor clave en la formacin de la acrilamida. En un estudio sueco (Holmgren, 2007), la adicin de aspargina aument el contenido de acrilamida de 80 ppb hasta 6.000 ppb. Se forma principalmente en la corteza (99%), lo que indica una influencia de la temperatura y humedad. Los productos ms oscuros tienen valores de acrilamida superiores. La adicin de azcares su eliminacin enzimtica no le afecta a la acrilamida. Las temperaturas superiores a 200 C, la humedad baja en el producto final y la levadura qumica, en particular con bicarbonato amnico, aumentan los valores de acrilamida, mientras que la fermentacin de la levadura los reduce.

La descomposicin de la asparagina precursora por medio de asparaginasa, es un medio efectivo de reducir la formacin de acrilamida. La enzima est activa en un rango de pH de 5 8,5 y a 30 65 C, por lo tanto, en un rango ptimo para la mayora de las aplicaciones de panificacin. En las pruebas con pan crujiente escandinavo, la asparaginasa redujo el contenido de acrilamida a menos de 25 % y en los barquillos a un 10 % aproximadamente del nivel original (Fig. 9).

Se han propuesto varias oxidasas que estn siendo utilizadas para mejorar las propiedades de panificacin de la harina, en particular, la estabilidad de la masa y la tolerancia mecnica. El principio comn que aplican la mayora de las oxidasas en la panificacin es su influencia sobre los mono y oligosacridos u otros glicsidos, creando un grupo carboxlico y perxidos de hidrgeno. El perxido de hidrgeno acta entonces como un oxidante no especfico, oxidando los donantes de electrones disponibles en la masa, incluyendo los grupos sulfidrlicos. Esto da lugar a la creacin o proteccin de puentes de disulfuro que refuerzan la masa. Adems, puede producirse la oxidacin gelacin de pentosanos a travs de residuos de feruloil, aumentando la absorcin de agua. Un efecto secundario no deseable de las oxidasas mencionadas es su accin sobre los lpidos insaturados, que crea un sabor desagradable. En particular, los productos de panadera fabricados con masa congelada y laminada, como los croissants, pueden verse gravemente afectados. Por lo tanto, no se recomienda utilizar gluco-oxidasas (GOX) como una enzima mejoradora de la harina en general.

La sulfidril oxidasa (SOX, EC 1.8.3.2) oxida especficamente grupos sulfidrlicos en protenas y pptidos. En esta reaccin se forma tambin perxido de hidrgeno. Pero en relacin con el nmero de grupos sulfidrlicos oxidados, se forma mucho menos perxido de hidrgeno con SOX que con los glucsidos oxidasas.

Al realizar pruebas de panificacin, SOX de S. cerevisiae mostr un buen potencial, especialmente en aplicaciones que implicaban etapas de laminacin y fermentacin prolongadas. En la Fig. 10 se muestra una comparacin de la glucosa oxidasa y SOX en las pruebas de produccin de pan vaporizado. Adems, fue posible la sustitucin parcial del cido ascrbico utilizado como estabilizador de la masa. El pan vaporizado con cido ascrbico reducido present un color de la miga ms brillante (Fig. 11). El motivo de este efecto es todava desconocido. En los croissants de mantequilla fabricados con masa congelada, no se percibi formacin de sabor desagradable, mientras que las muestras tratadas con GOX desarrollaron un olor extrao.

En la masa de harina de trigo o de centeno, el cido ferlico contribuye a la estabilidad mecnica mediante la absorcin del agua y la estabilizacin del gluten. Un exceso de estabilidad puede dar lugar a un rendimiento de volumen limitado durante la produccin del pan. Como otras hemicelulasas, la esterasa de cido ferlico puede ablandar el complejo de xilano/gluten, liberando agua del gel y mediante la eliminacin de los enlaces covalentes. A diferencia de las hemicelulasas usadas ms frecuentemente que ejercen una accin endo-1,4-beta-xilanoltica sobre el polmero de xilano, el cido ferlico esterasa divide las cadenas laterales entre el residuo de galactosa y el cido ferlico. Ambas actividades mejoran la extensibilidad de la masa y, por lo tanto, pueden usarse para aumentar el rendimiento de volumen.

La enzima tiene un efecto importante sobre la reologa de la masa. Cuando se utiliz en el alvegrafo, pudo obtenerse una reduccin significativa de la relacin P/L, mientras que la energa

se mantuvo constante a travs de un amplio rango de dosificacin (Tabla 2). Con tiempos de reposo prolongados (120 min), la energa fue similar a la de la harina sin tratar, incluso cuando P/L se redujo a 0,46 en lugar de la relacin inicial de 0,66.

Tabla 2: Efecto de FAE en el alveograma

La extensibilidad de la masa puede aumentarse aproximadamente en un 30%, como se muestra en la Fig. 12. Evidentemente, la enzima es capaz de hidrolizar parcialmente los enlaces entre el gluten y el arabinoxilano (Hoseney y Faubion, 1981) y/o romper el gel de pentosano, dando lugar a la liberacin de agua del gel, que est entonces disponible para la hidratacin y el ablandamiento del gluten. La enzima reduce tambin la viscosidad de las suspensiones de la harina, por ejemplo, batidos para barquillos (no mostradas).

En la Fig. 13 se resumen los motivos potenciales de crecimiento futuro del mercado de las enzimas para panadera.

En primer lugar, se menciona la sustitucin del gluten. El incremento mundial del precio del trigo aumenta la tendencia a reemplazar el trigo expansivo con un alto contenido de gluten y buenas propiedades de panificacin por trigo ms barato. La carencia de contenido de gluten y el rendimiento de panificacin pueden reemplazarse, por lo menos parcialmente, aadiendo ingredientes funcionales como las enzimas.

La segunda posicin en la Fig. 13 la ocupa el trmino duracin en almacenamiento, que comprende en este caso la estabilidad microbiana, as como la blandura de la miga. Ambos son requeridos cada vez ms debido a la tendencia contnua de las panaderas a fusionarse en unidades mayores con produccin centralizada, existiendo por lo tanto mayores distancias desde la fbrica hasta la tienda.