Aplicaciones de Las Enzimas en La Industria y en La Ingenieria Ambiental

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APLICACIONES DE LAS

ENZIMAS EN LAINDUSTRIA Y EN LAINGENIERIA AMBIENTAL

Bioqumica General

UVANA LAURA JUAREZ ECHEVERRIA



Las enzimas

Los enzimas son biomolculas especializadas en la

catlisis de las reacciones qumicas que tienen lugar

en la clula. Son muy eficaces como catalizadores yaque son capaces de aumentar la velocidad de las

reacciones qumicas mucho ms que cualquier

catalizador artificial conocido, y adems son altamente

especficos ya que cada uno de ellos induce la

transformacin de un slo tipo de sustancia y no de

otras que se puedan encontrar en el medio de

reaccin.

Introduccin al estudio de las enzimas

Gran parte de la historia de la Bioqumica discurre pareja a la historia de la investigacin de los

enzimas. Citaremos algunos hechos importantes:

La existencia de catalizadores biolgicos fue descrita por primera vez a comienzos del S.

XIX en estudios acerca de la digestin de la carne por secreciones del estmago y la

conversin del almidn en azcar por la saliva.

En 1835 la primera teora general sobre la catlisis qumica publicada por J.J. Berzelius

inclua un ejemplo de lo que hoy conocemos como un enzima: la diastasa de la malta,

sealando que la hidrlisis del almidn se catalizaba ms eficazmente por sta que por el

cido sulfrico.

En 1860 Louis Pasteur propuso que la fermentacin del azcar para transformarse en

alcohol era inducida por ciertos catalizadores biolgicos, razn por la cual los enzimas

fueron llamados inicialmente "fermentos". Pasteur supuso que dichos catalizadores se

hallaban unidos de modo indisoluble a la estructura de las clulas de la levadura por lo que

no podan actuar fuera de estas.

En 1877 se utiliza por primera vez la denominacin "enzima" (etimolgicamente "en la

levadura").

En 1897 E. Bchner consigui extraer de las clulas de la levadura los enzimas que

catalizan la fermentacin alcohlica, demostrando que stos pueden actuar

independientemente de la estructura celular. Este hecho permiti estudiar "in vitro" la

actividad y propiedades de los enzimas, aislarlos en estado puro y analizar su

composicin.

En 1926 J.B. Sumner aisl un enzima, la ureasa, en forma cristalina pura y demostr que

los cristales estaban formados por protenas.

Entre 1930 y 1936 se aislaron en forma cristalina pura diversos enzimas quedando

establecida de modo definitivo la naturaleza proteica de estos catalizadores biolgicos.

Desde entonces se han identificado varios miles de enzimas diferentes, habindose

aislado muchos de ellos en forma cristalina.

En el mismo perodo J.B.S. Haldane expuso la idea de que los enzimas establecen 3

interacciones dbiles con el sustrato para distorsionarlo y catalizar as su transformacin;

esta idea result capital para el moderno conocimiento de la accin enzimtica.



En 1981 se descubri que determinados tipos de RNA pueden catalizar su propia sntesis,

hecho este que oblig a revisar algunas de las ideas preexistentes acerca de la naturaleza

de los biocatalizadores.

En la actualidad se considera que, con la excepcin de un reducido grupo de molculas de

RNA con propiedades catalticas, los enzimas son protenas, y como tales, exhiben todas las

propiedades inherentes a este grupo de biomolculas. Los pesos moleculares de las protenas

enzimticas oscilan desde unos 12.000 daltons hasta ms de un milln.

En muchos casos, las cadenas polipeptdicas de la protena enzimtica son suficientes

para que sta desarrolle su actividad cataltica. En otros, se hace necesaria la participacin de un

compuesto qumico adicional, de naturaleza no proteica, denominado cofactor.



