enzimas y su uso en la industria

Enzimas

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE SANTO DOMINGO (UASD)

ESCUELA DE MICROBIOLOGIA Y PARASITOLOGIA FACULTAD DE CIENCIAS

Química Bioindustrial

Asignatura

Sección 01

Radhames Perez Facilitador

Enzimas

Tema

Yina De Los Santos BE-9155

Ángela Reyes 100081078

Edward Polanco DE-0489

Jenifer Ramírez 100046471

Sustentantes

14 de Noviembre del 2015 Fecha

Santo Domingo D.N

Las enzimas: son moléculas de naturaleza proteica y estructural que catalizan reacciones químicas. Son generalmente proteína globulares que pueden presentar tamaño muy variados

Se componen de una cadena lineal de aminoácidos que se pliegan durante el proceso de traducción para dar lugar a una estructura terciaria tridimensional de la enzima, susceptible de presentar actividad.

Triosafosfato isomerasa

Algo de historia

• La enzima fue descubierta por Anselme Payen y Jean-François Persoz en1833.

• Louis Pasteur en el siglo XIX,, llegó a la conclusión de que la fermentación era catalizada por una fuerza vital contenida en las células de la levadura, llamadas fermentos.

• En 1878 el fisiólogo Wilhelm Kühne acuñó el término enzima,

• En 1897 Eduard Buchner encontró que el azúcar era fermentado inclusive cuando no había elementos vivos en los cultivos de células de levaduras. Llamó a la enzima que causa la fermentación de la sacarosa, “zimasa”.

• 1938 John Howard Northrop y Wendell Meredith Stanley llegaron a La conclusión de que las proteínas puras podían ser enzimas .

https://es.wikipedia.org/wiki/Louis_Pasteur

Loius Pasteur Anselme Payen Jean Francois

Eduard Bucheres Wendell Meredith John Hward Northrop

Características de las enzimas

*Son moléculas estrictamente proteicas *Las sintetizan tanto los seres Autótrofos como Heterótrofos. *Pueden actuar a nivel intracelular o extracelular. *Actúan en el mismo lugar donde se segregan. *Son solubles en agua y tienen gram difusibilidad en los líquidos orgánicos. *Según su composición molecular, se distinguen en dos tipos de enzimas: una

extrictamente Protéica y otra constituida por la unión mediante enlaces. *Son activas a concentraciones pequeñas. *Son catalizadores orgánicos verdaderos. *Elevada especificidad. *Los enzimas son catalizadores muy potentes y eficaces.

Clasificación de la enzimas

Clasificación general de la enzimas

1. Oxidorreductasas: Catalizan una amplia variedad de reacciones de óxido-reducción, empleando coenzimas, tales como NAD+ y NADP+, como aceptor de hidrógeno. Ejs:deshidrogenasas, reductasas, oxidasas, oxigenasas, hidroxilasas y

catalasas.2. Transferasas: Catalizan varios tipos de transferencia de grupos de una molécula a.

otra (transferencia de grupos amino, carboxilo, carbonilo, metilo, glicosilo, acilo, o fosforilo). Ejs: aminotransferasas (transaminasas).

3. Hidrolasas: Catalizan reacciones que implican la ruptura hidrolítica de enlaces químicos, tales como C=O, C-N, C-C.. Ejs: lipasas, peptidasas, amilasa, maltasa, pectinoesterasa, fosfatasa, ureasa. También pertenecen a este grupo la pepsina, tripsina y quimotripsina.

Clasificacion general de las enzima

4. Liasas: También catalizan la ruptura de enlaces (C-C, C-S y algunos C-N, excluyendo enlaces peptídicos), pero no por hidrólisis. Ejs.: decarboxilasas, citrato- liasa , deshidratasas y aldolasas.

5. Isomerasas: Transforman sus substratos de una forma isomérica en otra. Ejs.: Epimerasas, racemasas y mutaras.

6. Ligaras: Catalizan la formación de enlace entre C y O, S, N y otros átomos. Generalmente, la energía requerida para la formación de enlace deriva de la hidrólisis del ATP. Las sintetasas y carboxilasas están en este grupo.

Clasificacion de las enzimas en los alimentos

1. LAS HIDROLASAS1.1. ESTERASAS

a) Lipasas .b) Fosfatasas.c) Clorofilasas.d) Pectino-esterara

1.2 .CARBOHIDRASAS.a) Hexosidasas.b) Poliasas.

1.3 PROTEASAS. a) Proteinasas.b) Peptidasas.c) Catepsinas.d) Renina.

2. DESMOLASAS O ENZIMAS OXIDANTES.

2.1 Oxidasas.a) Las Oxidasas Férricas:Catalasa.

Peroxidasa,b) Oxidasas tirosinasa,catecolasa.

2.2 Deshidrogenasas.a) Xantino-oxidasa,b) Lipoxidasa.

Términos relacionados con enzimas

• Grupo prostético: Es el componente no aminoacídico que forma parte de la estructura de las proteínas conjugadas, estando unido covalentemente a la apoproteína.

• Coenzimas: Son pequeñas moléculas orgánicas que transportan grupos químicos de una enzima a otra.

• Con factores: Unión de moléculas no proteica ,necesaria para Algunas enzimas mostrar una total actividad.

