Una enzima común conocida como papaína se obtiene de la fruta de la papaya verde (papaya). Las enzimas son proteínas que pueden aumentar la tasa de cambios biológicos como la maduración de la fruta. Al final de una reacción catalizada por una enzima, la enzima misma no cambia y puede reaccionar nuevamente.
Contenido
Introducción
Las enzimas pueden reconocerse generalmente por la terminación -ase. Esto indica la naturaleza de la sustancia afectada por la enzima (por ejemplo, la carbohidrasa actúa sobre el material de carbohidratos y las proteasas actúan sobre las proteínas) o indica la naturaleza de la reacción, por ejemplo, las transferasas catalizan la transferencia de átomos o grupos de átomos dentro de una sustancia.
Las enzimas se encuentran naturalmente en los alimentos y muchas tecnologías tradicionales de procesamiento de alimentos implican el uso de enzimas. Hoy en día, con un conocimiento más avanzado de la ciencia de los alimentos, estas enzimas se pueden extraer, concentrar y agregar a los alimentos durante el procesamiento (por ejemplo, ablandadores de carne). La Tabla 1 describe algunas de las tecnologías tradicionales y las enzimas involucradas. Vale la pena señalar que sólo recientemente se ha conocido una comprensión detallada de las reacciones catalizadas por enzimas involucradas en estas tecnologías de procesamiento de alimentos.
| Tecnologías tradicionales de procesamiento de alimentos. | Enzimas utilizadas | Para catalizar la reacción. | Razón |
|---|---|---|---|
| La elaboración del pan | Amalasa en harina, Maltasa en levadura, Zimasa en levadura | Almidón-maltosa, maltosa-glucosa, glucosa-dióxido de carbono y etanol | Produce azúcares para la acción de la levadura y dióxido de carbono para airear el pan. |
| producción de queso | Renino en cuajo | Coagulación de la proteína de la leche. | Para ayudar a formar cuajada |
| Bebida alcoholica | Amilasas, maltasas y zimasas en materias primas. | Almidón-maltosa, maltosa-glucosa, glucosa-dióxido de carbono y etanol | Producir azúcares para la acción de la levadura y CO² para la 'textura' |
| Té y café | Oxidasas en hoja y frijol. | Polimerización de compuestos fenólicos incoloros a compuestos de color marrón. | Dar color y sabor deseable a las infusiones de té. |
Tabla 1: Procesamiento tradicional de alimentos utilizando enzimas
Un grupo importante de enzimas se llama proteasas. Son enzimas que catalizan la degradación de proteínas. La protección contra el frío de la cerveza (ver Tabla 1), la ablandación de la carne y la producción de masa para pizzas y rebozados para gofres y obleas son aplicaciones de las proteasas en la industria de procesamiento de alimentos. La más común de estas proteasas es la papaína.
Una advertencia: existen varias dificultades especiales para establecer una producción de papaína en pequeña escala y se necesita una investigación muy exhaustiva antes de intentar iniciar un programa de este tipo. En concreto estos son los siguientes:
- La papaína es potencialmente peligrosa: el contacto prolongado daña la piel de las manos de los trabajadores y, en algunos casos, puede provocar reacciones alérgicas.
- El mercado de la papaína en Europa se está reduciendo a medida que se van encontrando alternativas y es posible que en un futuro próximo se prohíba su uso en algunos alimentos (por ejemplo, las cervezas).
- La papaína de baja calidad (secada al sol) tiene un mercado mucho más pequeño que la papaína secada por aspersión de mayor calidad (ver más abajo). Por lo tanto, se debe realizar un estudio de mercado exhaustivo para garantizar que el producto pueda venderse.
- Las plantaciones de árboles de papaya son necesarias para una producción económica; la recolección de unos pocos árboles en los huertos familiares no es una actividad viable.
Papaína: fuente y usos
La papaína se encuentra en el látex seco que se obtiene del fruto de la papaya (Carica papaya L). Es la proteasa que se utiliza más comúnmente para las aplicaciones de procesamiento de alimentos mencionadas anteriormente. Sin embargo, otras proteasas importantes son la ficina, que se obtiene de los higos, y la bromelina, que se obtiene de la piña.
La papaína se utiliza en la industria farmacéutica, en la medicina y en la industria alimentaria (p. ej. en la preparación de vacunas y para el tratamiento de durezas de la piel). También tiene aplicaciones veterinarias como la desparasitación del ganado vacuno. La papaína también se utiliza en el curtido del cuero y tiene aplicaciones en las industrias del papel y los adhesivos, así como en la eliminación de aguas residuales. La investigación médica incluye la cirugía plástica del paladar hendido utilizando papaína.
Métodos de recolección y extracción.
La papaína se obtiene cortando la piel de la papaya verde pero casi madura y luego recogiendo y secando el látex que fluye de los cortes. El golpeteo de la fruta debe comenzar temprano en la mañana y finalizar a media mañana (es decir, durante períodos de alta humedad). A baja humedad el flujo de látex es bajo.
