Importancia de la enzima α-amilasa en la producción de ... que aumentan la espesura o cuerpo,...

24 • Revista de la Universidad aUtónoma de YUcatán

Importancia de la enzima α-amilasa en la producción de imitadores de grasa en alimentosnoemíReyesVázquezFabiolaEstherPereiraPacheco

InTRODUCCIónEs indiscutible que la grasa juegaun papel importante en el orga-nismo, tanto desde el punto devista nutrimental como biológico.Adicionalmente, es fundamentaldesdeelpuntodevistasensorialenlos alimentos. Sin embargo, en lapresentedécada,tantoenlospaísesdesarrolladoscomoenEstadosUni-dosdenorteaméricayEuropa,asícomoennuestropaís, losexpertosennutriciónysaludhandetectadounexcesoenelconsumodegrasa. ConrespectoaEstadosUnidos,elconsumodegrasayaceitesseincre-mentóa60librasporañoentre1985y1993(Giese,1996).Loanteriorhagenerado la incidencia elevada deenfermedadescardiovasculares,asícomohipercolesterolemia, algunostiposdecáncer,ademásdesobrepe-so(Hollingsworth,1996).Adicional-

mente, en estudios realizados porPaniangvaitet al. (1995)sedeterminóunefecto tóxicopotentedel coleste-roldebidoaalgunosóxidosdeéste,comosonel25hidroxicolesterolyelcolestanetriol;loscualespuedenllegarasercitotóxicos,mutagénicos,carcino-génicosyocasionararterioes-clerosis.Estosóxidosseencuentranprincipal-menteenproductosdeorigenanimalcomoelhuevo,mantequilla,grasadecerdo,obienenalimentosprocesadoscomo:alimentosparabebés,mezclasparapasteles(conmantequillayhue-vo),aderezos,papasfritas,etcétera. EnMéxicoseestápresentandounproblemaque incideenunampliosector del país, principalmente enla clase obrera ymedia, el cual secaracteriza por la coincidencia enel individuo tanto de deficienciasen su alimentación en la infanciacomodeexcesosensuetapaadul-

Noemí Reyes Vázquez.Maestraen ciencia y tecnología dealimentos,delaFacultaddeIngenieríaQuímica.Obtuvoel premio otorgado por elInternational Life ScienceInstitute,almejortrabajodeinvestigacióncientíficanacio-nalen1998.

Fabiola Esther Pereira Pacheco.Doctoraencienciasmarinas,porelCinvestav,delInstitutoPolitécniconacional-UnidadMérida.Consejera científicadelaFundaciónInternacionalparalaCiencia,deEstocolmo,Suecia.

número 227 • cUarto trimestre de 2003 • 25

Uta, particularmente en el consumode alimentos ricos engrasa, lo queenconsecuenciavieneaagravarunode losproblemas fundamentalesdealimentaciónysaludennuestropaís,elcualsecaracterizaporelaumentoen las enfermedades crónicas, talescomolaarterioesclerosisconsuscon-secuencias, como son los infartos ylas trombosiscerebrales, ladiabetes,lahipertensión,lacirrosisdelhígadoyvariostiposdecáncerqueestánre-lacionadosconunaalimentaciónricaengrasassaturadas,obesidadyfaltadeejercicio(Chávezycol.,1993). Conrespectoalconsumodegrasasqueantesnosecalculabaalpreparardietas y no se sugerían cantidadesrecomendadas,ahoraesuntemaim-portanteparalasalud.Enelámbitoin-ternacional,laAsociaciónnorteame-ricanadeCardiologíaproponequeelconsumodegrasarepresentesóloel30%deltotaldelascaloríasingeridas,yenloqueconcierneanuestropaís,elInstitutonacionaldelanutriciónSalvadorZubiránZubieta (InnSZ)aconsejaunmáximode 25%de lascaloríastotales,delascuales10%pue-deprovenirdegrasassaturadasque,comosesabe,provienendeproductosanimalesricosencolesterol(Chávezycol., 1993;PérezdeGallo,1994). Por lo anterior, sectores impor-tantesdelapoblacióncadavezestánmás conscientesde lanecesidaddecambiar sushábitosde consumoenla alimentación cotidiana, loqueha

