¿Cuál es el uso de la papaína inmoviliz?

Papaya (Carica papaya), also known as wood apple, longevity fruit, or milk fruit, is a perennial small tree belonging to the Caricaceae family and Carica genus. It has a significant cultivation area in the southern regions of China [1]. According to statistics from the Papaya Innovation Team at the Subtropical Crops Research Institute of the Guangxi Zhuang Autonomous Region, the cultivation area of papaya in Guangxi is approximately 4,000 hectares, accounting for about 60% of the national cultivation area.

La papaína (EC: 3.4.22.2) es una clase de enzimas proteolíque contienen tiol derivadas de la papaya de frutas tropicales, ampliamente presente en las raíces, taly hojas de los árboles de papaya [2], y particularmente abundante en el látex fresco de frutas inmaduras [3]. La papaína es una única endopeptidasa de cadena polipeptídica compuesta de 212 aminoácidos, con el residuo de cisteína en la posición 25 y el residuo de histidina en la posición 158 ubicado en su centro activo [4]. La papaína exhibe una alta estabilidad térmica, un amplio rango de tolerancia al pH, y baja especificidad de sustr, por lo que es un catalizador biológico común utilizado en la tenderización de la carne, desgumado de seda, y la mejora de la calidad del alimento, entre otras aplicaciones. La industria de la enzima papaína en China todavía está en su infancia, sin embargo hay una demanda de mercado significativa, lo que indica un potencial de desarrollo sustancial y un fuerte impulso de crecimiento, lo que justifica una mayor investigación.

Due to the protein nature of enzymes, they often lose their catalytic activity and become inactive after short-term or single-use applications, rendering them unsuitable for reuse. By immobilizing enzymes onto specific carriers using appropriate methods, enzyme stability can be enhanced, storage life extended, separation and recovery facilitated, utilization rates improved, and reaction times shortened, thereby reducing production costs. Through immobilization, the enzymatic properties of papain can also be significantly enhanced. This paper reviews the application of immobilized papain in various industries, aiming to provide some references for the development and application of immobilized papain.

1 Introduction to methods for immobilizing papain (en inglés)

A través de años de exploración y práctica, los investigadores han resumido numerosos métodos efectivos de inmovilización de enzimas, incluyendo métodos tradicionales tales como incrust, adsor, reticul, y conjug, así como nuevos métodos tales como la inmovilización de membrana [5], la inmovilización asistida por microondas [6], y la inmovilización libre de portadores [7]. Entre estos, el método de adsor, el método de incrust, y el método de enlace cruzado portador se utilizan comúnmente para la inmovilización de papaína [8]. Li Lin [9] utilizó materiales de bambmodificados como portadores y emplemétodos de adsory enlace covalente para inmovilizar la papaína, resultando en la papaína inmovilizcon una mejor estabilidad operacional, mayor estabilidad de almacenamiento, tolerancia alcaly resistencia a altas temperaturas.

Baidamshina et al. [10] immobilized papain onto medium-molecular-weight (200 kDa) and high-molecular-weight (350 kDa) chitosan matrices, and the immobilized papain exhibited higher thermal stability and longer half-lives. Wei Meiping et al. [11] immobilized papain onto magnetic particles using metal chelation. The immobilized papain effectively degraded black ant protein. Compared to free enzymes, the immobilized enzymes exhibited advantages such as ease of regeneration and stable enzyme activity after regeneration. These results indicate that the thermal stability, alkaline resistance, and other enzymatic properties of immobilized papain can be further optimized and improved, making it more suitable for various applications.

2 aplicaciones de papaína inmoviliz.

2.1 aplicaciones de la papaína inmovilizen la industria alimentaria

Burdock is a traditional Chinese medicinal and edible plant with high nutritional value. The burdockpolisacáridos it contains possess antioxidant, anticoagulant, and blood sugar-lowering properties, among other biological activities, making them highly valuable for both food and health purposes. By using chitosan as a carrier and processing papain under appropriate conditions, immobilized papain can be obtained. Using this immobilized papain to extract burdock polysaccharides (extraction parameters: pH 6.5, time 8 h, solid-liquid ratio 1:20, enzyme dosage 1.8 g/g), an extraction rate of 11.04% was achieved, and the immobilized enzyme retained over 50% of its enzymatic activity after five repeated uses. This study has established an effective method for the extraction of burdock polysaccharides and provides a reference for the extraction of bioactive components from other medicinal and edible plants [12].

