2010 Quijano - Quimosinas

QbIMO$INA$Autor: 1OSÉ DAVID QUI1ANO VELASCO UNIVERSIDAD DEL VALLE CALI COLOMBIA 2010 QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 2 Para consultas o comentarios, ponerse en contacto con: 1osé David Quijano Velasco e-mail: ioqui46(yahoo.es Las opiniones expresadas no son necesariamente opiniones de ReCiTeIA, de sus organos o de sus Iuncionarios. Edicion: 2010 © ReCiTeIA. Cali Valle Colombia e-mail: reciteia(live.com url: http://revistareciteia.es.tl/ QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 3 Quimosinas Jose David Quiiano Velasco Universidad del Valle Colombia CONTENIDO Lista de Tablas ........................................................................................................................... 3 Lista de Figuras.......................................................................................................................... 4 Lista de Ecuaciones .................................................................................................................... 4 Resumen .................................................................................................................................... 5 1 Introduccion ...................................................................................................................... 5 2 Revision historica .............................................................................................................. 5 2.1 Etimologia ................................................................................................................................. 5 2.2 Aspectos culturales .................................................................................................................... 6 2.3 Origenes del queso ..................................................................................................................... 6 3 Fundamentos teoricos ........................................................................................................ 6 3.1 Funcion y obtencion ................................................................................................................... 6 3.2 Sustitutos de la quimosina .......................................................................................................... 8 3.3 Elaboracion del cuaio en la leche ................................................................................................ 8 3.4 Coagulacion enzimatica de las caseinas ...................................................................................... 8 3.5 Elecciones a la hora de usar cuaio natural ................................................................................... 8 3.6 Aditivos utilizados en la elaboracion de quesos ........................................................................... 9 3.7 Quimosina recombinante .......................................................................................................... 10 3.8 Cuaios microbianos .................................................................................................................. 11 3.9 Cuaios vegetales ...................................................................................................................... 11 3.9.1 Usos ............................................................................................................................... 12 3.9.2 ¿Sabias que...? ................................................................................................................ 12 4 Ecuaciones ...................................................................................................................... 12 4.1 Titulo o Fuerza del Cuaio ......................................................................................................... 12 4.2 Cantidad necesaria ................................................................................................................... 13 4.3 Potencia de la Bomba ............................................................................................................... 13 5 Operaciones unitarias en el proceso.................................................................................. 13 5.1 Recepcion de materia prima ..................................................................................................... 13 5.2 Molienda ................................................................................................................................. 14 5.3 Mezclado: ................................................................................................................................ 15 5.4 Filtracion: ................................................................................................................................ 15 5.5 ClariIicado: .............................................................................................................................. 