La produccin de enzimas para uso industrial tuvo sus orgenes en Dinamarca yJapn, a

finales del siglo XIX, cuando se produjeron las primeras preparaciones de renina a partir del

estmago de terneros y de amilasa de origen fngico. Las enzimas son productos de las clulas y

por lo tanto pueden obtenerse a partir de tejidos animales, tejidos vegetales o mediante procesos

de fermentacin empleando microorganismos seleccionados. La produccin de enzimas ha sido un

proceso vital en las industrial como se muestra a continuacin (Figura 1):

PROCESOS INDUSTRIALES QUE APLICAN

ENZIMAS

Industria del almidn y del azcar

Dependiendo de las enzimas utilizadas, a partir del almidn se pueden obtener jarabes dediferente composicin y propiedades fsicas. Los jarabes se utilizan en una variedad dealimentos tales como gaseosas, dulces,productos horneados, helados, salsas, alimentospara bebs, frutas enlatadas, conservas, etc. (10)

Hay tres etapas bsicas en la conversin enzimtica del almidn: licuefaccin, sacarificacin eisome-rizacin.

Productos Lcteos

La aplicacin de enzimas en el procesamiento de leche est bienestablecida por el uso del cuajo (quimosina) en la produccin de queso,que tal vez representa el empleo ms antiguo de enzimas enalimentos. Otras enzimas que participan en la produccin de quesosson las lipasas presentes en la leche, las cuales hidrolizan elcomponente graso, proporcionando cambios caractersticos en elsabor. Para algunos quesos se pueden aumentar las lipasas naturales,aadiendo enzima extra. Por otra par te, tambin se recomienda



agregar enzimas exgenas de tipo proteoltico para acelerar el proceso de maduracin dealgunos quesos.

Molineros y Panaderia

El uso de enzimas en estas industrias se debe principalmente a la deficiencia en el trigo y en

la harina, de las enzimas naturalmente presentes. El contenido de a amilasa de la harinadepende de las condiciones de crecimiento y de cosecha. En climas hmedos la tendencia14 ser a tener alta actividad de a amilasa debido agerminacin de los granos, en tanto queen climas secos elnivel de a amilasa ser bajo debido a escasagerminacin. Esto conlleva agrandes diferencias en elcontenido de amilasa de diferentes lotes de harina.

Productoras de Jugos de Frutas

Las primeras enzimas empleadas en las industrias de jugos de frutas fueron las enzimaspcticas para la clarificacin del jugo de manzana. Actualmente las enzimas pcticas se usanen el procesamiento de muchas otras frutas, junto con amilasas y celulasas. Durante elprocesamiento de los jugos cuando se desintegran los tejidos vegetales, parte de la pectina,

que es un componente estructural de las frutas, pasa a la solucin, parte se satura con el jugoy parte permanece en las paredes celulares. Las enzimas pcticas se usan para facilitar elprensado, la extraccin del jugo y la clarificacin ayudando a la separacin del precipitadofloculento.

Procesamiento de Carne

Las enzimas importantes para ablandar carne son proteasas de orgen vegetal o demicroorganismos (Bacillus subtilis y Aspergillus oryzae). Las enzimas se inyectan antes delsacrificio al animal o se trata la carne con las enzimas antes de cocerla, con lo que se logra unfranco ablandamiento sin provocar una protelisis importante.

Industria Cervecera

La cebada se utiliza tradicionalmente para la fabricacin de bebidas alcohlicas como lacerveza. En su produccin se deben considerar dos operaciones distintas: la maltera y lacervecera. La preparacin de la malta se logra por germinacin dela cebada, durante la cualse incrementa el contenido de la amilasa. Las enzimas a y b amilasas naturalmente presentesen el grano actan sobre el almidn produciendo dextrinas y maltosa, que sirven comosustratos para la fermentacin posterior. Las proteasas degradan protenas formandoaminocidos y pptidos. Hay muchas enzimas disponibles comercialmente para el procesocervecero, pero todas ellas caen en tres categoras: proteasas, amilasas y glucanasas. Laaccin de estas enzimas durante las primeras etapas consiste en mejorar la licuefaccin delalmidn, regular el contenido de azcar y nitrgeno, mejorar la extraccin, facilitar la filtraciny controlar la turbidez. En la filtracin del mosto reduccin de las gomas y de la viscosidad. En

la ebullicin, control de la turbidez, eliminacin final del almidn. En esta etapa se inactivan lasenzimas. Durante la fermentacin y maduracin la adicin de enzimas sirve para controlar laturbidez.

Industrias de Grasas y Aceites

El uso de enzimas en las industrias de aceites y grasas es muy bajo, aunque se encuentran

disponibles enzimas que pueden resolver algunos problemas, por ejemplo minimizar los



subproductos indeseables. Las enzimas tambin se pueden usar para producir aceites y grasas

novedosas. Lipasas especficas, pueden seleccionar los cidos grasos de algunas posiciones del

triglicrido, para incorporar determinados cidos grasos, sin cambiar los de otras posiciones. De tal

manera que es posible modificar por interesterificacin el contenido de cidos grasos, o por

transesterificacin lograr el arreglo de algunos de ellos.

