Uso de enzimas para procesar alimentos crece en el mundo

El uso de las enzimas para procesar alimentos probablemente es más antiguo que su preparación. La primera noticia viene de aquellas fermentaciones ineludibles que provocaron alteraciones atractivas en sabor y textura.

La presencia de enzimas endógenas de microorganismos, azúcares o almidón, temperatura y condiciones de humedad permitieron encontrar procesos de transformación que se volvieron comunes.

La tecnología ha progresado enormemente, no obstante, aún se mantienen prácticas originales de acondicionamiento enzimático en diversas partes del mundo para la elaboración de quesos, vinos, pan y productos fermentados.

 

Las enzimas, la opción más adecuada

 

Las enzimas, por su alta especificidad y modo de acción, y por producir la menor cantidad de reacciones y productos secundarios, es la elección más adecuada para procesar alimentos y obtener un producto final de calidad superior.

El hecho de ser biodegradables ha incrementado su uso como sustituto de algunas sustancias sintéticas  y reactivos químicos en varios procesos.

Adicionalmente, los productores de alimentos perciben como ventaja el que con pequeñas cantidades de enzima se puedan catalizar grandes cantidades de sustrato.

Por otra parte, la sustitución de sustancias químicas por enzimas, ofrece a los fabricantes la posibilidad de cumplir con la necesidad creciente de que sus productos sean más seguros en su consumo y tengan la etiqueta de alimentos “limpios”.

En la actualidad, las enzimas para procesar alimentos y bebidas tienen un mercado global que crece lenta pero firmemente como resultado de la expansión de los mercados y de las nuevas aplicaciones.

Los analistas estiman que este sector,  principalmente para usos en lácteos, panificación y bebidas, se estará desarrollando en los próximos tres años, hasta el 2011, con una tasa anual de crecimiento de casi el 8% (The Freedonia Group, 2007).

En el mercado de lácteos, la categoría más importante de enzimas son las que se utilizan para la producción de quesos y la remoción de lactosa; sector en el que se esperan “ganancias moderadas”. Mientras que, se espera incremento en el consumo, por arriba del promedio, de las enzimas para panificación y para el procesamiento de grasas y de aceites.

Uso de enzimas en alimentos y bebidas

 

En la industria de los alimentos y bebidas, los fabricantes utilizan enzimas como una alternativa 'natural' para mejorar la eficiencia en la producción, la calidad y la consistencia del alimento. Por ejemplo, se utilizan directamente como auxiliares de proceso como en el caso de la quimosina para la producción de queso; o indirectamente, como el de pectinasas para clarificar jugos de frutas.

Las enzimas también pueden añadirse a los alimentos procesados para realzar ciertas características o como modificadores del sabor.

Entre las enzimas de uso más difundido pueden mencionarse las enzimas del cuajo (fuente natural de la quimosina), preparaciones modificadas de la quimosina, lactasas en el procesamiento de lácteos; en panificación, son ampliamente utilizadas amilasas, lipasas y xilanasas.

Otras enzimas y usos importantes incluyen: las proteasas, en procesamiento de cárnicos, pescado y otros materiales con alto contenido en proteína; las pectinasas, en productos de frutas y vegetales; las lipasas, en la extracción de aceites de semillas), y enzimas como la alfa-amilasa, beta-amilasa y glucoamilasa, para la producción de bebidas alcohólicas.

 

Actividad proteolítica

 

Existe otro aspecto de la actividad enzimática intracelular que puede considerarse como no-benéfica y que debe ser controlada adecuadamente. La actividad proteolítica puede ser útil en procesamiento de fiambres o en la masa de panificación, pero esta debe ser manejada estrictamente, como también deben controlarse los cambios autolíticos en el caso de vegetales congelados.

La rancidez oxidativa y lipolítica en alimentos que contienen grasa, también es un proceso indeseable. La oxidación puede dar lugar a cambios en el color y sabor, inducidos por polifenol-oxidasas de los vegetales o de las frutas.

Estas son actividades enzimáticas que el tecnólogo trata de eliminar, frecuentemente, mediante desnaturalización térmica.

En general las enzimas se utilizan para la transformación de biopolímeros con miras a reducir tamaños moleculares, lo que en alimentos se traduce en mayor palatabilidad, sabor, apariencia, textura.

Por otra parte, cubren una función interesante en el ahorro de tiempos y costos de proceso, en el aprovechamiento mejorado de las materias primas y subproductos, así como en la generación de desechos más amigables para el medio ambiente.

