BIOTECNOLOGIA APLICADA DESDE LO NUTRICIONAL Y TECNOLOGIA ENZIMATICA

OLGA BENDECK MEDINAMADELEY CERVANTES PATERNINALUISA GUERRA PALACIODIEGO VENEGAS CAMELO

DOCENTE:INGENIERO DE ALIMENTOSCARLOS VIDAL TOVAR

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESARVALLEDUPAR 2014-2BIOTECNOLOGIA DE LA NUTRICIONEs lainvestigacinacerca de losprocesosde elaboracin de productos alimenticios mediante la utilizacin de organismos vivos o procesos biolgicos o enzimticos, as como la obtencin de alimentos genticamente modificados mediante tcnicas biotecnolgicas.

Es un conjunto de tcnicas o procesos que emplean organismos vivos o sustancias que provengan de ellos para producir o modificar un alimento, mejorar las plantas o animales de los que provienen los alimentos, o desarrollar microorganismos que intervengan en los procesos de elaboracin de los mismos. La inmensa mayora de los alimentos que comemos actualmente, sufren diversas transformaciones biotecnolgicas para obtener el producto que llegar al mercado.

Muchos de los animales y las plantas de los que provienen estos alimentos han sido modificados por el hombre en mltiples aspectos para adecuarlos a las necesidades de produccin, para mejorar sus propiedades nutritivas, o para cambiar sus cualidades sensoriales (olor, sabor, forma, color, textura, etc.). Una vez en la industria, muchas de estas materias primas animales o vegetales sufren transformaciones mediante microorganismos como bacterias, hongos o levaduras, los cuales tambin han sido seleccionados y mejorados previamente, buscando unas caractersticas apropiadas. Igualmente, es prctica comn en la industria alimentaria el empleo de enzimas y otros aditivos en algunas fases de la produccin de los alimentos, los cuales, en su mayor parte, han sido producidos industrialmente. Por lo tanto, la biotecnologa impacta directamente en el ejercicio de la nutricin como profesin, debido a que se trabaja con alimentos.

AREAS DE APLICACIN

Los aportes de la biotecnologa para apoyar los procesos productivos de laindustriaalimentaria y agroalimentaria se enfocan a dos grandes lneas prioritarias de investigacin:

1.tecnologaenzimtica y biocatlisis2. alimentos genticamente modificados

1.TECNOLOGA ENZIMTICA Y BIOCATLISIS

El rea de tecnologa enzimtica y biocatlisis incluye el extenso campo de las fermentaciones en procesamiento de alimentos, as como la mejora gentica de microorganismos de aplicacin en tecnologa de alimentos y laproduccindeprotenasyenzimasde uso alimentario.

Fermentacioneslafermentacines la transformacin de una sustancia orgnica (generalmente un carbohidrato) en otra utilizable, producida mediante unprocesometablico por microorganismos o por enzimas que provocan reacciones de oxidacin-reduccin, de las cuales el organismo productor deriva la energa suficiente para sumetabolismo. las fermentaciones pueden ser anaerbicas, si se producen fuera del contacto con elaire, o aerbicas, que slo tienen lugar en presencia deoxgeno. Las fermentaciones ms comunes en la industria de alimentos son la delazcar, con formacin dealcoholetlico, en la elaboracin de vino,cerveza, sidra; la del alcohol, con formacin de cido actico, en la elaboracin del vinagre; y la fermentacin lctica, en la elaboracin de quesos y yogures.

Actualmente en la industria fermentativa se utilizan tanques de fermentacin en los que sta se realiza en condiciones controladas detemperaturaypresiny que permiten regular constantemente laentraday salida de productos.

Los diversos tipos de fermentaciones en la industria de alimentos se pueden clasificar de la siguiente manera:

Fermentaciones no alcohlicas Panadera (fermentacin por levaduras de panadera) Vegetalesfermentados (encurtidos en general) Ensilado (fermentacin de forraje) Fermentaciones alcohlicas Vino (fermentacin alcohlica y malolctica) Cerveza Sidra Destilados Vinagre (transformacin de alcohol en cido actico por fermentacin con acetobacter) Fermentaciones crnicas Embutidos crudos curados (salame, chorizoespaol, etc.) Jamn serrano (productocurado) Productos depescadofermentado (fermentacin en filetes de pescado ahumado) Fermentaciones lcticas leches fermentadas en generalyogur (fermentacin delechecon microorganismos acidificantes, como lactobacillus) Quesos (fermentacin con determinadoscultivosbacterianos inoculados) Bebidas lcticas alcohlicas (kefir) Fermentaciones locales especiales Salsa de soya Miso Tofu Otros productos

Otras aplicaciones en tecnologa enzimtica y biocatlisis

Mejora gentica de microorganismos

Obtencin de cepas recombinantes de microorganismos deutilidaden tecnologa de alimentos, mediante tcnicas deingeniera gentica. se obtienen as microorganismos como levaduras industriales que poseen una mayor adaptacin yeficaciaen los procesos fermentativos, obacteriascapaces de producir determinadas enzimas de utilidad en procesamiento de alimentos.