15 5.6 Evaporacion: ............................................................................................................................ 16 5.7 Empacado: ............................................................................................................................... 16 6 Problemas en el secado de la quimosina ........................................................................... 16 6.1 El extracto de cuaio abiasa ....................................................................................................... 17 7 Conclusiones y recomendaciones ..................................................................................... 19 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Quimosinas 9 Tabla 2. Tipos de Iuerzas 14 QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 4 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Christian Hansen. 6 Figura 2. Obtencion tradicional de cuaio por secado al sol de los estomagos de ternero. 7 Figura 3. Flor de Cynara cardunculus. 11 Figura 4. El extracto de cuaio Abiasa 19 LISTA DE ECUACIONES Fuerza del cuaio ................................................................................................................ 13 Cantidad necesaria de cuaio .............................................................................................. 13 Potencia de la Bomba ....................................................................................................... 13 QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 5 Quimosinas RESUMEN El trabaio consiste en dar un enIoque acerca de las quimosinas; ya que son enzimas importantes en la elaboracion de los quesos; la industria actualmente utiliza muchos tipos de quimosinas, de tipo animal, de tipo vegetal o quimico. Se hacen deIiniciones, revisiones historicas, Iormas de obtencion, etapas de proceso. Palabras claves: Quimosinas / Enzimas 1 INTRODUCCIÓN La quimosina, conocida tambien como renina, es una enzima; pertenece al grupo de proteinas acidas hace la mayor Iuncion en la coagulacion de la leche. Se encuentra predominante en el estomago de los terneros llamado tambien cuaio el cual es utilizado en la elaboracion de quesos cuya Iuncion es separar la caseina (aproximadamente el 80° del total de proteinas) de su Iase liquida (agua, proteinas del lacto suero y carbohidratos), llamado suero. La quimosina es segregada en el cuaio baio una Iorma inactiva como pro quimosina, la cual es transIormada en enzima activa por un proceso auto catalitico acelerado por el pH acido. En el transcurso de la activacion, los peptidos basicos son separados de la parte terminal de la proteina. La zona de pH donde se observa la mayor estabilidad de la enzima es entre 5.3 y 6.3 y es inestable por debaio de 3.5 y por enzima de 6.6 donde hay una degradacion de su actividad enzimatica. El punto de la enzima es de 4.5 (WEBER, 1983). La temperatura maxima antes de su desnaturalizacion es de 38°C. la quimosina se vuelve muy inestable a temperaturas elevadas. Esta es desnaturalizada completamente en media hora. 2 REVISIÓN HISTÓRICA 2.1 ETIMOLOGIA La palabra "cuaio" deriva del verbo latino "agere"; asi "coagulum" era 'un grumo consolidado de un liquido'. En la decada de 1870, Christian Hansen obtuvo la primera preparacion de quimosina relativamente pura, y de calidad constante de un lote a otro, Iundando una compañia para su comercializacion, que lleva su nombre y que todavia es una de las mas importantes en la QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 6 Iabricacion de enzimas para la industria alimentaria. Comercializo la quimosina disuelta en una solucion salina concentrada, tal como se continua haciendo actualmente. Figura 1. Christian Hansen. :ente. CHR Hancen 2.2 ASPECTOS CULTURALES Muchos vegetarianos evitan el consumo de quesos Iabricados a partir de un cuaio de origen animal. Por esta razon existe una amplia variedad de quesos Iabricados con un cuaio obtenido de la Iermentacion del hongo mucor miehei. Los vegetarianos no consumen queso real, aunque si existen sustitutos con ingredientes unicamente de origen vegetal, normalmente elaborados con productos a base de soia. 2.3 ORIGENES DEL QUESO Existe una leyenda que dice que el queso Iue descubierto por un mercader arabe que, mientras realizaba un largo viaie por el desierto, puso leche en un recipiente Iabricado a partir del estomago de un cordero. Cuando Iue a consumirla vio que estaba coagulada y Iermentada (debido al cuaio del estomago del cordero y a la alta temperatura del desierto) 3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 3.1 FUNCIÓN Y OBTENCIÓN La accion de la enzima sobre la caseina y el calcio disuelto en la leche para Iormar paracaseinato de calcio, comunmente llamado cuaio. El cuaio es conocido desde tiempos muy antiguos, pero su componente activo y puro, la