Juices, beer, and other beverages may exhibit cold haze (Chill haze) during low-temperature storage or prolonged storage, which affects product quality. As early as the 1990s, Chinese researchers began studying the application of immobilized enzymes to address cold haze issues in beverages. Xu Fengcai et al. [13] used nylon-immobilized papain to treat beer. After treatment with immobilized papain, the turbidity of the beer decreased by 2–11 times, and the protein content decreased by 55% compared to untreated beer. Additionally, the beer retained its original flavor, extended its low-temperature storage time, and the chill haze phenomenon was significantly improved. In addition to using nylon as a carrier, beer can also be treated with chitin-immobilized papain. Jiang Yongming et al. [14] used chitin as a carrier and glutaraldehyde as a cross-linking agent to prepare immobilized papain for beer clarification experiments. The experimental results showed that beer treated with chitin-immobilized papain prepared under optimal conditions had a protein concentration reduced from 56.5 mg/L to 2.7 mg/L, with significant clarification effects, which is beneficial for improving beer quality and commercial value.

También se puede aplicar a la claride zumde fruta. Yava§ ER [15] utilizó N, n-metilenebis (acrilamida) metacride metilo reticul2-hidroxiéster y glutaraldehído reticulreticulgelquitosano congelado para inmovilizar la papaína, y utilizó la papaína inmovilizpara la claridel jugo de manzana. Bajo condiciones de reacción de pH 4,08, la tasa de clarificación de la papaína inmovilizalcanzó el 31,4%, mientras que la de la papaína libre fue sólo del 14,7%, significativamente menor que la de la enzima inmoviliz. La clarificación se aproximó al índice de clarificación alcanzado con sólo quitosano gelatinizado congelado (12,5%).

Leila et al. [16] realizaron investigaciones sobre la inmovilización de la papaína usando nanopartículas magnéticas y usaron papaína libre y papaína inmovilizpara tratar el jugo de granada. A 50°C, la turbidez del jugo de granada tratado con papaína libre y papaína inmovilizen el día 14 fue de 44,2 y 44,7, respectivamente, significativamente menor que la del jugo de granada no tratado (92,7). Entre estos, la papaína inmovilizretuvo aproximadamente el 40% de su actividad enzimdespués de 10 reutilizy mantuvo casi el 80% de su actividad enzimdespués de 20 días de almacenamiento, significativamente más alta que la de la papaína libre. En un ambiente donde las preocupaciones de seguridad alimentaria son cada vez más prioritarias, la papaína derivada de frutas se alinebien con los requisitos de seguridad de la industria alimentaria, por lo que es ventajopara su aplicación generalizada en este sector. Después de la inmovilización, la papaína exhibe una mayor estabilidad térmica, tolerancia alcaly propiedades regenerativas, lo que la hace cada vez más favorecida para ampliar aún más su ámbito de aplicación en la industria alimentaria.

2.2 aplicaciones de papaína inmovilizen la industria farmacéutica

The application of immobilized papain in the pharmaceutical industry has also achieved notable progress. Cat's claw is the dried rhizome of the plant Smilax glabra, a common traditional Chinese medicine. Its polysaccharides possess rich biological activities, such as anti-inflammatory, anti-tumor, antioxidant, and immune-modulating effects [17-19], demonstrating significant medicinal and health benefits. Liao Qiyuan et al. [20] used immobilized papain to remove proteins from crude polysaccharides of cat' uña de s bajo condiciones óptimas: 12% de enzima inmoviliz, 60°C de temperatura de hidrólide de la enzima, 2 horas de tiempo de hidrólide de la enzima, y pH 6.0. Con una tasa de retención de polisacáridos del 73,2% y una tasa de eliminación de proteínas del 71,3%, reduciendo eficazmente la interferencia de las proteínas en la acción de cat' polisacáridos des Claw. Este estudio también proporciona un método de referencia para la extracción y purificación de componentes activos de las hierbas chinas tradicionales en el futuro.

