1. PRODUCCIÓN Y APLICACIÓN DE ENZIMAS INDUSTRIALES
PRODUCTION AND APPLICATION OF INDUSTRIAL ENZYMES
PALABRAS CLAVE:
E n zi m a s , l i p a s a p a n c r e á ti c a , tripsina.
KEY WORDS:
Enzyme, lipasa pancreatic, tripsin.

2. JORGE ELIÉCER CARRERA
1
RESUMEN
La producción de enzimas para uso industrial tuvo sus orígenes en Dinamarca y Japón, a finales del siglo XIX, cuando se
produjeron las primeras preparaciones de renina a partir del estómago de terneros y de amilasa de origen fúngico. Las
enzimas son productos de las células y por lo tanto pueden obtenerse a partir de tejidos animales, tejidos vegetales o mediante
procesos de fermentación em-pleando microorganismos seleccionados. Las plantas han sido la fuente tradi-cional de ciertas
enzimas. A partir del latex producido por la papaya, algunas proteasa aisladas desde la higuera y la piña. La cebada malteada
también hasido fuente importante de enzimas vegetales. La industria cervecera ha empleado tradicionalmente este material
crudo por su actividad proteásica y amilásica. En cuanto a las enzimas de origen animal, se han obtenido pocas, por ejem- plo
lipasa pancreática y tripsina, debido principalmente a la disponibilidad limitada de material adecuado y a la posibilidad de
reemplazarlas por enzimas similares derivadas de microorganismos. Debido a que las aplicaciones in-dustriales de las
enzimas requieren que estas sean producidas a gran escala y bajo costo, el empleo de algunas enzimas de origen vegetal y
animal ha ido decayendo, a favor de las enzimas de origen microbiano.
ABSTRACT
The enzyme production for industrial had its origins in Denmark and Japan, at the end of century XIX, when the first
preparations of rennet from the stomach of calves and amylase of fúngy origin took place. Theenzymes are
____ ____ ____
Recibido para evaluación: Noviembre 29 de 2002. Aprobado para publicación: Vol. 1 No.1 Marzo 2011
1 Facultad de Ciencias Agropecuarias, Departamento de Ingeniería Agroindustrial, Universidad
del Cauca, Popayán Grupo de investigación Asubagroin, Director.

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products of the cells and therefore animals can obtain themselves from weaves, vegetal weaves or by means of
fermentation processes using selected microorganisms. The plants have been the traditional enzyme source
certain. From the latex produced by papaya, some protease isolated from the fig tree and the fragmentation hand
grenade. The malteada barley also has been important vegetal enzyme source. The brewing industry has
traditionally used this crude material by its proteásica and amilásica activity. As far as origin enzymes animal, few
have been obtained, for example lipasapancreátic and tripsin, had mainly to the limited availability of suitable
material and to the possibility of replacing them by enzymes similar derived from microorganisms. The industrial
applications of enzymes require that these are produced on great scale and low cost, the use of some enzymes of
vegetal origin and animal have been decaying, in favor of enzymes of microbial origin.
INTRODUCCION
Son las enzimas que permanecen asociadas con la cé-lula y no son normalmente excretadas al medio. En al-
gunos casos, como en el caso de lipasa e invertasa, el que la enzima sea intracelular o extracelular depende del
microorganismo utilizado.(1,2)
Pocas enzimas intracelulares son producidas a gran es-cala y las ventas de estas enzimas representan solo un
pequeño porcentaje del total de ventas. Sin embargo, la producción de enzimas intracelulares es de gran interés
por varias razones. Con los avances en las técnicas de inmovilización, el uso de enzimas y células inmovilizadas
está en aumento. Por ejemplo, se han establecido pro-cesos comerciales para la producción de jarabes de
fructosa usando glucosa iso-merasa. (1,2)
Enzimas Extracelulares
Los microorganismos producen una amplia variedad de enzimas potencialmente útiles, muchas de las cuales son
excretadas al medio. La mayoría de las enzimas extracelulares son producidas por organismos perte-necientes a
dos géneros: Bacillus y Aspergillus. y que en su mayoría son del tipo hidrolítico. (1,3)
Estabilidad de las Enzimas
La frágil naturaleza proteica de las enzimas, que conlle-va a una estabilidad limitada de su estructura y
funcionalidad, constituye un aspecto importante en un contexto tecnológico. Se considera que una enzima es
apropiada para una aplicación comercial, si su estabili-dad es suficiente para dicha aplicación.(2)
Diagrama de flujo para la producción de enzimas a par- tir de tejidos animales o vegetales (Figura
1)“DiagramadeEnzyme´sBiotechnology”. (3)