quimosina, solo se conoce desde hace unas cuantas decadas. El cuaio antiguo se obtenia del estomago de terneros lactantes. Se sumergia una parte del estomago en salmuera, y tras deiarlo reposar hasta que la renina diIundiera a la salmuera, se utilizaba parte de ese liquido en la leche a cuaiar. El QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 7 inconveniente de este metodo antiguo radica en la diIicultad para obtener dosis precisas de cuaio, y en su variabilidad de concentracion a lo largo de su tiempo de uso. El cuaio quimico, la quimosina pura, no tiene este inconveniente, por lo que es mas Iacil estandarizar los tiempos de cuaiado. En cuanto al cuaio puro, existen cuaios naturales: quimosina extraida quimicamente del estomago de los terneros, y cuaio sintetico, descubierto hace una decada y de presentacion en pastillas: es quimosina obtenida a partir de procedimientos de sintesis quimica sin usar el estomago de terneros como materia prima. El accionar de la quimosina es bien conocido por la industria lactea. Actua directamente en un punto delimitado de la caseina con calcio. Al alterar dicha molecula se inicia la Iormacion de un gel que atrapa la mayoria de los componentes solidos de la leche; este gel se contrae poco a poco ayudado por la acidiIicacion previa de la leche por medio de bacterias acido-lacticas, y al contraerse va expulsando suero. Al cortar el gel en cubitos, se logra separar entre un 50 y un 90° del contenido inicial del suero de la leche. La eIectividad del cuaio es Iuncion de la temperatura, la concentracion del sustrato (la leche), concentracion de calcio, la acidez y la temperatura. Las temperaturas usuales de coagulacion pueden variar entre los 28°C y los 41°C, aunque lo mas usual es una de 35°C, segun el tipo de queso se pueden mezclas de leche con acideces que pueden variar entre los 0.18° de acidez titulable hasta los 0.46°. La quimosina, es un enzima proteolitico que se obtiene tradicionalmente del abomaso (cuarto estomago) de terneros iovenes. Se encuentra, como enzima digestiva, mezclada con pepsina, siendo la proporcion de quimosina, y la calidad del cuaio, mayor cuanto mas ioven es el animal. Tambien se encuentra en otras especies animales, como el cerdo. Durante muchos siglos se ha utilizado en la Iabricacion de queso el estomago de los terneros secado al sol y triturado. Figura 2. Obtención tradicional de cuajo por secado al sol de los estómagos de ternero. :ente. 4t47afia p47 c47tesia de la AO The techn4l4 4f t7aditi4nal milk p74d:cts in devel4pin c4:nt7ies QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 8 3.2 SUSTITUTOS DE LA QUIMOSINA Se suelen emplear algunos sustitutos microbiologicos que producen enzimas proteoliticas como: Mucor pusillus, Mucor miehei, Endothia parasitica y Kluyveromyces lactis. 3.3 ELABORACIÓN DEL CUA1O EN LA LECHE Consiste en separar la leche usada en una cuaiada solida del suero liquido. El queso que se pretende obtener sera basicamente la cuaiada, a la que adicionalmente se le aplicaran otros procesos hasta dar con las caracteristicas buscadas. Las Iormas mas comunes de realizar la separacion de la leche es añadiendole algun tipo de Iermento o cuaio y la acidiIicacion. Para acidiIicar la leche se pueden emplean acidos como el vinagre o el limon, pero actualmente es mas Irecuente el uso de bacterias, que convierten los azucares de la leche en acido lactico. Estas bacterias, iunto a las enzimas que producen, tambien iuegan un importante papel en el Iuturo sabor del queso tras su añeiamiento. En la mayoria de quesos se emplean bacterias como las Lactococcus, Lactobacillus o Streptococcus. Los quesos suizos se caracterizan por el uso de bacterias Propionibacter shermani, que producen burbuias de dioxido de carbono y dotan al queso de aguieros, como en el caso del emmental. Algunos quesos Irescos se cuaian unicamente por acidiIicacion, pero en la mayoria se usan tambien cuaios. El cuaio hace que tome un estado mas consistente, en comparacion con las Iragiles texturas de las cuaiadas coaguladas simplemente por acidos. Tambien permiten tener un nivel mas baio de acidez. Generalmente los quesos Irescos y menos añeios se obtienen a partir de cuaiadas con un mayor porcentaie de acidiIicacion, Irente al uso de cuaio, mas signiIicativo en quesos mas duros, secos y curados. 3.4 COAGULACIÓN ENZIMÁTICA DE LAS CASEINAS Las micelas de caseina pueden coagular por la accion de enzimas proteoliticas, que cortan la cadena de la proteina por el enlace entre Phe105-Met106, separando la region hidroIilica del extremo. El Iragmento mayor de la caseina kappa, que va desde el aminoacido 1 al 105, conocido como "para-kappa-caseina", queda asociado a la micela, mientras que el Iragmento menor, el "caseinomacropeptido", se libera y queda en solucion. Tras la coagulacion de las micelas, este Iragmento permanecera en el lacto suero. 