• Holoenzima : Es una enzima que está formada por una proteína y un cofactor.

• Complejo enzima sustrato :Es La unión se mantiene entre la enzima y el sustrato gracias a las fuerzas de enlaces no covalentes entre átomos del sustrato y la enzima, como enlace por puente de hidrógeno o puentes salinos, durante la catálisis.

Términos relacionados con enzima

• Sitio o centro activo es la zona de la enzima en la que se une

el sustrato para ser catalizado. • Sitio alosterico: es la zona de unión en la enzima a una molécula que

modifica las condiciones de unión de otra molécula, en otra ubicación distante.

• Apoenzima: es la parte proteica de una holoenzima , es decir, una enzima que no puede llevar a cabo su acción catalítica desprovista de los cofactores necesarios, ya sean iones metálicos (Fe, Cu, Mg, etc.)

• Sustrato : es una molécula sobre la que actúa una enzima.

Cinética enzimática

La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones químicas que son catalizadas por las enzimas. El estudio de la cinética y de la dinámica química de una enzima permite explicar los detalles de su mecanismo catalítico, su papel en el metabolismo, cómo es controlada su actividad en la célula y cómo puede ser inhibida su actividad por fármacos o venenos o potenciada por otro tipo de moléculas.

Cinética de Michaelis –Menten :Propusieron un modelo para medir la velocidad enzimatica 1913.Cuando se une el sustrato (s) en el lugar activo de una enzima (e), se forma un complejos intermediario (es). Durante el estado de la transicion, el sustrato se convierte en producto. Tras un breve espacios de tiempo, el producto se disocia de la enzima.

La concentración de sustrato se incrementa hasta que se obtiene una tasa constante de formación de producto. La saturación ocurre porque, cuando la concentración de sustrato aumenta, disminuye la concentración de enzima libre, que se convierte en la forma con sustrato unido (ES). A la máxima velocidad (Vmax) de la enzima, todos los sitios activos de dicha enzima tienen sustrato unido, y la cantidad de complejos ES es igual a la cantidad total de enzima. Sin embargo, Vmax es solo una de las constantes cinéticas de la enzima. La cantidad de sustrato necesario para obtener una determinada velocidad de reacción tambien es impotante.

Para encontrar la máxima velocidad de una reacción enzimática

Curva de saturación de una reacción enzimática donde se muestra la relación entre la concentración de sustrato y la velocidad de la reacción.

Catálisis : a pesar de los valiosos que son los estudio cinéticos , explican poco acerca de la forma en que las enzima catalizan las racciones bioquimicas. Las investigaciones del mecanismo enzimático busca relacionar la actividad enzimática con la estructura y función del lugar activo . Se usa cristalografía de rayos x, etc.A pesar de una investigación extensa, solo se conocen con un detalla suficientes los mecanismos de unas pocas enzimas.

Factores contribuyen a la catálisis enzimática:

*Los efectos de proximidad y tensión .*Los efectos electrostáticos.*La catálisis acidobásica. *Catálisis covalentes.

Factores físico-químicos que pueden modificar la actividad enzimática

• Temperatura: Las enzimas son sensibles a la temperatura pudiendo verse modificada su actividad por este factor. Los rangos de temperaturas óptimos pueden llegar a variar sustancialmente de unas enzimas a otras.

• pH: El rango de pH óptimo también es muy variable entre diferentes enzimas.

• Concentración salina : Al igual que en los casos anteriormente mencionados, la concentración de sales del medio es crucial para una óptima actividad enzimática.

• Las velocidades de las enzimas: Dependen de las condiciones de la solución y de la concentración de sustrato.

Inhibidor enzimático y clasificacion.

Los inhibidores enzimáticos: son moléculas que se unen a enzimas y disminuyen su actividad.

Inhibidores o sustratos reversibles: se unen a las enzimas mediante interacciones no covalentes tales como los puentes de hidrógeno.

Tipos de inhibidores reversibles.

* inhibición competitiva: el sustrato y el inhibidor no se pueden unir a la misma enzima al mismo tiempo.

* inhibición no competitiva: el inhibidor se puede unir a la enzima al mismo tiempo que el sustrato. Sin embargo, la unión del inhibidor afecta la unión del sustrato, y viceversa.

* inhibición mixta : la unión del inhibidor con la enzima reduce su actividad pero no afecta la unión con el sustrato

Regulación alostérica y enzimatica

Regulación enzimatica: Las miles de reacciones química de las células catalizada por enzimas esta organizada en diversa rutas bioquimicas.Cada ruta consta de una secuencia de pasos catalisticos.

La regulación es esencial por varias razones :

* Mantenimientos de un estado ordenado.* Conservación de la energía.* Respuesta a las variaciones ambientales.

Control de la regulación se realiza:

* Control genético* Modificación covalente * Regulación alosterica* compartimentalizacion

Regulación alostérica y enzimatica

Regulación alosterica :Es un modo de regulación de las enzimas por el que la unión de una molécula en una ubicación (sitio alostérico) modifica las condiciones de unión de otra molécula, en otra ubicación distante (sitio catalítico) de la enzima.

Los efectores que aumentan la actividad de la enzima se denominan activadores alostéricos y aquellos que disminuyan dicha actividad se llaman inhibidores alostéricos.