Luego se hacen dos o tres cortes verticales (excepto el primer corte, ver más abajo) de 1 a 2 mm de profundidad, que se encuentran en la base de la fruta. Las incisiones se hacen usando una hoja de afeitar de acero inoxidable colocada en un trozo de goma sujeto a un palo largo. La hoja no debe sobresalir más de 2 mm, ya que los cortes de más de 2 mm corren el riesgo de que los jugos y el almidón de la pulpa de la fruta se mezclen con el látex, lo que reduce la calidad.
Las frutas deben extraerse a intervalos de aproximadamente 4 a 7 días y para el primer aprovechamiento suele ser suficiente hacer un solo corte. En golpes posteriores, los dos o tres cortes se espacian entre los anteriores (como se explicó anteriormente).
Después de aproximadamente 4 a 6 minutos, cesa el flujo de látex. Se utiliza un plato para recoger el látex y luego se raspa el látex y se introduce en una caja revestida de polietileno con una tapa que se ajusta bien; dicha caja debe almacenarse a la sombra. El uso de una tapa que cierre bien y mantener la caja a la sombra son importantes porque reducen las reacciones que provocan la pérdida de actividad enzimática. Deben evitarse materias extrañas como suciedad e insectos en el látex. El látex adherido a la fruta debe rasparse con cuidado y transferirse a la caja recolectora. Sin embargo, el látex seco no debe mezclarse con látex fresco ya que esto reduce la calidad.
Al manipular látex fresco, se debe tener cuidado para asegurarse de que no entre en contacto con la piel, ya que provocará quemaduras. Tampoco debe entrar en contacto con metales pesados como hierro, cobre o latón ya que esto provoca decoloración y pérdida de actividad. No se deben utilizar ollas, cuchillos y cucharas a menos que sean de plástico o acero inoxidable. El látex fresco no se conserva bien y se debe secar hasta que tenga menos del 5% de humedad (cuando tendrá una textura seca y quebradiza) lo antes posible.
Después de dos o tres meses los frutos están maduros y conviene retirarlos del árbol. Los frutos maduros son comestibles pero tienen muy poco valor de venta debido a su apariencia cicatrizada. Sin embargo, la piel de la papaya verde madura contiene aproximadamente un 10% de pectina (peso seco) y los frutos podrían procesarse para extraerla.
Secado de látex de papaya.
El método de secado es el principal factor que determina la calidad final de la papaína. Se han utilizado varios grados desde que la papaína se convirtió en un producto básico internacional. Hasta mediados de la década de 1950, cuando la papaína de Sri Lanka dominaba el mercado, se conocían tres grados: 1 - polvo blanco fino, 2 - miga blanca secada al horno y 3 - miga oscura secada al sol. Hasta la década de 1970 había dos grados: 1 - papaína secada al horno de primera o alta calidad en forma de polvo o migajas, generalmente de color blanco cremoso, y 2 - papaína marrón secada al sol de segunda o baja calidad en forma de migajas. Desde 1970, como resultado de nuevas técnicas de procesamiento, la papaína se ha reclasificado en tres grupos: 1 - papaína cruda - que va desde la blanca de primer grado hasta la marrón de segundo grado. 2 - papaína cruda en forma de escamas o polvo, a veces denominada semirefinada. 3 - papaína cruda secada por aspersión, en forma de polvo, denominada papaína refinada.
Secado al sol
El secado al sol proporciona el producto de menor calidad, ya que hay una pérdida considerable de actividad enzimática y la papaína puede volverse marrón fácilmente. Sin embargo, en muchos países el secado al sol sigue siendo la técnica de procesamiento más común de la papaína. El látex simplemente se extiende en bandejas y se deja secar al sol.
Secado al horno
Los secadores de papaína pueden ser de construcción sencilla. En Sri Lanka son generalmente estufas sencillas al aire libre (de aproximadamente un metro de altura) hechas de barro o ladrillos de arcilla. Los tiempos de secado varían pero una guía aproximada es de 4-5 horas a una temperatura de unos 35-40°C. El secado estará completo cuando el látex esté desmenuzable y no pegajoso. Se obtiene un producto de mejor calidad si el látex se tamiza antes del secado. El producto seco debe almacenarse en recipientes herméticos y a prueba de luz (por ejemplo, vasijas de barro selladas o latas de metal) y mantenerse en un lugar fresco. Los contenedores metálicos deben estar revestidos con polietileno.
Secado por aspersión
Esto no es posible a pequeña escala. Se requiere una inversión considerable en equipo (por ejemplo, £10.000). Sin embargo, la papaína secada por aspersión se puede comprar para el procesamiento de alimentos en pequeña escala.
