Origen De La Papaina Y Sus Usos En La Industria 1i272w

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

INGENIERÍA QUÍMICA

TALLER DE INVESTIGACIÓN I

PROYECTO FINAL: ORIGEN DE LA PAPAÍNA Y SUS USOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA

EQUIPO NO. 2: DAVID ALBERTO CHAN DURÁN MAURO ALBERTO CONTRERAS ZAPATA MARIO LEÓN

PROFESOR: LUIS ALFONSO RODRÍGUEZ GIL

28 DE NOVIEMBRE DE 2011

CONTENIDO

Resumen

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Justificación e Importancia

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Introducción

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Enzimas

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Proteasas

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La Papaya

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Extracción y Procesamiento del Látex

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Extracción

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Procesamiento

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La Papaína

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Calidad de la Papaína Liofilizada

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Ventaja de la Papaína frente a otras Enzimas

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Usos y aplicaciones de la Papaína

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Papaína en la Carne

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Papaína en la Cerveza

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Mercado de la Papaína

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Producción de la Papaína

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Conclusiones

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Bibliografía

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Origen de la Papaína y sus Usos en la Industria Alimentaria

Resumen El campo, que los adelantos biotecnológicos están abriendo, parece no tener fin a la hora de crear nuevas aplicaciones para toda clase de elementos. Un caso en específico es el de la papaya, de la cual se está obteniendo una sustancia conocida como papaína, que entre otras aplicaciones, puede ablandar la carne y aclarar la cerveza. El objetivo de este trabajo fue conocer el origen y los beneficios de la utilización de la enzima papaína en la industria, principalmente la alimentaria.

Justificación e Importancia La papaya es uno de los seis cultivos tropicales que en los últimos años ha sostenido el mayor crecimiento en las zonas costeras. México es el segundo productor y el principal exportador de este fruto desde hace varios años; en el 2002 las exportaciones de papaya redituaron a nuestro país una ganancia de casi 31 millones de dólares. La razón de que la papaya ha logrado un alto valor comercial es porque de ella puede extraerse la papaína y por las diversas aplicaciones que esta enzima tiene: ablandador de carnes, elaboración de quesos, clarificador en la industria cervecera (Arnon et. al., 1970) e ingrediente de la industria farmacéutica (Liener, 1974). Por lo anterior la comercialización de la papaína extraída del látex de la papaya es económicamente más atractiva que la venta del producto sin procesar (actividad cuyo margen de utilidad es mayor al 30%). Los estudios de la relación entre la estructura y la función biológica realizados sobre esta proteína, y sobre sus derivados e intermediarios, son importantes pues permitirán sentar las bases moleculares para el diseño de proteasas sulfhídricas la estabilidad y especificidad que los diferentes procesos de las industrias alimentaria y farmacéutica requieren (Tao et. al., 1994 y Lundblan, et. al., 1997); además de la importancia económica en nuestro país.

Introducción Enzimas Las enzimas, como catalizadores naturales son una riqueza de creciente importancia. Su uso reduce el tiempo invertido en un proceso determinado, la cantidad de energía consumida y disminuye la posibilidad de subproductos indeseables. Las enzimas catalizan tanto la formación como la ruptura de enlaces químicos. Pero su explotación comercial ha sacado más partido a la segunda clase de catálisis: la descomposición de macromoléculas (polisacáridos o proteínas, sobre todo). Los principales enzimas utilizados en la industria alimentaria son: 1.- Las Proteasas, enzimas que degradan las proteínas mediante la hidrólisis de los enlaces peptídicos dando como resultado cadenas más cortas (péptidos) o aminoácidos libres, son utilizados en varios tipos de industria, como en cervecería, ablandamiento de carnes, fabricación de detergentes, tratamiento de cuero y fabricación de quesos. 2.- Las Amilasas son una familia de enzimas que rompen el almidón (polisacárido), primero en cadenas cortas y luego en glucosa libre. Las amilasas son utilizadas en cervecería, en panificación e industria textil. La principal aplicación de las amilasas es en la industria cervecera.