Immobilized papain has a certain effect on wound treatment [21]. Vasconcelos et al. [22] immobilized papain onto peroxybacterial cellulose (OxBC) membranes. The OxBC-immobilized papain extended the membrane's tiempo de acción sobre la piel inflamada simul, esta propiedad aumenta la membrana OxBC#Eficacia 39;s en la eliminación de pus y tejido necrótico de heridas crónicas de la piel, ofreciendo una nueva posibilidad para futuros biovendajes médicos.

Los fragmentos de Unión a antígenos (Fab) pueden servir como fármacos anticuerpo para el tratamiento de ciertas enfermedades específicas. La administración de alimentos y medicamentos de los Estados Unidos (FDA) ha aprobado varios fármacos anticuerpo basados en fab[23]. Armutcu et al. [24] utilizaron un biorreactor de papaína congelado gelinmovilizpara digerir los anticuerpos de inmunoglobulina G (IgG) humana y realizaron análisis cualitativos de los productos de digestión. Los resultados experimentales mostraron que la tasa de digestión de IgG alcanzó el 80,6%, siendo el fragmento Fab el 37,84%, siendo el fragmento más abundante en los productos de digestión. Este estudio demuestra que la papaína inmovilizpuede obtener eficazmente fragmentos terapéuticos de Fab a través de la digestión de inmunoglobulinas. Además de los estudios anteriores, numerosos informes han indicado que la papaína inmovilizha logrado resultados terapéuticos significativos en aplicaciones clínicas, lo que tiene implicaciones importantes para futuras investigaciones sobre la papaína en la industria farmacéutica.

Biopharmaceuticals, characterized by abundant resources, interdisciplinary nature, and low costs, have experienced rapid development and are currently one of the research hotspots. Papain, as a plant-derived natural product, has already demonstrated certain utilization value in this industry. After immobilization, its performance is enhanced, which facilitates further exploration of its additional functions and application pathways, aiming to achieve more breakthrough results in biopharmaceuticals and clinical medicine.

2.3 aplicaciones de papaína inmovilizen otras industrias

2.3.1 preparación de péptidos bioactivos

Los péptidos bioactivos generalmente se refieren a péptidos compuestos de aminoácidos con diferentes composiciones y arreglos, con un peso molecular de menos de 6000 D, y exhibialta actividad biológica y biocompatibilidad [25-28]. También poseen funciones tales como antibacteriano, antifatiga, y la regulación inmune [29], jugando un papel importante en el mantenimiento diario de la salud y la investigación clínica. Los péptidos de soja son péptidos cortos producidos por la hidrólisis de la proteína de soja, exhibifunciones fisiológicas tales como la reducción de la presión arterial, la reducción del colesterol, y la actividad antioxidante [30].

Cao Yuhua et al. [31] used chitosan as a carrier and cross-linked papain with glutaraldehyde to immobilize it. Under hydrolysis conditions of 55°C, pH 7.8, substrate concentration of 2.0–3.0 mg/mL, and a flow rate of 0.2 mL/min, they successfully prepared soybean peptides. with a hydrolysis degree of 42.6% and soybean peptide content of 1.453 mg/mL in the enzymatic hydrolysate. Antioxidant peptides possess functions such as inhibiting the formation of reactive oxygen species, scavenging free radicals, and decomposing peroxides [32], making them natural antioxidants with high safety.

Yang yuxing [33] utilizó material mesoporauto-preparado L-MCM-41 como un portador para inmovilizar la papaína y la proteína de concha hidrolizpara preparar péptidos antioxidantes de concha. Los resultados experimentales mostraron que los péptidos obtenidos después de la hidrólisis por la enzima inmovilizmostraron una alta actividad antioxidante, significativamente mayor que la de la enzima no inmoviliz. El máximo poder reductor de los péptidos de vieira obtenidos a través de la hidrólisis enzimutilizando enzimas inmovilizfue aproximadamente el doble que el de las enzimas libres, y el tiempo de hidrólienzimse redujo significativamente. Diao Wenjin et al. [34] usaron un porpoli súper grande (metacride meti) como transportador para inmovilizar la papaína para la hidrólicatalde la proteína de levadura para producir péptidos antioxidantes de levadura. Bajo la catálisis de la papaína inmoviliz, la mayor actividad antioxidante de los productos hidrolizados alcanzó 81,2 mol TE/g, superando con creces la de verduras y frutas. Además, después de 20 usos repetidos, la papaína inmovilizretuvo el 35% de su actividad enziminicial.