3.5 ELECCIONES A LA HORA DE USAR CUA1O NATURAL El queso se puede elaborar a partir de cuaio natural. Compuesto a base de diIerentes compleios enzimaticos naturales (quimosina, pepsina, lipasa). La eleccion de la composicion idonea del cuaio natural y de su actividad depende de muchos Iactores. Son determinantes, sobre todo, el tiempo deseado de cuaiada, el tiempo de maduracion y tambien la calidad de la leche y su valor pH. Tambien se elaboran productos QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 9 como cuaio natural de estomagos de procedencias concretas como, por eiemplo, cuaio de cabrito o cordero asi como cuaio sin agentes conservantes. Se elabora cuaio liquido de terneros suministrado individualmente, dependiendo de los deseos del cliente. Tanto la relacion entre la quimosina y la pepsina como la actividad del cuaio se aiustan dependiendo del tipo de queso y de las necesidades del quesero. Este producto puede emplearse con la leche de vaca, oveia o cabra. Los tamaños de envase van desde los 50 ml para el consumo domestico hasta los contenedores de 1000 lt. para las grandes industrias. La quimosina se sintetiza como pre-pro-quimosina, proteina que tiene en su cadena 58 aminoacidos mas que la quimosina activa, y que no tienen actividad proteolitica. Se secreta al estomago como pro-quimosina, tambien inactiva, tras el corte de 16 aminoacidos, y se transIorma en el enzima activo por la eliminacion proteolitica de otro Iragmento de 42 aminoacidos, quedando con un peso molecular de aproximadamente 30.700. El enzima, como todas las proteinasas, puede autodigerirse si se conserva en las condiciones en las que es activo. Puesto que la quimosina se inactiva reversiblemente con concentraciones elevadas de cloruro de sodio, se conserva en esta Iorma. Al disminuir la concentracion salina al utilizarla, se reactiva. 3.6 ADITIVOS UTILIZADOS EN LA ELABORACIÓN DE QUESOS Enzimas Coagulantes: en los quesos elaborados mediante coagulacion enzimatica o mixta, las enzimas coagulantes constituyen un elemento esencial. Tradicionalmente se utiliza la quimosina o renina, extraida del cuarto estomago (Cuaiar) de los terneros lactantes. Pero debido al aumento en la demanda de Cuaios se han desarrollado tecnicas para la utilizacion de enzimas provenientes de microorganismos y vegetales. El siguiente cuadro señala los principales enzimas coagulantes de uso en queseria: Tabla 1. Quimosinas Grupo Fuente Eiemplo de nombres Componente enzimatico activo Animal Estomago Bovino 1) Cuaio Bovino, cuaio de ternero, 2)cuaio en pasta 1) Quimosina A y B, Pepsina (A) y Gastricina, 2) idem mas Lipasa Estomago Ovino Cuaio de cordero, oveia Quimosina y Pepsina Estomago Caprino Cuaio de cabrito, cabra Quimosina y Pepsina Estomago Porcino Coagulante porcino Pepsina A y B, Gastricina Microbiano Rhizomucor miehei Hannilase Proteasa aspartica de R. miehei Rhizomucor pusillus Coag. Pusillus Proteasa aspartica de R. pusillus Cryphonectria parasitica Coagulante de parasitica Proteasa aspartica de C. parasitica FPC (Q. prod. por Ierment.) Aspergillus niger Chymax Quimosina B Kluyveromyces lactis - Quimosina B Vegetal Cynara cardunculus Cardoon Cyprosina 1,2,y3 y/o Cardosina A y B T4mad4 del 474 Elect7Onic4 s4-7e Enzimas C4a:lantes. EPALE. 2003 QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 10 Los cuaios microbianos son elaborados principalmente a partir de cultivos de mohos de la especie Rhizomucor. Actualmente se elabora quimosina producida por Iermentacion con microorganismos modiIicados geneticamente, con lo cual se obtiene un enzima bastante similar a la quimosina de origen animal; el extracto comercial contiene quimosina 100° a diIerencia del producido por maceracion del estomago el cual puede contener 90-95° de quimosina y 10-15° de pepsina. Los cuaios vegetales pueden ser obtenidos de la piña (bromelina), lechosa (papaina) e higo (Iicina). Estas enzimas tienen una capacidad proteolitica menos especiIica por lo cual pueden causar sabores amargos en los quesos si no son bien utilizados. Su uso a nivel comercial es limitado, generalmente se utilizan en la elaboracion artesanal de determinados tipos de quesos. Los cuaios microbianos tambien tienen una accion mas pronunciada que la quimosina a excepcion de la quimosina obtenida por Iermentacion la cual se comporta igual a la quimosina animal. Junto con la quimosina, en el cuaio aparece pepsina. Este enzima, obtenido de bovinos adultos o de cerdos, tambien puede utilizarse en la coagulacion de la leche. 