Enzimas microbianas y aplicaciones en la industria alimentaria

La mayoría de las enzimas microbianas que son producidas para su aplicación en la industria alimentaria proceden de un reducido número de microorganismos, debido principalmente a que éstos son seguros para la salud. Por otra parte debido a razones de índole energética la mayoría de las reacciones enzimáticas de la industria no son de síntesis, sino de hidrólisis.

- Amilasas

Las amilasas son un grupo de enzimas que catalizan la hidrólisis de almidón. Ten en cuenta que el almidón, que es un polímero de glucosa, es el polisacárido más abundante en la naturaleza después de la celulosa y sirve como materia prima en una gran variedad de productos de la industria alimentaria. Algunas de las amilasas de origen microbiano son las siguientes:

Estructura de la amilasa de la saliva humana (Fuente)

α-amilasa

Esta enzima extracelular hidroliza al azar unos enlaces concretos del almidón gelatinizado (α1→4), provocando una disminución de la viscosidad (licuefacción) y la formación de numerosos azúcares como glucosa, maltosa y maltotriosa (sacarificación). La α-amilasa es producida principalmente por bacterias y hongos, que se pueden clasificar según su actividad de licuefacción o sacarificación, en cada caso.

Entre las bacterias, el género Bacillus es el de mayor importancia, en el que destacan B. amyloliquefaciens y B. licheniformis. Las enzimas que producen estas bacterias se emplean principalmente en la industria azucarera para llevar a cabo la hidrólisis del almidón residual de caña de azúcar y en la industria cervecera como aditivo para la producción de etanol, ya que hidroliza el almidón a azúcares fermentables.

Entre los hongos, el más importante es Aspergillus oryzae cuyas enzimas es emplean para la obtención de hidrolizados de almidón con alto contenido de maltosa y como aditivo en panadería, ya que hidrolizan el almidón a azúcares fermentables.

β-amilasa

Esta enzima cataliza la hidrólisis de almidón para obtener maltosa. Se produce principalmente a partir de la bacteria Bacillus cereus.

β-amilasa (Fuente)

Amiloglucosidasa

Se trata de una exoenzima o enzima extracelular que produce glucosa a partir de amilosa y amilopectina, moléculas que forman el almidón. Esta enzima se produce principalmente con cepas del hongo Aspergillus niger y se utiliza en la industria cervecera para la obtención de cerveza ligera.

Pululanasa

Es una enzima que hidroliza el pululano, un compuesto formado por tres moléculas de glucosa. Esta enzima, que se produce principalmente a partir de cepas de Aerobacteraerogenes aerogenes y de Bacillus cereus, se utiliza fundamentalmente para obtener jarabes de maltosa (recuerda que es un disacárido formado por dos moléculas de glucosa).

- Proteasas

Las proteasas son un grupo de enzimas, tanto extracelulares como intracelulares, que catalizan la hidrólisis de proteínas. Existen una gran diversidad de microorganismos que secretan estas enzimas, aunque los más empleados en la industria son de los géneros Bacillus y Aspergillus.

Se ha conseguido producir proteasas para la industria quesera cuya actividad es muy similar a la de la quimiosina procedente de la ternera y que reciben el nombre genérico de sustitutos de renina o cuajos microbianos, ya que se emplean para cuajar la leche durante la elaboración del queso. Otras proteasas como la termolisina o termoasa se emplean en la síntesis enzimática de un edulcorante llamado aspartamo. Las proteasas tienen muchas más aplicaciones, como la obtención de gelatina, la modificación de algunas de las propiedades funcionales de las proteínas y la obtención de hidrolizados proteicos.

- Glucosa isomerasa

La glucosa isomerasa se emplea en la producción de jarabes de fructosa a partir de jarabes de glucosa. Se produce industrialmente gracias a diversos microorganismos, como Bacillus coagulans, Streptomyces phaechromogenes, S. olivaceus, etcétera.

