combinaciones enzimáticas en la obtención de hidrolizados proteicos

7/21/2019 Combinaciones Enzimticas en La Obtencin de Hidrolizados Proteicos

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Centro de Estudios de Biotecnologa Industrial. Facultad de Ciencias Naturales y Matemticas.

Universidad de Oriente

ARTCULOS ORIGINALES

COMBINACIONES ENZIMTICAS EN LA OBTENCIN DE HIDROLIZADOS

PROTEICOS A PARTIR DE CHLORELLA VULGARIS

Humberto Joaqun Morris Quevedo,1ngel Almarales Arceo,2Olimpia Carrillo Farns 3y Roberto T. Abdala Daz 4

RESUMEN

Las microalgas representan en la actualidad una opcin atractiva para el desarrollo denuevos suplementos nutricionales y alimentos para regmenes especiales, mediante labioconversin de la energa solar en virtud del alto contenido de protenas y sustanciasbiolgicamente activas en la biomasa celular. Se investig el efecto de la utilizacin de5 combinaciones enzimticas en la hidrlisis de las protenas presentes en la biomasaautotrfica de la microalga Chlorella vulgaristratada previamente con etanol. Los mejo-res resultados se obtuvieron con las mezclas papana-tripsina y papana-pancreatina, lasque rindieron hidrolizados con niveles de nitrgeno amnico y grados de hidrlisis superio-res al 4 y 45 %, respectivamente. Estos elementos evidencian un efecto positivo del empleo

de mezclas enzimticas en comparacin con las enzimas individuales, lo cual est media-do por la superposicin de sus acciones hidrolticas.

DeCs:ALGAS; ALGAS VERDES; CHLORELLA; HIDROLSADOS DE PROTEINA//uso terapetico; HIDROLISADOS DE PROTEINA/qumica; ALIMENTACION; DIE-TA; PEPTIDO HIDROLASAS/uso teraputico; HIDRLISIS.

Rev Cubana Aliment Nutr 2001;15(2):85-9

1 Master en Bioqumica de la Nutricin. Investigador Agregado. Centro de Estudios de Biotecnologa Industrial. Universidad de Oriente.

Santiago de Cuba.2 Licenciado en Qumica. Investigador Agregado. Divisin de Biotecnologa Solar. Centro de Investigaciones de Energa Solar. Santiago de Cuba.3 Doctora en Ciencias Biolgicas. Profesora Titular de Bioqumica de la Nutricin. Facultad de Biologa. Universidad de La Habana.4 Master en Ciencias Qumicas. Licenciado en Qumica. Investigador Agreagado. Divisin de Biotecnologa Solar. Centro de Investigaciones

de Energa Solar. Santiago de Cuba.

En el tratamiento de diversas enfer-medades se dedica una atencin especial ala dieta y a la terapia nutricional, por loque las modificaciones del patrn normal

de alimentacin resultan convenientes y aunesenciales en ciertas afecciones.1Diversosestudios experimentales y clnicos han apor-tado numerosas evidencias relacionadas con


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los efectos bioestimulantes y propiedadesteraputicas de los hidrolizados proteicos

de distintas fuentes, de manera que comien-zan a ser esclarecidos los mecanismos me-diante los cuales ejercen sus accionesmoduladoras.

Las dietas basadas en hidrolizadosproteicos son tiles en el manejo nutricionalde enfermedades de la mucosa gastrointestinal,en pacientes hipercatablicos, sndromes demalnutricin2y en la disminucin de lasreacciones anafilcticas atribuidas a pro-tenas y macropptidos.3Otros efectos te-raputicos asociados con la administracinde hidrolizados proteicos estn relaciona-

dos con el incremento de la funcindestoxificadora del amonio en el tejidomuscular4y por otra parte, se ha sugeridoque los hidrolizados de las protenas influ-yen en la regulacin endocrina de los pro-cesos metablicos.5

El alto contenido proteico (aproxima-damente el 50 % de la biomasa) y el perfilaminoacdico de las algas verdes

unicelulares, evidencian una calidad razo-nablemente buena al compararlas con lasfuentes convencionales de protenas. Sinembargo, las algasChlorellayScenedesmus

debido a sus rgidas paredes celulares, mues-tran una pobre digestibilidad y prcticamen-te no son toleradas por el hombre y los ani-males monogstricos.6

La hidrlisis enzimtica de las prote-nas celulares constituye una de las tenden-cias ms prometedoras para incrementar ladigestibilidad de la biomasa algal y la for-mulacin de diversos productos proteicos.7

En un trabajo anterior,Morrisy otros8

estudiaron las posibilidades de hidrlisisenzimtica de las protenas celulares deChlorella vulgaris cultivada en rgimenautotrfico en el Centro de Investigacionesde Energa Solar (CIES). Los resultadosevidenciaron que el proceso de hidrlisistranscurri ms eficientemente en labiomasa tratada previamente con etanol yse demostr, adems, que diferentes

enzimas proteolticas pueden ser utilizadascon este propsito.

