Practical Action/Papain Production/es

Una enzima común conocida como papaína se obtiene de la papaya verde. Las enzimas son proteínas que pueden acelerar procesos biológicos como la maduración de la fruta. Al finalizar una reacción enzimática, la enzima permanece inalterada y puede volver a reaccionar.

Las enzimas se reconocen generalmente por la terminación -asa. Esto indica la naturaleza de la sustancia afectada por la enzima (por ejemplo, la carbohidrasa actúa sobre los carbohidratos y las proteasas sobre las proteínas) o 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 de forma natural en los alimentos y muchas tecnologías tradicionales de procesamiento de alimentos las utilizan. Hoy en día, gracias a un conocimiento más avanzado de la ciencia de los alimentos, estas enzimas pueden extraerse, concentrarse y añadirse a los alimentos durante su procesamiento (por ejemplo, en ablandadores de carne). La Tabla 1 describe algunas de las tecnologías tradicionales y las enzimas que las componen. Cabe destacar que solo recientemente se ha logrado comprender en detalle las reacciones catalizadas por enzimas implicadas en estas tecnologías de procesamiento de alimentos.

Tabla 1: Procesamiento tradicional de alimentos mediante enzimas

Un grupo importante de enzimas son las proteasas. Estas enzimas catalizan la descomposición de las proteínas. La conservación de la cerveza mediante refrigeración (véase la Tabla 1), el ablandamiento de la carne y la elaboración de masa para pizzas y rebozados para gofres y obleas son aplicaciones de las proteasas en la industria alimentaria. La más común de estas proteasas es la papaína.

Una advertencia: existen varias dificultades especiales para establecer una producción de papaína a pequeña escala y se necesita una investigación muy exhaustiva antes de intentar iniciar un programa de este tipo. Específicamente, estas son las siguientes:

• La papaína es potencialmente peligrosa: el contacto prolongado dañará 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 encuentran alternativas, y es posible que se prohíba en algunos alimentos (por ejemplo, la cerveza) en un futuro próximo.
  
• La papaína de baja calidad (secada al sol) tiene un mercado mucho menor que la papaína secada por pulverización de mayor calidad (véase más abajo). Por lo tanto, es necesario realizar un estudio de mercado exhaustivo para asegurar la viabilidad comercial del producto.

• Para una producción económicamente viable se necesitan plantaciones de papayas; la recolección de unos pocos árboles en huertos domésticos no es una actividad rentable.
  

Papaína: origen y usos.
La papaína se encuentra en el látex seco que se obtiene del fruto de la papaya (Carica papaya L.). Es la proteasa más utilizada en 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 medicina y en la industria alimentaria (por ejemplo, en la preparación de vacunas y para el tratamiento de la piel endurecida). También tiene aplicaciones veterinarias, como la desparasitación del ganado. Además, se emplea en el curtido del cuero y en las industrias del papel y los adhesivos, así como en el tratamiento de aguas residuales. La investigación médica incluye la cirugía plástica de paladar hendido con papaína.

La papaína se obtiene cortando la piel de la papaya inmadura, pero casi madura, y luego recolectando y secando el látex que fluye de los cortes. La extracción del látex debe comenzar temprano por la mañana y terminar a media mañana o a última hora de la mañana (es decir, durante períodos de alta humedad). Con baja humedad, el flujo de látex es menor.

A continuación, se realizan dos o tres cortes verticales (excepto el primero, véase más abajo) de 1-2 mm de profundidad, que se unen en la base de la fruta. Las incisiones se hacen con una cuchilla de afeitar de acero inoxidable insertada en un trozo de goma sujeto a un palo largo. La cuchilla no debe sobresalir más de 2 mm, ya que los cortes más profundos pueden provocar que los jugos y el almidón de la pulpa se mezclen con el látex, lo que reduce su calidad.

Se debe extraer la savia de los frutos a intervalos de entre 4 y 7 días, y para la primera extracción suele ser suficiente con un solo corte. En las extracciones posteriores, se realizan dos o tres cortes entre los anteriores (como se explicó anteriormente).

Tras unos 4-6 minutos, cesa el flujo de látex. Se utiliza un recipiente para recoger el látex, que luego se raspa y se deposita en una caja forrada con polietileno y con tapa hermética; esta caja debe guardarse a la sombra. El uso de una tapa hermética y mantener la caja a la sombra son importantes, ya que reducen las reacciones que provocan la pérdida de actividad enzimática. Debe evitarse la presencia de materia extraña, como suciedad e insectos, en el látex. El látex adherido a la fruta debe rasparse cuidadosamente y transferirse a la caja recolectora. Sin embargo, no se debe mezclar látex seco con látex fresco, ya que esto disminuye su calidad.

Al manipular látex fresco, se debe tener cuidado de que no entre en contacto con la piel, ya que puede causar quemaduras. Tampoco debe entrar en contacto con metales pesados ​​como hierro, cobre o latón, ya que esto provoca decoloración y pérdida de propiedades. No se deben usar ollas, cuchillos ni cucharas a menos que sean de plástico o acero inoxidable. El látex fresco no se conserva bien y debe secarse lo antes posible hasta alcanzar un nivel de humedad inferior al 5 % (cuando tendrá una textura seca y quebradiza).

Después de dos o tres meses, los frutos están maduros y deben recolectarse del árbol. Los frutos maduros son comestibles, pero tienen poco valor comercial debido a sus cicatrices. Sin embargo, la cáscara de la papaya verde madura contiene aproximadamente un 10 % de pectina (en peso seco), y los frutos podrían procesarse para extraerla.