4. Las enzimas se obtienen por fermentación en cultivos semi-sólidos, sumergidos, extracción de
tejidos ya sea en plantas o animales bajo condiciones controladas. (4)

5. Unas 20 compañías de Europa, Japón y Estados Uni-dos realizan la producción de enzimas, pero el mercado es
dominado por 3 de ellas: Novo Nordisk (Dinamarca) con el 50% de las ventas a nivel mundial, seguida por
GistBrocades (Neatherlands) y Rhom and Haas (Alema-nia). El mercado de las enzimas ha tenido gran creci-
miento desde los años 70 y este ha sido paralelo con el desarrollo de un gran número de aplicaciones en la in-
dustria alimentaría. (3)
En América latina existen empresas productoras de enzimas en México, Brasil, Argentina y Uruguay,
mu-chas de las cuales son subsidiarias de empresas transnacionales, como es el caso de Pfizer en
México y Brasil y Novo en Brasil. (6)
En Colombia no hay producción de enzimas a escala in-dustrial, siendo importadas de diversos países de Europa, también de
Japón , Estados Unidos , Canadá y México. (2)
La importación de enzimas en Colombia se hace en su mayor par te a través de representantes o
casas comer-ciales pero algunas industrias de cervecería, molinería y lácteos hacen importación
directa de las enzimas que requieren. (2)
CARBOHIDRASAS
Amilasas
Se encuentran ampliamente distribuidas en la naturale-za, son las enzimas responsables de la degradación del almidón,
hidrolizan los enlaces glucosídicos -1-4. Las amilasas se pueden dividir en tres grupos: amilasas

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Figura 1.
Diagrama de flujo extracción y obtención de enzimas.
TANQUE DE
Recepción PICADO
AJUSTE
DE pH
Decantador
Activación-
precipitación estabilización
Sal de Sulfato
Empaqu e
Molienda
Secado Tamiz
y
venta
FUENTE: “Diagrama de Flujo cedido por Enzyme´sBiotechnology” (3)
(E .C. 3. 2. 1. 1), las cuales rompen al azar los en- Glucoamilasa (amiloglucosidasa) (E.C.3.2.1.3)
laces en el interior del sustrato (endoamiladas);
El principal producto final de la acción de laamilasas(E.C.3.2.1.2) las cuales hidrolizan or -
denada mente unidades de maltosaa patir de los glucoamilasa sobre el almidón es glucosa, lo que la
extremos no reductores del sustrato (exoamilasas)y diferencia claramente de las y amilasas. La enzima
glucoamilas as que liberan unidades de gluco-s a también produce pequeñas cantidades de oligosa-
a p a r tir de los extremos no reductores del cáridos. La sacarificación del almidón puede alcanzar
sustrato. (7) hasta 96% de dextrosa. La acción de la enzima causa
inversión de la configuración, produciendo b gluco-
Las amilasas están presentes en la mayoría de las sa. En el comercio se encuentran diversas preparacio-
nes derivadas de hongos de los grupos Aspergillus yplantas superiores, están ausentes en los mamíferos y
R hi z o p u s .excepto por la enzima deAspergillussu existencia en microorganismos es dudosa. Se han
awamori, las glucoamilasas son inactivas sobre almi-cristalizado amilasas a partir de trigo, malta de ceba-
dón nativo. Su actividad es máxima entre pH 4 y 5.5, yda, patata dulce y soya. La enzima hidroliza únicamente
temperatura alrededor de 55-65
0
C. La rata de reacciónenlaces glicosídicos a 1-4, con inversión en la configu-
cae rápidamente a medida que disminuye el tamaño deración del C 1 en el glicosido, de la forma a a la forma .
la molécula de sustrato, siendo máxima sobre almido-Este cambio de configuración es la razón por la cual la
nes previamente sometidos a licuefacción. (8)enzima se llama beta amilasa. (5)
Los pHs de mayor actividad para las amilasas es-
Enzimas desramificantes
tán en el rango entre 4.5-7 y el límite de temperatura
Este grupo de enzimas puede dividirse en dos clases:
está alrededor de 55
0
C. Losgrupos sulfihidrilos
directas e indirectas. Las desramificantes directas
son esenciales para la actividad, por lo que la enzi-
hidrolizan los enlaces glicosídicos a 1-6 del glicógenoma se inactiva por oxidación, por los metales pesa-
y/o la amilopectina nativos, están representadas por eldos y sus sales. (5)

