Enzimas oxidativas presentes en el género Brassica

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Las antocianinas son unos pigmentos ampliamente distribuidos en la naturaleza en flores, frutas y vegetales y son responsables de los colores brillantes como verde, rojo y azul (Kong y col., 2003). Estos compuestos juegan un papel muy importante en la fisiología de las plantas y son muy valoradas por la industria alimentaria y para la salud humana.

Por último, otro tipo de compuestos presentes en las brasicáceas son las ceras, la superficie de la planta que se encuentra en contacto con el exterior frecuentemente se encuentra cubierta por una epicutícula de ceras con función protectora. La composición química y la estructura es variada y compleja, en ella están implicadas largas cadenas hidrocarbonadas, alcoholes, cetonas y terpenoides (Tassone y col., 2016).

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catalizan, en primer lugar, la oxidación de monofenoles a sus correspondientes o- difenoles (actividad monofenolasa; EC 1.14.18.1) y posteriormente catalizan la oxidación de o-difenol a o-quinona (actividad catecolasa; EC 1.10.3.1). Las catecolasas o difenolasas solamente llevan a cabo la segunda reacción, es decir, la oxidación de o-difenoles a o-quinonas (Marusek y col., 2006).

Actualmente, el mejor método para controlar el pardeamiento es el procesado térmico. La cinética de inactivación térmica de PPO se ha estudiado en diversas fuentes vegetales y cultivos, y se produce en el rango de temperaturas comprendido entre 60 y 85 ˚C (Goyeneche, Di Scala y Roura, 2013). Pero la temperatura empleada en el procesado térmico afecta a las propiedades organolépticas de frutas y verduras y puede destruir componentes nutritivos. Por ello, se ha estudiado el empleo de agentes antipardeamiento como ácido ascórbico, sulfitos, cloruro sódico, cisteína, ácido kojico y cinámico para preservar estos alimentos (Queiroz y col., 2008).

Estructuralmente hablando, las PPOs de origen vegetal presentan tres dominios que incluyen: un péptido de tránsito N-terminal, un centro con tres átomos de cobre altamente conservados y una región C-terminal (Tran, Taylor y Constabel, 2012) (Figura 3.4). Esta enzima está ampliamente distribuida en bacterias, animales, plantas y hongos (Mayer, 2006).

Figura 3.4. Estructura tridimensional de PPO extraída de manzana tipo Fuji (Liu y col., 2015)

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3.1.3.2. Peroxidasa (POD)

Peroxidasa (E.C. 1.11.1.7) es una oxidorreductasa ampliamente distribuida en frutas y verduras, siendo responsable, al igual que PPO, del pardeamiento enzimático. Cataliza una reacción de oxidación en la que el peróxido de hidrógeno actúa como aceptor de electrones y otro compuesto como dador de electrones (Fortea y col., 2011). Esta enzima contiene un grupo hemo como grupo prostético, unido a la fracción proteica por la cadena lateral de un aminoácido a la quinta posición de coordinación del hierro (Pellicer y col., 2016) (Figura 3.5).

Figura 3.5. Estructura tridimensional de POD extraída de Chamaerops excelsa (Bernardes y col., 2015).

Esta enzima puede existir en dos formas: soluble o ligada a membrana (Sukalovic y col., 2015), y se encuentra en vacuolas, citoplasma y en la pared celular, desempeñando diversas funciones. Así, se sabe que está implicada en la regulación hormonal, mecanismos de defensa, degradación del ácido indolacético durante la maduración y senescencia de frutas y vegetales y en la resistencia a parásitos y patógenos a través de procesos de lignificación o de producción de fenoles oxidados. Debido a sus múltiples funciones, esta enzima generalmente se encuentra como diferentes formas isoenzimáticas en vegetales (Serrano-Martínez y col., 2008).

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Es altamente específica respecto a su sustrato peróxido, siendo el peróxido de hidrógeno el más común, pero su especificidad respecto al sustrato donador de electrones es muy baja. En presencia de peróxido de hidrógeno, oxida a un amplio rango de compuestos fenólicos como guayacol, pirogallol, ácido clorogénico, catequina y catecol (Onsa y col., 2004). La oxidación de esta gran variedad de compuestos ha llevado a la conclusión de que está asociada a pérdidas de color, flavor y valor nutricional de alimentos vegetales frescos y procesados. POD también está relacionada con el procesado de alimentos debido a su alta termoestabilidad. De hecho, es utilizada como indicador de la correcta realización del tratamiento térmico en vegetales (tanto en escaldado como en congelación), debido a su elevada concentración en la mayoría de los tejidos vegetales, elevada estabilidad térmica y fácil medida (Dahili, Kelemen-Horváth y Feczkó, 2015 ).

Se han purificado y estudiado PODs de diversas fuentes vegetales: patata (Leon y col., 2002), melón (Rodríguez-López y col., 2000), nabo (Tandjaoui y col., 2015), pimiento (Serrano-Martínez y col., 2008), uva (Fortea y col., 2009) o alga roja Mastocarpus stellatus (Fortea y col., 2011). En todos los casos, se ha demostrado la existencia de varias isoenzimas, que difieren en peso molecular, estabilidad térmica, pH óptimo, especificidad de sustrato y papel fisiológico.

La elevada estabilidad térmica de POD puede ser una ventaja o un problema. Por una parte, proporciona un margen natural de seguridad en el que si POD es inactivada, se puede asumir que otras enzimas relacionadas con la calidad del producto también están inactivadas. Por otra parte, el uso de POD como indicador puede llevar a la aplicación de un tratamiento térmico excesivo del producto, disminuyendo su calidad.

Para optimizar el tratamiento térmico de frutas y verduras y así mejorar su calidad, es importante establecer un modelo cinético de inactivación de las enzimas relevantes para poder predecir cambios del producto durante el procesado y el almacenamiento. Para caracterizar la estabilidad térmica de una enzima es necesario determinar dos parámetros: D (tiempo necesario para reducir la actividad enzimática al 10% de su valor original) y E^a (energía de activación), que mide cómo la velocidad de inactivación varía con la temperatura. Con estos dos parámetros (D y E^a) se puede calcular la velocidad de inactivación de una enzima a cualquier temperatura y el nivel de actividad residual tras un tratamiento térmico. Para poder hacer un modelo de cambios en la calidad de un

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producto durante el procesado o el almacenamiento, primero es necesario hacer estudios detallados de la estabilidad térmica de las enzimas más relevantes en el proceso, por ejemplo POD.