- Celulasas y β-glucanasas

Hay una gran variedad de enzimas que degradan celulosa empleando las enzimas del complejo celulolítico, entre las que se encuentran: endoglucanasas, celobiohidrolasa y betaglucosidasa. Las enzimas más eficientes provienen de Trichoderma reesei, aunque existen otros microorganismos  que también son interesantes por alguna de sus características particulares, como su alta temperatura de operación, su alta actividad betaglucosidasa o por su capacidad de producir otras enzimas. Las betaglucanasas se emplean principalmente en la industria cervecera y se extraen sobre todo de Aspergillus niger y Bacillus subtilis.

β-glucanasas (Fuente)

- Pectinasas

Las pectinasas son un complejo de enzimas que degradan la pectina y que se clasifican en función de varios factores, como el sustrato (pectina o ácido péctico), el tipo de reacción (hidrólisis o transeliminación) y el mecanismo (intracelular o extracelular). Normalmente se producen a partir de Aspergillus niger, ya que este microorganismo produce una gran variedad de estas enzimas. Las pectinasas se emplean para la extracción y clarificación de jugos de fruta.

- Lipasas

Se trata de un grupo de enzimas que catalizan la hidrólisis de lípidos. La mayoría de las lipasas son de origen animal, aunque también se producen de forma industrial a partir de varios microorganismos como Aspergillus niger o Geotricum candidum. Se utilizan por ejemplo para la maduración acelerada del queso.

- Dextranasas

Las dextranasas se emplean principalmente en la industria azucarera para tratar la contaminación por dextranas producida por Leuconostoc mesenteroides en el jugo de caña de azúcar. Las dextranasas se obtienen a partir de varios microorganismos como Penicilium funicilosum.

- Invertasa

Las invertasas pueden ser alfaglucosidasas o betafructofuranosidasas. Sólo estas últimas se obtienen industrialmente, para lo que se emplean los microorganismos Sacharomyces cerevisiae y S. calsbergensis.

- Lactasa

La lactasa hidroliza la lactosa en glucosa y galactosa. Es producida de forma industrial por hongos, como Aspergillus niger y Aspergillus oryzae y levaduras, como Kluyveromyces lactis. Se utiliza para obtener leche con bajo contenido en lactosa.

- Glucosa oxidasa

La glucosa oxidasa industrial es producida principalmente a partir de cepas de Aspergillus niger. Se emplea en combinación con catalasa para la eliminación de glucosa en la clara de huevo. También se utiliza como estabilizante de alimentos por eliminación de oxígeno (mayonesa, bebidas).

- Otras enzimas microbianas

Naringinasa

Es una enzima comercial producida por Aspergillus niger que se emplea en el tratamiento de zumos de pomelo para eliminar el sabor amargo asociado a la presencia de naringina.

Limonato deshidrogenasa

Es una enzima producida por Pseudomonas que se emplea para eliminar el amargor causado por un compuesto llamado limonina en los zumos de naranja

Ciclodextrina glucosil transferasa

Estas enzimas permiten obtener ciclodextrinas a partir de hidrolizados de almidón con amilasa. Para producir estas enzimas se emplean diferentes microorganismos del género Bacillus.

Isomaltulosa sintasa

Esta enzima se emplea para la producción de isomaltulosa, un edulcorante que tiene cierta similitud tecnológica con la sacarosa. Para ello se emplean microorganismos como Serratia plymuthica.

Diacetil reductasa

Esta enzima permite transformar el diacetilo (2,3-butanodiona) en 2,3 butilen glicol. El diacetilo, responsable del sabor de la mantequilla, es indeseable en la cerveza, donde se produce como subproducto de la fermentación alcohólica. Se puede emplear para producir esta enzima Aerobacter aerogenes.

Acil tanino hidrolasa

Esta enzima se conoce como tanasa y se emplea para la producción de té instantáneo. Es producida industrialmente por Aspergillus niger.

α-galactosidasa

Esta enzima se puede emplear para hidrolizar la estaquiosa y obtener así rafinosa y galactosa, y posteriormente para hidrolizar la rafinosa en galactosa y sacarosa. La estaquiosa es un tetrasacárido responsable de problemas de flatulencia en algunas semillas oleaginosas como la soja, mientras que la rafinosa es importante en la producción de azúcar de remolacha, ya que afecta negativamente al proceso de cristalización de la sacarosa. Esta enzima se produce de forma industrial a partir del microorganismo Mortierella vinacea.