La papaína secada por aspersión tiene una mayor actividad enzimática que otras papaínas y es totalmente soluble en agua. Se debe tener mucho cuidado al manipular esta forma de papaína porque puede provocar alergias y enfisema si se inhala. Por este motivo, la papaína secada por aspersión suele estar encapsulada en una capa de gelatina.
actividad enzimática
Si la papaína se va a explotar comercialmente para un mercado de exportación o para uso en la industria alimentaria local, es importante poder determinar la actividad enzimática. El método se conoce como ensayo. El ensayo podría ser realizado, por ejemplo, por la oficina de Normas Nacionales.
La papaína se utiliza para hidrolizar (o descomponer) proteínas. Por tanto, los ensayos para medir la actividad de la papaína se basan en la medición de un producto de la hidrólisis. Hay dos métodos de ensayo principales. El primero se basa en la capacidad de la papaína para coagular la leche. Es un método de bajo costo pero requiere mucho tiempo. Además, la falta de un método estándar para encontrar el punto de coagulación y las variaciones en la leche en polvo utilizada pueden introducir errores.
En este método, se añade una cantidad conocida de muestra de papaína (preparada disolviendo un peso conocido de papaína en un volumen conocido de una solución de ácido acético) a una cantidad fija de leche (preparada disolviendo un peso conocido de leche en polvo en una solución conocida). volumen de agua) que se ha calentado a 30°C en un baño de agua.
El contenido se mezcla bien y luego se observa hasta que se detectan los primeros signos de coagulación (formación de grumos). Se registra el tiempo necesario para llegar a esta etapa, desde que se añadió la papaína a la leche. Luego se repite el experimento utilizando diferentes cantidades conocidas de soluciones de papaína. Las diferentes cantidades de muestra de papaína utilizadas deben dar un rango de tiempos de coagulación entre 60 y 300 segundos para obtener resultados óptimos. Luego, la actividad de la muestra de papaína se calcula trazando un gráfico, encontrando el tiempo necesario para coagular la leche en una concentración infinita de papaína y luego usando ese valor en una fórmula para calcular la actividad.
Para introducir una medida de estandarización, la cantidad de leche puede fijarse en una determinada concentración conocida. Esto se hace haciendo reaccionar una concentración conocida de papaína de alto grado con la leche. Luego se puede ajustar la concentración de la solución de leche en polvo para obtener el tiempo de coagulación deseado en condiciones de reacción fijas. Entonces se puede calcular la "actividad de la papaína pura" en esta cantidad conocida de leche. Probar la muestra de papaína en las mismas condiciones de reacción y la misma cantidad (conocida) de leche dará una actividad relativa a la papaína pura.
El segundo método se basa en la ciencia de la absorción de la luz conocida como absorciometría. Ésta es la técnica analítica para medir la cantidad de radiación (o "color" de la luz) absorbida por una solución química.
Se sabe que, por ejemplo, una solución de color amarillo absorberá la luz azul. (El azul es el 'color complementario' del amarillo). Cuanto mayor es la concentración de amarillo en la solución, mayor es la absorción de luz azul. Este es un descubrimiento útil porque ciertos productos de reacciones químicas están coloreados. Cuanto más intenso sea el color, mayor será la concentración de producto. Por lo tanto, al hacer brillar el color complementario relevante a través del líquido de muestra, la cantidad de luz absorbida puede relacionarse con la concentración del producto.
No todos los "colores" (o radiaciones de luz) son visibles para el ojo humano. La técnica utilizada cuando los 'colores' se extienden más allá del espectro visible se conoce como espectrofotometría y el instrumento utilizado se llama espectrofotómetro.
En el segundo método para determinar la actividad de una muestra de papaína, se mezcla una cantidad conocida de muestra de papaína con una cantidad fija de caseína (la proteína que se encuentra en la leche). Se deja que la reacción prosiga durante 60 minutos a 40°C. Pasado este tiempo, la reacción se detiene añadiendo un ácido fuerte.
El producto de la reacción se conoce como tirosina, que absorbe la luz ultravioleta (invisible para el ojo humano). Las soluciones que contienen tirosina se preparan para su análisis utilizando el espectrofotómetro. La cantidad de luz ultravioleta absorbida por la solución se puede relacionar con el número de unidades de tirosina producidas por la muestra de papaína. Por tanto, cuanto mayor sea este número, mayor será la actividad de la muestra de papaína.
Comercio mundial de papaína
Los principales productores de papaína cruda son Zaire, Tanzania, Uganda y Sri Lanka. La mayor parte de la papaína secada por aspersión proviene de Zaire.
Los principales países importadores son Estados Unidos, Japón, Reino Unido, Bélgica y Francia. Casi toda la papaína de mejor calidad va a Estados Unidos.
La papaína cruda se utiliza en Gran Bretaña en la industria cervecera para hacer cerveza y cerveza a prueba de frío. Sin embargo, la tendencia cada vez mayor hacia las cervezas sin aditivos iniciada por otros países europeos está surtiendo efecto en Gran Bretaña, por lo que este mercado de papaína está disminuyendo. Otro uso de la papaína es en la industria cárnica para ablandar la carne y producir polvos ablandadores de carne.