El método de secado es el factor principal 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 miga, generalmente de color blanco cremoso, y 2 - papaína marrón secada al sol de segunda o baja calidad en forma de miga. Desde 1970, como resultado de nuevas técnicas de procesamiento, la papaína se ha reclasificado en tres grupos: 1 - papaína cruda - que va desde la primera calidad blanca hasta la segunda calidad marrón. 2 - papaína cruda en forma de escamas o polvo - a veces denominada semirrefinada. 3 - papaína cruda secada por aspersión - en forma de polvo, denominada papaína refinada.

El secado al sol produce un producto de menor calidad, ya que se produce una considerable pérdida de actividad enzimática y la papaína puede oscurecerse fácilmente. Sin embargo, en muchos países, el secado al sol sigue siendo la técnica de procesamiento más común para la papaína. El látex simplemente se extiende sobre bandejas y se deja secar al sol.

Los secadores de papaína pueden ser de construcción sencilla. En Sri Lanka, suelen ser estufas exteriores simples (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 a 5 horas a una temperatura de entre 35 y 40 °C. El secado está completo cuando el látex está 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 opacos (por ejemplo, ollas de barro selladas o latas de metal) y mantenerse en un lugar fresco. Los recipientes de metal deben estar revestidos con polietileno.

Esto no es posible a pequeña escala. Se requiere una inversión considerable en equipos (por ejemplo, 10 000 libras esterlinas). Sin embargo, se puede adquirir papaína liofilizada para el procesamiento de alimentos a pequeña escala.

La papaína liofilizada tiene mayor actividad enzimática que otras papaínas y es totalmente soluble en agua. Se debe tener sumo cuidado al manipular esta forma de papaína, ya que su inhalación puede provocar alergias y enfisema. Por este motivo, la papaína liofilizada suele encapsularse en una capa de gelatina.

Si se pretende explotar comercialmente la papaína para la exportación o para su uso en la industria alimentaria local, es importante poder determinar su actividad enzimática. Este método se conoce como ensayo. El ensayo podría ser realizado, por ejemplo, por la Oficina Nacional de Normas.

La papaína se utiliza para hidrolizar (o descomponer) proteínas. Por lo tanto, los ensayos para medir la actividad de la papaína se basan en la medición de un producto de la hidrólisis. Existen dos métodos principales de ensayo. El primero se basa en la capacidad de la papaína para coagular la leche. Es un método económico, pero requiere mucho tiempo. Además, la falta de un método estándar para determinar 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 una cantidad conocida de papaína en un volumen conocido de una solución de ácido acético) a una cantidad fija de leche (preparada disolviendo una cantidad conocida de leche en polvo en un volumen conocido de agua) que se ha calentado a 30 °C en un baño de agua.

El contenido se mezcla completamente y se observa hasta que se detectan los primeros signos de coagulación (formación de grumos). Se registra el tiempo transcurrido desde que se añadió la papaína a la leche hasta que se alcanza esta etapa. A continuación, se repite el experimento utilizando diferentes cantidades conocidas de soluciones de papaína. Las distintas cantidades de muestra de papaína utilizadas deben dar como resultado tiempos de coagulación entre 60 y 300 segundos para obtener resultados óptimos. La actividad de la muestra de papaína se calcula graficando el tiempo necesario para coagular la leche a una concentración infinita de papaína y, posteriormente, utilizando ese valor en una fórmula para calcular la actividad.

To introduce a measure of standardisation the amount of milk can be fixed at a certain known concentration. This is done by reacting a known concentration of high grade papain with the milk. The concentration of milk powder solution can then be adjusted to obtain the desired clotting time under fixed reaction conditions. The 'activity of pure papain' at this known amount of milk can then be calculated. Testing the sample papain under the same reaction conditions and same (known) amount of milk will then give an activity relative to the pure papain.

The second method is based on the science of the absorption of light known as absorptiometry. This is the analytical technique for measuring the amount of radiation (or 'colour' of light) absorbed by a chemical solution.

It is known that, for example, a yellow-coloured solution will absorb blue light. (Blue is the 'complement colour' to yellow). The greater the concentration of yellow in the solution the more the absorption of blue light. This is a useful discovery because certain products of chemical reactions are coloured. The more intense the colour, the greater the concentration of product. Therefore by shining the relevant complement colour through the sample liquid the amount of light absorbed can be related to the concentration of product.

Not all 'colours' (or radiations of light) are visible to the human eye. The technique used when the 'colours' extend beyond the visible spectrum is known as spectrophotometry and the instrument used is called a spectrophotometer.

In the second method to determine the activity of a papain sample, a known amount of papain sample is mixed with a fixed amount of casein (the protein found in milk). The reaction is allowed to proceed for 60 minutes at 40°C. After this time, the reaction is stopped by the addition of a strong acid.

The product of the reaction is known as tyrosine which is known to absorb ultra-violet light (invisible to the human eye). The solutions containing the tyrosine are prepared for analysis using the spectrophotometer. The amount of ultra-violet light absorbed by the solution can be related to the number of tyrosine units produced by the papain sample. Hence the greater this number, the greater the activity of the papain sample.

The principal producers of crude papain are Zaire, Tanzania, Uganda and Sri Lanka. Most of the spray-dried papain comes from Zaire.

The principal importing countries are the United States, Japan, United Kingdom, Belgium and France. Almost all the best quality papain goes to the United States.

En Gran Bretaña, la papaína cruda se utiliza en la industria cervecera para la conservación de la cerveza y la lager. Sin embargo, la creciente tendencia hacia las cervezas sin aditivos, iniciada por otros países europeos, está teniendo un impacto en Gran Bretaña, por lo que este mercado para la papaína está disminuyendo. Otro uso de la papaína es en la industria cárnica para ablandar la carne y producir polvos ablandadores.