UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
TESIS
PRESENTADO POR:
ALEX HENDRIK ROJAS TICSE
PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE:
MAESTRO EN TECNOLOGÍA Y GESTIÓN DE LA CALIDAD DE ALIMENTOS
HUANCAYO – PERÚ 2021
Evaluación del efecto de la concentración de proteasas en la hidrolisis de proteínas de la maca
(Lepidium meyenii Walpers) ecotipo amarillo.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
UNIDAD DE POSGRADO
FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
ACTA DE SUSTENTACION VIRTUAL DE TESIS
DEL BACHILLER: ALEX HENDRIK ROJAS TICSE
UNIDAD DE POSGRADO DE FACULTAD DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO EN TECNOLOGÍA Y GESTIÓN DE LA CALIDAD DE ALIMENTOS:
En el Microsoft Teams, Canal de sustentaciones virtuales de la Unidad de Posgrado de la Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional del Centro del Perú, a los quince días del mes de diciembre del año dos mil veintiuno con la presencia del Jurado Examinador; conformado por los siguientes catedráticos:
Presidente : MSc. Vilma Julia Reyes de la Cruz Secretaria : M.Sc. Greta Hinostroza Quiñonez
Vocales : Dra. Clara Raquel Espinoza Silva (Titular) Dra. Shalin Carhuallanqui Ávila (Titular)
Dr. Miguel Angel Quispe Solano (Titular) Dr. Angel Héctor Zarate Malpica (Accesitario)
El Presidente del Jurado Examinador, de la Unidad de Posgrado de la Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarías, siendo las 11: 00 horas ordenó dar inicio al acto de sustentación de Tesis ante el jurado nombrado por resolución Nº 010-2021-UPG-FAIIA/UNCP.
El Bachiller procedió a la exposición de su Tesis Titulada: EVALUACIÓN DEL EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE PROTEASAS EN LA HIDROLISIS DE PROTEÍNAS DE LA MACA (Lepidium meyenii Walpers) ECOTIPO AMARILLO”. Asesorado por el docente Dra. Clara Raquel Espinoza Silva.
Los señores miembros del jurado procedieron a realizar las preguntas y objeciones del caso, luego el señor presidente dispuso que los miembros del jurado pasen a la sala de deliberación que se encuentra en el canal de sustentaciones virtuales de la UPG FAIIA para deliberar;
luego se pasó a la votación secreta con el siguiente resultado:
APROBADO CON MENCIÓN DE BUENO
El Jurado acordó regresar al canal de sustentaciones virtuales para emitir el resultado, lo que fue anunciado por el señor Presidente quién le FELICITO., con lo que terminó el acto, siendo las 12:20 horas, el proceso de sustentación queda grabado en el Microsoft Teams, canal de sustentaciones virtuales de la FAIIA teniendo el siguiente enlace:
https://uncpedu.sharepoint.com/sites/CANALDESUSTENTACINDEU.P.G.-
FAIIA/Shared%20Documents/SUSTENTACION%20ALEX%20HENDRIK%20ROJAS%20TICSE
%2015-12-
21/Recordings/Reuni%C3%B3n%20en%20_3.%20SUSTENTACION%20ALEX%20HENDRIK%
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
UNIDAD DE POSGRADO
FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
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MSc. Vilma Julia Reyes de la Cruz PRESIDENTE
M.Sc.Greta Hinostroza Quiñonez SECRETARIA
Dra. Clara Raquel Espinoza Silva JURADO
Dra. Shalin Carhuallanqui Avila JURADO
Dr. Miguel Ángel Quispe Solano JURADO
iv ASESORA
Dra. CLARA RAQUEL ESPINOZA SILVA DNI: 23004625
ROCID: 0000-0001-8229-4177
v
DEDICATORIA
Alex y Samira mis hijos que son mi fortaleza para seguir superándome como profesional, a mi esposa por su apoyo incondicional para alcanzar nuestros objetivos como familia.
vi
AGRADECIMIENTO
Gracias Dios por iluminarme y darme vida y salud, para seguir logrando muchas de las metas y objetivos que me propuse. Quisiera expresar mi agradecimiento y reconocimiento a la Dra. Clara Raquel ESPINOZA SILVA, por sus aportes en el desarrollo e implementación de este trabajo de investigación, por brindar el conocimiento y la experiencia de aprendizaje de su arte, por los resultados de este estudio.
A la prestigiosa casa superior de estudio, la Universidad Nacional del Centro del Perú, a la Unidad de Posgrado de la Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias, quien me dio la oportunidad de continuar mi maestría con mención en Tecnología y Gestión de la Calidad de Alimentos, así mismo a todos los docentes nos brindaron conocimientos para fortalecernos.
A José Alberto Pacheco Valenzuela, por asistirme en el laboratorio que desarrolló el presente estudio, el laboratorio de la CCSS Agrarias el Mantaro – Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias.
vii ÍNDICE
ASESORA... iv
DEDICATORIA ... v
AGRADECIMIENTO ... vi
ÍNDICE ... vii
ÍNDICE DE TABLAS ... ix
ÍNDICE DE FIGURAS ... x
RESUMEN ... xii
ABSTRACT ... xiii
INTRODUCCIÓN ... 14
CAPITULO I MARCO TEORICO 1.1. Marco referencial ... 16
1.2. Bases teóricas y conceptuales... 19
1.2.1. Maca (Lepidium meyenii Walpers) ... 19
1.2.2. Hidrolizados de Proteína ... 25
1.2.3. Enzimas usadas en la hidrolisis de Proteínas ... 30
1.3. Definición de términos básicos ... 41
1.4. Hipótesis de investigación ... 42
1.4.1. Hipótesis general ... 42
1.5. Variables de estudio ... 42
1.6. Operacionalización de las variables: ... 43
CAPITULO II MARCO METODOLÓGICO 2.1. Tipo y Nivel de Investigación ... 44
2.2. Método de investigación ... 44
2.2.1. Análisis físico y fisicoquímico proximal de maca micro pulverizada ecotipo amarillo (lepidium meyenii walpers): ... 44
2.2.2. Proceso de aislado de la proteína de la maca amarilla micropulverizada: método tomado de Quispe y rojas (2013), con algunas modificaciones. ... 45
2.2.3. Análisis químico proximal del aislado de la proteína de maca: método utilizado AOAC, 1990. ... 47 2.2.4. Hidrolisis enzimático de la proteína aislada de la maca ecotipo
viii
amarillo: se utilizó el método (Cheftel et al. 1989). ... 47
2.2.5. Grado de hidrolisis: método recomendado por (Kim et al., 1990). . 49
2.3. Diseño de la investigación ... 50
2.3.1. Diseño experimental ... 50
CAPITULO III ANALISIS Y DISCUSIONES DE RESULTADOS 3.1. Materia Prima ... 53
3.1.1. Cantidad de materia prima ... 53
3.1.2. Análisis físico. ... 53
3.1.3. Descripción física ... 53
3.1.4. Análisis de granulometría ... 53
3.1.5. Composición químico proximal de maca micro pulverizada ... 53
3.1.6. Aislado de proteína de maca ... 54
3.2. Validación experimental ... 61
3.2.1. Prueba de hipótesis: ... 61
3.3. Parámetros establecidos para el proceso de hidrolisis de la proteína de la maca. ... 61
CONCLUSIONES ... 62
RECOMENDACIONES ... 63
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ... 64
ANEXOS ... 68
ix
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Ecotipos de maca en estado fresco. ... 20
Tabla 2 Composición nutricional contenida en 100 g de la parte comestible de maca fresca y otros cultivos. ... 21
Tabla 3 Aminoácidos de la maca ... 22
Tabla 4 Análisis químico proximal de tres ecotipos de maca en 100 g. ... 23