originado un interés especial porconsumiralimentoselaboradosaloscualesseleshasustituidototalopar-cialmentelacantidaddegrasa;porloqueelretotecnológicoquesepresentaes investigarmateriales que actúencomoimitadoresosustitutosdegrasayelaborarconellosproductosbajosencalorías,sinmodificarsuscaracterísti-casorganolépticasynutrimentales. EnlaFacultaddeIngenieríaQuí-mica de laUniversidadAutónomadeYucatánsehanrealizadoinves-tigaciones que han demostrado lafactibilidaddeemplearelalmidóndeVigna unguiculata L.Walp, cono-cida en la localidad como x'pelon,comounimitadordegrasa,previahidrólisis conα-amilasa. Dichosimitadoreshansidoutilizadosconéxitoenlaelaboracióndeproductoscárnicos(Reyes,2000).

LOSREEMPLAZADORESDEGRASAEnLOSALIMEnTOSLanecesidaddedisminuirlagrasaen las dietas ha llevado a la pro-ducciónde un número elevadodealimentosquelacontenganenpocacantidad o sin ella, comonuggets,postrescongelados,carneparaham-burguesas,helados,pasteles,adere-zos,embutidosyotros(Egbertycol., 1991;SummerkampyHesser,1990). Enlasinvestigacionesrealizadasparaofreceralosconsumidoresali-mentosconbajocontenidodegrasa,los tecnólogos han desarrollados

Importanciadelaenzimaα-amilasaenlaproduccióndeimitadoresdegrasaenalimentos


algunos reemplazadores de grasaquenoproporcionancaloríasosonbajos en éstas. Estos ingredientestienen la particularidad de dismi-nuir el aporte calórico sin alterarlaspropiedadesorganolépticasqueidentificanaunagrasa,comosabor,textura,palatabilidad,viscosidadyotras(SummerkampyHesser,1990). Unproductobajoengrasaoligthsedefinecomo"productoquecon-tiene una tercera parte de caloríaso50%degrasaconrespectodeunalimento.Siel50%delascaloríasomásprovienendelagrasa,lareduc-cióndebedeserde50%delagrasa"(Mermelestein,1993). Laliteraturareportadosclasifica-cionesde reemplazadoresdegrasa.Unalosclasificaencuatrocategorías:1)basadosenproteínas,2)compuestossintéticos,3)basadosencarbohidratosy 4) combinaciónde los productosanteriores (SummerkampyHesser,1990).Lasegunda,losclasificaenva-riascategorías,talescomo:sustitutossintéticos,hidrocoloides(derivadosdealmidón,hemicelulosas,β glucanos,agentesqueaumentan laespesuraocuerpo,materialesmicroparticula-dosygomas),ademásdematerialescompuestos ymezclas funcionales(Glicksman,1991).Adicionalmente,sereportaunanuevacategoríadesusti-tutosdegrasaquesebasaenanálogosde lípidos, los cuales sonusados ensistemas alimentarios de humedadbaja(Kosmark,1996).