Proteasas Las proteasas sulfhídricas son enzimas presentes en todos los organismos que comparten una misma estructura tridimensional formada por dos dominios estructurales de poco más de 100 residuos de aminoácido cada uno. La actividad enzimática de estas proteasas depende del grupo tiol de un residuo de cisteína localizado en la interface entre los dos dominios (Baker y Drenth, 1987). Los procesos de desplegamiento de la conformación nativa (N) para alcanzar la desnaturalizada (D), reportados hasta ahora para estas enzimas, se ajustan a un modelo irreversible sin la presencia de estados intermediarios estables (Solís et. al., 1998, López et. al., 1999 y Tello, 2000). Tal irreversibilidad implica que estas

enzimas no son reutilizables en su ambiente natural ni en las diversas aplicaciones industriales y farmacéuticas en que se emplean. A partir del estudio a pH 2 sobre un derivado carboximetilado del miembro más conocido de esta familia, la papaína, se publicó la existencia de una estructura parcialmente estructurada (A) capaz de replegarse (Edwin y Jagannadham, 1998). Esto es muy interesante si consideramos la utilidad científica e industrial que conlleva dicho comportamiento.

La Papaya La papaya cuyo nombre científico es Carica papaya, pertenece a la familia de las Caricáceas, nativa de Centroamérica, posiblemente entre el sur de México y el norte de Nicaragua. La primera mención de la misma fue en el año 1535 y se le atribuye a Oviedo (Gonzalo Fernández de Oviedo 1478-1557, historiador español), quien informó a los reyes de España haber visto plantas de papayas creciendo en dicha región. Su llegada al Caribe y a Suramérica se debió a los marinos españoles y portugueses. En estos lugares se le conoce con diferentes nombres, tales como fruta bomba, lechosa, papaw, pawpaw y otros. Su distribución en todo el resto del mundo tropical se logra durante el siglo XVI. El fruto de la papaya, tiene diferentes usos, tanto como fruta fresca, en jugos, en batidos, en helados, como parte de las ensaladas, dulces diversos de elaboración casera o envasados por la industria, tanto semi verdes como maduros. Algunos países de Asia, África y Oceanía los destinan a la obtención de látex. De este líquido lechoso que es abundante en los frutos verdes, se extrae la papaína. La papaína se usa ampliamente como ablandadora de carnes y también en la clarificación de cervezas y otras bebidas. Es de gran utilidad para suavizar las lanas, así como en el curtido de las pieles. Tiene gran aplicación en la fabricación de caucho y además en la preparación de productos medicinales y de remedios caseros, etc. La fruta en general estimula la digestión y previene los padecimientos en el estómago. Específicamente la papaya sirve en el tratamiento de (Brüssel, Floripe): Parásitos, especialmente amebas (por la carpaína, que se encuentran en la semillas y hojas), microbios (las semillas contra bacterias G+),

hongos, úlceras crónicas, quemaduras, limpieza de raíces de dientes (papaína), además, golpes e hinchazones. Sin lugar a duda que uno de los usos industriales más importantes de la papaya está en la extracción del látex para la obtención de la papaína, enzima proteolítica o proteínasa similar en acción a la pepsina o tripsina humana. La papaína es una enzima proteolítica, con un peso molecular de 23.000 daltons, es una enzima de origen vegetal abundante en el mercado mexicano, la cual comúnmente se aplica en tratamientos cosméticos para remoción de células cutáneas muertas y en la industria alimenticia como ablandador de carne (Álvarez y col., 2000, Lil y col., 2001). Además, la aplicación de papaína en materiales de curación concuerda con las experiencias reportadas para las diferentes proteasas de origen animal (Vlasov y col., 1988, Markvicheva y Kuptsova, 2000). En la práctica médica actual, el desbridamiento de la úlcera es esencial para que la herida cicatrice correctamente, ya que el tejido necrótico es un caldo de cultivo para bacterias y puede causar infección, lo que se previene eliminándolo sin dañar el tejido sano subyacente. La eliminación de tejido necrótico se puede realizar mediante la aplicación de proteasas las cuales degradan la fibrina, el colágeno desnaturalizado y la elastina, permitiendo una limpieza de la herida y aceleración del proceso de curación (Vlasov y col., 1988, Markvicheva y Kuptsova, 2000).

