Las enzimas son un grupo de sustancias orgánicas que actúan como catalizadores en reacciones químicas, siendo esenciales para el sistema metabólico de todos los organismos vivos y en la degradación de materia orgánica, deterioro de alimentos y control de microorganismos fitopatógenos.

Por sus características catalíticas, las enzimas son aptas para su uso en todo tipo de industria y actualmente se utilizan en diversas áreas como la industria farmacéutica, papel y celulosa, industria textil y del cuero, agricultura, alimentación y nutrición animal, reduciendo significativamente los principales costos.

Los procesos que utilizan enzimas son más eficientes, más rápidos y contribuyen a la sostenibilidad. Las enzimas se pueden obtener de fuentes vegetales, como desechos industriales (paja de caña), de origen animal y microbiano.

 

ENZIMAS DE ORIGEN MICROBIANO

Las enzimas microbianas son conocidas como enzimas superiores, obtenidas de diferentes microorganismos. Muchas enzimas de fuentes microbianas ya se utilizan en varios procesos industriales. Se han estudiado a nivel mundial bacterias, hongos y levaduras para la biosíntesis de preparaciones económicamente viables para aplicaciones comerciales.

Las enzimas industriales son grandes aliados para un futuro mejor porque es una tecnología limpia que reduce el uso de agua, consume poca energía y genera poco impacto ambiental, minimizando los subproductos tóxicos.

Las enzimas producidas para uso comercial en una variedad de industrias ya han hecho que ciertas actividades diarias sean más sostenibles. La ropa sale limpia de un ciclo de lavado con agua fría como un ciclo de agua caliente, gracias a las enzimas industriales.

Los combustibles alternativos como el etanol 2G también están disponibles gracias a las enzimas industriales. Los procesos más robustos, como en la producción de ropa, se realizan mediante el uso de enzimas.

Entre los microorganismos importantes para la producción de enzimas microbianas se encuentran Aspergillus niger, Bacillus subtilis, Trichoderma reesei, Sacharomyces fragilis, Penicillium, entre otros.

 

INDUSTRIA DE ALIMENTOS

En la industria alimentaria, las enzimas son herramientas importantes en la producción de pan, productos lácteos y bebidas fermentadas. Se utilizan para optimizar el proceso de fabricación y aumentar la calidad de los alimentos.

La enzima α-amilasa se utiliza en la repostería para favorecer la descomposición del almidón, lo que conduce a la formación de maltosa y aporta mayor suavidad a la masa, manteniéndola fresca por más tiempo, alargando la vida útil tanto del pan como de las tortas. Esta enzima también se puede usar junto con proteasas y glucanasas para una producción eficiente de cerveza.

La enzima proteasa mejora la elasticidad, así como el sabor y el color de los panes.

La lisozima y la lactasa son enzimas que se utilizan en la producción de queso y otros productos lácteos.

La celulasa y la pectina-liasa se utilizan en la industria alimentaria para macerar jugo de zanahoria y hojuelas de patata instantánea destinadas a la alimentación infantil.

La proteasa se utiliza para ablandar la carne y mejorar las propiedades de solubilidad, emulsificación, gelificación o propiedades espumantes de muchos otros alimentos.

 

INDUSTRIA DE BEBIDAS

En la industria de bebidas, una de las enzimas más utilizadas es la pectinasa, que tiene la función de clarificar y reducir la viscosidad y turbidez de los jugos, aumentando su extracción y reduciendo el tiempo de filtración hasta en un 50%.

En la industria del vino, el uso de pectinasa se da en la elaboración y obtención de vinos de mayor calidad. Esta enzima actúa mejorando la extracción de jugos y en consecuencia la concentración de terpenos. Al igual que en la industria de las bebidas y en la extracción de aceites esenciales para diversos fines, la pectinasa es de gran importancia, ya que ofrece buenos rendimientos en la producción.

También en la industria del vino, la enzima ureasa se usa para eliminar la urea del vino y así prevenir la formación de carbamato de etilo, un componente cancerígeno formado a partir del etanol y la urea (si está presente), durante el almacenamiento del vino.

 

INDUSTRIA DE DETERGENTES

La industria de los detergentes es actualmente el mayor usuario de enzimas industriales. Esta industria utiliza proteasas, lipasas, amilasas y celulasas predominantemente en la producción de detergentes en polvo biológicos. Estas enzimas se descomponen rápidamente o liberan suciedad que normalmente solo se puede eliminar a temperaturas muy altas o utilizando grandes cantidades de detergentes químicos durante un período de tiempo más largo.

 

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS EN BIORREACTORES DE TANQUE AGITADO

El grupo más grande de enzimas industriales que se utilizan en la actualidad se deriva de la fermentación microbiana. La fermentación es el proceso mediante el cual se cultiva un microorganismo en condiciones ambientales muy controladas de pH, temperatura, oxígeno disuelto y otros parámetros, que permiten la máxima producción y expresión del producto enzimático deseado. Las tres clases de microorganismos (bacterias, hongos y levaduras) son fuentes de enzimas comerciales. El paso de fermentación tiene lugar en biorreactores, donde es posible realizar el  control y monitoreo de todas las condiciones ambientales necesarias para que los microorganismos se multipliquen.

En la fermentación sumergida, la enzima es producida por el microorganismo durante el crecimiento en un medio líquido contenido en un biorreactor piloto. El biorreactor se prepara para la producción, primero agregando agua, seguido de la adición del medio de cultivo específico para esta fermentación. Los medios de cultivo deben proporcionar todo el carbono, nitrógeno, minerales y vitaminas requeridos por el microorganismo específico para un máximo crecimiento y rendimiento enzimático. El contenido del fermentador / biorreactor se esteriliza típicamente mediante inyección de vapor a 121°C durante 30-60 min.

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Las fuentes de carbono y nitrógeno en los medios de cultivo comerciales generalmente se derivan de subproductos de la industria. Las fuentes típicas de carbono y minerales son el suero, melaza, soya y maíz, mientras que las fuentes de nitrógeno incluyen harina de pescado, licor de maíz, extracto de levadura y harina, entre otras.

Dependiendo de la estrategia de alimentación del sustrato, la fermentación sumergida se puede dividir en tres grupos: discontinua (batch), discontinua alimentada (fed-batch) y continua (continuous fermentation).

La duración del proceso de fermentación sumergida dependerá del tipo de microorganismo utilizado.

En general, la fermentación bacteriana puede tardar 24 horas en completar por completo el rendimiento enzimático que se logrará en el biorreactor, mientras que las fermentaciones fúngicas pueden tardar entre 6 y 10 días en alcanzar el mismo objetivo.

La fermentación es monitoreada constantemente a través de una torre de control con software integrado para asegurar el crecimiento constante de microorganismos y, en consecuencia, el rendimiento enzimático. Factores como aireación, agitación, oxígeno disuelto, pH, temperatura y gas O₂/CO₂ se pueden controlar y monitorear en los biorreactores de Tecnal para garantizar un rendimiento enzimático óptimo.

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REFERÉNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Aquarone,  E.;Borzani,  W.;  Schmidell,  W.;  Lima, U.A; Biotecnologia Industrial, Edgard Blücher: São Paulo, 2001

D. Zhu, Q.Wu, N. Wang, in Comprehensive Biotechnology (Second Edition), 2011