Produccin de protenas y enzimas de uso alimentario

Produccin de enzimas con una actividad enzimtica dada, a partir declulasmicrobianas. esta actividad se vale de varias disciplinas, como la microbiologa, la ingeniera gentica, ingeniera de protenas e ingeniera bioqumica. se obtienen as enzimas que transforman el azcar en polmeros, enzimas que hidrolizan la lactosa de la leche para hacerla ms digerible, enzimas que se utilizan en enologa, etc.

Diseode procesos enzimticos

Con los catalizadores disponibles o desarrollados, enzimas o clulas, libres o inmovilizadas, se pueden llevar a cabo procesos enzimticos o fermentativos en reactores de diversas caractersticas, las que se determinarn para cada proceso especfico. as, se ha desarrollado, por ejemplo, una lnea de procesos de extraccin enzimtica deprincipiosactivosvegetales para la transformacin de materias primas. tal es el caso de un proceso biolgico para la extraccin deaceitede coco, sin usar solventes ni extractores mecnicos.

Lneas de investigacin en tecnologa enzimtica y biocatlisis

En la actualidad se estn llevando a cabo diversos avances en los campos de investigacin referentes a tecnologa enzimtica y biocatlisis, en particular el estudio del metabolismo y mejoramiento gentico de levaduras industriales, as como la expresin de enzimas especficas mediante cepas microbianas recombinantes.

Algunas de las lneas de investigacin endesarrolloactual son las que se describen a continuacin:

Bacterias lcticas

Utilizacin de tcnicas y desarrollo demtodospara la deteccin e identificacin de bacterias lcticas, utilizadas como cultivos iniciadores de fermentaciones alimentarias.Estudios sobre el metabolismo de bacterias lcticas, incluyendo metabolismo de azcares, regulacin de la gluclisis e incidencia en la produccin de voltiles y lacalidadde productoslcteos.

Biologamolecular de levaduras industriales

Estudio de mecanismos moleculares implicados en lafisiologade levaduras industriales durante los procesos fermentativos que llevan a cabo.Estudio de los mecanismos moleculares de la respuesta aestrsosmtico en levaduras industriales.Modificacin gentica de cepas de levaduras industriales para conseguir una mayor adaptacin y eficacia en los procesos fermentativos.

Enzimas y levaduras vnicas

Utilizacin de tcnicas deseleccine identificacin de levaduras vnicas.Estudios de la fisiologa de levaduras vnicas durante los procesos de fermentacin.Modificacin gentica de levaduras vnicas. Estudios sobre la aplicacin de enzimas en enologa. produccin de enzimas deintersenolgico.

Estructurayfuncinde enzimas Estudios de la relacin entre estructura y funcin de protenas.Produccin heterloga de enzimas por cepas microbianas.

Levaduras de panadera

Aislamiento y caracterizacin de microorganismos con aplicacin potencial en la industria de panadera.Estudios sobre el metabolismo de levaduras de panadera.Expresin heterloga de genes que codifican enzimas de inters en los procesos de panificacin.

Taxonomamolecular Aplicacin de tcnicas moleculares para la deteccin e identificacin de bacterias en alimentos. deteccin e identificacin de bacterias patgenas por pcr.

2. Alimentos genticamente modificados

Qu son los alimentos genticamente modificados

Lademandade alimento global ha aumentado la necesidad de cultivos mejorados. la biotecnologa ofrece la tecnologa necesaria para producir alimentos ms nutritivos y de mejor sabor, rendimientos ms altos de cosecha y plantas que se protegen naturalmente contraenfermedades, insectos y condiciones adversas.

La tecnologa de alimentos genticamente modificados (tambin llamados alimentos transgnicos) permite efectuar la seleccin de un rasgo gentico especfico de un organismo e introducir ese rasgo en elcdigogentico del organismo fuente del alimento, por medio de tcnicas de ingeniera gentica. Esto ha hecho posible que se desarrollen cultivos paraalimentacincon rasgos ventajosos especficos u otros sin rasgos indeseables.