Extracción y Procesamiento del Látex Extracción Para la extracción del látex se seleccionan frutos verdes y completamente desarrollados, de 3-4 meses de edad aproximadamente. El número de frutas que deben tomarse para efectuar las sangrías puede variar de seis a diez o más. Usualmente el número seleccionado es arbitrario. El fruto puede recibir varias incisiones repetidamente a intervalos de cinco a ocho días, hasta que el fruto del látex comience a disminuir, al extremo que justifique la remoción de la fruta del árbol. Se ha reportado que incisiones hechas cada dos semanas proporcionan mayores rendimientos que las realizadas semanalmente. También el tamaño del fruto tiene importancia en el rendimiento del látex. Los frutos de 2 a 2.5 meses de edad presentan las más altas producciones de látex y papaína cruda. Igualmente, frutas de 23 a 25 cm de largo producen los más altos rendimientos en ambos productos y tienen una mayor actividad de extracción. Todas las incisiones deben ser hechas verticalmente y no más de 4 sangrías deben hacerse a un fruto al mismo tiempo. Cuando la fruta, independientemente de su tamaño comienza a presentar los primeros síntomas de madurez, la producción de látex y la concentración de enzimas disminuyen rápidamente.

Procesamiento El látex debe ser procesado (secado) inmediatamente después de ser extraído del fruto. El proceso de secado puede hacerse a pleno sol o también utilizando otra fuente de calor. En este último caso, el uso de hornos es esencial. El diseño y características del tipo de horno más adecuado dependen de la disponibilidad de la fuente de calor. Éstos deben ser regulados para garantizar un suministro promedio de 25 ºC, ya que el calor excesivo destruye el principio activo de la papaína. Si se proporcionan las condiciones óptimas de calor, el proceso de secado del látex puede ser completado en aproximadamente 20 horas. El látex coagulado puede producir el 25% de su peso en polvo seco, el cual aún contiene 6-10% de humedad y presenta una coloración blanco-cremosa. Se

conoce que el uso de solventes como el alcohol y la acetona, tiene acción sobre la precipitación y deshidratación del látex. El producto comercial se considera de buena calidad cuando tiene la capacidad de digerir 35 veces su propio peso. La pérdida de calidad está asociada con numerosos factores, entre los cuales merecen destacarse, la edad de los árboles, madurez de los frutos, tiempo de extracción del látex, velocidad de secado, cantidad de lluvia caída, temperatura a la cual el látex es secado, sistema de almacenamiento, etc. La papaína comienza a mostrar signos de descomposición por la liberación de fuertes olores de productos volátiles, acompañados por un rápido cambio de color blanco cremoso a marrón.

La Papaína Luego de obtener el látex, en laboratorio, se separa la enzima y se purifica hasta alcanzar un nivel óptimo de calidad para la comercialización y uso. La enzima se usa en estado líquido o polvo y tiene una duración mínima de seis meses estando refrigerada. La cualidad principal de la papaína es el uso como mejorador de las carnes, (ablandamiento y aclaramiento), y en el aclaramiento y para evitar la sedimentación en las cervezas por su acción en los enlaces de las proteínas.

Calidad de la papaína purificada liofilizada 

Actividad enzimática: 55.000 calificada en unidades de tirosina/mg muestra ó usp/mg, según método aoac 971.16 ó método baae. Regulada de acuerdo a pedido del cliente, según uso y tipo de industria.

