¿Cuáles son los usos del polvo de papaína en el campo alimenticio?

papd, a protease enzyme derived from the fresh latex of unripe papaya (Carica papaya) fruit, is an endopeptidase containing sulfhydryl (-SH) peptide chains. It exhibits protease and esterase activities with broad specificity, effectively hydrolyzing animal and plant proteins, peptides, esters, and amides. It also has synthetic functions, capable of synthesizing protein hydrolysates into protein-like substances. Industrially used papain is generally an unpurified multi-enzyme system. It is known that papain obtained by drying papaya latex contains at least four major enzyme types: papain, chymopapain, papain proteinase Ω (papaya proteinase Ω), and chymopapain M (chymopapain M) [1], among which chymopapain has the highest content, accounting for 45% of soluble proteins.

La papaína es altamente soluble en agua y glicer, formando soluciones incoloras o de color amarillo páli, a veces de color blanco lechoso; Es virtualmente insoluble en disolventes orgánicos. Su pH óptimo es 5,7 (generalmente efectivo entre 3 y 9,5), y permanece activo en condiciones neuo ligeramente ácidas; La temperatura óptima es de 55-60 °C (generalmente efectiva entre 10 y 85°C), con una fuerte resistencia al calor, permaneciactiva incluso a 90°C; Es inhibida por agentes oxidantes y activada por agentes reduc.

1 proceso de extracción de papaína

1.1 métodos de extracción convencionales en el pasado

El método más primitivo para extraer la papaína era el método de secado, que implicla adición de un agente protector a la pulpa de papaya, la centrifude de la pulpa, la recogida del sobrennatante, y el secado en un horno de aire forzado de secado a 55-60 °C. El material seco era molido para obtener productos de enzimas crudas. Yi et al. [2] obtuvieron un rendimiento enzimático de 23,1% con este método, pero fue desfavorable para la retención de la actividad enzim, con actividad enzimde sólo 0,16 ± 10 × U/g, y la pureza del producto fue relativamente baja.

La extracción de papaína también ha sido ampliamente estudiutilizando el método de precipitación de taninos. Yi et al. [2] extrajla papaína con este método. Primero, el jugo de papaya se centrifu, y una solución de tanino disuelse se agregó lentamente al sobrennatante mientras se agitcontinuamente hasta que la concentración de tanino en la solución alcanzó un cierto nivel. A continuación, se permitió que la solución se detuviera para precipel complejo tanin-enzima, se ajustel pH y el precipitse secó al vacío para obtener el producto enzimático. Los resultados mostraron que este método produjo un bajo rendimiento enzimático de sólo 7,3%, pero la actividad enzimfue relativamente alta en 3,53 ± 10 × U/g. Sin embargo, este método tiene problemas como la contaminación ambiental.

1.2métodos de extracción actualmente utilizados comúnmente

Actualmente, la ultrafiltración, floculación y precipitación salina son métodos comúnmente utilizados para separar y extraer la papaína.

Método de ultrafiltración 1.2.1 para la extracción de papaína

Tan Jing et al. [3] utilizaron la tecnología de ultrafiltración para separar la papaína. Primero se limpiaron y trataron las membranas de ultrafiltración de fibra hueca, luego se realizó la ultrafiltración bajo presión y flujo controlados. La papaína es una sustancia macromolecular que se retiene durante la ultrafiltración, mientras que el agua y pequeñas impurezas moleculares pasan a través de la membrana, logrando así la separación y purificación. Los resultados experimentales mostraron que la actividad de la papaína después de la ultrafiltración fue 1,22 veces mayor que antes de la ultrafiltración, y el contenido proteico fue 2,8 veces mayor que antes de la ultrafiltración, lo que indica que la pureza de la papaína aumentó después de la ultrafiltración. Sin embargo, dado que la papaína es una sustancia macromolecular, tiende a acumularse en la superficie de la membrana durante la ultrafiltración, causando polarización de la concentración y reduciendo gradualmente la tasa de ultrafiltración, afectando así el rendimiento de la enzima.