Tomando en consideracin estos ele-mentos, ha sido de inters investigar en el

presente trabajo el efecto que producira lautilizacin de combinaciones enzimticasen la hidrlisis de las protenas presentesen la biomasa autotrfica de Chlorellavulgaristratada previamente con etanol.

MTODOS

Obtencin y tratamiento de labiomasa. La biomasa deChlorella vulgaris

fue obtenida a partir de un cultivoautotrfico desarrollado a cielo abierto en

una instalacin experimental de 500 m2enel CIES. Despus de la centrifugacin dela suspensin algal, la crema resultante fuesometida a un proceso de secado por asper-sin (Niro Atomyzer) y el polvo verde os-curo fue conservado en recipientes plsti-cos hasta su utilizacin. Esta biomasa sedespigment con etanol (400 mL/100 g),realizando 3 extracciones sucesivas de 1 hde duracin cada una en condiciones de agi-tacin moderada.

La composicin bioqumica porcentualde la biomasa de Chlorella vulgarisutili-zada en nuestras experiencias son las si-guientes:9

Prdida por desecacin 7,18Nitrgeno total 7,13Protena bruta 44,56Protena verdadera 32,25Carbohidratos 16,00Fibra cruda 8,20Lpidos 0,29Cenizas 8,90cidos nucleicos totales 5,69

Determinacin de la actividadenzimtica de los preparados proteolticos

empleados. Se utilizaron las enzimaspr ot eo lt ica s si gu ie nt es : pa pa na ,


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pancreatina (MERCK), tripsina (Lciva,Praha) y bromelina (Centro de Bioplantas,

Ciego de vila). La determinacin de laactividad enzimtica de estos preparadosse realiz segn el mtodo de Anson,10em-

pleando como sustrato proteico una solu-cin de casena desnaturalizada al 2 %. Una

unidad de actividad proteoltica expresa lacantidad de enzima necesaria para catalizarla liberacin de 1mol de tirosina a 35 Cy al pH ptimo de la enzima en 1 min. Parael clculo de la actividad especfica (uni-dades de actividad/miligramos de prote-na) se determin la concentracin de pro-tenas en los preparados enzimticos segn

el mtodo de Lowry y otros.11Las enzimasempleadas y las actividades especficas(mol de Tyr min-1/mg de protena) corres-

pondientes se presentan a continuacin:

Papana 0,130Bromelia 1,197Tripsina 0,070Pancreatina 0,470

Estudio del efecto de la combina-cin de diferentes enzimas proteolticas.Se realizaron experiencias empleando sus-

pensiones al 10 % en agua de la biomasadespigmentada con etanol, las que fueronsometidas a hidrlisis enzimtica durante4 h a una temperatura de 37 C en condi-ciones de agitacin continua. Se utilizaronlas mezclas enzimticas siguientes:bromelina-tripsina, bromelina-pancreatinay papana-bromelina (pH 7,0) y por otra

parte, papana-tripsina y papana-pan-creatina (pH 7,5). Las mezclas fueron con-formadas de modo tal de emplear 10 unidades

proteolticas de cada enzima por gramo debiomasa.

La reaccin se detuvo mediante elcalentamiento a 100 C durante 15 min. Lamezcla resultante se centrifug a 4 000 r.p.m.10 min y se determin el contenido de ni-trgeno amnico en los sobrenadantes deacuerdo con el mtodo descrito en la USP

XXII12basado en una valoracin potencio-mtrica en presencia de formaldehdo.

El grado de hidrlisis se defini comoel porcentaje de nitrgeno amnico en loshidrolizados con respecto al nitrgeno totalde la biomasa y se tom en consideracinla concentracin de nitrgeno amnico enla biomasa algal para realizar las correc-ciones necesarias.

RESULTADOS

Las concentraciones de N-amnico ylos grados de hidrlisis alcanzados con las

diferentes mezclas enzimticas evaluadasse muestran en las figuras 1 y 2. Los mejo-res resultados se obtuvieron con las combi-naciones papana-tripsina y papana-pan-creatina, las que rindieron hidrolizados conniveles de N-amnico y grados de hidrlisissuperiores al 4 y 45 %, respectivamente.Con estas mezclas se alcanzaron grados dehidrlisis que superan del 10 al 15 % losobtenidos con los preparados enzimticosde forma aislada.

FIG. 1. Contenido de N-amnico (g/100 g, base seca, en los hidrolizadosproteicos de Chlorella vulgariscon diferentes combinacionesenzimticas.

