Pardeamiento Enzimatico

PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO

I. OBJETIVO:

 Observar la influencia de los tejidos vegetales en la reacción de pardeamiento enzimático.

 Determinar el efecto de la temperatura y el pH, en la inhibición del pardeamiento enzimático.

 Determinar el efecto de sustancias químicas, en la reacción de pardeamiento.

II. MARCO TEÓRICO:

ENZIMA: Es una molécula que tiene la función de hacer que las reacciones bioquímicas sean más rápidas, es decir, actúan como catalizadores de dichas reacciones. Así, cada enzima actúa sobre un determinado compuesto (llamado sustrato) para dar como resultado otro compuesto (llamado producto).

Por ejemplo, la enzima catalasa actúa sobre el agua oxigenada (peróxido de hidrógeno, H2O2), para dar como producto agua (H2O) y oxígeno (O2), algo que se aplica por ejemplo para limpiar las lentillas.

El cambio de color en frutas, verduras y tubérculos se observa cuando ellos sufren daño mecánico o fisiológico: cuando se trozan, cortan o golpean. Se debe a la presencia en los tejidos vegetales de enzimas del tipo polifenoloxidasas, cuya proteína contiene cobre, que cataliza la oxidación de compuestos fenólicos a quinonas. Estas prosiguen su oxidación por el oxígeno del aire sobre el tejido en corte reciente, para formar pigmentos obscuros, melanoides, por polimerización.

Reacciones de oscurecimiento enzimático

Se denomina pardeamiento enzimático la transformación, enzimática en sus primeras etapas de compuestos fenólicos en polímeros coloreados, frecuentemente pardos o negros. Las fases de su transformación son los siguientes:

El pardeamiento enzimático se observa en vegetales ricos en compuestos fenólicos y también durante la formación de melaninas en los insectos (oscurecimiento de la cutícula) así como en los mamíferos (melanomas responsables de la pigmentación de la piel).

Para que se produzca este pardeamiento es necesario, por lo tanto, la presencia de los tres componentes:

• Enzima

• Substrato

• Oxígeno.

Como nada se puede hacer o muy poco con el substrato oxidable, los métodos hoy en uso tienden a inhibir la enzima o a eliminar el oxígeno y algunas veces se combinan ambos métodos.

LA POLIFENOLOXIDASA: EC 1.14.18.1 (a las enzimas se les da una codificación de 4 números) tiene dos actividades enzimáticas, una hidroxilando monofenoles (“cresolasa”) y otra oxidando difenoles a quinonas (“catecolasa”).

Dependiendo de la fuente, la actividad “cresolasa” es mayor o menor, incluso inexistente en algunos casos.

En cambio, todas las enzimas tienen actividad “catecolasa”.

La característica estructural más importante de estas enzimas es la presencia en su centro activo de dos átomos de cobre, unidos cada uno de ellos a tres histidinas, que se han conservado a lo largo de la evolución en todas las enzimas de este tipo, desde las bacterias al hombre. En su entorno se sitúan una serie de aminoácidos hidrofóbicos, con anillos aromáticos, que también son importantes en su actividad, para la unión de los sustratos.

La forma de actuación del enzima, con dos actividades distintas, ha sido un misterio, aclarado en parte hace relativamente pocos años. El enzima cataliza dos reacciones porque en el estado nativo se encuentra en dos formas distintas, la llamada met-tirosinasa, que es activa solamente sobre monofenoles, y la oxi-tirosinasa. Estas formas se interconvierten entre ellas, de forma acoplada al desarrollo de la reacciones que catalizan.

SUBSTRATOS: Los sustratos de la reacción pueden ser monofenoles o difenoles. La tirosina es el sustrato principal de la polifenoloxidasa en los crustáceos, y también se encuentra presente en vegetales como la lechuga o en los champiñones. En los vegetales, el sustrato más extendido es probablemente el ácido clorogénico, en el que el grupo fenólico se encuentra unido a un resto de azúcar, que se encuentra, entre otros, en manzanas, peras, melocotones, ciruelas, uvas, aguacates y patatas. En algunos vegetales se encuentran además DOPA, dopamina, p-cresol, ácido cafeico y otros fenoles.

El tratamiento de los tejidos de manzana y su efecto en reacción de pardeamiento

Control de la reacción de pardeamiento

El control natural de la actividad de la polifenoloxidasa se produce fundamentalmente mediante la compartimentalización de los sustratos. El enzima se encuentra en los plástidos y cloroplastos (en los vegetales superiores), y también en el citoplasma celular, mientras que los compuestos fenólicos que pueden servir de sustratos se acumulan en vesículas. Cuando se rompe la compartimentalización por un daño mecánico, como el triturado, corte o congelación y descongelación, la reacción de pardeamiento se puede producir. También se produce la inhibición del enzima por los productos de la reacción.