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sistema amilo 1-6 glucosidasa (EC 3.2.1.33)/oligo1-4 1-4 glucantransferasa (EC 2.4.1.24). Por el contrario, la acción
de las enzimas indirectas requiere la modificación
previa del sustrato con otra enzima. Este último grupo pue- de
subdividirse en pululanasas e isoamilasas. (9)
Las pululanasas de orígen microbiano han sido aisla-das de Aerobacteraerogenes, Escherichia intermedia y
Streptococcusmitis. Las enzimas actúan sobrepululano, amilopectina, glicógeno y dextrinas. El único producto de
reacción es maltosa . La temperatura ópti-ma está alrededor de 45
0
C y el pH entre 4 y 5. (9)
Celulasas (EC 3.2.1.4)
La celulosa es rápidamente hidrolizada en la naturaleza por organismos aeróbicos del suelo, particularmente por
los hongos que degradan la madera. Los organis-mos anaeróbicos del rumen y del intestino son respon-sables de
la digestibilidad de la celulosa en los anima-les rumiantes y en los herbívoros. (10)
Invertasa (EC 3.2.1.26)
Hidrolizan el residuo terminal no reductor de b D fructofuranósidos. El principal sustrato es la
sacarosa, pero también pueden hidrolizar rafinosa para dar fructosa y melibiosa. La enzima
también tiene actividad fructotransferasa. (10)
El pH óptimo es 4.5, pero se logra un 80% de actividad en el rango entre 3.5 – 4.5. Tienen actividad máxima
entre 50-60
0
C. El efecto de la concentración de sustrato es de particular relevancia, ya que la máxima
actividad se logra con concentraciones de sacarosa del 5-10%. A concentración de sacarosa del 70% la
actividad es solo de 25% del máximo. (10)
La invertasa es de gran importancia en la industria de alimentos porque la hidrólisis de la sacarosa
forma ja-rabes más dulces, los monosacáridos formados por la acción de la inver tasa son más
solubles que la sacarosa y por lo tanto no cristalizan en los jarabes concentra-dos.(10)
Lactasa ( galactosidasa) (EC 3.2.1.23)

8. Las mejores fuentes comerciales de lactasa son hon-gos (Aspergillus oryzae, Aspergillus niger)
,bacte-rias (Bacillusspp.) y levaduras(Kl uyveromyce sfragilis). (1)
Las preparaciones fúngicas pueden generalmente ser usadas a mayores temperaturas y menores pHs.
Glucanasas
Consisten en una serie de preparaciones de orígenfungico y bacteriano, que usualmente presentan varias
actividades juntas siendo predominante la actividad 3.2.1.6., actividad endohidrolasa de amplia especifici-dad
que actúa sobre enlaces b1-3 y/o b 1-4 de b D glucanos. Otras glucanasas presentes pueden incluír una b 1-
3 glucano hidrolasa específica (EC 3.2.1.39) , una b 1-2 glucanohidrolasa específica (EC 3.2.1.71) y la exo b
1-3 y b 1-4 glucanohidrolasas (EC 3.2.1.73 y 3.2.1.74). (1)
Enzimas Pécticas
El término se refiere a un complejo formado por varias enzimas, presentes en diversas proporciones, capaces de
actuar sobre pectinas y sus derivados. El grupo in-cluye: Pectinesterasa (EC 3.1.1.11), que actúa para
desesterificar pectinas, removiendo los grupos metoxilo y produciendo ácido péctico. (3)
Enzimas despolimerizantes que actúan principalmente sobre pectina, ácidos pépticos y protopectina. (3)
ENZIMAS PROTEOLITICAS
Las proteasas son enzimas que hidrolizan las cadenas polipeptídicas de las proteínas sustrato, se caracterizan por
tener gran variedad de especificidades. De acuerdo con el aminoácido o metal que posean en su sitio activo se
clasifican en cuatro familias: serina proteasas, asparticoproteasas, cisteina proteasas y metalo-proteasas (1).
Papaína (EC 3.4.22.2)
Hidroliza los residuos terminales de a D galactosa, a par tir de b galactósidos. También ocurren reacciones
de transferencia de grupos galactosil. (2)

9. El término papaína se aplica tanto a las preparaciones enzimáticas crudas obtenidas del latex de papaya como a las
distintas fracciones proteicas del mismo. Las enzimas papaína y quimopapaína son las principales

