Enzimas en la fabricación de pan: mercados y perspectivas de futuro

Las enzimas en la fabricación de pan marcarán las perspectivas de futuro dado el reto que enfrenta actualmente el mercado global.

El crecimiento de la población mundial plantea un desafío para los proveedores de alimentos básicos. Una proyección de 2007 hacia el año 2050 predice una tasa media de crecimiento de la población de 0,8%, pasando de los seis mil 700 millones de personas actuales a nueve mil 300 millones.

Suponiendo que el consumo per cápita de cosechas de productos básicos se mantenga constante, la producción de trigo y arroz deberá crecer de los 600 millones de toneladas actuales, respectivamente, a 850 millones de toneladas y la producción de maíz deberá aumentar de los 850 millones de toneladas actuales a mil millones de toneladas.

Estas cifras todavía no toman en cuenta la demanda creciente de biocombustible. Los científicos y economistas tienen todavía mucho camino por recorrer, ya que la producción de trigo en la mayor área de cultivo se mantuvo prácticamente constante durante la pasada década. Un enfoque podría consistir en mejorar la tolerancia del trigo a la sequía, 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 vía.

 

Demanda de las enzimas

 

El desarrollo de este mercado afecta a toda la cadena de producción de alimentos, incluidos los proveedores de aditivos y enzimas. El mercado actual de las enzimas para panadería se estima que es alrededor de 200 millones de dólares.

Aunque la cuota de enzimas para panadería en el mercado total de enzimas (5%) no aumentará, su consumo se incrementará con el aumento de la demanda de enzimas en general, a un volumen estimado de casi 300 millones de dólares 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 dólares.

El crecimiento está apoyado por la percepción de que las enzimas son una forma natural de mejorar la eficiencia y la calidad y que los productos químicos pueden reemplazarse, evitando el etiquetado u omitiendo la declaración de aditivos (números “E”). El descenso de los precios debido a la competencia entre los proveedores y la consolidación de la industria alimentaria proporcionan un impulso adicional

La mayor parte de las nuevas enzimas se producirán con organismos genéticamente modificados y algunas de estas enzimas serán incluso “proteínas de ingeniería”, es decir, se modificará su secuencia original de aminoácidos, aunque existe cierta resistencia del mercado frente a las enzimas de organismos genéticamente modificados.

Como en años anteriores, las propiedades de las enzimas existentes y las combinaciones de enzimas se están mejorando continuamente, creando un ámbito de uso más amplio y aumentando la demanda. La fuerza motriz más eficiente para el crecimiento seguirá siendo la innovación.

 

Mercados de las enzimas para fabricación de pan

 

Se han seleccionado tres mercados para visualizar el desarrollo del segmento de enzimas para panadería, Estados Unidos, la Unión Europea y China.

Para Estados Unidos, la tasa media de crecimiento anual se interpola que será de 7,2% hasta 2010, con ingresos alrededor de 70 millones de dólares al final de dicho período.

La Unión Europea parte de un nivel superior, pero debido a un crecimiento menor de 4,5%, el mercado tendrá un volumen de sólo 80 millones de dólares en 2010.

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

El área Asia-Pacífico se espera que crezca con una tasa similar a la de Estados Unidos, mientras que el crecimiento en África y Latinoamérica será más parecido a la evolución 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 clásicas.
• Nuevas enzimas con nuevas funcionalidades.
• Enzimas para reemplazar productos químicos.
• Enzimas para prolongar la duración en almacenamiento de los productos panificados con miga suave.
• Segregación de las enzimas de los microorganismos convencionales y de los genéticamente modificados.

 

Mercados emergentes

 

• Se usan enzimas clásicas.
• Los precios del pan se regulan en algunas áreas, no permitiendo que los ingredientes se sumen a los costos.
• El rendimiento de volumen es el objetivo principal.
• El desafío principal es afrontar las diferencias en las propiedades del trigo.
• Es necesario compensar las pérdidas de rendimiento de las harinas compuestas.

Enzimas de mayor uso

 

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

Las enzimas desarrolladas recientemente incluyen la asparaginasa, para evitar la formación de acrilamida, la sulfidril oxidasa como reforzador de la masa, la feruloil estirasa como herramienta reológica, para mejorar la formación del sabor y posiblemente mejorar el valor nutricional de los alimentos panificados y más específicamente, enzimas lipolíticas que no actúan sobre los triglicéridos, para la preparación de pan y pasteles, en fórmulas que incluyen manteca o mantequilla o como sustituto del huevo.

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

Se forma durante la reacción de Maillard (caramelización). Actualmente no existen límites definidos para el contenido de acrilamida en los alimentos, aunque hay “umbrales de alerta” nacionales.