El procesamiento enzimático de proteínas de interés alimentario

 

Es muy conocido que las proteínas son fundamentales en la nutrición humana, pero su papel como ingredientes funcionales en alimentos se vuelve relevante como factor para  lograr la aceptación del consumidor.

Las proteínas tienen propiedades fisicoquímicas que determinan su función como ingredientes en la formulación de alimentos, ya sea dentro del proceso, en el almacenamiento y en su consumo, a las que se denomina colectivamente propiedades funcionales.

Por otra parte, el consumidor ha cambiado sus tendencias y hábitos, llevándolo a buscar productos más saludables, energéticos y amigables para el ambiente. Como consecuencia de ello, se han incrementando las aplicaciones novedosas de proteínas modificadas enzimáticamente.

Algunos ejemplos de usos son en la elaboración de barras para bocadillos y/o energéticas, bebidas para deportistas, preparación de sustitutos de huevo en panadería, en fórmulas para infantes, nuevos sistemas de cubiertas, etc.

La variedad de productos y tipos de presentación de los productos alimentarios dependerá de propiedades funcionales específicas, como, por ejemplo, la capacidad de formar geles de alta o baja viscosidad.

Las proteínas industrializadas, en general, son procesadas bajo condiciones extremas de temperatura, fuerzas de corte o acidez, que provocan la pérdida o decremento de sus propiedades funcionales. Esas proteínas “maltratadas”, sometidas a una hidrólisis controlada, pueden recuperar sus funcionalidades y convertirse en ingredientes útiles.

La extensión de dicha proteólisis se establece regularmente controlando el grado de hidrólisis, de acuerdo a las características que se desean en el producto final. Por ejemplo, los hidrolizados para la elaboración de fórmulas nutritivas o para hidrolizados hipoalergénicos, son producto de hidrólisis extensivas con un 90% de péptidos de bajo peso molecular  (Mahmoud, 1994).

 

Proteínas globulares nativas

 

El uso de proteasas en aplicaciones tan diversas, como las descritas antes, ha impulsado la investigación y desarrollo de actividades hidrolíticas de nuevas fuentes, destacando, en particular el caso de las fitoproteasas.

Son ampliamente conocidas en el mercado la papaína (endoproteasa cisteínica de la papaya) y la bromelaína (endoproteasa cisteínica obtenida de la piña), enzimas de uso industrial muy difundido, principalmente como ablandadores de carne, en la mejora de la funcionalidad de proteínas como la soya (solubilidad, capacidades emulsionante, de formación de espuma y de  retención de agua); en el acondicionamiento de gluten en productos de pastelería; o bien, para resaltar el sabor umami en pollo procesado.

Las proteínas globulares nativas, generalmente son resistentes a la hidrólisis enzimática debido a sus compactas estructuras terciarias, que protegen una buena parte de sus enlaces peptídicos (Adler-Nissen,1976).

Al desnaturalizarse una proteína, como es frecuente que ocurra cuando se les somete a procesamiento, los enlaces peptídicos quedan disponibles para la acción enzimática, lo que puede conducir a una disminución en el peso molecular de los productos de reacción y a la exposición de grupos originalmente ocultos (iones, residuos hidrofóbicos) lo que resulta en cambios estructurales y reológicos que afectarán directamente a las propiedades de los hidrolizados obtenidos (Lamsal et al., 2007).

Además de mejorar la funcionalidad de los hidrolizados, se ha demostrado que la hidrólisis enzimática es útil para producir péptidos de bajo peso molecular, que son absorbidos en el intestino sin ser digeridos en el estómago y que presentan un menor efecto alergénico (Gonzalez-Tello, et al., 1994). Esto explica su empleo preferencial en alimentos para infantes, productos parenterales y para personas susceptibles de desarrollar alergias.

Las tendencias actuales en el desarrollo de productos funcionales o nutracéuticos, con la incorporación de la tecnología enzimática, de nuevas especificidades enzimáticas, abre el abanico existente de ingredientes activos que cuyo uso confiere valor agregado al producto alimentario final.

Así, por ejemplo, la renovada demanda por comidas regionales o étnicas, es una oportunidad económicamente atractiva como campo para la innovación en el procesamiento enzimático de proteínas y de otros biopolímeros que provengan de fuentes subutilizadas, de bajo costo o cuyo desecho esté causando problemas ambientales. Entre ellos, productos subutilizados como la piel de la papa, afrecho del arroz, suero de queso, suero de soya, desechos de pesquería, harinas residuales del procesamiento de semillas oleaginosas, gluten del trigo, etc.