3.7 QUIMOSINA RECOMBINANTE El desarrollo de las tecnicas de ingenieria genetica, iunto con la demanda, no siempre satisIecha, de quimosina de calidad, ha inducido a la produccion de quimosina utilizando microorganismos en cuyo genoma se ha insertado el gen de la pro-quimosina bovina. La cadena polipeptiidca es evidentemente la misma que la de la quimosina bovina, pero la glicosilacion es distinta. La primera quimosina recombinante se obtuvo en 1988, en Quimosina B, en la levadura Kluyveromyces lactis (o Kluyveromyces marxianus var. lactis), con el nombre comercial de "Maxiren" (de la empresa Gist-Brocades). Se sintetiza en Iorma de pro-quimosina, que se activa tras el lisado de las celulas, una vez detenida la Iermentacion. Quimosina B en el hongo Iilamentoso Aspergillus awamori (o Aspergillus niger var. awamori). Gen de la proquimosina. Se segrega al medio de cultivo, de donde se recupera. Quimosina A en Escherichia coli k-12 Quimosina B en Pichia pastoris, otra levadura En Escherichia coli la proquimosina se almacena en cuerpos de inclusion, siendo necesario destruir la celulas microbians y solubilizar el enzima. Pueden encontrarse detalles del proceso de modiIicacion genetica de los microorganismos, extraccion y ensayos toxicologicos en IPCS Inchem La quimosina recombinante ha encontrado problemas burocraticos en la Union Europea (deberia considerarse un cuaio animal o un cuaio microbiano?), especialmente en los quesos con denominacion de origen, para los que no esta autorizada generalmente. En Alemania se autorizo su uso en la Iabricacion de quesos comunes en 1997. Dado que las caracteristicas de la quimosina de cada especie parecen estar adaptadas a las de las propias caseinas, se ha obtenido tambien quimosina de camello, para utilizarla en la QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 11 coagulacion de esta leche, que se comporta particularmente mal Irente a la quimosina de vaca. Pueden encontrarse mas detalles en: Camelgate 3.8 CUA1OS MICROBIANOS Los problemas de suministro de cuaio animal y la expansion de la industria del queso a partir de la decada de 1940 Iorzaron la busqueda de enzimas alternativas al cuaio animal. La primera proteinasa microbiana utilizada Iue la de Mucos pusillus, pero presenta el problema de que es mas activa que el cuaio de ternero. En la Iabricacion de quesos industriales se utilizan habitualmente proteinasas obtenidas de microorganismos en lugar del cuaio animal. Una de las mas utilizadas es la proteinasa de Rhizomucor miehei, que es tambien una aspartil-proteinasa, como la quimosina. La proteinasa de Rhizomucor miehei es la mas glicosilada de todas las aspertil-proteinasas conocidas. Probablemente, esta es la razon de que sea particularmente termorresistente. Tambien se utiliza en la elaboracion de quesos la proteinasa de Cryphonectria parasitica (antes conocido como Endothia parasitica). Al contrario que la anterior, es muy termolabil, por lo que se destruye en la etapa de calentamiento de quesos como el Emmental. En quesos no calentados, puede dar problemas al Iragmentar la caseina beta. Menos importante es la proteinasa de Bacillus subtilis 3.9 CUA1OS VEGETALES Figura 3. Flor de Cynara cardunculus. :ente. Imaen c47tesia de Man:el Gil. l47a Jasc:la7 de Cana7ias Muchos vegetales contienen proteinasas capaces de coagular las caseinas. Algunas de estas proteinasas se utilizan en la elaboracion de quesos tradicionales, especialmente en Portugal y en el Mediterraneo, incluyendo el sur de España. Entre ellas destaca la obtenida de la Ilor de cardo (cardon, o alcaucil), Cynara cardunculus, que se utiliza en la elaboracion de los quesos extremeños con Denominacion de Origen "Torta del Casar" y "La Serena", y en los portugueses "Serra da Estrela". Tambien se utiliza en Canaria, en la elaboracion del "Flor QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 12 de Guia". La preparacion enzimatica se obtiene artesanalmente macerando los pistilos de la Ilor con agua. La Ilor del cardo Cynara humilis tambien contiene proteinasas, que son mas semeiantes a la pepsina que a la quimosina en cuanto a su actividad. Tambien se utiliza en la coagulacion de la leche, y desde hace muchos siglos (esta citada en el Liber Animalium de Aristoteles), la proteinasa del latex de la higuera. Otras proteinasas coagulantes se encuentran en el lampazo (Herculeum spondylum) y en la llamada "hierba cuaiadera", Galum verum. 3.9.1 Usos La Cynara humilis se ha utilizado tradicionalmente para cuaiar la leche, propiedad que deriva de la presencia de quimosina, un Iermento que se acumula especialmente en las Ilores, aunque se encuentra en menos concentracion en gran parte de la planta; esta propiedad es compartida con el resto de especies del genero, como el cardo de penca y la alcachoIa. 