1.2.2 método de precipitación salina para la extracción de papaína

Wang Libin et al. [4] previamente utilizaron la precipitación de sulfato de amonio apapaína. Una solución de sulfato de amonio A una cierta concentración se añadió A la solución de la enzima cruda para salsal, seguido por el ajuste del pH, centrifupara recoger el precipitado, secado, y la obtención del producto de la enzima. Los resultados experimentales mostraron que la papaína preparada por este método tenía una pureza relativamente alta, con una actividad enzimespecífica de 1184 U/mg, haciéndola adecuada como ingrediente cosmé. Sin embargo, este método utiliza una gran cantidad de sal, aumentando el contenido de ceniza en la enzima y reduciendo simultáneamente la actividad de la papaína [5]. Por lo tanto, el método de precipitación salina no es un método ideal para extraer papaína.

1.2.3 método de floculación para la separación y purificación de papaína

The flocculation method involves adding a certain compound to the papain latex water extractForma complejos insolubles con la papaína, causando que la enzima precipy se separe de la solución. He Jiqin [6] et al. estudiaron la purificación de la papaína utilizando la tecnología de floculación. Los resultados experimentales mostraron que bajo condiciones apropiadas, el tratamiento de floculación podría alcanzar un rendimiento de 95-97% para la papaína en este paso. Sin embargo, este método tiene baja especificidad, resultando en papaína con baja pureza y alto contenido de impurezas.

1.3 nuevas tecnologías para la extracción de papaína

1.3.1 extracción ultrasónica de papaína

La extracción ultrasónica, como una nueva técnica de extracción, se ha aplicado ampliamente en la extracción deComponentes activos de plantas naturales. El efecto de cavitación generado por las ondas ultrasónicas [7] potencia el disolvente#39;s penetración en las paredes celulares, intensifica la transferencia de masa entre el interior y el exterior de la célula, y altera las paredes celulares, facilitando así la liberación de componentes intracelulares y mejorando el proceso de extracción [8]. El efecto microjet formado por ondas ultrasónicas es también un factor importante en la mejora de la eficiencia de extracción.

Xiao Guiping [9] previamente utilizó la extracción ultrasónica paraExtracto de papaína de papaya. La papaya fresca era seleccionada, lavada, cortada en pedazos y aplastada. La pulpa de la fruta era entonces mezclen en una pasta. La pulpa fue sometida a un tratamiento ultrasónico en condiciones específicas, seguido de centrifu, purificación y filtración. El sobrennatante se concentra través de ultrafiltración para recoger la muestra de solución enzim. Los resultados mostraron que a una potencia ultrasónica de 300 W, un tiempo de tratamiento ultrasónico de 200 s, y una fracción de masa de pulpa del fruto del 30%, la actividad enzimfue 1,71 veces mayor que la de la muestra no tratada.

La solución enzimcruobtenida mediante el proceso de extracción ultrasónica tiene un bajo contenido enzimy contiene una cantidad significativa de impurezas. Después de la purificación preliminary la concentración a través de la separación de membrana, se requiere una purificación adicional. Esto justifica una mayor investigación para mejorar la actividad enzimy la pureza.

Cromatode membrana de afin1.3.2 para extracción de papaína

La cromatopor membrana de afinidad es una nueva tecnología para la separación y purificación de biomacromoléculas desarrollada a finales de la década de 1980. Combina la separación de membrana con la separación de afinidad, incorporando así las características de la separación de membrana y la separación de afinidad. Nie Huali et al. [10] utilizaron la membrana de nylon como sustr, modificaron su superficie con quitosano para reducir la adsorinespecífica, y acoplel ligligligcibacron azul F3GA para obtener un nuevo tipo de material de cromatode membrana de afin, que luego se utilizó para separar la papaína. Los resultados mostraron que la membrana de afinidad exhibiun excelente desempeño cromatográfico, con una alta capacidad de adsorde papaína (235.3 mg/g). Usando esta membrana de afinidad para separar y purila papaína del polvo de papaya, el factor de purificación alcanzó 46.5 veces.

En comparación con la separación de membrana tradicional y la cromatode afin, la cromatode afinmembrana no sólo tiene ventajas como un alto factor de purificación, baja caída de presión, corto tiempo de análisis y baja probabilidad de desnaturalización de biomoléculas durante la separación, sino que también permite velocidades de alimentación más rápidas. Además, es más fácilmente escalable para la purificación a gran escala y la separación en comparación con la cromatode afinidad de columna [11].