Industrias de Pulpa y Papel

La mayora de las fabricas de pulpa y papel cierran por periodos prolongados, una o dosveces al ao. Durante estos periodos se llevan a cabo los programas de mantenimiento de laplanta. Uno de los sistemas que se ve severamente impactado debido a estos cierrestemporales es la planta de tratamiento de aguas residuales. Durante estos cierres el alimentollega en cantidad insuficiente para mantener la biomasa requerida en condiciones normales.La poblacin bacteriana se encuentra generalmente disminuida a una fraccin de lo que esnecesario para la produccin de un efluente de alta calidad.

Las aplicaciones de las enzimas en el campo ambiental son variadas pero la masdestacada son:

Bioremedacin por degradacin enzimtica

La degradacin enzimtica consiste en agregar enzimas al sitio contaminado con el fin dedegradar las sustancias nocivas. Estas enzimas se obtienen de microorganismosespecialmentediseados para as obtener grandes cantidades y de alta especificidad. Una de las ventajas delas enzimas es que las reacciones mediadas por stas poseen tasas de velocidadsignificativamente mayores que las reacciones en las cuales no se encuentran estoscatalizadores .Las enzimas no son consumidas por las reacciones que ellas catalizan, por loque a medida que ellas consumen los sustratos contaminantes pueden seguir actuando.

Biodiesel: Via enzimtica

El biodisel es un combustible renovable que se puede obtener principalmente a partir deaceites vegetales, animales, as como de aceites reciclados. El biodisel se obtiene a partir delproceso de la transesterificacin el cual consiste en intercambiar el grupo alcoxi1 de un ster2por otro alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adicin de uncido o una base como se muestra :

Biorremedacion: Degradacion Enzimatica

Se muestra como laenzima al entrar con

los productos organicosdegrada los quimicos

contaminanates.



Produccin de biodiesel a partir de residuos grasos animales por va enzimtica

Grasas animales extradas directamente de residuos orgnicos de un matadero municipal fueron empleadas conxito en la reaccin de transesterificacin como materia prima alternativa de bajo costo para la produccin debiodiesel.

Las reacciones de transesterificacin se realizaron por va enzimtica con dos lipasas comerciales N435 y RM IM.De las dos enzimas probadas, la enzima N435 fue la ms eficiente tanto en el sistema libre de solvente como en elsistema con terbutanol como solvente. En ambos sistemas el exceso de etanol fue la mejor condicin para lareaccin alcanzando conversiones de 80% en 48 horas en el caso del sistema libre de solvente y 65% en 24 horasen el sistema con terbutanol.



Bibliografia

Gacesa P. Y Hubble J. Tecnologa de la Enzimas.( Acribia. Zaragoza. Espaa 1990).

Illanes A. Biotecnologa de Enzimas. Ediciones Universitarias. Universidad Catlica de

Valparaso.1994.

Godfrey T y Reichelt J. Industrial Enzymology. Macmillan Publishers Ltd UnitedKingdom. 1983.

Harlander S. Y Labuza T. Eds. Biotechnology in Food Processing. Noyes Publications.Park Ridge, New Jersey, USA.1986.

Tucker G.A. y Woods L.F.J. Eds . Enzymes in Food Processing. Blackie and Son Ltd.London 1991.

Izquierdo y G. De la Riva, (2000 ) Plant biotechnology and food security in Latin

Amrica and the caribbean Electronic Journal of Biotechnology,

Universidad Catlica de Valparaso, Vol. 3 No 1,abril 15.

Quintero, R. (1996) Curso-taller grupo consultivo internacional UNAN. Mxico.

Cabra J y Snchez, M (1997). Biotecnologa para el desarrollo en ColombiaInnovacin y ciencia Vol. VI, No 3 P. 44-52 Mercado y consumo.

Carrera, J. (2002). Mdulos de Biotecnologa,Enzimas Industriales, Biorreactores,Variables

de Control, Guas de Laboratorio y Biotecnologa Agrcola y Vegetal Facultad deCiencias Agropecuarias, Universidad del Cauca.

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