A -Sitio activoB -Sitio alostéricoC -SustratoD -InhibidorE -EnzimaDiagrama que representa la regulación alostérica de una enzima

INACTIVACIÓN/REACTIVACIÓN ENZIMÁTICA• Es un proceso que puede ser revertido mediante el retiro del agente

inactivante y su posterior incubación en un medio que promueva el replegamiento de la proteína enzimática y, como consecuencia, su reactivación. Considerando que el fenómeno de inactivación puede ser representado por un mecanismo en serie, la enzima inicialmente activa y estructuralmente homogénea, luego de la primera etapa de inactivación habrá perdido tal homogeneidad y existirá como una mezcla de especies enzimáticas con diferentes actividades específicas, lo que se reflejará en un decaimiento de su actividad catalítica.

• Durante la posterior reactivación, la enzima recuperará parte o la totalidad de su actividad, debido a la redistribución de las especies enzimáticas, viéndose e este caso favorecidas las especies con mayor actividad específica, completándose así el primer ciclo de inactivación/reactivación.

INACTIVACIÓN/REACTIVACIÓN ENZIMÁTICA

• Si se realiza otra etapa de inactivación (segundo ciclo), se considerará como punto de partida las condiciones finales de la etapa anterior y

• así sucesivamente, durante los sucesivos ciclos de inactivación reactivación a que se someta el biocatalizador. Las suposiciones realizadas para el desarrollo del modelo son que el sistema enzimático es inicialmente homogéneo y que la especie inicial nativa no es susceptible de transitar a una especie de mayor actividad específica.

Tecnología enzimática

• La tecnología enzimática tiene como objetivo la superación de todos los inconvenientes que parecen retrasar la utilización de las enzimas a escala industrial. La tecnología enzimática se aplica desde tiempos remotos como la fermentación de bebidas y otros.

• Actualmente en diferentes industrias a diferentes niveles, se aplica la utilización de las enzimas para optimizar el procesamiento de un determinado producto, por ejemplo: detergentes, aditivos alimenticios, productos químicos farmacéuticos.

Tecnología enzimática

• La tecnología enzimática se presenta como alternativa biotecnológica basada en que las industrias desarrollen productos de calidad homogénea, aprovechando óptimamente sus materias primas, acelere sus procesos de producción, minimicen desperdicios y disminuyan el deterioro del medio ambiente.

Mercado de las enzimas

• El tamaño del mercado de las enzimas es difícil de estimar, primeramente por razones de índole puramente comercial y también por el hecho de que en varios procesos las enzimas son producidas y consumidas por la misma empresa.es el caso de los procesos enzimáticos de producción de aminoácidos y de algunas compañías productoras de jarabes glucosados y fructosados. Sin embargo puede afirmarse que la producción y consumo de enzimas crudas crece a un ritmo de 5% anual, habiéndose producido 80000 toneladas de productos enzimáticos en 1985; es decir una 4000 toneladas de proteínas activas. El valor del mercado oscila entre los 500 y 600 millones de dólares.

Las enzimas disponibles comercialmente se dividen en tres grupos según su disponibilidad, precio y pureza:

TIPO DISPONIBILIDAD PRECIO PUREZA

Empleadas a gran escala Elevada Bajo Relativamente

baja

Ampliamente empleadas Pequeña Alto Alta

Especializados Muy limitada Muy alto Variable

Se deben tener en cuenta una serie de consideraciones a la hora de seleccionar las enzimas adecuadas para un proceso determinado:• Especificidad• Consideraciones del pH• Consideraciones térmicas• Activadores e inhibidores• Métodos de análisis• Disponibilidad• Soportes técnicos• Costos

ESTABILIDAD DE ENZIMAS

• Diversas estrategias han sido elaboradas para producir biocatalizadores intrínsecamente más estables y para incrementar la estabilidad durante el proceso catalítico.

• Entre las estrategias elaboradas para producir enzimas más estables y para incrementar la estabilidad durante el proceso catalítico se encuentra el uso de M.O. extremófilos y de organismos mutantes y recombinantes, obtenidos por técnicas de mutagénesis dirigida en ingeniería genética, como fuentes de enzimas de elevada estabilidad.

ESTABILIDAD DE ENZIMAS

• Otra estrategia para asegurar la estabilidad es el uso de enzimas soportadas o contenidas en matrices y el uso de enzimas en medios de reacción no convencionales.

• Las enzimas inmovilizadas pueden ser notablemente más estables que sus contrapartes solubles, al reducirse la movilidad molecular y crearse un microambiente eventualmente protector.

EXTREMOZIMAS

• Los microorganismos extremófilos son capaces de crecer a altas temperaturas, en algunos casos por encima de la temperatura de ebullición del agua.

• Los hipertermófilos son capaces de crecer a estas temperaturas tan altas porque producen moléculas estables al calor, incluidas enzimas.

• Se utiliza el nombre de extremozima para referirse a enzimas que funcionan a temperaturas extremadamente altas, pero también a aquellas que funcionan bien a cualquier condición, frío o altas concentraciones salinas o pH ácidos.