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proteasas del latex (10 y 45% de la proteína soluble), el cual contiene también lisozima (20%). (10)
Bromelina (3.4.22.4)
Se obtiene del jugo, de la fruta o de los tallos de la piña
( Ananascomosus). Es una glicoproteína del grupo de las cisteín proteasas. Actúa de preferencia sobre los
aminoácidos básicos y aromáticos de las proteínas. Su pH óptimo varía con el sustrato, en el rango de 5 a
8. Tiene baja tolerancia térmica. La enzima se utiliza princi-palmente como ablandador de carne (tiene
buena acti-vidad sobre los tendones y el tejido conectivo rico en elastina ) y para hidrolizar proteínas
solubles de la cer-veza que pudieran precipitar y causar opacidad por el enfriamiento. (10)

11. Por otra parte, las lipasas son esenciales para la pro-ducción de sabores y aromas característicos
en cier tos alimentos.(2)
GLUCOSA ISOMERASA
La enzima es realmente xilosa isomerasa (EC 5.3.1.5), capaz de isomerizar D- glucosa a D- fructosa. La enzima se
encuentra ampliamente distribuida, es producida por la mayoría de microorganismos capaces de crecer so-bre una
fuente de xilosa.(2)
PROCESOS INDUSTRIALES QUE APLICAN
ENZIMAS
Ficina(EC 3.4.22.3) Industria del almidón y del azúcar
Es una cisteín proteasa como la papaína. Se obtiene Dependiendo de las enzimas utilizadas, a partir del al-
del latexde las plantas del género Ficus. Presenta midón se pueden obtener jarabes de diferente compo-
hidrólisispreferencial por los aminoácidos aromáti- sición y propiedades físicas. Los jarabes se utilizan en
una variedad de alimentos tales como gaseosas, dul-cos. El pH óptimo varía con el sustrato y se encuentra
ces, productos horneados, helados, salsas, alimentosen el rango 5-8. La temperatura óptima está alrede-
para bebés, frutas enlatadas, conservas, etc. (10)dor de 60
0
C, inactivándose completamente a 80
0
C.
(10)
Hay tres etapas básicas en la conversión enzimática del
almidón: licuefacción, sacarificación e isome-rización.
Renina o Quimosina (EC 3.4.23.4)
Es una proteasa ácida, aislada del estómago de los ter-neros jóvenes, utilizada para precipitar la caseína sin
promover un nivel de proteólisis elevada. En los terne-ros maduros, la quimosina se reemplaza por pepsina
como enzima mayoritaria a nivel estomacal. La pepsina causa un grado superior de proteólisis en la leche en
comparación con la quimosina, con lo cual se forman péptidos cor tos con sabor amargo que afectan la cali-
dad final de los quesos. (9)
LIPASAS (EC 3.1.1.3)
Las enzimas lipolíticas constituyen un importante gru-po de enzimas asociado con el metabolismo y degrada-ción
de grasa. Estas enzimas hidrolizan triglicéridos dando lugar a mezclas de ácidos grasos libres, monoglicéridos y
diglicéridos. Las lipasas son de inte-rés a la industria de alimentos porque si no se contro-lan pueden dar lugar a
rancidez indeseable en los pro-ductos lácteos, cárnicos y otros que contengan grasa.

12. Productos Lácteos
La aplicación de enzimas en el procesamiento de leche está bien establecida ,por el uso del cuajo (quimosina) en
la producción de queso , que tal vez representa el empleo más antiguo de enzimas en alimentos. Otras enzimas
que participan en la producción de quesos son las lipasas presentes en la leche, las cuales hidrolizan el
componente graso, proporcionando cambios caracte-rísticos en el sabor. Para algunos quesos se pueden
aumentar las lipasas naturales, añadiendo enzima extra. Por otra par te, también se recomienda agregar enzimas
exógenas de tipo proteolítico para acelerar el proceso de maduración de algunos quesos. (10)
Molineros y Panaderia
El uso de enzimas en estas industrias se debe principal-mente a la deficiencia en el trigo y en la harina, de las enzimas
naturalmente presentes. El contenido de a amilasa de la harina depende de las condiciones de cre-cimiento y de cosecha.
En climas húmedos la tendencia