Tabla 5 Valor nutritivo en 100 gramos de harina micro pulverizada de maca .... 23
Tabla 6 Análisis químico de harina micro pulverizada de maca. ... 24
Tabla 7 Propiedades funcionales y usos de la Maca ... 24
Tabla 8 Algunas de las proteasas disponibles comercialmente en grado alimenticio. ... 33
Tabla 9 Perfil del peso molecular de diferentes proteínas hidrolizadas ... 35
Tabla 10 Factores y niveles del diseño ... 50
Tabla 11 Diseño experimental para la evaluación del grado de hidrolisis. ... 51
Tabla 12 Análisis de granulometría. ... 53
Tabla 13 Análisis proximal físico/químico ... 54
Tabla 14 Análisis químico proximal de la proteína aislada de maca ... 54
Tabla 15 Concentración de proteínas después del proceso de aislado. ... 54
Tabla 16 Grado de hidrolisis (%) para los 19 tratamientos ... 55
Tabla 17 Resultado estadístico. ... 57
Tabla 18 Análisis de varianza para grado de hidrolisis ... 57
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Ecotipos de maca en la producción. ... 20
Figura 2 Ecotipos de maca en estado seco. ... 21
Figura 3 Efectos del pH en la actividad enzimática [Hicker,2001; Lehninger, 1970]. ... 28
Figura 4 Efecto de la temperatura en la actividad enzimática [Patnaik Pratap, R. Temperatura optima of enzymes,2002] ... 28
Figura 5 Representación gráfica del curso de una reacción [Eisenthal R. Danson, Enzyme Assays: Oxford University Press, 2000]. ... 29
Figura 6 Estructura de una enzima [Sanchez, S. y Demain, A.L. “Enzyme and Microbial Technology”, 2002] ... 31
Figura 7 Hidrólisis de proteínas con endo y exoproteasas “Clasificación Internacional de Enzimas” [Lehninger, 1993] ... 32
Figura 8 “Seminario de liofilización, sociedad internacional de liofilización” [Jennings, Thomas A, 1993]. ... 36
Figura 9 Superficie de respuesta tridimensional donde se indica la respuesta esperada ɳ como función de las variables x1 y x2, [Montgomery, 2003] ... 38
Figura 10 Gráfica de contorno de una superficie de respuesta, [Montgomery, 2003] ... 38
Figura 11 El carácter secuencial de la Metodología de Superficie de Respuesta (MSR), [Montgomery, 2003] ... 39
Figura 12 Mostrario y fabricación de los DCC para k=2 y 3 factores, [Montgomery, 2003] ... 40
Figura 13 Diagrama de flujo del proceso de concentración de proteína de maca ecotipo amarillo. ... 46
Figura 14 Diagrama de flujo del proceso de concentración de proteína de maca ecotipo amarillo. ... 47
Figura 15 Diagrama de flujo del proceso de hidrolisis de la proteína de maca ecotipo amarillo. ... 49
Figura 16 Incremento de proteína después del proceso de aislado. ... 55
Figura 17 Análisis de los mejores tratamientos. ... 56
Figura 18 Gráfico de Pareto estandarizado para el grado de hidrolisis. ... 58 Figura 19 Gráfico de contornos para el grado de hidrolisis (%) de la
xi
proteína de la maca. ... 59 Figura 20 Gráfico de superficie respuesta valores de pH y temperatura
óptima para el grado de hidrolisis (%) de la proteína de maca
amarilla. ... 60 Figura 21 Diagrama de flujo establecido con sus parámetros óptimos para
hidrolisis de proteína de maca amarilla. ... 61
xii RESUMEN
La maca (Lepidium meyenii Walpers), cultivo andino procedente de la meseta del Bombón – Junín, revalorada por sus propiedades funcionales y nutritivas, la maca ecotipo amarillo, presenta un importante contenido proteico a comparación de otros ecotipos, descrito en el cuadro 1, por (Obregón, 1998), en esta investigación desarrollada, las proteínas son muy importantes para el proceso de hidrolisis enzimático de interés tecnológico alimentario con alto potencial agroindustrial, el presente estudio se llevara a cabo optimizando y evaluando la concentración de enzima/sustrato y el control del pH, tiempo y temperatura. La enzima utilizada fue la flavourzyme, originada por Aspergillus oryzae que actúa como (endoproteasa y exoproteasa). El análisis químico proximal de la maca micro pulverizada es del 10. 57% de proteína después de proceso de someter a una reacción alcalina (hidróxido de sodio 6N) y reacción acida (ácido clorhídrico 6N), para el proceso de purificación y aislamiento de la proteína, se obtiene 11.60% de proteína aislada, teniendo un incremento de 1.03%. El proceso de hidrolisis, mediante la acción secuencial de la enzima Flavourzime, alcanzó un grado de hidrolisis máxima de 21.19% y el mínimo porcentaje de grado de hidrolisis fue de 8.02%. El análisis ANOVA demostró que la temperatura y el pH, son los factores que mayor influyen sobre el grado de hidrolisis. Las mejores condiciones para el proceso de hidrolisis de las proteínas presentes en la maca amarilla, se logra obtener mediante el método de superficie de respuesta. Los parámetros óptimos para el proceso de hidrolisis de la proteína de la maca son: pH 6, temperatura 55 °C, tiempo 90 minutos y E/S 1%, los cuales fueron evaluaron según el grado de hidrolisis, con estos parámetros se pretende generar nuevos procesos y valores agregados para diferentes derivados de la maca.
Palabra clave: Hidrolisis enzimática de la proteína de la maca.
xiii ABSTRACT
The Maca (Lepidium meyenii Walpers), an Andean crop from the Bombón- Junín plateau, revalued for its functional and nutritional properties, the yellow ecotype maca, presents an important protein content compared to other ecotypes, described in table 1, by (Obregón, 1998), in this research developed, proteins are very important for the enzymatic hydrolysis process of food technological interest with high agroindustrial potential, the present study will be carried out optimizing and evaluating the concentration of enzyme / substrate and the control pH, time and temperature. The enzyme used was flavourzyme, originated by Aspergillus oryzae which acts as (endoprotease and exoprotease).
The proximal chemical analysis of the micro powdered maca is 10. 57% protein after subjecting to an alkaline reaction (6N sodium hydroxide) and acid reaction (6N hydrochloric acid), for the purification and isolation process of the protein, 11.60% of isolated protein is obtained, having an increase of 1.03%. The hydrolysis process, through the sequential action of the Flavourzime enzyme, reached a maximum degree of hydrolysis of 21.19% and the minimum percentage of degree of hydrolysis was 8.02%. The ANOVA analysis showed that temperature and pH are the factors that most influence the degree of hydrolysis. The best conditions for the process of hydrolysis of the proteins present in yellow maca, is achieved through the response surface method. The optimal parameters for the maca protein hydrolysis process are: pH 6, temperature 55 ° C, time 90 minutes and I / O 1%, which were evaluated according to the degree of hydrolysis, with these parameters it is intended to generate new processes and added values for different derivatives of maca.