 

Perspectivas de las proteasas vegetales

 

Aplicaciones como las mencionadas antes, justifican el interés actual en la búsqueda y desarrollo de nuevas fuentes de proteasas industriales, siendo particularmente interesante los casos que están surgiendo a partir de fuentes vegetales.

Actualmente, se informa constantemente de nuevas alternativas de enzimas proteolíticas cisteínicas, con propiedades o modos de acción novedosos, potencialmente útiles en el procesamiento de materiales de interés alimentario.

Las mejoras en la funcionalidad de hidrolizados de proteínas y las diferencias que existen en función de la enzima utilizada, son argumentos que demuestran las ventajas de explorar el uso de nuevas enzimas, con nuevas propiedades, como es el caso de la hemisfericina refinada y la mexicaína, obtenidas de las plantas mexicanas Bromelia hemisphaerica (timbirichi) y Pileus mexicanus (cuaguayote), respectivamente (Briones-Martínez y Cortés-Vázquez, 2000; González-Soto, et al., 2001; Cortés-Vázquez et al., 2008).

Se ha demostrado en plantaciones experimentales la alta productividad del timbirichi y se han desarrollado procesos piloto para la fabricación de la preparación proteolítica industrial.

Este nuevo sistema de producción es similar al de la piña como productora de bromelaína.

Asimismo, se han realizado diversos estudios sobre aplicaciones alimentarias de la hemisfericina, en los que se ha demostrado su utilidad en la preparación de proteínas vegetales con funcionalidad realzada; en la modificación de proteínas miofibrilares de músculo de bovino (con aplicabilidad en el procesamiento controlado de carnes para mejorar su textura o dureza y como ablandadores exógenos de cortes de baja calidad); o bien, en la hidrólisis limitada de proteínas de suero de queso para la producción de péptidos funcionales o bioactivos.

La utilidad potencial de proteasas vegetales, con perspectivas de aplicación en la industria alimentaria, es un área que esté teniendo un gran desarrollo y que en el corto y mediano plazo se convertirán en buenas alternativas para el procesamiento de alimentos.

Referencias

Adler-Nissen, J. 1976. Enzymatic hydrolysis of proteins for increased solubility.  J.Agric. Food Chem. 24: 6, 1090-1093.
Briones-Martínez, Roberto y Cortés-Vázquez, Ma. Isabel. 2000. Avances en los estudios científicos y tecnológicos de la hemisfericina: Una nueva proteinasa de interés industrial. En: “Contribuciones a la Investigación Regional en el Estado de Morelos”, Libro editado por el CRIM-UNAM, p. 425-467.
Cortés-Vázquez Ma. Isabel, Muñoz-Sánchez José Luis and Briones-Martínez Roberto. 2008. Substrate specificity of a cationic peptidase from Bromelia hemisphaerica L. Natural Products Comm., 3, 351-355..

Crook, E.M. 1980. Enzymes and food processing. Ed. Birch, G.G., N. Blakebrough and K. J. Parker. Applied Science Publishers Ltd., p.  5-14.
González-Soto, R.A., Muñoz-Sánchez, J.L., y Briones-Martínez, R. 2001. Enzymatical hydrolysis of fish protein with mexicain enzyme. Proccedings del Eight International Congress of Engineering and Food. Ed. J. Welti-Chanes, G.V. Barbosa-Canovas, J.M. Aguilera. Technomic Publishing Co., Inc. Vol. II. 1915-1919.
González Tello P, Camacho F, Jurado E, Páez MP, Guadix EM. 1994. Enzymatic hydrolysis of whey proteins. II. Molecular weight range. Biotechnol Bioeng., 44(4):529-32, 1994. 36.
Lamsal, B.P., Jung, S., Johnson, L.A.  2007. Rheological properties ofsoy proein hydrolysates obtained from limited enzymatic hydrolysis. LWT-Food Science and Technology, 40:10, 1215–1223.
Mahmoud, M. Y. 1994. Physicochemical and functional properties of protein hydrolysates in nutritional products. Food Tech., October, 89-95.
The Freedonia Group. 2007. Free overview of: World Enzymes. Industry Study with Forecasts for 2011 & 2016. Study #2229. www.freedoniagroup.com.

 

Por Roberto Briones Martínez. Investigador y Decano del CEPROBI. y María Isabel Cortés Vázquez. Investigadora.