TRABAJO FINAL ENZIMAS MICROBIANAS.

1. INTRODUCCIÓN

Las enzimas son los catalizadores de las reacciones de los sistemas biológicos, cuyas dos principales características son la extrema especificidad y la increíble velocidad de reacción. La producción de enzimas para uso industrial tuvo sus orígenes en Dinamarca y Japón, a finales del siglo XIX, cuando se produjeron las primeras preparaciones de renina a partir del estómago de terneros y de amilasa de origen fúngico. Las enzimas son productos de las células, y por lo tanto pueden obtenerse a partir de tejidos animales, tejidos vegetales o mediante procesos de fermentación empleando microorganismos seleccionados (Ribera, 2007).

En cuanto a las enzimas de origen animal, se han obtenido pocas, por ejemplo lipasa pancreática y tripsina, debido principalmente a la disponibilidad limitada de material adecuado y a la posibilidad de reemplazarlas por enzimas similares derivadas de microorganismos. Debido a que las aplicaciones industriales de las enzimas requieren que éstas sean producidas a gran escala y bajo costo, el empleo de algunas enzimas de origen vegetal y animal ha ido decayendo, a favor de las enzimas de origen microbiano. Los microorganismos han sido la principal fuente de extracción de diversas enzimas (Carrera, 2003).

Las enzimas microbianas son de gran importancia en el desarrollo de bioprocesos industriales. Entre los procesos industriales que aplican enzimas, diversos autores hacen referencia a la industria del almidón y del azúcar, los productos lácteos, las panaderías, jugos de frutas, el procesamiento de carne, la industria cervecera, la de grasas y aceites, pulpa y papel, tratamiento de desechos y empresas de servicios.

Hoy existe la necesidad de enzimas nuevas, mejoradas y más versátiles para desarrollar procesos de producción novedosos, sostenibles y económicamente más competitivos. Se están utilizando la diversidad microbiana y técnicas moleculares modernas para descubrir nuevas enzimas microbianas cuyas propiedades catalíticas pueden mejorarse o modificarse mediante diferentes estrategias. En el presente trabajo se dará a conocer las reacciones, características, el proceso de estas enzimas microbianas,  así como sus distintos usos en la industria de los alimentos y por último la selección de una enzima de origen microbiano (lipasa) para su mayor investigación.

1. IDENTIFICACION DEL PROBLEMA

En los últimos años, la biotecnología ha experimentado grandes avances que se han visto reflejados en muchas de sus aplicaciones industriales, como en la obtención de productos químicos, en la industria alimentaria y farmacéutica. Los procesos catalizados por enzimas microbianas en la industria son cada día más numerosos, ya que presentan una serie de ventajas frente a los catalizadores convencionales no biológicos.

La producción de enzimas alimentarias, es una visión global del problema así como el uso de enzimas microbianas como aditivos es una constante en muchas industrias de alimentos. Se ha tenido la necesidad de transformar y conservar los alimentos para aumentar su tiempo de vida útil, para lo cual se busca soluciones en la investigaciones de enzimas ,para mejorar funcionalidad del producto, mejorar perfil organoléptico, mejorar perfil nutricional, en otros casos también mejorar el producto funcional, listas de ingredientes “limpias”, ingredientes sostenibles/orgánicos y mejora de costes fundamentalmente las enzimas microbianas de mayor interés son las proteasas, con un 59 % del mercado de ventas, seguidas por las carbohidrasas, que constituyen un 28 % del mismo.

Los proyectos de investigación encaminados al estudio de este tipo de actividades enzimáticas presentan el problema de que las enzimas son efectivas en la inactivación de células vegetativas, y también se conoce que induce la inactivación de esporas con su posterior inactivación. Pero también se sabe que existen algunas esporas que sobreviven a las altas presiones, lo que constituye un riesgo durante el almacenamiento de los alimentos procesados por esta tecnología. Para resolver el problema se necesita mayor investigación para explicar la condición fisiológica latente que adoptan algunas esporas cuando se les aplican bajas presiones las únicas soluciones viables son buscar actividades enzimáticas que, por su particular modo de acción, son originales en el sentido de innovación que este término conlleva. Para solventar este problema es necesario disponer lo más importante de los procesos, que es conocer que  características, importancia y aplicación tiene las enzimas producidas por microorganismos.

En resumen, aprovechando las ventajas que ofrece este proceso, hay que continuar la investigación para poder determinar las mejores condiciones de procesado para cada tipo de alimento. Es difícil definir un esquema global de trabajo, ya que éste depende de la enzima objeto de estudio y del alimento en que se va a aplicar.