EXTREMOZIMAS

• Muchos procesos industriales funcionan mejor a altas temperaturas, por lo que las extremozimas provenientes de M.O. hipertermófilos se están haciendo cada vez más atractivas como biocatalizadores para las aplicaciones industriales y también para uso en investigación, que requieren enzimas. Ejemplo: proteasas, celulasas, pululanasas y xilanasas son extremadamente termoestables. Otras extremozimas son activas a bajas temperaturas como es la enzimas psicrófilas.

• Otras son activas en presencia de altas concentraciones de sales (de halófilos) o activas a pH muy altos o muy bajos (de alcalófilos y acidófilos respectivamente y muy seguramente serán utilizadas en los próximos años a nivel industrial en situaciones que requieren biocatálisis en condiciones extremas.

ENZIMAS INMOVILIZADAS

• Para su utilización en procesos industriales, es mejor utilizar una enzima en forma inmovilizada. La inmovilización no sólo hace más fácil realizar la reacción en condiciones a gran escala, sino que además estabiliza la enzima frente a la desnaturalización.

Existen tres formas de realizar la inmovilización:

• Formación de enlaces transversales (polimerización) de las moléculas de la enzima. La unión de las moléculas de enzima entre si se suele hacer mediante reacción química con un agente bifuncional formador de enlaces transversales, como el glutaraldehido, reaccionando grupos aminos con este reactivo.

• Si se hace la reacción adecuadamente, la enzima puede mantener la mayor parte de su actividad.

ENZIMAS INMOVILIZADAS

• Unión de la enzima a un soporte. La unión puede ser por absorción, por enlaces iónicos o por enlaces covalentes.Entre los soportes utilizados figuran celulosas modificadas, carbón activado, minerales de la arcilla, óxido de aluminio y perlas de vidrio.

• Inclusión de la enzima, que implica la incorporación de la enzima a una membrana semipermeable. Las enzimas pueden encerrarse en microcápsulas, geles, membranas de polímeros semipermeables o polímeros fibrosos como el acetato de celulosa.

• Cada uno de estos métodos tiene ventajas e inconvenientes y el procedimiento utilizado depende de la enzima y de la aplicación industrial concreta.

CÉLULAS INMOVILIZADAS

• En algunos casos no es necesario usar la enzima purificada .• Las células ricas en enzimas pueden ser inmovilizadas y realizar el

proceso industrial en forma continua.• Bacillus coagulans que produce glucosa isomerasa, se utiliza para la

producción de jarabe de cereales rico en fructosa. • El jarabe rico en fructosa se hace pasar a través de columnas que

contienen las células inmovilizadas y se produce el jarabe de fructosa.

ENZIMAS RECOMBINANTES

• Utilizando DNA recombinante ha sido posible producir una serie de enzimas de gran utilidad en la actualidad.

• La producción de enzimas por microbiología industrial era ya un negocio floreciente antes de la era del DNA recombinante, pero precisamente la I.G. se adapta perfectamente a los objetivos de mejora de esta biotecnología comercial, y empezó a usarse de modo casi inmediato en cuanto estuvieron a punto las técnicas.


• 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.

• En la industria alimentaria: Quimosina recombinante (rennina) para la elaboración de quesos. Muy empleada en EE.UU y Gran Bretaña (90% de los quesos duros), sustityendo a la escasa quimosina de terneros y a la biotecnológica tradicional obtenida de hongos (Rhizomucor, Endothia parasitica). La quimosina recombinante se obtiene en Kluyveromyces lactis y Aspergillus niger manipulados.

• Somatotropina bovina recombinante parece estimular la producción de leche de vacas en los EE.UU. (aprobada por la FDA en 1994)


• En la industria de detergentes: la Lipolasa® de Novo-Nordisk (ahora Novozymes) es la primera enzima recombinante aprobada para detergentes. El gen de esta lipasa, aislado de hongo filamentoso Humicola se transfirió a Aspergillus oryzae.

• La cutinasa de Fusarium, buena degradadora de ácidos grasos, se expresa por ingeniería genética en la levadura Saccharomyces cerevisiae.

• Entre las proteasas, hay que destacar la subtilisina de Bacillus licheniformis y B. amyloquefaciens, que ayuda a eliminar manchas de sangre, comida, etc. Por ingeniería de proteínas ha sido posible mejorar las ya de por sí buenas cualidades de la subtilisina, creando variantes resistentes a la oxidación por peróxido de hidrógeno derivado de los perboratos, resistentes a pH alcalinos y termorresistentes.

Uso de las enzimas como indicador de calidad

• El control de calidad de ciertos alimentos se puede llevar a cabo a través del análisis de la actividad de ciertas enzimas; la presencia o ausencia de algunas enzimas en particular se relacionan con una determinada condición microbiológica o químicamente de un producto.