Los términosydefinicionesqueseutilizanparadescribirunreem-plazador de grasa varían segúnlos diferentes autores, originandoconfusión. Por lo anterior, recien-temente se les ha categorizado endos grupos: sustitutos de grasa eimitadores de grasa. Los primerosestán formados pormacromolécu-las que física y químicamente seasemejanalostriacilglicéridos.Sontambién llamados reemplazadoresdegrasabasadosenlípidos;tienenlacaracterísticadesustituirlagrasaenalimentosenunarelación1:1enbasegramoagramo.Seobtienenporsíntesisquímicaopormodificaciónenzimáticadegrasasoaceitestradi-cionales, siendoalgunosestablesalastemperaturasdecocciónyfreído.Ejemplosdeellossonlospoliésteresdesacarosa(OlestraMR);mono,diotriésteresdesacarosaconácidosgra-sos; triacilglicéridos estructuradosconcadenasdeácidosgrasosdeca-denacorta(C2:0,C3:0oC4:0)ylarga(C18:0)ligadosalazaralaestructuradelglicerol(SalatrimMR).Losimita-dores de grasa son sustancias queimitanlaspropiedadesfísicasyor-ganolépticasdelostriacilglicéridos,peronopuedenreemplazarlagrasaenalimentosenunarelación1:1enbasegramoagramo.Sonllamadosreemplazadores de grasa basadosen proteínas o carbohidratos, loscualespuedensermodificadosensuestructurafísicaoquímica.Sucarac-

noemíReyesVázquez-FabiolaE.PereiraPacheco


Uterísticaprincipalesqueposeenunacapacidadderetencióndeabsorcióndeaguaimportante,loqueloslimitaaserutilizadosenelfreído;sinem-bargo,algunosdeellosseempleanenelhorneo(Akoh,1998). Con excepción de los sustitutosdegrasasintéticosyemulsivoscomola lecitina, ningún ingrediente porsímismo imita satisfactoriamenteaunagrasaoaceite.Laelaboraciónde adecuados imitadores de grasaincluyelacombinacióndeunoomásingredientes. Se ha observado quedichas combinaciones están com-puestasbásicamentede tres ingre-dientesprincipales:unhidrocoloide,un agente que refuerza la texturayunmaterialmicroparticulado.Elprimerodeellos tieneelpropósitode proporcionar lubricidad; estematerialessolubleehinchable,en-contrándoseentreelloselalmidónylashemicelulosas.Elsegundotienelafuncióndecontrolarlaabsorciónyessoluble,porejemploloshidro-coloides de viscosidad baja. Y elúltimotienecomofinproporcionarflujosuave,esteproductoesinsolu-bleyentrelosmásutilizadosestánlosmicroparticulados de proteínaycelulosa.Cadaunodeellostieneuna funciónespecíficaen la "cons-trucción" del imitador de grasa ydependiendodelalimentoenelquesepretendareemplazar lagrasaseusarán combinaciones de estos in-gredientes.Aestascombinacionesse

lesconocecomosistemasimitadoresdegrasa(Glicksman,1991). Sepuedeasumirquenohayunacombinaciónúnicadecomponentesenunaformulacióndeterminada,debidoaquevariascombinacionesdecompo-nentesdanresultadossimilares. Actualmenteexisteunagranva-riedaddereemplazadoresdegrasacomerciales, que ya sea solos o encombinaciónsonaplicadosaungrannúmerodealimentos. EnelCuadro1sepresentanalgu-nosreemplazadoresdegrasausadosenalimentos.

USODELALMIDónHIDROLIZADOEnZIMÁTICAMEnTE(MALTODExTRInAS)COMOSUSTITUTODEGRASAParamejorar su funcionalidad losalmidonesdebendesermodificadosfísica,químicaoenzimáticamente,loque les confiereun rangodeaplica-ciónenlamanufacturadealimentosprácticamenteilimitado.Laliteraturareportaenformaabundanteelusodealmidonesmodificados, demaneraquenosóloactúancomoagentesgeli-ficantesoespesantes;sinoquetambiénseutilizancomotexturizantes,ligado-resdegrasaodeaguayauxiliaresenemulsiones(Luallen,1985). La mayoría de los almidonesutilizadoscomoimitadoresdegra-sa sufrenmodificaciones y una delasmás empleadas es la hidrólisis



enzimática,lacualesutilizadaparaelaborar polímeros de almidón depesomolecularmáspequeño (Gie-se, 1996). Se han desarrollado unsinnúmero de compuestos obteni-dosporhidrólisisenzimática,comomaltodextrinasdeharinadeavena,maltodextrinasdealmidóndemaíz,yalmidóndepapaconunvalordedextrosa equivalente (DE)menorque 5 llamado Paselli SAR lo quepermiteobtenergelesdebajavisco-sidad,saborsuaveytexturasimilaralasgrasashidrogenadas(Luallen,1985;SummerkampyHesser,1990;