3.9.2 Sabías que...? En las zonas de España donde no vive esta especie, se uso tradicionalmente la Ilor del cardo de penca para hacer cuaiadas y quesos; en Belalcazar, los pastores aprecian tambien las Ilores de especies cercanas, como el cuaio amarillo o cardo lanoso (Carthamus lanatus). Las Ilores tubulares de cualquiera de estas especies se extraen de los capitulos iovenes o alcachoIas, cuando estos empiezan a abrirse, se deian secar y se almacenan para su uso posterior; una vez desecadas, las Ilores adquieren el aspecto de hebras o hilos, parecidos a los del azaIran. Para provocar el cuaiado basta añadir una pocas de estas hebras al recipiente que contiene la leche, preIerentemente templada en torno a 40ºC- y removida manualmente; despues se deia descansar, produciendose la decantacion de la leche cuaiada al Iondo, y del suero en la parte superior. Repitiendo la operacion con el suero, se produce una segunda decantacion, que da lugar al requeson o nazuron. Actualmente, la quimosina que contienen de modo natural las Ilores de estas especies, se Iabrica de modo industrial, por lo que el uso tradicional de la hierba de cuaio tiende a desaparecer. 4 ECUACIONES 4.1 TITULO O FUERZA DEL CUA1O Antes de utilizar cualquier enzima coagulante debe conocerse su Iuerza lo cual permite utilizar las dosis necesarias sin caer en los errores que conlleva emplear dosis baias o muy altas a las necesarias. El titulo o Iuerza de cuaio se deIine como la cantidad de leche en mililitros, que cuaia a 35 º C en 40 minutos, cuando se le adiciona una un gramo o mililitro de cuaio. QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 13 Se puede calcular mediante la siguiente Iormula: Fuerza del cuaio V* 2400 F C* l Ec (1) Donde: F: Fuerza del Cuaio, V: cantidad de leche, C: cantidad de cuaio, t: tiempo en seg. 4.2 CANTIDAD NECESARIA Cuando se conoce la Iuerza, se puede calcular la cantidad necesaria a utilizar por medio de la siguiente Iormula. Cantidad necesaria de cuaio * 35* 40 C F * T * M Ec (2) Donde: F: Fuerza del Cuaio, L: cantidad de leche, C: cantidad de cuaio, T: Temperatura: en º C, M: duracion en minutos 4.3 POTENCIA DE LA BOMBA La potencia precisa para mover un liquido por medio de una bomba viene dada por la expresion Potencia de la Bomba ! "* H* * g 8 Ec (3) Donde: Q: velocidad de Iluio volumetrico, H: altura o carga del liquido, p: densidad del liquido, g: aceleracion debida a la gravedad. 5 OPERACIONES UNITARIAS EN EL PROCESO 5.1 RECEPCIÓN DE MATERIA PRIMA La adecuacion para el proceso (s) de una materia prima alimentaria viene determinada por la evaluacion equilibrada de algunas de sus propiedades, como: disponibilidad(a), geometria(g), propiedades Iisicas(p), propiedades Iuncionales(I), grado de desarrollo(gr), propiedades mecanicas(m), y caracteristicas termicas(t), electricas(e), etc. Las propiedades mas importantes para la seleccion de la materia prima son: O Las propiedades geometricas (Iorma, uniIormidad, ausencia de irregularidades, tamaño unitario, peso unitario. O Otras propiedades Iisicas (color, textura, caracteristicas aero e hidrodinamicas, propiedades Iriccionales y de superIicie. O Propiedades Iuncionales (Ilavor, resistencia a la tension, aptitud para el procesado. QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 14 O Caracteristicas relacionadas con el grado de desarrollo (etapa de desarrollo y grado de madurez.) En el proceso de la quimosina el color es una propiedad importante en la lioIilizacion o en el secado. La limpieza de las materias primas, (separacion de contaminantes de las materias primas), la seleccion (separacion de materias primas en categorias de caracteristicas Iisicas), la clasiIicacion (separacion de las materias primas en categorias de diIerente calidad. Los tipos de contaminantes mas comunes son: O Minerales: tierra, arena, piedras, particulas metalicas, etc. O Vegetales: ramas, hoias, tallos, cuerdas e hilos. O Animales: excrementos, pelos, huevos de insectos y partes de cuerpos de los mismos. O Quimicos: residuos Iitosanitarios. O Microbianos: microorganismos y productos de su metabolismo. Los puntos principales de ingreso de los contaminantes son: O Las materias primas que llegan a la Iabrica. O Las materias primas almacenadas. O Las zonas de proceso. O El almacenamiento de los productos acabados. O Los almacenes al por mayor y los de venta al por menor. La eIicacia de la limpieza depende mas que todo en la deteccion del contaminante, luego su eliminacion. En ambas cosas se explotan diIerencias entre propiedades Iisicas y quimicas. 5.2 MOLIENDA en esta etapa es necesario hacer una reduccion de tamaño mediante aplicacion de Iuerzas mecanicas para Iacilitar la extraccion del producto, ademas, una disminucion del tamaño de particula de un material aumenta la superIicie del solido, meiorando la velocidad de extraccion del soluto deseado crece al aumentar el area de contacto entre el solido y el disolvente. Los tipos de Iuerzas que predominan en algunas de las trituradoras de uso mas Irecuente en la industria de alimentos son: Tabla 2. Tipos de Iuerzas Fuerza Principio Aparato Compresion Cascanueces Rodillo triturador Impacto Martillo Rodillo de martillo Cizalla Frotamiento Molino de discos QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 15 La Iuerza de compresion se utiliza para la trituracion grosera de productos duros. Las Iuerzas de impacto se pueden considerar de uso