Evaluación de tratamientos térmicos:• Peroxidasa (vegetales)• Fosfatasa alcalina (leche, lácteos)• Β-acetilglucosaminidasa (huevo)Evaluación de congelación/ descongelación:• Enzima málica (ostras)• Glutamato oxaloacetato transaminasa (carnes)


Evaluación de contaminación bacteriana:• Fosfatasa ácida (carne, huevo)• Catalasa, reductasa o glutamato descarboxilasa(leche)Detección de infestación de insectos:• Uricasa (cereales y frutas)Índice de frescura:• Lisolecitinasa, xantino oxidasa (pescado)Índice de madurez:• Sacarosa sintetasa (papas)• Pectinasa (peras)Indicador de germinación:• Amilasa (harina)• Peroxidasa (trigo)


Modificación de color:• Polifenol oxidasa (café, trigo, aguacate, duraznos)• Succinatodeshidrogenasa (carne)Indicador de sabor:• Aliinasa (cebolla, ajo)• Glutaminil traspeptidasa (cebolla)Índice de calidad nutricional:• Proteasas (digestibilidad)• Ureasa(inhibidor de proteasas)• L-aminoácido descarboxilasa (Aminoácidos esenciales)• Lisina descarbohilasa (Lisina )

USO INDUSTRIAL DE LAS ENZIMAS

• De las miles de enzimas conocidas, solo algunas se producen en escala industrial para emplearse en la manufactura tanto de alimentos como de las materias primas para su elaboración. Cada día aumenta el número de reacciones que se efectúan por rutas enzimáticos, y esta tendencia seguramente aumentara a medida que existan mas catalizadores de este tipo en el comercio, a precios accesibles.

• El empleo de enzimas tiene muchas ventajas: a) son de origen natural y por lo tanto no deben ser toxicas; b) son muy específicas en su manera de actuar, por lo que no propician reacciones secundarias indeseables; c) funcionan en condiciones moderadas de temperatura y de pH y no requiere de condiciones de procesamiento drásticas que puedan alterar la naturaleza del alimento, ni de equipo muy costoso; d) actúan a bajas concentraciones de enzimas, y f) son fácilmente inactivadas una vez alcanzado el grado de transformación deseado.


• Por otra parte, la principal limitante es que algunas de ellas son muy caras y no se consiguen fácilmente; sin embargo, es conveniente hacer un balance de las ventajas y las desventajas que trae consigo llevar a cabo una determinada reacción con enzimas, o con otros métodos químicos o físicos. Cabe indicar que en este sentido hay muchas innovaciones tecnológicas que están logrando hacer más económicos estos catalizadores, como es el caso de la ingeniería genética que transforma los microorganismos y los hace sobre productores de enzimas.

• A la igual que cualquier otro aditivo alimentario, las enzimas deben cumplir con determinadas especificaciones de calidad, sobre todo en cuanto a su toxicidad, o la del microorganismo que la produce, en caso de que sea de origen microbiano. Debido a que las encimas que se emplean en la industria no son puras (resulta muy costosa su purificación completa), es preciso tomar en consideración todos los materiales extra que contienen; por esta razón, una preparación enzimática comercial es en realidad una mezcla de enzimas, en la que una de ellas predomina en actividad.


• Las enzimas industriales son de origen animal y microbiológico, pero las más abundantes son las últimas. Tanto los hongos como las levaduras y las bacterias que se emplean para este fin, tiene muchas ventajas en la producción de estos catalizadores, ya que incluso se les puede alterar su sistema regulador de síntesis para que produzcan más cantidad. La ingeniería genética puede “diseñar” un determinado organismo aislando el material genético que codifica la síntesis de una enzima, e introduciendo a otro microorganismo mas manejable.

Enzimas que se aplican en la industria azucareraINVERTASA O SACARASA.• Origen: Actualmente, se entiende generalmente por "invertasa" la beta-

fructosidasa, que es producida por levaduras (Sacaromyces cerevisiae, Candida), mientras que la alfa-glucosidasa constituye preferentemente las invertasas intestinales y de hongos (Aspergillus oryzae).

• Acción: La hidrólisis de la sacarosa en glucosa y fructosa puede ser realizada por dos enzimas: la betafructosidasa, que actúa sobre el extremo fructosa de la molécula de sacarosa, y la alfa-glucosidasa, que la ataca por el extremo de la glucosa

• Aplicaciones: El uso frecuente de la invertasa en alimentos azucarados se basa en la transformación lenta y parcial de la sacarosa en azúcar invertido que tiene mayor poder edulcorante, mayor carácter humectante, mayor solubilidad y, por lo tanto, menor tendencia a cristalizar y endurecer. De esta manera, actúa como un agente de reblandecimiento en alimentos azucarados con tendencia a cristalizar la sacarosa y evaporar agua, lo que afecta su aspecto y consistencia. Además, la fructosa resultante tiene cierto carácter humectante y da sensación de frescura al producto. Productos de confitería, como bombones con relleno, productos de jaleas, fondants, mazapanes y pasteles adquieren entonces una consistencia suave, cremosa y blanda, aún después de un almacenamiento prolongado

Enzimas que se aplican en la industria azucarera

GLUCOAMILASA O AMILOGLUCOSIDASA.• Origen: Fúngico (Aspergillus niger, Rhizopus, Endomyces).• Acción: Hidroliza los enlaces 1,4 y 1,6 del almidón (tanto amilosa

como amilopectina) desde los extremos no reductores de las cadenas con separación de unidades sucesivas de glucosa.

• Aplicación: Se usa para la elaboración enzimática de jarabe de glucosa y de glucosa a partir de almidón (40). En el campo analítico tiene aplicación en la determinación cuantitativa del almidón y alfa-oligo y poliglucósidos en alimentos.