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Estado: polvo liofilizado

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Color: blanco

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Solubilidad: soluble en agua, en cualquier proporción. Insoluble en alcohol y otras soluciones orgánicas.

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PH: 5.0 – 5.5 en solución al 5%

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Estabilidad térmica de la actividad enzimática: invariable por largos periodos con almacenamiento refrigerado. Reducción de actividad enzimática inferior a 1% después de seis meses de almacenamiento a temperatura ambiente de hasta 40°C

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Test microbiológico: Plate count maximum: < 500/gr Salmonella: negative E Coli: negative

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Empaque: contenedores de 0.5 gr a 20 kg. - acordar con cliente –

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Humedad: 2% - 4%

Ventaja de la papaína frente a otras enzimas La papaína posee ventajas frente a otras enzimas naturales en los siguientes aspectos: 

Calidad y actividad enzimática

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Estabilidad en condiciones desfavorables de temperatura humedad y presión atmosférica

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Se encuentra en alta concentración en el látex que se extrae de la papaya.

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Posee un alto valor comercial por la diversidad de usos que presenta.

Usos y Aplicaciones de la Papaína 

Industria Cervecera: para evitar que la cerveza se enturbie al congelarla. Esta turbidez se debe a las proteínas que al enfriar coagulan formando coloides.

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Industria de la Carne: la actividad proteolítica de la enzima degrada las proteínas de alto peso molecular, provocando el ablandamiento de la carne.

Este método de ablandamiento de las carnes es utilizado en los frigoríficos luego del rigor mortis. 

Industria del Cuero: Esta operación es un ataque controlado de la proteasa al colágeno para disminuir las protuberancias y dar un fino aspecto al cuero.

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Industria Textil: se usa para desengomar la seda, por lo general con un tratamiento previo al baño desgomizante principal. También se utiliza en la industria de la lana para reducir el encogido al lavar y para mejorar la calidad de las tinturas usadas.

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Industria Medicinal: En el tratamiento de la difteria, úlceras sifilíticas, eczemas, psoriasis, la cera que se forma en los oídos y herpes. También se han encontrado aplicaciones como analgésico y antiinflamatorios en las dismenorreas femeninas y recientemente en artrosis y osteoporosis.

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Industria de Jugos: es muy utilizada en el pre-tratamiento de las frutas destinadas a jugos y aceites esenciales, y en vinos como clarificante en situación similar a la industria cervecera.

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Industria dietética: se emplea en la producción de alimentos especiales para bebés, ya que mejoran la capacidad de asimilación de los alimentos al degradar los compuestos de alto peso molecular a cadenas más cortas de fácil incorporación al torrente circulatorio alimenticio del bebé.

Papaína en la Carne En el caso de la carne, su terneza depende de factores como el tejido conjuntivo que tenga el músculo, el poder de hidratación, el contenido de grasa entre las fibras musculares y la integridad de las proteínas. La ternura se determina, naturalmente, por enzimas propias llamadas Catepsinas. El proceso de maduración causado por ellas da a la carne un nivel óptimo de textura, ternura y jugosidad, pero toma semanas de refrigeración. Todo esto se puede acelerar mediante la adición de enzimas proteolíticas -como la papaína- que atacan por proteólisis las fibras musculares y los compuestos del tejido conectivo tales como el colágeno y la elastina, logrando así un relajamiento en los enlaces peptídicos de las proteínas. El mayor uso de la Tecnoenzima (M) está en las carnes de menor calidad, justamente para mejorar el producto final.