Inglett y Grisamore, 1991). Granparte de las patentes utilizadas enel procesamiento enzimático delalmidónmencionansuconversiónamaltodextrinasusandoα-amilasas,así también como enzimas desra-mificantes como las pululanasas oisoamilasas (InstitutoMexicanodelaPropiedadIndustrial,1996). Cualquierα-amilasa apropiadaparalalicuefacciónpuedeserusada(IngletyGrisamore,1991).Sinembar-go,debidoaqueelalmidónrequieregelatinizarsepreviamenteosometersea temperaturasque lo gelatinicen e


Cuadro1Productos comerciales usados como reemplazadores de grasa de alimentos

Fuente:Summerkamp,1990;Glicksman,1991;Kosmark,1996.MR:Marcaregistrada.

ProductoComerical

StellarMR PaselliSA2

MR

MaltrinMR040

RamyriseMR TrailblazersMR (mat.compuesto) AvicelMR (mat.compuesto) n-FlateMR OlestraMR SalatrimMR

Tipodematerial

Almidóndemaízmodificadoporhidrólisisácida Almidón depapadegradadoenzimaticamenteDE<5

AlmidóndemaízdegradadoenzimáticamenteDE=5

Almidónpregelatinizadodearroz

Mezclas:gomaxanthan,sólidosdelechecoprocesados

Coprocesamientodecelulosamicrocristalinay

carboximetilcelulosa

Combinaciónalmidónmodificado,gomasemulsificantes yotrosingredientes

Sustitutosintéticodegrasa

Lípidoanálogo

Usos

Aderezos,mayonesas Aderezos,productosde

pastelería,mayonesa,productoscárnicos

Margarinasbajasengrasa,aderezosparaensaladassopas,pastelesdequeso

Postres,aderezos,cárnicos

Helados

Helados

Pastelería

Postres,margarinas,freídoyhorneado

Chocolate,confitería


Uhidrolisen simultáneamente; requie-redelusodeα-amilasas estables alcalentamiento(LeeyKim,1990). Lasmaltodextrinas comercialesutilizadascomoimitadoresdegrasaseempleancomopolvoogelenunaamplia gama de productos como:helados, aderezos, pasteles, carnesy productos dietéticos en general(IngletyGrisamore,1991). Según su gradoDE así como elgradodepolimerizacióndelasmal-todextrinas,seránsuspropiedadesfuncionalesquepresenteyportantosuaplicaciónalsistemaalimenticio.El grado deDE se define como lamedida del contenido de azúcaresreductores calculado como gluco-sa anhidra y expresado como unporcentajedeltotaldemateriaseca(Pomeranz,1991).EnelCuadro2se

puedenapreciar laspropiedadesyusosdelasmaltodextrinasobtenidasapartirdelmaízcondistintosDE.

HIDRóLISIS EnZIMÁTICADELALMIDónPORMEDIODEα-AMILASAElalmidóneselconstituyenteprin-cipaldemuchos alimentos, siendouna fuente de energía importante,asícomotambiénunfactoresencialenlaestructura,texturaoconsisten-ciadelosalimentos.Seencuentraenvariossitiosdelaplanta,principal-menteenraíces,tubérculos,ygranosdecerealesyleguminosas. Bajo elmicroscopio, el almidónaparececomogránulosdediferentetamaño y forma, dependiendo deltipo de almidón de que se trate,éstossonparcialmentecristalinosy

Cuadro2Maltodextrinas comerciales obtenidas por modificación enzimática de almidón de maíz