GLUCOSA-ISOMERASA.• Origen: Bacteriano (Streptomyces, Aerobacter, Lactobacillus).• Acción: Cataliza la isomerización de glucosa en fructosa.• Aplicación: Como se trata de una reacción reversible, la

transformación no es cuantitativa, resultando a partir de la glucosa, un azúcar invertido, isomerosa, es decir, mezcla de fructosa y glucosa.

Desdoblando primero el almidón mediante glucoamilasa - eventualmente inmovilizada-, se puede transformar la glucosa resultante mediante la glucosa-isomerasa para lograr jarabes de alto poder edulcorante a partir de almidón de maíz o de papa.


CELULASAS• Origen: Fúngico (Trichoderma reesei y T. viride, Aspergillus flavus).• Acción: Se trata de un complejo de por lo menos 3 enzimas, que

en conjunto son capaces de desdoblar la celulosa hasta glucosa.• Aplicación: Se prevé su uso para la elaboración futura de glucosa y

productos azucarados a partir de residuos celulósicos de bajo costo y abundante disponibilidad, como lo son muchos desperdicios de ciudades y desechos industriales. Debido a la presencia de sustancias acompañantes en estos residuos con acción inhibidora sobre la hidrólisis de la celulosa, como las ligninas, puede ser necesario un pretratamiento de la celulosa

ENZIMAS QUE SE APLICAN EN LA INDUSTRIA DE LA CARNE Y DERIVADOS

• PAPAÍNA.Se obtiene por purificación del zumo lechoso (látex) coagulado, proveniente de ligeras incisiones longitudinales que se practican en la superficie de los frutos bien desarrollados, pero aún no maduros de la papaya. • BROMELINA.Se obtiene por precipitación con acetona del jugo resultante de la presión de los tallos recién brotados de la Bromeliácea, la piña.• FICINA.Se obtiene del látex coagulado proveniente de cortes o incisiones practicados en los brotes de los tallos de la higuera.

Aplicación: Ablandamiento de la carne.

ENZIMAS QUE SE APLICAN EN LA INDUSTRIA DE LA CARNE Y DERIVADOS

PROTEASAS MICROBIANAS.• Origen: Se obtienen por cultivos de cepas seleccionadas de hongos

(Aspergillus oryzae) o bacterias (Bacillus subtilis).• Acción: Todas estas proteasas hidrolizan gran número de proteínas

diferentes a través de polipéptidos hasta aminoácidos; también desdoblan amidas y ésteres de aminoácidos.

• Aplicación: Durante el proceso de maduración de la carne que sigue al de rigidez cadavérica, las transformaciones autolíticas, causadas por sus enzimas proteolíticas (catepsinas) suministran a la carne una textura blanda, jugosa, masticable, de sabor agradable y apta para la cocción y digestión. Como esta maduración natural suele ser prolongada (12 días), se puede acelerar artificialmente mediante la adición de proteasas para así aumentar la ternura de la carne. Al atacar por proteólisis las fibras musculares y /o los componentes del tejido conectivo (colágeno, elastina, actomiosina) se logra un relajamiento de los enlaces peptídicos de las proteínas y con ello el ablandamiento de la carne.

ENZIMAS QUE SE APLICAN EN LA INDUSTRIA EN LA INDUSTRIA LÁCTEA.

RENINA, QUIMOSINA O FERMENTO LAB.• Origen: Por maceración de trozos de estómagos de terneros

(alimentados sólo con leche) en agua salada se obtiene el llamado cuajo, cuyo principio activo es la enzima y que se expende en forma de un extracto liquido o polvo seco, con sal.

• Acción: Determina la coagulación de la leche en presencia de sales de calcio, para la formación de la "cuajada" en la elaboración de quesos.


ENZIMAS COAGULANTES DE ORIGEN MICROBIANO.• Debido a la mayor demanda mundial de carne como alimento, no

resulta actualmente muy económico matar terneros aún no destetados para obtener el cuajo. Fuera de la pepsina, a veces en mezcla con la renina, se están aplicando en quesería, cada vez en mayor escala, enzimas coagulantes de origen microbiano. De aplicación ya industrial son las de la Endothia parasítica, Mucor pusillus L. y Mucor miehei, cuya enzima es la renilasa; éstas se caracterizan por tener poca actividad de proteasa. Esto es importante para evitar la formación de péptidos de sabor amargo durante la maduración posterior del queso.


ENZIMAS AUXILIARES DE LA MADURACIÓN DE QUESOS.• Para abreviar el proceso de maduración y mejorar la calidad de los

quesos se recurre a la aplicación adicional de lipasas de origen vacuno, ovino, caprino o fúngico y de proteasa de Streptomyces, por ej., en quesos Gouda.

• En la elaboración de algunos tipos de quesos la adición de lipasa se hace a la leche de partida ya pasteurizada, junto al cuajo, pues la pasteurización la inactiva; por otra parte, la lipasa participa también en el aroma de queso, crema y mantequilla.


LACTASA.• Origen: Levaduras (Saccharomyces lactis, S. fragilis, Torula cremoris) y

Fúngico (Aspergillus niger, Streptomyces coelicor, más termorresistente).• Acción: Cataliza la hidrólisis de la lactosa en glucosa y galactosa, desde los

extremos de los restos de galactosa; siendo los dos monosacáridos resultantes más dulces y más fácilmente asimilables.