Papaína en la Cerveza En el caso de la cerveza, lo que hace la Tecnoenzima (B) es digerir los fragmentos de proteínas precipitables para evitar el enturbiamiento del líquido durante el almacenamiento y refrigeración prolongados. La cerveza contiene proteínas y taninos que se van agregando gradualmente a la mezcla. Si es almacenada por largo tiempo, o es de naturaleza inestable, estos agregados se pueden transformar en sedimentos. Ahí entra la Tecnoenzima (B), que hidroliza los compuestos previniendo la sedimentación.

Mercado de la Papaína Entre los principales mercados europeos que deben interesar a los productores de papaína figuran Bélgica, Francia, Alemania y Reino Unido, así mismo son importantes Estados Unidos, Italia y Holanda. Los precios son muy inestables. El mercado prefiere un producto de color blanco cremoso granulado sin mal olor y con alto grado de actividad proteolítica. Los principales países productores de papaína son los países africanos. El mercado de la papaína está sujeto a variaciones como consecuencia de los nuevos usos que cada día se tienen del producto principalmente en la industria alimenticia. La explotación de la papaya con fines de producir papaína es una actividad que merece estudiarse más a fondo por la serie de operaciones que conlleva, ya que buena parte de la enzima contenida en el látex fresco, puede desaparecer en el proceso de la desecación, debido a la pérdida que se experimenta por la acción de sustancias reductoras. La papaína tiene una gran demanda en el mercado internacional y es la enzima vegetal proteolítico más importante (Bärtels, 1990). Aparte de su uso en la medicina y en suavizar carne, se ocupa, entre otros, para estabilizar cerveza, fabricar cauchos, chicles, y tela de lana y seda que no se encoge y en la preparación de cosméticos.

Producción de la Papaína Desde un punto de vista de generación de ingresos esta actividad proporciona un margen de utilidad razonable. A manera de ejercicio presentamos un cálculo reservado sobre las utilidades. Por ejemplo, si cosechamos una manzana con 1,946 plantas (en una manzana de terreno podemos plantar en promedio 2,048 plantas), cada planta de papaya produce 0.0685 Kilogramos de látex por corte, y se pueden realizar aproximadamente 40 cortes al año lo que constituye una producción de 5,332 Kg de látex al año y si consideramos un precio internacional FOB de USA $ 1.6, el ingreso bruto del productor sería de USA $ 8, 531 por

manzana. De los cuales el promedio de los costos de producción no superan el 75%, dejando un margen del 25% de utilidad por manzana lo cual es atractivo. Sus múltiples aplicaciones han permitido que en los últimos años se comercialice a nivel internacional alrededor de 200 millones de dólares anuales, de los cuales el 50% pertenece a las industrias relacionadas con la alimentación. Dentro de los principales países exportadores de papaína cruda tenemos: Zaire, Tanzania, Uganda y Sir Lanka, por su parte los principales importadores de este producto son Estados Unidos de Norteamérica, Japón, Reino Unido, Bélgica y Francia Es importante destacar que de los diferentes importadores de látex de papaya, los Estados Unidos de Norte América sería el mercado natural para Nicaragua por la cercanía, lo que se reflejaría en la reducción en los costos de transporte y tiempo de recepción de producto, elementos que establecerían una ventaja competitiva respecto a los exportadores de África y Europa y Asia. Lo anterior no descarta la posibilidad de incursionar en el mercado europeo o asiático. En síntesis, existe un mercado potencial no explotado por los productores y empresarios nacionales.

Conclusión

Bibliografía 

http://es.wikipedia.org/wiki/Papa%C3%ADna

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http://www.terra.com/salud/articulo/html/sal4417.htm

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www.itdg.org.pe

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Perry, Manual del Ingeniero Químico, sexta Edición,Tomo VI, Editorial McGraw-Hill, 1992.

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P Gasesa y J. Hubble, tecnología de las enzimas, Editorial acribis. S.A., Segunda Edición, Zaragoza España, 1990.

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Océano, Enciclopedia de la Ciencia y La tecnología Tomo V, ediciones Océano, Barcelona 1980.

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http://seragro.cl/?a=642