1.3.3 Extracción de papaína utilizando extracción de doble fase

La extracción de fase doble es un método que utiliza las diferencias en los coeficientes de distribución entre dos fases inmiscibles para extraer sustancias. Sarote N et al. [12] utilizaron el método de doble fase para extraer la papaína, y los resultados mostraron que el sistema de doble fase compuesto por 8% de polietilenglicol y 15% de sulfato de amonio produjo la mejor eficiencia de extracción para la papaína, con una actividad enzimespecífica de 1.659 U/mg y un rendimiento de 86,2%.

La extracción de agua bifásica ofrece ventajas como el alto rendimiento del producto objetivo, la facilidad de operación continua, la ausencia de disolventes orgánicos residuales y los procesos de separación económicos. Debe tener un lugar en la preparación de papaína; Sin embargo, no se han publicado tales informes en China hasta la fecha. Con el continuo desarrollo de las aplicaciones de la papaína, los requisitos de pureza para la papaína también están aumentando. Por lo tanto, hay una necesidad urgente de métodos más específicos para preparar la papaína. El desarrollo de la tecnología de extracción de doble fase como un método eficaz para la separación y extracción de papaína de alta pureza es de gran importancia.

En resumen, los métodos de extracción para la papaína generalmente no son típicos y típicamente involucran una combinación de métodos tales como precipitación de sal, filtración, centrifu, concentración, cristalización, y secado. El proceso de extracción puede ser optimibasado en las propiedades fisicoquímicas de la enzima para maximizar la utilización de recursos y lograr los mayores beneficios económicos posibles.

2  Inmovilización de papaína

Debido al alto costo y la no reutilización de la papaína, los investigadores han explorado la preparación de la papaína inmoviliz. La papaína inmovilizpuede evitar la inactivación en medios ácidos, alcalinos y orgánicos, permitiendo el uso repetido de la enzima y reduciendo los costos de producción. Los métodos comunes de inmovilización incluyen adsor, enlace cruzado de portadores y encapsulación.

2.1 método de adsorción

El método de adsorde enzimas o células bacterianas que contienen enzimas en la superficie de un adsorbente sólido para inmovilizar las enzimas se llama adsorción. Los adsorbentes de uso común incluyen carbón activo, óxido de aluminio, tierra diatomeas, cerámica porosa, vidrio por, gel de sílice y carboxilapati.

Fang Huan et al. [13] usaron membranas cerámicas porosas tratadas con solución tamponfosfato como portadores de enzimas inmovilizy emplela adsorfísica para inmovilizar la papaína. Los resultados mostraron que cuando la concentración de la enzima en solución fue de 1,0-2,0 mg/mL, el pH fue de 7,0, y la enzima estuvo inmovilizdurante 2 horas, la mayor actividad enzimalcanzó 111,1 U/g, con una recuperación de la actividad del 57,9% y una vida media de 54 días.

2.2 método de cruzamiento de portadora

El método de cross-linking implica el uso de reactivos bifuncionales para inducir el cross-linking entre moléculas enzimo entre moléculasMoléculas de enzimas y portadores de fase sólidaPreparar enzimas inmovilizadas. Los reactivos bifuncionales comúnmente utilizados incluyen glutaraldehído y hexametilenetetramina.

Gao Mingxia et al. [14] usaron quitosano como transportador y glutaraldehído como agente reticulpara inmovilizar la papaína. Los resultados indicaron que las condiciones óptimas para la papaína inmovilizcon quitosanfueron: concentración de quitosano de 2.5%, carga enzimde 0.3 g/g portador, tiempo de reacción de 6 horas, temperatura de 15°C, pH 7.5, y tasa de recuperación de actividad enzimde 38.98%. La enzima inmovilizretuvo más del 50% de su actividad después de cinco reusos.

2.3 método de incorporación

El método de incorporación de enzimas o células bacterianas que contienen enzimas en un portador poroso para inmovilizar enzimas se llama método de incorporación.