Producto

Inamalt110 Inamalt115 Inamalt120 Inamalt130

Inadex340

DE

9-12

13-17

18-22

28-32

36-38

Propiedades

Ligadordeagua,agentederelleno,proveecuerpo

Ligadordeagua,agentederelleno,acarreadordesabor

Sólidoderelleno,sensaciónenlaboca,fácildigestión

Ligadordeagua,mejoracorte,agentederellenomantienefrescura,desarrollodecolor

Controltemperaturadecongelación,proveecuerpo

Usos

Embutidos,bebidas

Sopas,salsasyembutidos

Alimentosparabebé,dispersantedegrasa

Jamónprocesado,pasteles

Helados

IndustrializadoradeMaíz,S.A.DE:Dextrosaequivalente



amorfos,exhibiendobirrefringenciaenelestadonativo. Elalmidónestáformadoporlasfraccionesdeamilosayamilopecti-na; laprimeraestá constituidaporcadenas de glucosa de aproxima-damente 500unidades, unidasporenlaceglucosídicoα-1,4;lasegundaesunpolímerodeglucosaramifica-do,dondelasramificacionesocurrencada20a30unidadesdeglucosayseunenmedianteenlacesα-1,6. Entre las enzimasmás impor-tantes involucradas en ladegrada-cióndelalmidónseencuentranlasamilasas, las cuales se dividen enα-amilasas,β-amilasasyglucoami-lasas, teniendo toda la particulari-daddehidrolizarenlacesα-1,4.Lasα-amilasas tienen la especificidadde hidrolizar enlaces glucosídicosenelinteriordelsustratolocualdalugaradextrinas,mientrasque lasβ-amilasas y glucoamilasas degra-

danelsustratoapartirdelextremonoreductordelalmidón,paraobte-nermaltosa y glucosa, respectiva-mente(Whitaker,1972). Lasenzimashancontribuidoenor-mementealcrecimientodelaindustriadelalmidón,pormejoramientodelosprocesosyaexistentesytambiénporproporcionarunagranvariedaddehidrolizadosdealmidónconpropie-dadesfisicoquí-micasyperfilesdecar-bohidratosbiendefinidos.Laglucosaisomerasaesunejemploexcelentedeaplicacióndelatecnologíaenzimática;deaquíquesuusoenlaproduccióndejarabesaltosenfructosaproporcionaunrangodejarabescondulzuraigualoexcedentealasacarosa.ElCuadro3proporcionalospríncipalesproductosobtenidosapartirdelahidrólisisenzi-maticadelalmidónysusaplicacionestípicas. Lasprincipalesetapasenlacon-versiónenzimáticadelalmidónson:


Cuadro3Productos obtenidos por hidrólisis del almidón y sus aplicaciones

Productodealmidón

Maltodextrinas

Jarabesmezclados(42-63DE)

Jarabesaltosenmaltosa

Jarabedeglucosa

Jarabesaltosenfructuosa

Aplicacionestípicas

Rellenos,estabilizadores,pastasyespesantes

Confitería,mermeladas,helados,salsasycomidaparabebé

Confitería

Fermentacionesdevino,bebidassuaves,caramelos

Bebidassuaves,conservas,frutasenlatadas,yoghurt

Fuente:Godfrey,1983


Ugelatinización, licuefacción, sacari-ficación e isomerización.De éstas,las dos primeras son básicas paralaadecuadahidrólisisdel almidón(GodfreyyReichelt,1983). Anivelindustrial,lalicuefaccióntambién llamada dextrinización sellevaa cabomezclandoel almidóna concentraciones entre 25 y 40%(B.S.)conagua,formandolechadasopastas.Posteriormente,laslechadassecalientanporarribadelos60ºC,de talmanera que los gránulos sehinchan, produciéndose la gelati-nización.Finalmente,alquedarex-puestoslosgránulosdealmidónporefectodelagelatinización,sefacilitalaaccióndelasenzimasα-amilasasllevándoseacabolalicuefaccióndelalmidón(GodfreyyReichelt,1983). Tradicionalmente, el proceso degelatinización y dextrinización delalmidón se realizamediantehidró-lisisácidadelechadasdealmidónapH1.2-2y calentamientoa140-155ºCpor5min;enlaactualidad,elusode sistemas ácido/enzimáticosy en-zimáticosempleandoα-amilasasestásiendocadavezmásutilizado,yaquepresentandiversasventajas:primero,laespecificidaddelasenzimaspermi-telaproduccióndemaltodextrinasyjarabes de azúcar conpropiedadesfísicas y químicas bien definidas;segundo, producepocas reaccionessecundariascomoenelcasodepro-ducción de sales y oscurecimiento(nigamySingh,1995).