Key word: Enzymatic hydrolysis of maca protein.
14
INTRODUCCIÓN
La maca una planta nativa en los andes peruanos, una raíz modificada por el englobamiento del hipocótilo que viene hacer la parte comestible o alimenticia con características funcionales y nutritivas muy importantes para la alimentación, en los andes a más de 3800 a 4600 msnm, altitudes muy precarias donde muchos cultivos no pueden prosperar su producción, es el único cultivo que se produce a gran escala en la región Junín y Pasco, de ahí procede la denominación de origen, el contenido de proteínas de este producto en estado seco son mayores a 10%, estas raíces modificadas se clasifican por ecotipos o colores principales en estado seco ecotipo amarillo, rojo y negro, en un estudio comparativo de porcentajes de proteínas totales de tres ecotipos de maca, el que contiene mayor porcentaje de proteína es el ecotipo amarillo con 17,99%, seguido por el ecotipo rojo con 17,22% y el ecotipo negro con un 16,31% de proteínas totales, (Obregón, 1998), “el contenido proteico del ecotipo amarillo es mayor a diferencia de los otros ecotipos en estado seco, la proteína de la maca se caracteriza por contener la mayoría de los aminoácidos esenciales, para la alimentación y nutrición, por lo cual es considerado un alimento incomparable, las proteínas tienen es de gran importancia a nivel funcional y nutritivo, cumpliendo muchas funciones biológicas, siendo un producto de estudio en muchas investigaciones a nivel nacional como internacional.
El desdoblamiento de la estructura de las proteínas de los alimentos mediante un proceso hidrólisis enzimática nos permite mejorar las propiedades nutricionales, funcionales e inmunológicas de sus componentes iniciales de los alimentos, sin perder sus características nutritivo. El proceso de hidrólisis aumenta la solubilidad, el poder espumante y la capacidad emulsificante a las proteínas. Aumenta su buena digestibilidad y disminuyendo el carácter alergénico, para determinar el grado de hidrolisis, se caracterizó la maca micro pulverizada, un polvo libre de grumos, color marrón claro, textura suave, 100%
maca amarilla orgánica, humedad 8,52%, acidez 1,28% y contenido proteico 10,57%, después de la caracterización la maca amarilla micro pulverizada se realizó el proceso de purificación para la extracción del concentrado y aislado de la proteína de la maca por el método (acida y alcalina), obteniendo un contenido de proteína de 11,60%, a este muestra de proteína aislada se realizó la hidrólisis enzimática con proteasa flavourzyme (aspergillus oryzae), obteniendo el
15
hidrolizado de la proteína de la maca amarilla, en el presente trabajo de investigación se exploró las variables de temperatura, tiempo, pH y E/S, de qué manera influye en el porcentaje de grado de hidrolisis. Razón por la cual se plantea” los siguientes objetivos en esta investigación:
1. Objetivo general
Evaluar y optimizar la concentración de enzima/sustrato, tiempo, pH y temperatura en el proceso de hidrolisis de la proteína de maca ecotipo amarillo (Lepidium meyenii Walpers).
2. Objetivos específicos
Obtener y caracterizar maca micro pulverizada ecotipo amarillo (lepidium meyenii walpers).
Descripción física (aspecto, color, olor y textura)
Proceso de molienda (granulometría)
Composición Fisicoquimico (proteína, humedad, ceniza, grasa, fibra, carbohidratos, acidez y pH).
Obtener un aislado de proteína a partir maca micro pulveriza ecotipo amarillo (lepidium meyenii walpers).
Composición fisicoquimica (proteína y pH).
Determinar los parámetros óptimos de la hidrolisis de proteínas de maca ecotipo amarillo (lepidium meyenii walpers)
Por efecto de la temperatura, tiempo, pH y E/S.
16 CAPITULO I MARCO TEORICO 1.1. Marco referencial
Con respecto al marco referencial de la investigación se revisó información nacional e internacional, lo que se resume y se detalla a continuación:
López, Arámbula, Torruco, Contreras, Hernández, M. López y Herrera (2018), en la investigación sobre la “Actividad antioxidante de la fracción proteica de chia (Salvia biespanica L.) hidrolizada con alcalasa y flavourzyme”. La reacción del proceso de hidrolisis se realizó en situaciones de control de pH, tiempo y temperatura para las enzimas Alcalasa (ALC) y Flavourzyma (FLA), separadas y en sistemas secuenciales. Con respecto al grado de hidrolisis (GH) se determinó de acuerdo a los grupos amino libres (OPA). El grado de hidrolisis depende del tiempo de reacción y de las condiciones de las enzimas. FLA el más eficiente en la escisión de los enlaces peptídicos (25.44%, 30 minutos) que ALC (19.88%, 150 minutos). La cantidad antioxidante con la FLA fue menor que con la ALC. La incorporación de hidrolizados proteicos de chia incrementaron el potencial antioxidante de la matriz alimenticia, podría favorecer el desarrollo de un alimento funcional y contribuir a la valorización de subproductos derivados de la agroindustria.
Ochoa (2017), trabajo de investigación: “Hidrolisis enzimática en una y dos etapas de la proteína de cañihua (Chenopodium pallidicaule Aellen) para obtener péptidos bioactivos”. Este trabajo de investigación se realizó a partir de un concentrado de 79,38% de proteína de cañihua, con un proceso de hidrolizado enzimatico, para lo cual se utilizó enzimas de uso alimenticio como alcalasa y neutrasa ambas (endoproteasas), la enzima flavourzyme que es un complejo (proteasa y peptidasa), estos procesos se realizaron en 2 etapas, en la primera etapa a los 240 minutos con la reacción de la enzima alcalasa se obtuvo 42,82% de grado de hidrolisis y con la enzima neutrasa se obtuvo 35,96% de grado de hidrolisis, para la segunda etapa se mezcló alcalaza/flavourzyme
17
obteniendo 46,76% de grado de hidrolisis y mescla alcalasa/neutrasa, obteniendo 60,28% de grado de hidrolisis obteniendo mayor porcentaje en la segunda etapa con la mescla de 2 proteasas o enzimas.
Acosta, Benítez, Lenis, Hoyos (2015), en el presente trabajo de investigación: “optimización del hidrolisis enzimático de las proteínas presentes en semillas de Guandul (Cajanus Cajan)”. El contenido proteico de la semilla de Guandul es de 22,6% después de realizado un análisis químico próxima, para poder establecer los parámetros óptimos en proceso de hidrolisis se controló el tiempo, ph, temperatura y concentración de E/S, para obtención de tratamiento para su proceso se utilizó el método de superficie de respuesta, se utilizó la enzima o proteasa la Neutrasa de uso alimenticio, obteniendo como resultado y los parámetros óptimos a controlar en el proceso de hidrolisis de la semilla de Guandul es un pH de 7.2, temperatura de 53°C, con un tiempo de 137 minutos y una concentración de E/S de 1.5%, obteniendo un 10% de grado de hidrolisis, donde el producto hidrolizado sea más digestible esto con fines de investigación para la alimentación y su comercialización.