Lo que sucede cuando pelamos y cortamos una manzana, cuando se nos cae al suelo o cuando está sobremadurada, es que algunas de sus células resultan dañadas, lo que provoca la salida de parte de su contenido.

Entre este contenido se encuentran unas enzimas que son las protagonistas de hoy: las polifenol-oxidasas, también conocidas como PPOs.

Pues bien, cuando cortamos una manzana, dañando así sus células, hacemos posible que las enzimas polifenol-oxidasas, que estaban encerradas en una estructura de la célula (concretamente en los cloroplastos), se pongan en contacto con el sustrato sobre el cual actúan, que estaba encerrado en otra estructura de la célula (concretamente en las vacuolas).

Representación esquemática de una célula vegetal. En su interior hay varias estructuras, como (1) los cloroplastos donde se encuentra la polifenol-oxidasa y (2) las vacuolas donde se encuentran los polifenoles

La ruptura celular desencadena el comienzo del proceso: las polifenol-oxidasas provocan la oxidación de unos compuestos incoloros llamados polifenoles (el sustrato), para transformarlos en otros llamados quinonas (el producto).

Las quinonas, que son incoloras, pueden reaccionar con ciertas sustancias para dar lugar a otros compuestos coloreados. Finalmente las quinonas se reagrupan, sufren otra oxidación y se transforman en un compuesto de color pardo llamado melanina, que es el responsable de ese color oscuro de la manzana cortada. Por cierto, este compuesto es también el que hace que nuestra piel se ponga morena con el sol.

Los compuestos de la reacción no son tóxicos, pero la preocupación de los tecnólogos es el aspecto, color y presentación de frutas y verduras, que indudablemente tienen gran importancia comercial y culinaria.

Recibe el nombre de pardeamiento enzimático porque intervienen unas enzimas que provocan un color pardo en el alimento. Como puedes imaginar, el hecho de que algunos alimentos adquieran este color pardo supone un inconveniente para la industria alimentaria, ya que a nadie le gusta comprar fruta con ese aspecto. Además el valor nutricional del producto disminuye ligeramente. Por estos motivos se emplean métodos para evitar que el proceso tenga lugar en ciertos productos, como por ejemplo algunas frutas que se venden cortadas, patatas crudas peladas listas para cocinar, etc.

Además de manteniendo la compartimentalización, la reacción de pardeamiento se puede frenar actuando sobre diferentes factores:

• Temperatura

• Reduciendo el pH

• Desnaturalizando la enzima

• Evitando el contacto del oxígeno con la superficie de corte

El efecto del calor en la reacción

Inactivación de la enzima mediante calor (Tratamiento térmico)

Si calentamos el alimento podemos inactivar el conjunto de enzimas polifenol oxidasas e impedir así que puedan actuar. De hecho, no sólo inactivamos estas enzimas, sino que inactivamos todas las enzimas presentes en el alimento. Esta es la principal razón por la cual se escaldan o blanquean los vegetales antes de proceder a su conservación.

Tiene la ventaja de que no se aplica aditivo alguno, pero presenta el inconveniente de que la aplicación de calor en frutas frescas produce cambios en la textura, dando sabor y aspecto a cocido.

Para evitar estos inconvenientes se regula el tiempo de calentamiento, acortándolo justo al mínimo capaz de inactivar la enzima por un escaldado inmediato. Se puede controlar la inhibición enzimática por la prueba del catecol.

La inhibición es lenta a 75°C, pero se hace rápida a 85°C.

El efecto del pH

Ácidos: Bajo un pH 2,5 cesa la actividad enzimática, que es óptima entre 5 y 7.

Aunque luego se vuelva al pH original de la fruta, la enzima no se recupera, impidiéndose así el pardeamiento. Entre los ácidos más usados está el málico, que se agrega al prensar la fruta: caso de la manzana, de la cual es uno de sus componentes naturales; también se usa, pero en menor proporción, el ácido cítrico.

La regulación del pH en el procesado de los alimentos es un parámetro muy importante ya que inciden directamente en la desnaturalización y consecuente inactivación de la enzima. El pH óptimo para la mayoría de las fenolasas es aproximadamente 7. A valores por debajo de 4 se retarda considerablemente la actividad de la fenolasa (Breverman, 1987). Y por debajo de 2.7 – 2.5 la actividad enzimática cesa, y por lo general estas reacciones son irreversibles. (Joslyn y Pointing, 1951; citado por Checa 1995).

El agente más utilizado en la industria alimentaria para regular el pH es el ácido cítrico; sin embargo parte de su acción

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