Jin Feng [15] utilizó un método microporde almidón y alginato de sodio para inmovilizar la papaína, y los resultados mostraron que las condiciones óptimas paraPreparación de papaína inmoviliz.Se encontraron concentraciones de almidón microporoso de 4%, alginato de sodio de 3% y CaCl − de 5.5%. En este punto, el valor óptimo de pH para la papaína inmovilizfue de 5,7, y la temperatura óptima fue de 72°C. Su estabilidad térmica, estabilidad operacional y resistencia mecánica fueron mejoren diversos grados, con bajos costos operacionales, haciéndolo adecuado para aplicaciones industriales.

2.4 otros nuevos métodos

En los últimos años, los investigadores han desarrollado continuamente nuevos portadores y métodos de inmovilización, logrando resultados prometedores. Zou Zhechang et al. [16] uso inmovilizde papaínasíliceMaterial de espuma mesoporosa como soporte. Los resultados mostraron que la temperatura de reacción óptima de la papaína inmovilizfue 10°C más alta que la de la enzima libre, el pH óptimo cambió 0,5 unidades hacia la dirección alcalina, y la actividad de la enzima retuvo el 65,1%. Lin Yin et al. [17] modificaron químicamente la lignina de alcohol de punto de ebullide alto y la lignina hidrolizada enzímicamente para mejorar su hidrofili, sintetizla nueva lignina fenol de alcohol de punto de ebullide alto polímero (HBS lignin fenol) y derivados de lignina amino fenol, e investigaron la inmovilización de la papaína usando estos materiales. Los resultados mostraron que la tasa de recuperación de la actividad de la papaína cuando fue adsorpor la lignina modificada enzimáticamente amino fenol y la lignina HBS fenol alcanzó más del 50%, indicando su potencial como un excelente transportador para enzimas inmovilizadas.

3 aplicaciones actuales de papaína en la industria alimentaria

3.1 como suavizante de carne

Con la mejora del nivel de vida, después de resolver el problema de la seguridad alimentaria, la población ha ido desarrollando gradualmente mayores exigencias por la calidad y textura de la carne. La carne de ganado y aves de corral envejecido, cuando se cocina, tiene una textura gruesa y dura. Sin embargo, cuando se le agrega polvo tenderizante, la carne se vuelve tierna y suave.

Uno de los principales componentes del suavizante de carne es la papaína, que es una cisteína proteasa capaz de degradproteínas en fibras musculares y tejido conec[18]. Se descompone la miosina y el colágeno en péptidos más pequeños o incluso aminoácidos, haciendo que las fibras musculares y las fibras del tendse romp, por lo que la carne tier, suave, y crujiente. Esto simplifica la estructura de la proteína, hacique sea más fácil de digerir y absorber. Por otro lado, los ablanfuncionan más eficazmente durante el proceso de vapor o ebullicuando las temperaturas son altas. La papaína es altamente termoestable, permaneciactiva incluso a 90°C, haciéndola ideal para producir polvo tenderizante.

Lei Changgui et al. [19] utilizaron carne fresca como materia prima para estudiar los efectos de la papaína sobre el índice de fragmentación de la fibra muscular (IMF) y la fuerza cortante de la carne. Los resultados indicaron que una solución de papaína a una concentración de 0,007% logró el mejor efecto tenderizante en la carne, principalmente debido a que la papaína promueve la escisión de las líneas z, resultando en un aumento significativo en el índice de fragmentos de fibra muscular (MFI) y una disminución significativa en la fuerza cortante con un tiempo de almacenamiento prolongado.

B. M. Naveena et al. [20] investigaron los efectos tenderizantes de varias proteasas vegetales en la carne de búfalo de agua. Los resultados indicaron que la carne de búfalo tratada con papaína exhibió un aumento significativo en miofibrilarSolubilidad proteicaY una disminución significativa en los valores de fuerza cortante.

Debido a su excelente capacidad hidrolizadora de proteínas, la papaína puede ser aplicada en varios campos. En la pesca marina Los peces de bajo valor representan una proporción significativa. Si no se utiliza adecuadamente, esto daría lugar a un desperdisustancial. Podemos utilizar la papaína para producir proteína hidrolizada concentrada, que es superior a la carne de pescado entero o concentrados de proteína de pescado, con buena solubilidad en agua, bajo contenido de grasa, bajo contenido de cenizas, y alto contenido de proteínas. La papaína también puede usarse para prevenir el pardeamiento de los alimentos y recuperar la carne residual de los huesos de animales durante la matanza [21].