Quispe y Rojas (2013), en el presente trabajo de investigación: “Torta desengrasada de sacha inche, sub producto o residuos del prensado en la obtención aceite de semilla de sacha inche”. La cual se aplicó el proceso de hidrolisis enzimática, el concentrado proteico es 65% y pasado el proceso de aísla proteico se obtuvo 76,90%, se obteniendo una relación de dosis de concentración de E/S de 0,63%, a un pH óptimo de 7 neutro se logra obtener un mayor grado de hidrolisis de 57,19%, factores que optimizan los parámetros de hidrolisis de la proteína, obteniendo una cinética enzimática (Vmax= – 0,1806 g/mL.h), dando un valor agregado a los residuos o desechos de la industria de extracción de aceite de sacha inche.
Munive (2009), en el trabajo de investigación: “Elaboración de un suplemento alimenticio en polvo para consumo humano a partir de una mezcla de hidrolizado de soya y almidón de maíz”. La proteína aislada de la soya se obtuvo con una dilución de 1:5 de P/V, procedimientos de extracción alcalina y acida con un balance de 4.5 de pH para alcanzar el punto isoeléctrico obteniendo un porcentaje de rendimiento en peso de 28,87%, recuperando 45,36% de proteína, teniendo al final 82,96% de proteína aislada de soya, formando parte importante para el procedimiento de hidrolisis de la proteína, el
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concentrado de proteína aislada es sometido a factores de temperatura, tiempo, pH y concentraciones de E/S, se uso proteasas de uso alimentico como la papaína (endopeptidasa) y la flavourzyme (exopeptidasa), obteniendo los parámetros óptimos en el proceso de hidrolisis de la proteína de soya, combinando las 2 enzimas o proteasa, con pH de 7 neutro, temperatura de 50°C, tiempo de 60 minutos, controlados estos factores se obtiene un grado de hidrolisis de 47,74%.
Benítez, Ibarz, Pagan (2008), en el presente trabajo de investigación:
“hidrolisis enzimática de proteínas hasta péptidos o aminoácidos, por acción de enzimas proteolíticas”. Los componentes de un producto hidrolizado dependerán de la procedencia proteolítica y el uso de diferentes tipos de enzimas o proteasa y el control de los factores de temperatura, tiempo, pH y E/S, en las condiciones del proceso de hidrolisis de la proteína, para poder alcanzar un grado de hidrolisis optimo en la reacción. Estas proteínas hidrolizadas contienen propiedades nutricionales y funcionales de acuerdo a su procedencia, estos productos llamados alimentos tecnología ya que estos productos tienen mayor solubilidad, poder emulsificante y capacidad espumante, esta investigación, muestra las técnicas que se pueden emplear en un proceso de hidrolisis utilizando diversos tipos de proteasas y el uso de métodos diferentes en el control de estos procesos y sus aplicaciones.
Juárez (2004), en el presente trabajo de investigación: “Enriquecimiento en componentes asimilables del polvo seco de maca mediante hidrolisis por enzimas purificadas”. se trabajó en esta investigación con 5 sistemas de pruebas, basados a la hidrolisis de los carbohidratos de la maca y la concentración de azucares reductores, después del proceso de hidrolisis se obtuvo 77 a 90% de azucares mediante la adición de la enzima como la amilasa, celulosa, en el caso de las proteínas se utilizó la encima de grado alimentico Neutrasa una peptidasa, para el caso de hidrolisis de la proteína, donde se alcanzó una concentración proteica de 20 a 33% y de esta manera con los resultados se identificó 13 aminoácidos identificados por cromatografía en capa fina bidimensional. Obteniendo resultados analíticos en 5 sistemas de ensayo nos muestra que la concentración de azucares reductores, producto del desdoblamiento de los carbohidratos alcanza concentraciones entre 77 a 90 g
%, en los sub productos de la hidrolisis. Las concentraciones en proteínas se
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obtuvo valores entre 20 a 33 g %; estas por acción de la proteasa, que han permitido identificar 13 aminoácidos por cromatografía en capa fina bidimensional.
Guadix, E. Guadix, Páez, González y Camacho (2000), en el presente trabajo de investigación: “Proceso tecnológico y métodos de control en la hidrolisis de proteínas”. Las proteínas hidrolizadas en la tecnología alimentaria es muy importante, por tener propiedades nutricionales y funcionales que son más asimilables por la solubilidad, el poder emulsificante y su capacidad espumante, por esta razón se muestra en esta investigación sobre los métodos de hidrolisis utilizados, como muestra de sustrato se utiliza hemoglobina desnaturalizada, para el proceso de hidrolisis y la metodología para hallar el grado de hidrolisis y cuantificación de aminoácidos por diferentes técnicas y distribución de peso molecular.
1.2. Bases teóricas y conceptuales 1.2.1. Maca (Lepidium meyenii Walpers)
La maca “es una especie originaria del Perú, de origen altoandino, pero su cultivo, al igual que otras plantas, estuvo en peligro en la época de la conquista de España, tanto que fue declarada en 1980, por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación – FAO, como una especie en peligro de extinción. (Inade/Prlt/Piwandes y F.A.O, 2000).
La maca es una planta herbácea, anual, por modificación esta raíz de los andes es tuberosa, por el englobamiento de la raíz llamada hipocótilo, no se le caracteriza como unos tubérculos, porque es una raíz modificada, los resultados de muchas investigaciones sobre las cualidades nutritivas, han incrementado el interés por esta raíz andina y se le considera actualmente” como la “Reina de los cultivos andinos” (Chacón 2001).
La maca es un producto que se cultiva en la sierra peruana desde tiempos muy antiguos como en incanato, este cultivo prospera a altitudes desde 3600 a 4500 msnm, un cultivo que prospera y resiste granizadas, heladas y sequias, en la actualidad esto cultivo se encuentra en grandes extensiones en la zona de Junín y pasco, a los alrededores del lago chinchaicocha. (Obregón, 1997).
a) Ecotipos de la Maca (Lepidium meyenii Walpers)
Según varios autores describen o clasifican deferentes ecotipos o colores de la maca, estos son caracterizados en su estado fresco donde se puede
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clasificar más de 40 ecotipos teniendo en cuenta el color externo del hipocótilo, por lo general lo clasificamos en colores primarios amarillo, blanco, rojo y negro, a partir de estos colores existen sub categorías que también han sido observadas en trabajos de investigación en campo en los departamentos de Junín y Pasco (Beltran, 1997).
Los ecotipos o colores de la maca son en si la pigmentación de parte exterior de la raíz donde se menciona que son antocianinicos que se manifiestan en la parte externa del hipocótilo. (Garay, 1992);
Chacón (2001), describe que la diversificación de ecotipos o colores se debe a las características de nutrientes que tiene el suelo donde se cultiva maca, ocasionado por los minerales que compones estos suelos y el cultivo en su proceso de desarrollo absorben para así formar parte de la pigmentación de diferentes colores o ecotipos “seleccionados o encontrados.
Tabla 1
Ecotipos de maca en estado fresco.