 

Aspagarina

 

El aminoácido aspargina es el factor clave en la formación de la acrilamida. En un estudio sueco (Holmgren, 2007), la adición de aspargina aumentó 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 más oscuros tienen valores de acrilamida superiores. La adición de azúcares ó su eliminación enzimática no le afecta a la acrilamida. Las temperaturas superiores a 200 °C, la humedad baja en el producto final y la levadura química, en particular con bicarbonato amónico, aumentan los valores de acrilamida, mientras que la fermentación de la levadura los reduce.

La descomposición de la asparagina precursora por medio de asparaginasa, es un medio efectivo de reducir la formación de acrilamida. La enzima está activa en un rango de pH de 5-8,5 y a 30-65 °C, por lo tanto en un rango óptimo para la mayoría de las aplicaciones de panificación. 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.

Se han propuesto varias oxidasas que están siendo utilizadas para mejorar las propiedades de panificación de la harina, en particular, la estabilidad de la masa y la tolerancia mecánica.

El principio común que aplican la mayoría de las oxidasas en la panificación es su influencia sobre los mono y oligosacáridos u otros glicósidos, creando un grupo carboxílico y peróxidos de hidrógeno. El peróxido de hidrógeno actúa entonces como un oxidante no específico, oxidando los donantes de electrones disponibles en la masa, incluyendo los grupos sulfidrílicos. Esto da lugar a la creación o protección de puentes de disulfuro que refuerzan la masa. Además, puede producirse la oxidación gelación de pentosanos a través de residuos de feruloil, aumentando la absorción de agua.

Un efecto secundario no deseable de las oxidasas mencionadas es su acción sobre los lípidos insaturados, que crea un sabor desagradable. En particular, los productos de panadería 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 específicamente grupos sulfidrílicos en proteínas y péptidos. En esta reacción se forma también peróxido de hidrógeno. Pero en relación con el número de grupos sulfidrílicos oxidados, se forma mucho menos peróxido de hidrógeno con SOX que con los glucósidos oxidasas.

Al realizar pruebas de panificación, SOX de S. cerevisiae mostró un buen potencial, especialmente en aplicaciones que implicaban etapas de laminación y fermentación prolongadas. Es posible la sustitución parcial del ácido ascórbico utilizado como estabilizador de la masa. El pan vaporizado con ácido ascórbico reducido presentó un color de la miga más brillante.

El motivo de este efecto es todavía desconocido. En los croissants de mantequilla fabricados con masa congelada, no se percibió formación de sabor desagradable, mientras que las muestras tratadas con GOX desarrollaron un olor extraño.

En la masa de harina de trigo o de centeno, el ácido ferúlico contribuye a la estabilidad mecánica mediante la absorción del agua y la estabilización del gluten. Un exceso de estabilidad puede dar lugar a un rendimiento de volumen limitado durante la producción del pan. Como otras hemicelulasas, la esterasa de ácido ferúlico puede ablandar el complejo de xilano/gluten, liberando agua del gel y mediante la eliminación de los enlaces covalentes.

A diferencia de las hemicelulasas usadas más frecuentemente que ejercen una acción endo-1,4-beta-xilanolítica sobre el polímero de xilano, el ácido ferúlico esterasa divide las cadenas laterales entre el residuo de galactosa y el ácido ferúlico. 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 reología de la masa. Cuando se utilizó en el alveógrafo, pudo obtenerse una reducción significativa de la relación P/L, mientras que la energía se mantuvo constante a través de un amplio rango de dosificación. Con tiempos de reposo prolongados (120 min), la energía fue similar a la de la harina sin tratar, incluso cuando P/L se redujo a 0,46 en lugar de la relación inicial de 0,66.

 

Extensibilidad de la masa

 

La extensibilidad de la masa puede aumentarse aproximadamente en un 30%. 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 liberación de agua del gel, que está entonces disponible para la hidratación y el ablandamiento del gluten. La enzima reduce también la viscosidad de las suspensiones de la harina, por ejemplo, batidos para barquillos (no mostradas).

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 panificación por trigo más barato. La carencia de contenido de gluten y el rendimiento de panificación pueden reemplazarse, por lo menos parcialmente, añadiendo ingredientes funcionales como las enzimas.

Después el término “duración en almacenamiento”, comprende en este caso la estabilidad microbiana, así como la blandura de la miga. Ambos son requeridos cada vez más debido a la tendencia continua de las panaderías a fusionarse en unidades mayores con producción centralizada, existiendo por lo tanto mayores distancias desde la fábrica hasta la tienda.

Por Lutz Popper