α-AMILASASY SUACCIónSOBREELALMIDónLaα-amilasa(α-1,4glucano-4-gluca-nohidrolasa,EC3.2.1.)seencuentracomúnmenteenplantas, tejidosdemamíferos ymicroorganismos. Laenzimaactúademaneraendógenayalazarsobreloscomponentesdelalmidón,produciendoazúcaresre-ductores.Elmododeacción,propie-dadesyproductosdedegradacióndifieren,dependiendode la fuentedelaenzima(Kulp,1975). Algunasenzimasα-amilasaspre-sentanpesosmolecularesde 50,000ycontienencalcioensumolécula,elcualseencuentraligadoalaproteínafuertementeysólopuedeserelimina-doapHbajoyconagentesquelantes.Sielcalcioesremovido,laenzimasetornainestableyseinactiva.Elroldelcalcioenlaenzimaesmuyimportanteyaquemantienelaestructurasecun-dariay terciariade lamolécula. Sinembargo,nohayningunaevidenciaqueelcalciodesempeñeunpapelenelmecanismodeuniónotransformacióndelsustrato(Whitaker,1972). Laaccióndelasα-amilasassobrela fraccióndeamilosadelalmidónse llevaacaboen2etapas: inicial-mente,sellevaacabounacompletayrápidadegradacióndelaamilosaenmaltosaymaltotriosa.El resul-tadode este rompimiento sobre laamilosa es una rápida pérdida deviscosidad.Lasegundaetapaesmáslentaycomprendeunahidrólisisde



oligosacáridoscon la formacióndeglucosaymaltosa comoproductosfinales(Whitaker,1972). Laaccióndelasα-amilasassobrelaamilopectinallevaaunaformacióndeglucosa,maltosayunaseriededextri-nasα-límite,oligosacáridosdecuatroomásresiduosdeglucosa,loscualescontienenenlacesα-1,6glucosídicos.Sepuedenobtenermezclasdiferentesdedextrinasenfuncióndelorigendelaα-amilasautilizada (Kulp, 1975).Unatípicaseríededextrinasresultadodelaaccióndeα-amilasasdeB. subtillis selistanenelCuadro4.

COnCLUSIónApesar de lasmúltiples investiga-cionesquesehanrealizadoentorno

alusodelasα-amilasasparalapro-ducciónde imitadoresdegrasa, asícomoelusodeéstosendiversostiposde alimentos, aún existeun ampliocampode investigaciónparaprodu-cirimitadoresdegrasadefuentesnoconvencionalesdealmidón,asícomoparaencontrarlesnuevasaplicacionesenlaindustriaalimentaria.

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Cuadro4Distribución cuantitativa de oligosacáridos formados de la digestión de amilosa

y amilopectina por amilasas del B. subtillis

Productohidrólisis

G1

G2

G3

G4

G5

G6

G7

HMWb

Amilosaa Amilopectinaa

60minutos

2.3

10.1

12.8

6.0

10.2

20.6

14.7

23.3

180minutos

5.3

12.3

22.0

10.5

14.8

30.1

5.1

0.0

60minutos

1.4

5.5

8.2

0.9

4.9

14.0

9.8

55.3

180minutos

3.3

8.3

10.8

2.5

6.7

26.8

9.2

32.4

Fuente:Kulp,1975.a: Porcentajeenpesodeltotaldecarbohidratosenlamuestra.b: Fraccióndealtopesomolecular.G: Oligosacáridoscondiferentesgradosdepolimerización.



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