Colores del hipocótilo Producción %
Amarillo 47
Rojo–blanco 16,5
Morado–blanco 9
Blanco–rojo 6,3
Plomo 5,4
Negro 4,2
Rojo–amarillo 3,7
Blanco 2,2
Blanco–morado 1,6
Amarillo–rojo 1,3
Plomo–claro 1,3
Morado–plomo 0,7
Amarillo–plomo claro 0,5
Nota: Tabla” tomada de “determinación del efecto antioxidante in vitro del Lepidium peruvianum Chacon (maca)”. [Juan G, 2003, p. 26].
Figura 1
Ecotipos de maca en la producción.
21
Figura 2
Ecotipos de maca en estado seco.
En estado seco se puede clasificar en tres ecotipos de maca donde corresponde al color negro, rojo y amarillo, es como se comercializa llamado maca mixta, y de acuerdo al pedido de los clientes se clasifica por ecotipos para su proceso en estado seco.
a) Características nutricionales de la Maca (Lepidium meyenii Walpers) La maca destaca por su dosis especial de albúmina (la proteína que compone el suero), considerando que la maca es la única planta con la misma cantidad de “proteínas y aminoácidos que la carne, estimula el metabolismo, mejora la memoria, antidepresivo Sensible y muy eficaz en la lucha contra la anemia, la maca se utiliza para combatir el raquitismo y la osteomalacia por el porcentaje de calcio y fósforo que posee. (inade/prlt/piwandes y FAO, 2000).”
El Instituto Peruano de Nutrición (1999), estableció la composición nutricional (Cuadro 2) de la maca y la comparó con otros cultivos al observar superioridad en contenido de proteína, calcio, fósforo y hierro en comparación con otros cultivos zanahoria, rábano, repollo y rábano.
Tabla 2
Composición nutricional contenida en 100 g de la parte comestible de maca fresca y otros cultivos.
Maca Zanahoria Rábano Col nabo
Agua 72,1 89,0 95,1 92,4 94,7
Calorías 104, 0 41,0 14,0 24,0 16,0
Proteínas 7,9 0,6 0,8 1,5 0,6
Carbohidratos 21, 9 9,2 2,9 4,9 3,6
Calcio, mg 72, 0 33,0 36,0 70,0 34,0
Fósforo, mg 53, 0 16, 0 29,0 69,0 34,0
Fierro, mg 4,3 0,5 1,0 0,4 0,1
Ac. Ascòrbico, mg 0,8 17,4 18,6 48,5 21,1
Nota: Tabla tomada de “Caracterización por peso molecular de proteínas solubles de maca, harina cruda, pre cocida, y cápsula mediante electroforesis sds–page” [Valentin, 2009, p. 05].
La maca “es un alimento de gran importancia, porque contiene muchos
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elementos que esenciales para el buen desarrollo del organismo: micro elementos (calcio, hierro y fosforo), proteína, carbohidratos y aminoácidos esenciales; por eso es considerado, aparte de ser un gran alimento como un reconstituyente natural (inade/prlt/piwandes y FAO, 2000).
Tabla 3
Aminoácidos de la maca
AMINOACIDOS Mg concentrados /g. de proteínas
Ac. Glutámico 156.5
Arginina 99.4
Ac. Aspártico 91.7
Leusina 91.0
Valina 79.3
Glicina 68.3
Alanina 63.1
Fenilalanina 55.3
Lisina 54.5
Serina 50.4
Isoleucina 47.4
Treonina 33.1
Tirosina 30,6
Metionina 28,0
HO–Prolina 26,0
Histidina 21.9
Sarcosina 0.7
Prolina 0.5
Sarcosina 0.7
Citenina No determinado
Triptofano No deteminado
Nota: Tabla tomada” de “Efecto de los Porcentajes de Maiz (Zea mays) maca (Lipidium meyenis) arandano (Vaccinium myrtillus) en la aceptabilidad de un suplemento alimentico instantáneo”. [Vásquez y Vega, 2019, p. 39].
Existen pocos estudios sobre el contenido de aminoácidos de la maca, en investigaciones y estudios realizados indican que la maca contiene cantidades aceptables (fenilalanina, leucina, valina, isoleucina y serina). Un estudio más completo fue desarrollado por Dini (1994).
b) Características y composición química de la maca
Composición química y su valor nutritivo: La composición “química de la maca varía en mínimos porcentajes de acuerdo a las características de minerales del suelo y de su entorno del cultivo, de acuerdo preparación y manejo de suelo por el agricultor, así como en suelos no alterados por aplicación de productos químicos (fertilizantes) la calidad de la maca será optimo ya que las
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raíces absorberán macro y micro nutrientes, existentes en el suelo del entorno del cultivo (Chacón 2001).
Tabla 4
Análisis químico proximal de tres ecotipos de maca en 100 g.
Determinación de análisis proximal
Maca amarilla
%
Maca rojo
%
Maca negro
% Humedad
Proteínas totales Grasas
Carbohidratos Ceniza
Fibra
9,71 11,99
0,82 62,69
3,49 5,30
10,14 11,22 0,91 5,45 3,68 5,45
10,47 10,31 0,82 63,82
3,63 4,95 Nota: Tabla tomada” de “Efecto de los Porcentajes de Maiz (Zea mays) maca (Lipidium meyenis) arandano (Vaccinium myrtillus) en la aceptabilidad de un suplemento alimentico instantáneo”. [Vásquez y Vega, 2019, p. 37].
Según Obregón (1998), destaca “que el trabajo de investigación realizando “Estudio químico y fitoquimico comparativo de tres ecotipos de Lepidium meyenii Walp (maca) procedente de Carhuamayo (Junín)” obtuvo los resultados que se aprecian en la tabla 5.
Las raíces cocidas de la maca contienen gran cantidad de proteínas y aminoácidos esenciales; las raíces frescas tienen altas cantidades de hierro y yodo, en la tabla 5 se muestra el valor nutritivo de la maca seca y harina de maca (Obregón,1998).
Tabla 5
Valor nutritivo en 100 gramos de harina micro pulverizada de maca
Determinación Maca seca 1/ Harina 2/
Humedad 15,30 g 9-12 g
Proteínas 11,80 g 9-13 g
Grasas 1,60 g 0,6-0,9 g
Carbohidratos 66,40 g 65-75 g
Fibras 4-8 g
Cenizas 5.0 g 3-6 g
Nota: Tabla tomada” de “Caracterización por peso molecular de proteínas solubles de maca, harina cruda, pre cocida, y cápsula mediante electroforesis sds–page” [Valentín, 2009, p. 06], fuente de información: 1/Collazos y et al (1996), 2/Obregón (1998)
Actualmente, “se tiene resultados de muchas investigaciones, sobre las excelentes cualidades nutritivas de la maca, han incrementado el interés por el surgimiento de esta raíz andina, puesto que es un importante reconstituyente y por su composición de nutricional: proteínas, vitaminas y minerales es el producto idóneo para combatir una serie de malestares que el organismo presenta en sus diversas etapas de crecimiento como también para conservar
24 muchos años de vida (Solís, 1997).
La raíz de la maca es una excelente fuente de vitaminas y minerales 100%
natural. Los estudios nutricionales realizados a la maca indican que contiene:
proteínas, aminoácidos esenciales, carbohidratos, fibras; vitaminas: (B1, B2, B6, B12, ácido ascórbico, caroteno); minerales: hierro, calcio, fósforo, potasio, sodio.