general, empleandose en molienda Iina, media, y gruesa de muchos productos. La Iuerza de cizalla se utiliza mucho en aparatos en la trituracion de productos blandos, no abrasivos, para obtener piezas de tamaño muy pequeño(molienda Iina). Una relacion de reduccion, indica el comportamiento mas probable en un aparato; por eiemplo: una trituradora maneia una relacion de 8:1 para materiales gruesos; en la molienda Iina se maneian relaciones de 100:1, dependiendo de la maquina y del producto de partida. Son importantes las consideraciones en las que se basa la seleccion de un equipo como son la dureza y abrasividad (elasticidad y desgaste de superIicies), estructura mecanica (estructura Iragil o cristalina). Humedad (Iacilita o complica el proceso de trituracion), sensibilidad a la temperatura. El calor proveniente del Iuncionamiento de los molinos puede aumentar la temperatura de los productos procesados y degradarlos 5.3 MEZCLADO: En esta etapa se adiciona cloruro de sodio del 5° al10°y el propilenglicol del 2° al 4°. Las operaciones de mezcla, en la industria de alimentos, son de muchos tipos. Implican Iases solidas, liquidas, y gaseosas. Los mezcladores pueden clasiIicarse de acuerdo con las Iases implicadas en el proceso. Dos son las deIiniciones corrientes de la operacion de mezcla: O Una operacion en la que se interdispensan, en el espacio, dos o mas componentes. O Una operacion que tiende a suprimir la heterogeneidad en las propiedades (color, temperatura, composicion, etc.) de productos a granel. 5.4 FILTRACION: En esta etapa se separan los solidos de los liquidos, a la suspension del solido en el liquido se le conoce como papilla de alimentacion, al liquido que pasa a traves de la membrana se le denomina Iiltrado, los solidos Iiltrados se conocen como torta de Iiltracion. 5.5 CLARIFICADO: El clariIicado se puede realizar por Iiltracion. QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 16 Existen tipos de Iiltros como el de prensa y marcos, con hoias de celulosa o de Iibras de oxido de aluminio y oxido de zirconio. Como medio de Iiltracion se utiliza kieselguhr. Tambien puede usarse coadyuvantes de Iiltracion con Iiltros de placas y marcos, de hoia o de tambor rotatorio a vacio, con recubrimiento. 5.6 EVAPORACIÓN: En esta etapa se elimina agua del clariIicado. Los metodos de secado pueden ser: Secado poa aire caliente (conveccion entre el alimento y el aire). Secado por contacto directo con una superIicie caliente( conduccion). Secado mediante el aporte de energia por una Iuente radiante, de microondas o dielectrica. LioIilizacion: el agua de los alimentos se congela y se sublima, generalmente aportando calor a una presion muy baia. 5.7 EMPACADO: En esta etapa se debe trabaiar maneiando buenas practicas de higiene y desinIeccion. 4.12 Diagrama de Iluio de elaboracion de la quimosina Recepcion de materia prima | Molienda | Mezclado | Filtracion | ClariIicado | Evaporacion | Empacado 6 PROBLEMAS EN EL SECADO DE LA QUIMOSINA El problema de usar el metodo de secado al vacio es que, debido a las temperaturas ahi maneiadas, hay una desnaturalizacion de la enzima que es termo sensible, esta se hace evidente al elaborar las soluciones de quimosina para preparar queso, se Iorma un precipitado en el Iondo de la solucion. Un metodo alterno es la utilizacion de la lioIilizacion, ya que es a mas baias temperaturas, pero es un metodo que es mas costoso, porque demora mas. QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 17 6.1 EL EXTRACTO DE CUA1O ABIASA Es una enzima natural extraida exclusivamente de cuaiares de terneros lechales. Posee un contenido en quimosina superior al 95°. Se denomina extracto de cuaio aquellas preparaciones que presentan una actividad coagulante (AC) debido a quimosina igual o mayor al 75° de la AC total. La relacion entre la quimosina y la pepsina bovina determina la calidad del extracto. Asi, cuanto mayor sea el contenido en quimosina, meior sera la calidad del cuaio. En general siempre se entendio por CUAJO la renina, que es una enzima proteolitica secretada por la mucosa gastrica del cuarto estomago (cuaiar) de los rumiantes, terneros, cabritos y corderos antes del destete. Esta secrecion se produce en Iorma de un precursor inactivo, la pro-renina, que en medio neutro no tiene actividad enzimatica pero que en medio acido se transIorma rapidamente en renina activa. El cuaio contiene dos enzimas: una mayoritaria , constituida por la quimosina y otra minoritaria, la pepsina. Es el enzima coagulante meior conocido y su mecanismo de actuacion ha sido bien estudiado. Despues del destete disminuye la produccion de quimosina y la produccion de pepsina se incrementa en este momento muy rapidamente y pasa a ser el componente mayoritario. La actividad proteolitica del enzima, que es secretado en Iormar de un precursor inactivo, se ve considerablemente aumentada como consecuencia de una