2.3.2 industria textil

La papaína se puede usar en procesos textiles como desgumado de seda, reblandecimiento del cuero y prevención de arruen de lana [35-36]. Y sus ventajas se pueden mejorar aún más después de la inmovilización. Xue et al. [37] la papaína modificada químicamente con anhídride 1,2,4-bencenetricarboxílico y benzoato tetrakis(2-hidroxietilo), luego se inmovilizó en un tejido de algodón activado. La enzima modificada inmovilizmostró una mejora significativa en la estabilidad térmica, resistencia alcaly resistencia al lavado. Cuando la concentración de detergente era de 20 mg/ml, la actividad de la papaína de tetramatista ftalato inmovilizretuvo aproximadamente el 40% de su actividad original, mientras que la papaína natural fue inhibida casi por completo. Este estudio demuestra el valor potencial de aplicación de la papaína modificada inmovilizen tejidos de algodón en el campo de textiles funcionales.

2.3.3 industria química

La adición de enzimas o preparados enzima los detergentes también puede servir como catalizadores. Las enzimas descomponen ciertas manchas orgánicas en moléculas más pequeñas, aumentando su solubilidad en agua y facilitando su eliminación. Las proteasas fueron las primeras enzimas aplicadas en detergentes [38]. Sangeetha et al. [39] inmovilizpapaína modificada con ácido ftálico sobre gel de almidón de maíz, logrando una tasa de fijación de 98%, significativamente más alta que otros portadores como el caolín. La actividad enzimretende la papaína modificada después de la fijación fue de aproximadamente 78%, mientras que su estabilidad térmica y el valor óptimo de pH también se mejoraron.

Cuando se añade al detergente de lavandería, la enzima inmovilizmostró una mayor actividad enzimen comparación con la papaína libre. Estos resultados experimentales demuestran el potencial de la papaína modificada para su aplicación en detergentes domésticos. Con la creciente concienciación sobre la protección del medio ambiente, también han aumentado las exigencias para la industria química. La papaína es una enzima derivada de una planta que no causa contaminación ambiental, por lo que es un catalizador amigable con el medio ambiente. Después de la inmovilización, puede ser reutilizado, reduciendo aún más la eliminación de residuos, lo que se alinecon el concepto de desarrollo verde y también facilita su desarrollo y aplicación en la industria química.

3 perspectivas

La Papaya se cultiva ampliamente en China, y la papaína tiene una larga historia de uso con una amplia gama de aplicaciones, ofreciendo un potencial de desarrollo significativo. En comparación con la papaína libre, la papaína inmovilizexhibe un rango de tolerancia de pH más amplio y una mayor estabilidad térmica, y puede ser reutilizada, reduciendo efectivamente los costos de uso, mejorando la eficiencia de producción y aumentando el valor de mercado de la papaya.

Basándose en estas características, la papaína inmovilizha logrado ciertos resultados en varios campos. Sin embargo, la investigación actual sobre la papaína y su inmovilización está todavía en una etapa temprana, y la capacidad de lograr la aplicación industrial sigue siendo limitada. Los logros actuales son insuficientes para satisfacer las demandas industriales en rápido crecimiento en China. Esto también indica que hay un espacio significativo para el desarrollo y el valor de producción en la papaína y su inmovilización. Por lo tanto, es urgente que los investigadores relevantes desarrollen más métodos de utilización, tales como técnicas innovadoras de inmovilización, el mejoramiento de cepas específicas de enzimas, la biosíntesis de enzimas, y la separación y purificación de enzimas, para aprovechar plena y eficientemente el potencial de la papaína, aumentar el valor añadido de la papaya, ampliar las vías de utilización de los recursos de papaya, promover aún más el crecimiento de la industria de la papaya, y acelerar la modernización de China#39;s subtropical Specialty agriculture.

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