La composición química elemental aproximada del cuerpo humano es similar a la composición química de la maca, por lo que puede ser considerada una planta
"adaptogénica" por sus efectos selectivos según las necesidades del organismo (Quirós, 1999). En la tabla 6 muestra el valor nutritivo de las Cápsulas micropulverizadas” de maca de la empresa “Selva Natural”.
Tabla 6
Análisis químico de harina micro pulverizada de maca.
Determinación Porcentaje (%)
Proteínas 11 a 13
Carbohidratos 70 a 75
Fibra 21
Grasa 0,7 a 1.5
Humedad <6
Minerales
Calcio 366 mg
Fósforo 350 mg
Magnesio 93, 60 mg
Hierro 16 mg
Zinc 2, 30 mg
Azufre 309 mg
Nota: Tabla tomada de “Caracterización por peso molecular de proteínas solubles de maca, harina cruda, pre cocida, y cápsula mediante electroforesis sds–page” [Valentín, 2009, p. 07], fuente de información: laboratorio M&G Vida Natural E.I.R.L. 2009.
c) Propiedades funcionales y usos de la Maca (Lepidium meyenii Walpers)
Tabla 7
Propiedades funcionales y usos de la Maca
El consumo de maca a nivel. Propiedades funcionales Físico Antifatiga, incrementa la resistencia
física, los reflejos y mejora el estado de ánimo.
Mental Mejora la concentración, la memoria, es antidepresivo y mejora la percepción y la concentración.
Hormonal Combate la impotencia masculina,
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aumenta del vigor, es u regulador hormonal en la etapa de menopausia y es un regulador menstrual.
Nutricional Estimula el sistema inmunológico y también combate la anemia.
Nota: información tomada “Caracterización por peso molecular de proteínas solubles de maca, harina cruda, pre cocida, y cápsula mediante electroforesis sds–page” [Valentín, 2009, p. 08], fuente de información: (Jeri, 1995).
1.2.2. Hidrolizados de Proteína
Los procedimientos de hidrolisis de la proteína es el rompimiento de los enlaces peptídicos, el producto resultante se conoce como proteína hidrolizada.
Estos “son encontrados en forma de polipéptidos pequeños o también en aminoácidos. Estos procesos dependen de la metodología de hidrolisis utilizada y del grado de hidrolisis que se puede alcanzar. (Mahmoud et al., 1992).
Basados de resultados de diversos investigadores, el proceso de hidrolisis enzimático, da lugar a cambios viables en las propiedades funcionales de la proteína, se puede utilizar en alimentos líquidos, sin provocar cambios en el valor nutricional. (Childs, 1975).
a) Tipo de hidrolisis usados en la industria Hidrolisis química:
Hidrólisis Acida
Este proceso se lleva a cabo total o parcialmente, produciendo o utilizando ácidos fuertes concentrados o diluidos (H2SO4), que oscilan entre 4N y 6 N. Este tipo de hidrólisis tiene el inconveniente de degradar el triptófano. (Fennema, 1982)
Hidrólisis Alcalina
En este proceso, la proteína se trata con bases fuertes de NaOH o Ba(OH) 2 en concentraciones que van de 0,1 N a 6 N y se tiene la ventaja de no descomponer el triptófano, pero sí descompone algunos aminoácidos. Esta metodología se utilizó para determinar el porcentaje (%) de triptófano.” (Fennema, 1982)
Hidrolisis enzimática:
Los métodos de hidrólisis dirigida a nutrientes son una opción o se prefieren a los métodos enzimáticos, realizados en condiciones controladas de pH, temperatura y tiempo, según el tipo de enzima utilizada, garantizan una alta
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cantidad de aminoácidos puros; Este método tiene muchas ventajas sobre otros métodos físicos y químicos, en la rapidez de la reacción, la especificidad de las enzimas y la mayor eficiencia de los procesos y la producción de productos con diferentes propiedades funcionales. (Clemente, 1997)
b) Factores que afectan la hidrolisis de proteína Naturaleza Química Las “enzimas están compuestas por una estructura primaria determinada por la secuencia de la secuencia de aminoácidos adjunta. También muestra una estructura secundaria que se forma cuando la cadena de aminoácidos se retuerce en una configuración tridimensional que se mantiene unida por enlaces de hidrógeno entre aminoácidos y enlaces azufre–azufre (disulfuro), que son comunes para algunos aminoácidos. Muchas proteínas también tienen una estructura terciaria, en la que las proteínas se pliegan y se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno. Esta estructura terciaria a menudo se altera fácilmente por el calor o los productos químicos, lo que provoca la desnaturalización o inactivación de las enzimas.” (Rittmann, 2001).
Las enzimas “son moléculas de proteína con pesos moleculares que van de 10 000 a 1 millón y que tienen cadena larga, además muchas enzimas son proteínas combinadas a una molécula orgánica de bajo peso molecular conocida como coenzima. (Pelczar,1981)
Las enzimas hidrolíticas también pueden ser extracelulares o exoenzimas y actúan fuera de la pared celular para descomponer moléculas grandes y transportar moléculas pequeñas a través de la pared celular. También pueden ser intracelulares o endoenzimas, actuando en el interior de las células. Algunas enzimas están débilmente unidas a la pared celular y pueden actuar como exoenzimas o endoenzimas, según el sitio de las reacciones en las que participen (Rittmann, 2001).
Propiedades de como las enzimas también son proteínas o proteínas combinadas con otros grupos químicos, tienen las mismas propiedades y características de las proteínas; se desnaturalizan por acción del calor, precipitan con el etanol o concentraciones elevadas de sales inorgánicas como el sulfato de amonio, y no dializan a través de membranas semipermeables.” (Pelczar ,1981).
Los “atributos que más sobresalen de las enzimas son la especificidad de actuación y el enorme poder catalítico (Lehninger, 1979).
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La especificidad en una propiedad más sorprendente de las moléculas enzimáticas, los catalizadores inorgánicos, contienen estas propiedades, las enzimas son demasiadamente selectivas en sus características de sus cualidades de selectividad (Neilands y Stumpf, 1967).
La molécula de sustrato se une a un sito especifico de la superficie de la enzima, a esto se le denominamos sitio activo, donde es en este lugar donde se catalizan. La estructura tridimensional de este sitio activo, solo puede ingresar un determinado sustrato “ni siquiera sus isómeros”, es lo que determina la especificidad de la enzima. El acoplamiento o unión es lo que” (E. Fisher, 1988).
Enuncia: “el sustrato se adapta al centro activo o catalítico de una enzima como una llave a una cerradura”.
Pasos o secuencias que ocurren durante el proceso de acción de la enzima:
El sustrato se acopla o se une a la enzima.
Se manifiesta con reacciones que llegan alterar químicamente que incluye el rompimiento de los enlaces y formación de otros.
Las enzimas se liberan el producto de la reacción.
De acuerdo a las eficiencias catalíticas, (Fennema ,1982). Describe “que esta es muy alta, en consecuencia, una molécula de una enzima es capaz de trasformar o modificar de 10000 a 1 millón de moléculas de sustrato/minuto.