hidrolisis parcial que tiene lugar en el medio acido del estomago. El cuaio bovino es el agente coagulante tradicionalmente utilizado para la coagulacion de la leche atendiendo al proceso tradicional de Iabricacion de la mayoria de los quesos. No obstante algunos quesos de oveia o cabra han sido elaborados tradicionalmente a partir de enzimas obtenidos del estomago de cabritos o de corderos lechales y tambien existen otras enzimas proteoliticas, de origen animal y vegetal que poseen la propiedad de coagular el compleio caseinico. Tradicionalmente, el proceso que se sigue para las extracciones procedentes de cuaiares de terneros lactantes es el siguiente: Despues de ser recogidos los cuaiares, limpiados previamente, son secados, salados o congelados para su conservacion hasta el momento de la extraccion del cuaio. De Iorma breve, el proceso de preparacion del cuaio consiste en una maceracion de los cuaiares, previamente troceados, en una solucion salina, durante algunos dias, el pH se aiusta entre 5,0 y 5,5 con obieto de Iavorecer la activacion de la pro quimosina. El extracto obtenido en la maceracion es clariIicado y Iiltrado. Posteriormente se estandariza el producto en las condiciones deseadas. Es una enzima natural, tradicional y de gran calidad y rendimiento quesero. Pero debido al aumento registrado en la produccion quesera mundial, dicho cuaio es insuIiciente para atender la demanda existente, por lo que se han desarrollado otros QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 18 sustitutos enzimaticos utilizables industrialmente, Iundamentalmente proteasas de origen microbiano. Estas preparaciones que provienen de tres generos de mohos, se comercializan y utilizan en el mercado en mayor o menor proporcion Las propiedades de estas preparaciones enzimaticas han sido estudiadas y comparadas a las del cuaio y se han observado diIerencias a nivel de: una acidiIicacion mas rapida y acentuada, deIectos en rendimiento, aparicion de sabores extraños, alta actividad proteolitica. Con lo que, cuando se busca una calidad Iinal del producto, sobre todo para aquellos en los que el proceso del aIinado sea importante, la utilizacion de un buen EXTRACTO DE CUAJO natural como nuestro EXTRACTO DE CUAJO ABIASA (Quimosina superior al 95°) es esencial para el buen desarrollo del queso. A pesar de que el Extracto de Cuaio Abiasa liquido o en polvo, sea mas caro que otros sustitutos, hay que valorar sus especiales propiedades: a) Se obtiene un mayor rendimiento en la Iabricacion del queso y b) Durante su maduracion produce excelentes caracteristicas de sabor y de aroma. Origen animal garantizado: Se trata de una enzima natural extraida exclusivamente de cuaiares de terneros lactantes, con un contenido en quimosina superior al 95°. Actividad: Se presenta en dos actividades: Liquido 1:15.000 y Polvo 1:150.000. Dosis recomendables a usar: Depende de las caracteristicas de la leche, de su contenido en calcio, y de la temperatura y tiempo que se desee para su coagulacion en la cuba. Presentacion: En Iorma liquida, en botella con un contenido neto de 1.000 g. y bidon de 25 kg.de material plastico hdpe blanco, de calidad alimentaria con tapon con cierre inviolable. En Iorma en polvo, en envases de aluminio con un contenido neto de 500g. Estabilidad y conservacion: Para el extracto de cuaio liquido se recomienda mantenerlo a una temperatura inIerior a 8ºC, preIerentemente en el envase original, bien cerrado y protegido de la luz. En esta Iorma, la perdida de actividad enzimatica en periodos menores a 6 meses sera inapreciable. Para la presentacion en polvo, se recomienda mantenerlo en un lugar seco y Iresco, sin exponerlo a la luz solar ni a la humedad. En este caso, la perdida de actividad enzimatica es inapreciable durante un periodo minimo de 12 meses. QUI1AAO J., 1OSE DAJID QUIMOSIAAS ReCiTeIA - v.10 n.1 19 Figura 4. El extracto de cuajo Abiasa 7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La lioIilizacion arroia meiores resultados, pero el secado al vacio da una menor duracion de ciclos de secado que representa una mayor economia; Se propone hacer uso de dos procesos, secado mixto: secado a 10°C y lioIilizado a -20°C. Es importante el conocer los diIerentes tipos de enzimas proteoliticas animales, vegetales, etc. La quimosina se encuentra en mayor cantidad en animales en destete, ademas no solo se encuentra en el estomago de ternero sino tambien en cerdos, oveias, etc. BibliograIia (1) J.G. Brennan, J.R. Butters, N.D. Cowell, A.E.V. Lilley, Las operaciones de la ingenieria de los alimentos, Tercera edicion, Editorial Acribia. S.A. 1998. (2) Marlon Giovanny Gomez Jaramillo, lioIilizacion de bacterias lacticas y de la enzima (quimosina)universidad del valle,2001 (3) milksci.unizar.es/.../auxproteina/estomagos.ipg (4) www.abiasa.es/es/images/Iotocuaioanimal2.ipg (5) www.belalcazar.org/.../Iotos-Ilora/CuaioFlor.ipg