En lugar de pasar 10 o 12 aos desarrollando plantas a travs de mtodos de hibridacin tradicional, mezclando millares de genes para mejorar un cultivo determinado, la biotecnologa actual permite la transferencia de solamente uno o pocos genes deseables, obteniendo cultivos con las caractersticas deseadas en tiempos muy cortos.

Principales aplicaciones en alimentos genticamente modificados

Las ventajas ofrecidas por la biotecnologa de modificacin gentica se aplican fundamentalmente en el mejoramiento de cultivos agrcolas.las principales aplicaciones se ven en cultivos con las siguientes caractersticas:

resistenciaa enfermedades y plagas resistencia a sequas y temperaturas extremas aumentos en la fijacin de nitrgeno (permitiendo reducir el uso de fertilizantes) resistencia asueloscidosy/o salinos resistencia a herbicidas (permitiendo eliminar malezas sin afectar el cultivo) mejoramientos en la calidad nutricional modificaciones para obtener cosechas ms tempranas mejor manejo de postcosecha otras caractersticas devaloragregado

TECNOLOGIA ENZIMATICALa tecnologa de enzimas involucra la produccin (obtencin de extractos con actividad cataltica), purificacin (separacin de otras macromolculas orgnicas), caracterizacin y finalmente, la inmovilizacin de las enzimas para su utilizacin en gran variedad de biorreactores.Hoy en da la tecnologa enzimtica ocupa un lugar preponderante dentro de la biotecnologa y especficamente dentro del sector alimentario. Alrededor de un 65% de las enzimas que se producen industrialmente estn de una u otra forma relacionadas con la industria alimentaria, aunque es conveniente sealar que solo las proteasas alcalinas empleadas en detergentes ocupan 25% del total de la distribucin, el 10% restante corresponde a aplicaciones en reas farmacuticas y analticas.Las enzimas son una clase especial de protenas que aceleran la velocidad de las reacciones qumicas que ocurren en una clula. Por esto se las conoce como catalizadores biolgicos. Las enzimas ayudan en procesos esenciales tales como la digestin de los alimentos, el metabolismo, la coagulacin de la sangre y la contraccin muscular. El modo de accin esespecficoya que cada tipo de enzima acta sobre un tipo particular de reaccin y sobre un sustrato especfico.Desde el punto de vista fisicoqumico, y como consecuencia de su estructura proteica la actividad cataltica de las enzimas depende del pH y de la temperatura de reaccin, caracterstica que resulta de fundamental importancia en la aplicacin industrial.

ENZIMAS Y BIOTECNOLOGIA

La mayora de los procesos biotecnolgicos tradicionales como la obtencin de yogur, la produccin de cerveza o la fermentacin de la uva para fabricar vino, son realizados por las enzimas que cada microorganismo produce para su particular metabolismo. Sin embargo tambin es posible realizar los procesos biotecnolgicos con las enzimas, en ausencia de los microorganismos.La mayora de las enzimas industriales se extraen de bacterias y hongos. Entre ellas:Proteasa de bacilo, Amiloglucosidasa, Amilasa de bacilo, Glucosa isomerasa, Cuajo microbiano, Amilasa fngica, Pectinasa, Proteasa fngica.Las enzimas presentan muchsimas aplicaciones y su utilizacin en el mbito industrial se lleva a cabo desde hace muchos aos. Sus caractersticas especficas permiten a los industriales ejercer un control ms estricto de la calidad de sus productos.En el siguiente esquema se mencionan algunas aplicaciones industriales de las enzimas:

IMPACTO ACTUAL EN LA TECNOLOGIA DE ALIMENTOSLas enzimas intervienen prcticamente en todas las reas involucradas de la tecnologa de alimentos, por lo que el enzimologo debe aprender a caracterizar y aplicar enzimas exgenas, a activar o inhibir, dependiendo del alimento, enzimas endgenas o a aprovechar su tremoestabilidad para asociar su desactivacin con tratamientos trmicos y emplearlas como parmetros de control de calidad o simplemente aprovecharlas como herramienta analtica

PRINCIPALES APLICACIONES DE ENZIMAS EN EL PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS

POTENCIAL DE LAS ENZIMAS EN LA BIOTECNOLOGIA ALIMENTARIASon varios los desarrollos cientficos y tcnicos que han incidido ya en la enzimologa alimentaria, el impacto de diversas tcnicas como la habilidad entre tcnicos y cientficos han hecho evolucionar esta ciencia para encontrar nuevas aplicaciones y mejorar los productos ya existentes. TECNICAS PARA USO DE ENZIMAS Las tcnicas convencionales de seleccin de microorganismos: Son tcnicas de aislamiento en el cual se requiere atrapar las cepas de microorganismos para producir ms enzimas, por ejemplo se sabe que el primer Penicillium capaz de ser usado para producir penicilina provena de una toronja enmohecida de Preoria, Illinois, y hoy en da las cepas industriales producen hasta 10000 veces mas penicilina.