• Aplicaciones: Como la lactosa es de menor solubilidad que los otros azúcares, tiene tendencia a cristalizar en concentrados de leche y de suero lácteo. Esta cristalización va acompañada de una desestabilización del complejo de caseinato de calcio, lo que conduce fácilmente en el almacenamiento frío de leches condensadas, helados de leche y de crema y concentrados de suero lácteo a floculaciones, con formación de sedimentos granulosos o arenosos. Esto se puede evitar -obteniendo productos suaves al paladar- si se hidroliza por lo menos el 20% y hasta el 50% de la lactosa presente mediante la adición de lactasa. Otra aplicación tecnológica de la lactasa es en la elaboración de leches delactosadas, destinadas a la alimentación infantil y de adultos que presentan una intolerancia a la lactosa por déficit de su lactasa intestinal.

APLICACIÓN DE ENZIMAS EN LA INDUSTRIA DE DERIVADOS DE FRUTAS Y HORTALIZAS.

PECTINO-ESTERASA (P.E.) O PECTINO-METIL-ESTERASA.• Origen: Es producida por hongos (Aspergillus niger, Fusarium oxysporum),

levaduras, bacterias y algunos vegetales, como tomates, cebollas y frutas cítricas.

• Acción: Produce la hidrólisis de la pectina, formando ácido péctico o poligalacturónico y metanol, al actuar de preferencia sobre los enlaces metílicos, vecinos de grupos carboxílicos libres. Como estas enzimas son las causantes de la pérdida de las características de turbidez de algunos jugos y néctares, deben inactivarse por el calor. Así sucede con el jugo de tomate, rico en esta enzima, la cual debe inactivarse antes de exprimir el jugo, por calentamiento del tomate a 80°C por 45 seg. para así conservar el cuerpo o textura del concentrado. Como estabilizadores de turbidez de jugos o néctares de frutos cítricos suele agregarse a la vez pectinasa y una proteasa vegetal (papaína, bromelina), la cual contribuye a aumentar el desdoblamiento del pectato de calcio.


PECTINASA, POLIGALACTURONIDASA (PG) O PECTINO-DEPOLIMERASA• Origen: Fúngico (Aspergillus, Penicillium chrysogenum) y bacteriano

(Bacillus).• Acción: Desdoblamiento hidrolítico de los enlaces glucosídicos de las

cadenas de pectina o del ácido péctico a oligourónidos o a ácido galacturónico monómero (con reducción rápida de la viscosidad).

• Aplicación: Se usa en el procesamiento de frutas y hortalizas para preparar jugos y néctares, formando también parte de las ya mencionadas "enzimas clarificantes", junto a la pectino-esterasa. También se emplea para la maceración de tejidos vegetales con el objeto de obtener aromas.


ENZIMAS DEL AROMA O FLAVORASAS.• Origen: Se trata de un gran grupo de enzimas individuales o en mezcla

que participan en el aroma y sabor de alimentos vegetales. Se trata de los productos intermedios o finales de procesos metabólicos de biosíntesis a partir de precursores, frecuentemente no volátiles y sin olor y sabor.

• Acción: En muchos procesos de conservación de frutas y hortalizas, estas enzimas, responsables de aroma y sabor, se destruyen y hay pérdida de estos caracteres naturales del producto. Pero como los procesos térmicos no destruyen generalmente los precursores, cabe la posibilidad de una regeneración y aún a veces intensificación de los aromas propios del alimento por adición posterior de un concentrado enzimático obtenido del vegetal fresco, antes del consumo del producto. Se acelera la formación de aroma si se produce el contacto íntimo de los componentes del tejido con las enzimas, como ser, al desmenuzar o moler el material. Es así que, p. ej., en el ajo y la cebolla, el precursor, la aliina, forma por acción de la enzima: aliinasa, la aliicina, de fuerte sabor picante; ésta se pierde en la desecación, pero al agregar un extracto enzimático de material fresco al precursor se regenera el aroma primitivo.


GLUCOSA-OXIDASA.• Como se describe en Enzimas de acción múltiple, los daños que puede

causar en derivados de frutas y de hortalizas la presencia de oxígeno se pueden evitar por la adición de esta enzima; acompañada, eso sí, de catalasa para impedir la destrucción de aromas y de pigmentos antociánicos por el peróxido libre que forma la glucosa-oxidasa. Lógicamente, la adición debe hacerse una vez enfriado el producto después de su procesamiento térmico (pasteurización o esterilización). Existen también preparados enzimáticos, recubiertos de una envoltura resistente al calor y la acidez, que actúan sólo después del enfriamiento rápido.

• En néctares y jugos pulposos es importante que los preparados enzimáticos que se apliquen estén exentos de celulasas y pectinasas (que desdoblan las cadenas glucosídicas del ácido poligalacturónico en la pectina) para evitar el desdoblamiento de los coloides protectores que estabilizan la turbidez.