3.2 como mejorador de la calidad de la cerveza

Se utiliza principalmente para mejorar la calidad de la cerveza. La papaína puede hidrolizar proteínas en la cerveza, hidrolizar parcialmente algunos complejos formados, producir más péptidos o aminoácidos, asegurar una alta claridad de la cerveza durante la congelación, y mejorar el sabor de la cerveza, mientras que la optimización de la composición y la proporción de péptidos y aminoácidos originales, mejorando efectivamente la calidad de la cerveza. Según los informes, la adición de papaína a una concentración de 0,08 mg/100 mL a la cerveza durante el almacenamiento de congelación produce el mejor efecto de clari, aumentando el contenido de aminoácidos libres, reduciendo la turbiedad en 68,75%, y el aumento de aminoácidos libres como treonina, valina y arginaumentó en 8,2 veces, 0,2 veces y 1,1 veces, respectivamente [22].

3.3 como suavizador de galletas

El uso depapain in cookies and pastries can break down thiols, reduce dough gluten strength, improve cookie crumb structure, enhance crumb texture, and reduce defect rates while increasing yield; additionally, it can reduce the use of fats and sugars. It is suitable for the production of high-, medium-, and low-grade cookies, pastries, and bread with various flavors [23].

3.4 utilizado en la producción de condimentos

Brewer&#La levadura 39;s es un subproducto de la industria cervecera. A través de la acción de la papaína, se extrae un extracto de levadura aromático con un rico sabor, que puede ser condimentado para producir salsa condimentada de levadura. Esto sirve como un condimento excelente, mejorando el valor y la utilización de brewer's levadura.

3.5 utilizado en la industria de productos de salud nutricional

La papaína se usa principalmente enSuplementos de saludA través de dos vías: una es como un auxiliar digestivo, formulado en tabletas con recubrimiento entérico para la administración oral para aliviar los trastornos digestivos; El otro es descomponer plantas y fuentes animales que contienen proteínas especiales en varios suplementos nutricionales. Fang Fuyong et al. [24] usaron papaína para hidrolizar la carne de almejbafei y los resultados mostraron que el hidrolizado contenía un alto contenido de aminoácidos libres, aproximadamente 923,0 mg/100 ml (triptófano no incluido), con aminoácidos esenciales representando 33,0%. La carne de almebafei, después de ser hidrolizada con una proteasa compuesta y formulada apropiadamente, puede ser usada para producir un líquido oral rico en nutrientes, con sabor a mariscos con ciertos beneficios para la salud.

3.6 aplicación en la producción de alimentos para mascotas

Tratar los alimentos para mascotas con papaína puede reducir su visco, mejorar su textura y mejorar su sabor. Además, la papaína tiene propiedades antihelmín, y el jugo de papaya se puede utilizar para expulsar nematode de los intestinos de los huéspedes mamíferos.

Además, la papaína puede ser aplicada en la industria química y farmacéutica. Por ejemplo, la adición de papaína a detergentes como el polvo de lavandería puede eliminar rápidamente las manchas de sangre y de sudor de la ropa. Además, la papaína puede promover la extracción eficaz de componentes de la medicina tradicional China, ayudar en la identificación de los tipos de sangre Rh, y ser utilizado para el tratamiento auxiliar de tumores.

4 perspectivas

Actualmente, la papaína es ampliamente usada en la industria alimenticia, como en la producción de carne, cerveza y condimentos. Con la mejora de los niveles de vida en China, la gente está cada vez más preocupada por la seguridad alimentaria y la nutrición. La papaína se puede utilizar para producir alimentos seguros y nutritivos, como líquidos orales con beneficios para la salud, que tienen una perspectiva de mercado prometedora.

Adicionalmente, para satisfacer la creciente demanda de papaína en varias industrias, particularmente en los sectores alimenticio y farmacéutico, es muy importante investigar métodos para separar y purila con bajo costo y alta pureza. Por lo tanto, la realización de estudios en profundidad sobre la tecnología de extracción y purificación por separación de la papaína para obtener papaína de alta calidad tiene un importante valor práctico.

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