Evidentemente, todo el trabajo comienza con la elección de la enzima deseada. A partir de ahí será necesario encontrar un microorganismo que lo produzca estudiar las condiciones de crecimiento en las que este microorganismo purificar la enzima para darle solución al tedioso problema que se presentan en los alimentos es que son difíciles de preserva y mejorar las propiedades reológicas y sensoriales de los alimentos.

1. MARCO TEÓRICO

La necesidad de acelerar los procesos con baja velocidad generó la búsqueda de alternativas para agilizarlos, dando como resultado la utilización de enzimas, principalmente obtenidas a partir de microorganismos, las cuales permiten la realización de un proceso más sencillo, la optimización del producto al generar, mayor calidad, mayor utilidad en su aplicación, mayor rentabilidad, y la obtención de un producto diferente o en mayor cantidad que sirva para compensar su reducida disponibilidad.

Los procesos en los cuales son necesarias las enzimas generalmente comprenden baja concentración e inestabilidad de los productos formados y obtención de mezclas complejas que impiden conseguir el producto deseado, por lo cual éste debe ser recuperado; por ello, el aislamiento de microorganismos, como recursos renovables, para su uso en la producción de enzimas es muy usual en la industria y la salud, debido a los beneficios que éstos ofrecen como estabilidad, especificidad y la aplicación general viable. El uso de enzimas microbianas proporciona grandes ventajas en actividades necesarias como en la biorremediación del agua, en la industria alimentaria y en la producción de antibióticos.

La actividad biocatalítica de los microorganismos hace que éstos, como seres unicelulares, sean usados de forma eficaz como enzimas extracelulares, las cuales facilitan su aislamiento y purificación, generan mayor volumen, son más puras y estables, porque poseen puentes disulfuro. También se pueden obtener enzimas intracelulares, pero es un proceso más complejo, ya que se debe provocar una lisis celular, separar sus restos y purificar el extracto de la enzima.

Otras fuentes de enzimas son las plantas y animales, pero es preferible usar las originadas por microorganismos, ya que poseen diversas actividades catalíticas, se pueden obtener en gran cantidad, son económicas, se producen de forma regular, son más estables y su proceso de producción es más factible y seguro, debido a que son fáciles de cultivar por sus simples exigencias nutritivas y su tiempo de generación es más reducido. Además, las plantas no son fuentes satisfactorias de enzimas porque acumulan productos de desecho en las vacuolas que inactivan la acción enzimática.

3.1 Microorganismos  productores de enzimas

La mayoría de las enzimas microbianas se producen a partir de aproximadamente 25 organismos, sin embargo, solo alrededor del 2% de los microorganismos se han ensayado como fuente de enzimas. A pesar de la multiplicidad de los microorganismos, un número limitado se usa como fuente de enzimas, frecuentemente porque es más fácil llevar a cabo la purificación de varias enzimas a partir de un microorganismo, para reducir costos.

Los microorganismos adecuados para la producción de enzimas deben ser estables y aceptados por las autoridades de control, tener facilidad y rapidez de crecimiento con nutrientes sencillos y relativamente baratos, producir una enzima de alto rendimiento, que sea fácil de aislar, purificar y concentrar sin contaminantes o tóxicos. Tradicionalmente, el objetivo es maximizar la velocidad de formación de la enzima para minimizar los costos de producción de la enzima. En los microorganismos, el rendimiento es igual a la masa de células obtenida, multiplicada por el volumen, por ello, lo adecuado es combinar de la mejor manera la cepa seleccionada, las condiciones de de recuperación y fermentación y el equipo más apropiado.

Habitualmente los microbios se sumergen en fermentadores bien agitados y aireados o en fermentadores sólidos o semisólidos, por ejemplo, los que producen lactasa, a-amilasa, proteasa, entre otros. Lo más adecuado es usar enzimas termostables, que a mayor temperatura, producen mayor velocidad de reacción, menor viscosidad del sustrato, mayor solubilidad del reactivo y menor contaminación. Además, para liberar más rápido la enzima se añaden surfactantes al medio de cultivo que aceleran la liberación. Las reacciones enzimáticas se llevan a cabo por numerosas enzimas con distintas funciones, por ello, una pequeña cantidad de enzimas son necesarios, inclusive a escala industrial; los preparados enzimáticos necesitan poco espacio de almacenamiento y las reacciones son controladas de forma sencilla y pueden detenerse cuando se ha alcanzado el grado deseado de conversión de sustrato.

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