La inmovilizacin de enzimas y clulas: El objetivo de la tcnica consiste en retener una enzima por medio de diversos tratamientos como son, atraparla en la matriz de un polmero, de un gel o de una microcapsula. En todos los casos se pretende recuperar la enzima al final de la reaccin, reusada posteriormente, o de ser posible emplearla en un reactor de funcionamiento continuo.

La modificacin qumica de enzimas: Consiste en modificar qumicamente algunos grupos claves localizados en la superficie de la protena. Aparentemente la modificacin qumica elimina las repulsiones electrostticas desfavorables de grupos con carga que facilitan el desdoblamiento (desnaturalizacin). De manera adicional se incrementan las interacciones hidrofbicas en la estructura globular.

La bsqueda de nuevos sustratos para enzimas existentes: Con frecuencia se confunde el nombre de una enzima, con lo que esta puede hacer. El caso de la peroxidasa: es conocida por su alta capacidad de transformar el peroxido de hidrogeno en oxigeno y agua, pero se conoce poco sobre la gran cantidad de reacciones que cataliza, y que la asocian al proceso del inicio de maduracion de frutas y vegetales, con reacciones en el deterioro poscocecha, por lo tanto se han buscados nuevos sustratos que abriran una cantidad de aplicaciones a la industria en general y al sector alimentario en particular.

Biocatalizadores de microorganismos termfilos: Otras de las alternativas de enzimas termoestables la constituyen los microorganismos termfilos. Existen evidentes ventajas econmicas en el desarrollo de biocatalizadores de bacterias termfilas extremas: La produccin de enzimas resulta mas econmica pues los riesgos de contaminacin son casi nulos a temperaturas superiores a 65C Existe evidencia sobre la obtencon de mayores rendimientos en los procesos de extraccion-purificacion. Mayores tiempo de vida de los catalizadores.

La ingeniera gentica: Consiste en modificar la secuencia de nucletidos en el gen estructural original de forma precisa y determinar el efecto producido por este cambio esta tcnica emplea oligonucletidos del ADN y se le conoce como "muta gnisis dirigida"

Reacciones enzimticas en fase no acuosa: Esta novedosa conceptualizacin ha sido exitosamente probada en 3 situaciones: con sustratos disueltos en : 1. solventes orgnicos, 2. fluidos supercrticos, o 3. sustratos presentes en fase acuosa.

CONCLUSIONES

La alimentacin debe ser entendida no slo como una herramienta para lograr una correctanutricinsino tambin para mejorar elestado de saluddel individuo. La estrecha relacin existente entre alimentacin, nutricin y salud se ha visto claramente reforzada por los avances cientficos en muy diversos campos, como la genmica, protemica o la biotecnologa de los alimentos; lo que har posible en un futuro no muy lejano aproximar los requerimientos nutricionales y el comportamiento fisiolgico ante los diferentes tipos de alimentos de forma personalizada para cada individuo en funcin de fondo gentico.

Hoy en da vemos como muchos de los procesos alimentarios que antes demoraban mucho tiempo en realizarse, solo cuenta con pocas horas para su ejecucin y en una mayor escala que en el pasado, gracia a la diferentes biocatalizadores de enzimas, la ingeniera gentica y diferentes tcnicas que se conocen para usar las enzimas en favor de los seres humanos.

La tecnologa enzimtica de ahora es una verdadera arma para el avance de los procesos industriales tanto generales como especficamente los alimentarios, gracias a ella podemos decir que el sector alimentario avanza a pasos agrandados hacia la mejora da a da de los procesos que conllevan la preparacin, conservacin y vida de toda clase de alimentos, por lo tanto no solo es una fuente de ayuda a los ingenieros que trabajamos en este sector, sino a la humanidad.

WEBGRAFIA

http://books.google.com.co/books?id=2ctdvBnTa18C&pg=PA103&lpg=PA103&dq=tecnologia+enzimatica&source=bl&ots=_qwa7dyByi&sig=n4Rl8yBdMeDQqwdw333lF9J0W8&hl=es&sa=X&ei=vHH3U6rgComU8QGtmYCgAw&sqi=2&ved=0CGkQ6AEwDA#v=onepage&q=tecnologia%20enzimatica&f=false

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211619/Contenido_en_linea_eXe/capitulo_5_tecnologa_enzimtica.html

http://www.funiber.org/areas-de-conocimiento/salud-y-nutricion/nutricion/master-biotecnologia-alimentaria/