5

4

3

2

1

0B-T B-PT P-B P-T P-PT

N-Amnico (%)

B-T: b romelia-tripsina; B-BT:bromelia-pancreat ina;

P-B:papan a-bromelina; P-T: papana-tripsina;P-PT:papana-pancreatina


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FIG. 2. Grado de hidrlisis (%) en los hidrolizados proteicos deChlorella vulgariscon diferentes combinaciones enzimticas.

DISCUSIN

La obtencin de hidrolizados proteicospuede ser concebida como parte de una es-trategia integral de aprovechamiento de labiomasa algal. En este sentido, Morrisyotros8demostraron en un trabajo previo que

a excepcin de la pepsina, las restantesenzimas proteolticas evaluadas rindieronhidrolizados con niveles de N-amnico ygrados de hidrlisis superiores al 3 y 30 %,respectivamente, adecuados para una rpidasolubilizacin y asimilacin por el organismo.

A partir de la dcada de los 60, co-menzaron a aparecer con ms frecuenciaen la literatura estudios que referan lahidrlisis completa de las protenas aaminocidos, utilizando mezclas deenzimas. Por ejemplo,Matsumura y otroslograron este objetivo incubando el sustrato

con proteasas y aminopeptidasas de origenmicrobiano, especficamente de Bacillussubtilisy Streptomyces sp(Centro Nacio-nal de Investigaciones Cientficas. Obten-cin de hidrolizados proteicos. Situacin

actual y perspectivas de desarrollo. LaHabana, 1990). Estos antecedentes motiva-

ron nuestro inters en estudiar el efecto dela combinacin de enzimas en la hidrlisisde las protenas celulares de la microalgaChlorella vulgaris.

Desde una perspectiva clnica, las nue-vas tecnologas de obtencin de hidrolizados

proteicos a partir de fuentes no convencio-nales de protenas podran aportar solucio-nes a muchos aspectos de la teraputicanutricional. Estos biopreparados se inclu-yen dentro de los alimentos para regmenesespeciales, que se definen como aquellossoportes nutricionales preparados espec-

ficamente para satisfacer necesidades par-ticulares de determinados seres humanos porrazones fsicas, fisiolgicas o alteracionesmetablicas.13

En este sentido, los niveles de N-amnicoy grados de hidrlisis obtenidos con el em-

pleo de las combinaciones enzimticas eva-luadas, especialmente papana-tripsina y

papana-pancreatina, sugieren su posibleutilizacin en la elaboracin de hidrolizadosproteicos destinados a situaciones en las queresulte necesario un mayor grado dehidrlisis de la fuente proteica en compa-

racin con las enzimas individuales.Estas evidencias experimentales pue-den ser interpretadas partiendo del hechode que las enzimas proteolticas no actansobre todos los enlaces peptdicos, sino solosobre aquellos de los que forman parte cier-tos aminocidos. Por esta razn, se obtie-nen hidrlisis ms completas empleandomezclas de enzimas al lograr la superposi-cin de sus acciones hidrolticas.

En Cuba, estas investigaciones tienenun carcter novedoso, por lo que se debecontinuar profundizando en el estudio de las

posibilidades de hidrlisis enzimtica de lasprotenas celulares de Chlorella vulgarispara sustentar sus aplicaciones potencialescomo alimentos fisiolgicamente funciona-les en el campo de la nutricin farmaco-lgica.

B-T B-PT P-B P-T P-PT

Grado de hidrlisis (%)

B-T: bromelia-tripsina; B-BT:bromelia-pancreatina;

P-B:papana-bromelina; P-T: papana-tripsina;

P-PT:papana-pancreatina

60

50

40

30

20

10

0


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SUMMARY

The microalgae represent today an attractive option for the development of new nutritional supplements and foodfor special diets by the bioconversion of solar energy in virtue of the high content of proteins and biologically activesubstances existing in the cellular biomass. The effect of the utilization of 5 enzymatic combinations in thehydrolysis of the proteins present in the autotrophic biomass of the microalgaChlorellla vulgarispreviously treatedwith ethanol was investigated. The best results were obtained with the papain-trypsin and papain-pancreatininmixtures, which yielded hydrolysates with levels of amino nitrogen and degrees of hydrolysis over 4 and 45 %,respectively. These elements show a positive effect of the use of enzymatic mixtures compared with theindividual enzymes, which is mediated by the superposition of their hydrolytic actions.

Subject headings: ALGAE; ALGAE GREEN; CHLORELLA; PROTEIN HYDROLYSATES/therapeutic use;PROTEIN HYDROLYSATES/chemistry; FOOD; DIET; PEPTIDE HYDROLASES/therapeutic use;HYDROLYSIS.

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Recibido: 12 de enero del 2001. Aprobado: 23 de febrero del 2001.

M. Sc.Humberto Joaqun Morris Quevedo. Agramonte No. 58 entre Veteranos y Correoso, El Cristo, Santiagode Cuba, CP 94310, Cuba.

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