Efecto del pH
El pH es un indicador muy importante que afecta y cambia la composición de una proteína, altera su estructura terciaria e induce un cambio en la actividad enzimática.
Casi todas las enzimas exhiben actividad catalítica de acuerdo al valor óptimo de pH, cada enzima tiene parámetros óptimos entre y 8 pH, la actividad por encima o por debajo del óptimo es desfavorable.
Un cambio en el pH puede destruir específica o completamente una enzima. Específicamente, un nivel de pH superior al óptimo inactiva las enzimas, ya que la proteína se desnaturaliza (Hicks, 2001; Lehninger, 1970).
Para poder determinar los efectos del pH de la actividad enzimática se realiza un ensayo con condiciones de saturación, como se puede mostrar en la figura” número 3.
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Figura 3
Efectos del pH en la actividad enzimática [Hicker,2001; Lehninger, 1970].
Efecto de la temperatura
Con la acción de “la temperatura aumenta la velocidad de reacción enzimática, la enzima es estable dentro del intervalo optimo y cumple su función de su capacidad catalítica, si se sube la temperatura por encima de lo óptimo de estos intervalos, se modifica la capacidad enzimática modificándose de esta manera se inactiva la enzima y pasa a un proceso de desnaturalización, perdiendo la estructura terciaria.
Casi todas las enzimas tienen un rango de temperatura óptimo de 30 a 50
°C, para inactivarse la mayoría de las enzimas necesitan superar los 75 °C de temperatura, debido a que también hay enzimas que también son resistentes al calor, también más estables que” la papaína, “en comparación con las proteasas microbianas. Las reacciones enzimáticas dependen del tiempo en relación con la temperatura apropiada u óptima (Hicks, 2001).
Figura 4
Efecto de la temperatura en la actividad enzimática [Patnaik Pratap, R. Temperatura optima of enzymes,2002]
29 Efecto del tiempo
El del tiempo presenta un comportamiento exponencial, con respecto a la concentración del producto, donde se presentamos 3 fases, la primera fase es la adaptación de la enzima al sustrato en un tiempo determinado corto, la segunda fase de desarrollo o crecimiento, cuando la velocidad de su reacción llega al máximo y la tercera fase estacionaria donde existe una estabilidad no existiendo incremento en la concentración, esto debido a que el sustrato es escaso quedando producto final.” (Hicks, 2001).
Figura 5
Representación gráfica del curso de una reacción [Eisenthal R. Danson, Enzyme Assays:
Oxford University Press, 2000].
a) Tecnología de hidrolisis de proteínas
La tecnología se basa a la modificación que pasan las proteínas de su estado natural, por intermedio de la hidrolisis enzimática, que modifica las propiedades funcionales y de esta manera se obtiene alimentos con características nutricionales, por acción de la hidrolisis la solubilidad es mucho mayor. (Cheftel et al., 1989). En la industria alimentaria, los productos de hidrólisis son importantes y su aplicación en el procesamiento de muchos productos y su potencial de transformación, tales como productos cárnicos, productos de panadería, bebidas nutritivas, productos en polvo y sopas, con la hidrólisis, el alimento aporta la mayor parte de su proteína. . , gracias a este proceso es posible producir fórmulas infantiles, que tienen mejores características en sabor, olor, color y no contienen los carbohidratos gaseosos
30
que se encuentran en el polvo (Novozymes, 1999). También existen otras fórmulas fabricadas especialmente para el consumo de la alimentación geriátrica, hospitalaria, postoperatoria y de personas con problemas gastrointestinales (Schmidl et al., 1994).
b) Uso de proteínas hidrolizadas
La proteína hidrolizada tiene usos muy importantes en la industria de los alimentos, esto debido a que las proteínas orinales poseer inadecuadas características en su consumo directo, ya que no tienen propiedades apropiadas para su consumo, como caracteres alergénicos por su composición natural, estas características dependerán del grado de hidrolisis (Mahmoud et al., 1992).
1.2.3. Enzimas usadas en la hidrolisis de Proteínas a) Enzimas
Las enzimas “son catalizadores coloidales, por su composición son solubles en agua, estos son formados dentro de células vivas que puedes se de animales o vegetales, que tienen la capacidad de actuar al exterior de las células y sin contacto de alguna de ellas (Bravermen, 1967).
Las enzimas que actúan como biocatalizadores son complejos altamente específicos y altamente eficientes producidos por las células de los organismos vivos que aceleran las reacciones biológicas a través de vías definidas y su actividad está sujeta a regulación (Schmidt, 1982). En esencia, las enzimas son catalizadores orgánicos producidos por microorganismos y utilizados para acelerar las reacciones de productos energéticos y la formación de células, formando el grupo más grande e importante de moléculas de proteínas en el interior de las células como se puede mostrar en la figura 06. (Rittmann, 2001)
Debido a su naturaleza de la proteína, las enzimas son afectadas a sus mismos factores igual que a la proteína como: solventes, temperatura, sales, pH y otros componentes, que modifican la estructura química provocando una pérdida de la actividad catalítica.” (Novozymes, 1999; Belitz y Grosch, 1992).
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Figura 6
Estructura de una enzima [Sanchez, S. y Demain, A.L. “Enzyme and Microbial Technology”, 2002]
b) Clasificación de las enzimas Enzimas proteolíticas
Proteínas o enzimas proteolíticas que son catalizadores que rompen los enlaces peptídicos y contiene su propia especificidad, es decir actúan específicamente en determinadas uniones o enlaces peptídicos.
Proteínas o enzimas proteolíticas que son catalizadores que rompen los enlaces peptídicos y poseen su propia especificidad, es decir, atacan específicamente un determinadas uniones o enlaces peptídicos.
se mencionan dos tipos de proteasas: “las endopeptidasas atacan los enlaces peptídicos internos de las proteínas y descomponen a las proteínas en fragmentos peptídicos más pequeños, tienen una especificidad hacia los aminoácidos hidrofóbicos; y las exopeptidasas rompen los enlaces externos catalizando la eliminación de residuos aminoacídicos desde los extremos N o C terminales, denominadas aminopeptidasas y carboxipeptidasas respectivamente, dando como resultado aminoácidos individuales.” (Lehninger, 1970; Novozymes, 1999). En la figura 7, se muestra un esquema.
32
Figura 7
Hidrólisis de proteínas con endo y exoproteasas “Clasificación Internacional de Enzimas”
[Lehninger, 1993]
Las enzimas utilizadas para la hidrólisis de proteínas son de diferentes fuentes así la papaína, ficina y bromelina son extraídas de plantas; la pepsina, renina, tripsina y quimotripsina son obtenidas de tejidos animales y finalmente, las enzimas de origen microbiano aisladas a partir de hongos o bacterias (Cheftel et al., 1989).
Las proteasas Comerciales
En la actualidad se tiene disponibilidad comercial muchas enzimas o proteasa de uso alimentario se muestra en la tabla 8. Las “proteasas pueden ser clasificadas de acuerdo a su origen (vegetal, animal, fúngico o bacteriano), de acuerdo a su acción catalizadora (endo o exo de acuerdo a su actividad). La acción de la endoproteasa hidroliza enlaces amídicos dentro de la cadena de las proteínas. La exoproteasa, a lo contrario, realiza acción de eliminación de aminoácidos terminales de la proteína o péptidos. Según la naturaleza centro catalítico de la proteasa esto difiere de acuerdo con los aminoácidos y otros aminoácidos ligados que intervienen en la formación de complejos enzimáticos del sustrato.”