ENZIMAS DE APLICACIÓN MULTIPLE EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

GLUCOSA-OXIDASA.• Origen: Fúngico (Aspergillus niger, Penicillium vitale y notatum).• Acciones: Oxidación de glucosa por a D-glucono-delta-lactona, la

cual es hidrolizada por la lactonasa (presente en la mayoría de los preparados enzimáticos de glucosa-oxidasa) a ácido glucónico y peróxido de hidrógeno: Si a la vez está presente o se agrega catalasa, los productos finales son ácido glucónico, agua y oxigeno.

• Aplicaciones: En jugos y otros derivados de frutas y verduras, vinos y cervezas, la glucosa-oxidasa en mezcla con catalasa permite eliminar el oxígeno, causante de cambios de color, pérdidas de aroma, de vitamina C, de turbideces y floculaciones debidas a microorganismos aerobios.


CATALASA O HIDRÓGENO-PERÓXIDO-OXIDO-REDUCTASA.• Origen: Fúngico (Aspergillus niger), bacteriano (Micrococcus sp.) y animal

(hígado, eritrocitos de origen vacuno y porcino).• Acción: Cataliza el desdoblamiento de peróxido de hidrógeno en agua y oxigeno.• Aplicaciones: Preparados enzimáticos que contienen glucosa-oxidara junto con

catalasa se emplean (fuera de los usos recién mencionados) como antioxidantes de productos líquidos y pastosos, como mantequilla, mayonesa y grasa animal, eventualmente con adición de glucosa (0,5%). Aquí debe evitarse que el lípido tenga exceso de acidez, la cual puede inactivar la catalasa. Suelen aplicarse del preparado enzimático 20-25 mg/kg.

• En la elaboración de vinos la adición de ambas enzimas (más 0,1 % de glucosa) impide el crecimiento de microorganismos aerobios y la formación de exceso de acidez volátil. Sin embargo, debe evitarse la inhibición de la catalasa por el pH ácido del vino (su inactivación se produce a pH de 3-3,5),


LIPASAS:• Origen: Animal (pancreática), vegetal (semillas de soya, ricino,

algodón y cereales como trigo y maíz) y fúngico (Aspergillus, Rhizopus, Mucor, Gandida). En la leche hay una lipasa naturalmente activa, adsorbida en los glóbulos grasos y otra lipasa que se activa por tratamiento mecánico (agitación, homogeneización).

• Acción: Cataliza la hidrólisis de triglicéridos a diglicéridos, monoglicéridos y ácidos grasos, más glicerina, liberando de preferencia los ácidos grasos de las posiciones 1 y 3 de los glicéridos.

• Aplicaciones: Se usa en el desdoblamiento de lípidos, en la producción de aroma de quesos, crema, mantequilla, margarina y productos de chocolatería. También se usa en el desgrasado de proteína.

Las enzimas en la industria alimenticia

INDUSTRIA ENZIMAS USOS

Láctea Tripsina. Lactasa

Enmascara el gusto a óxido. Fabricación de leche delactosada, evita la cristalización de leche concentrada.

Quesería Quimosina (renina). Lactasa. Lipasa

Coagulación de las proteínas de la leche (caseína). Influencia en el sabor y aceleración de la maduración.

Helados Lactasa. Glucosa-isomerasa

Evita la textura “arenosa” provocada por la cristalización. Permite la utilización de jarabes de alta fructosa.

Cárnicas Papaína. Fiscina. Bromelina Ablandamiento de carnes. Producción de hidrolizados.

Panificación Amilasa. Proteasa. Lipoxidasa. Lactasa

Mejora la calidad del pan. Disminuye la viscosidad de la pasta. Produce una miga muy blanca Mejora la coloración de la superficie.

Las enzimas en la industria alimenticia

INDUSTRIA ENZIMAS USOS

Cervecería Amilasas. Papaína. PepsinaUsadas para licuar la pasta de malta. Evitan la turbidez durante la conservación de ciertos productos.

Vinificación Pectinasas. Glucosa-oxidasaMejoran la clarificación y extracción de jugos. Evitan el oscurecimiento y los sabores desagradables.

Bebidas no alcohólicasPectinasas. Glucosa-isomerasa. Tannasa. Glucosa-oxidasa

Mejoran la clarificación de jugos. Conversión de la glucosa en fructosa (jarabes de alta fructuosa). Aumenta la solubilidad y disminuye la turbidez del té. Evita el oscurecimiento y los sabores desagradables.

ENZIMAS MICROBIANAS Y SUS APLICACIONES

Enzima Fuente Aplicación industrial

Industria

Amilasa Hongos Pan PanaderíaBacterias Almidonad en

frío ropaAlmidón

Hongos Ayuda digestiva Farmacéutica.

Bacterias Elimin. Manchas

Detergentes

Lipasa Hongos Degradar grasa Lechería, lavandería

Celulasa bacterias Suaviz. y ablandad. Tej.

lavandería

ENZIMAS MICROBIANAS Y SUS APLICACIONES

Enzima Fuente Aplicación industrial

Industria

Proteasa Hongos Pan Panaderíabacterias Ablandador

carnescarnes

bacterias Limpieza heridas

Medicina

bacterias Detergente doméstico

Lavandería

Invertasa levadura Relleno blando caramelo

Confitería

Gluc. oxidasa hongos Elim.gluc.y O Alimentación

Muchas gracias!!!

enzimas y su uso en la industria

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