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Tabla 8
Algunas de las proteasas disponibles comercialmente en grado alimenticio.
Tipo de Proteasa Nombre Fuente Tempi
’C)
Rango De pH
Sitio de acción catalitico Serinproteasa
Animal Tripsina Porcino, bovino 30-60 7.0-9.0 •Lis (o Arg)—
Quimotripsina 45-55 8.0-9.0 *Trp (oTir.Fe)
Elastasa 6.0-8.0 •Ala-
Bacteriana Substilisin. Carlsberg Bacillus Licheniformis 50-60 6.0-10.0 •AAhf- Alcalasa
Subst. BPN Bacillus 40-55 6.0-10.0
Substilisin Novo amyloliquefaciens Cisteinproteasas
Plantas Papaína Papaya 40-75 5.0-8.0 *Fe(oVal,Leu)
Bromelaina Pina 20-65 5.0-8.0 AAhf-
Ficina Látex de Ficus 5.0-8.0
Aspartato proteasas
Animal Pepsina Porcino, bovino 1.0
4.0 Fe(o Tir ,Leu )
*- Trp
Quimosina Becerro 4.0-6.0 (o Fe, Tir )
Fúngica Aspergilopeptidasa A
Aspergillus saito/ 35-50 2.0-5.0 Glu, Asp, Leu
Newlasa Rhizopus sp 40-50 3.0-6.0 Similar a la
peptidasa Métalo proteasas
Animal Carboxipeptidasa A Páncreas 7.0-8.0 "Carbonilo del
AA Terminal del péptido Excepto Pro, Arg,Lis
Bacteriana Neutrasa Bacillus
amyloliquefaciens 40-55 6.0-7.5 -Fe Leu ,Val *-- Termolisina B. thermoproteolyticus 7.0-9.0 lie Leu Val Preparaciones
enzimáticas Mezcla de Papaína, quimopapaina y lisozima .Mezcla de tripsina,
quimiotripsina, elastasa y Carboxipeptidasa.
Papaína cruda Fruto de la papaya 5.0-9.0 Muy amplia
especificad Pancreatina Páncreas (bovino) 30-80 7.0-9.0 Muy amplia especificad Veron P. Sumicina LP,
Biocína A
Aspergillus oryzae 40-55 4.0-8.0 Muy amplia especificad
Pronasa Streptomyces Griseus 7.0-9.0 Muy amplia
especificad Nota: tabla tomada de “Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana” [Universidad de Lleida – España, 2008].
Flavourzyme (proteasa microbiana)
Flavourzyme, “originada por Aspergillus oryzae es un complejo enzimático consistente de varias endoproteasas y exoproteasas, con especificidad de ambos tipos, amino y carboxipeptidasa. El pH óptimo del complejo enzimático está en el rango de 5,0–7,0 y la temperatura óptima está alrededor de 50°C.” (Novozymes, 1999).
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Las enzimas en los hidrolizados de proteínas
Es el estándar o parámetro que es utilizado para el control de los procesos de hidrolisis y también se utiliza como un indicador en los estudios de caracterización nutricional y funcional de hidrolizados proteicos. El grado “de hidrolisis en su proporción nos ayuda a medir el alcance del desdoblamiento hidrolítico de las proteínas y podemos definirlo como la cadena ramificada de enlaces peptídicos que se ha hidrolizado con respecto al número de cadenas o enlaces peptídicos hidrolizables. Se muestra como la especificidad enzimática, las características físicas y químicas del sustrato y los estándares de hidrolisis empleados, donde se encuentra la concentración de sustrato, concentración de encimas, temperatura y pH.
El grado de hidrolisis se clasifica de acuerdo a dos grupos: hidrolizados extensivos (GH>10%) y parciales (GH<10%). Y cada uno de estos presentan propiedades muy específicas que influyen su utilización.”
Los hidrolizados “parciales, se caracterizan por poseer pequeñas fracciones de aminoácidos libres y de pequeños péptidos, un amplio espectro de péptidos de tamaño medio y una gran cantidad de material de alto peso molecular, no tienen hipoalergenicidad. Debido a su baja viscosidad y sabor relativamente aceptable, se los usa como fuente de nitrógeno en productos nutricionales especiales para adultos o como suplementos; muestran un aumento en la solubilidad, capacidad espumante y emulsionante de las proteínas.” (Kinsella, 1976).
En los hidrolizados extensivos “estas propiedades disminuyen, los productos obtenidos están compuestos en forma mayoritaria por aminoácidos libres o péptidos pequeños (di y tripéptidos) de bajo peso molecular, como se muestran los datos en la Tabla 9. Presentan reducida alergenicidad por lo que son usados principalmente en fórmulas infantiles hipoalérgicas.” (Fox et al., 1982).
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Tabla 9
Perfil del peso molecular de diferentes proteínas hidrolizadas Hidrolizado
parcial Hidrolizado
extensivo Peso molecular de la fracción
(Daltons)
GH < 10% GH > 10%
% de cada fracción
< 500 3,8 90,2
500 - 1000 1,1 5,5
1000 - 2000 1,8 2,9
2000 - 3000 3,7 1,4
> 5000 89,7 0,0
Nota: Tabla tomada de “Elaboración de un suplemento alimenticio en polvo para consumo humano a partir de una mescla de hidrolizado de soya y almidón de maíz” [Munive, 2009, p.
24].
La determinación “del grado de hidrólisis se puede realizar mediante diversos métodos de análisis: la solubilidad en ácido tricloroacético, determinación del nitrógeno amino (NA) mediante valoración con formol, el método del ácido trinitrobencenosulfónico (TNBS), el método de Balashingam que usa el para–dimetil amino benzaldehído, etc.” (Mahmoud, 1994).
Su estructura de un hidrolizado proteico se basa a su naturaleza de su estructura compuesta por aminoácidos, péptidos y esto en general proteína.
Las propiedades y características de los aminoácidos se basan en su naturaleza como iones radicales de ácido anfótero, y este tiene la capacidad de desarrollar cargas positivas y negativas dependiendo de su pH, lo que determina que 'tiene una propiedad conocida como punto isoeléctrico, donde positivo y las cargas negativas están en equilibrio o en equilibrio la carga neta es cero. Los aminoácidos con un pH por debajo o por debajo del punto isoeléctrico están en forma catiónica y cuando están por encima del punto isoeléctrico están en forma aniónica. (Stryer, 1985; Lehninger, 1970).
Liofilización
Es un “proceso donde se congela un producto y posterior a este proceso se introduce a cámaras de vacío, para proceder a la eliminación de humedad por acción de la sublimación. De esta manera se realiza la eliminación del agua desde su estado sólido al estado líquido. Como se muestra en la figura 6, para acelerar el proceso se utilizan ciclos de congelación y sublimación, para obtener y eliminar toda el agua libre que cualquier producto contiene en su estado inicial, pero aun así conserva la estructura molecular de la sustancia, seca se utiliza principalmente en la industria alimentaria para mantener sus propiedades