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será a tener alta actividad de a amilasa debidoa mejorar la licuefacción del almidón, regular el conteni-
germinación de los granos, en tanto que en climas secos el do de azúcar y nitrógeno, mejorar la extracción, facilitar
nivel de a amilasa se rábajo debido a escasala filtración y controlar la turbidez. En la filtración del
germinación. Esto conlleva a grandes diferencias en elmosto reducción de las gomas y de la viscosidad. En la
contenido de amilasa de diferentes lotes de harina. (10) ebullición, control de la turbidez, eliminación final del
Productoras de Jugos de Frutas
almidón. En esta etapa se inactivan las enzimas. Duran-
te la fermentación y maduración la adición de enzimas
Las primeras enzimas empleadas en las industrias de
sirve para controlar la turbidez.(10)
jugos de frutas fueron las enzimas pécticas para la cla-
Industrias de Grasas y Aceites
rificación del jugo de manzana. Actualmente las enzimas
pécticas se usan en el procesamiento de muchas otras El uso de enzimas en las industrias de aceites y grasas
frutas, junto con amilasas y celulasas. (10) es muy bajo, aunque se encuentran disponibles enzimas
Durante el procesamientodelos jugos cuando se
que pueden resolver algunos problemas, por ejemplo
minimizar los subproductos indeseables. Las enzimas
desintegran los tejidos vegetales, par te de la pectina, que es también se pueden usar para producir aceites y grasas
un componente estructural de las frutas, pasa a la solu- ción, novedosas. (2)
parte se satura con el jugo y par te permanece en las paredes
celulares. Las enzimas pécticas se usan para faci- litar el Lipasas específicas, pueden seleccionar los ácidos
prensado, la extracción del jugo y la clarificacióngrasos dealgunas posiciones del triglicérido, para
ayudando a la separación del precipitado floculento.( 2) incorporar determinados ácidos grasos, sin cambiar
Procesamiento de Carne
los de otras posiciones. De tal manera que es posible
modificar por interesterificación el contenido de áci-
Las enzimas importantes para ablandar carne son
dos grasos, o por transesterificación lograr el rearreglo
de algunos de ellos. (3,4)
proteasas de orígen vegetal o de microorganismos
(Bacillussubtilis y Aspergillus oryzae). Las enzimas se
Por ejemplo la mantequilla de cacao se requiere en la
inyectan antes del sacrificio al animal o se trata la carne
producción de chocolate y con frecuencia la disponi-
con las enzimas antes de cocerla, con lo que se logra un
bilidad y el costo fluctúan ampliamente. Sin embargo,
franco ablandamiento sin provocar una proteólisis im-
aceites como el de palma son baratos y se encuentra
portante. (9)
buen abastecimiento. Lo que se plantea es modificar
Industria Cervecera el aceite de palma por reacción con ácido esteárico
medianteinteresterificación enzimática. La grasa re-
La cebada se utiliza tradicionalmente para la fabricaciónde sultante tiene propiedades similares a la mantequilla
de cacao. (5)bebidas alcohólicas como la cerveza. En su produc- ción
se deben considerar dosoperaciones distintas: la
Industrias de Pulpa y Papelmaltería y la cervecería. (10)
La preparación de la malta se logra por germinación de La mayoría de las fabricas de pulpa y papel cierran pos
periodos prolongados, una o dos veces al año. Du-la cebada, durante la cual se incrementa el contenido dea
rante estos periodos se llevan a cabo los programas deamilasa. Las enzimasa yb amilasas naturalmente
mantenimiento de la planta. Uno de los sistemas quepresentes en el grano actúan sobre el almidón produ-
se ve severamente impactado debido a estos cierresciendo dextrinas y maltosa, que sirven como sustratos
temporales es la planta de tratamiento de aguaspara la fermentación posterior. Las proteasas degradan
residuales. Durante estos cierres el alimento llega enproteínas formando aminoácidos y péptidos. Hay mu-
cantidad insuficiente para mantener la biomasa reque-chas enzimas disponibles comercialmente para el pro-
rida en condiciones normales, La población bacterianaceso cervecero, pero todas ellas caen en tres catego-
se encuentra generalmente disminuida a una fracciónrías: proteasas, amilasas yglucanasas. La acción de
de lo que es necesario para la producción de un efluente
estas enzimas durante las primeras etapas consiste en
de alta calidad. (6)

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Tratamiento de Desechos
Mezcla pulveriza da de organismos selectiva mente
adaptados, con enzimas crudas y emulsionantes
e s p e c ífi c a me n te i d e a d o s p a ra li c u, a rdigerir y
desodorizar desechos agrícolas.(9)
Empresas de servicios como hoteles, cafeterias entre otras
Sustancia creada con la más avanzada tecnología, que consiste en una mezcla sinérgica concentrada de ba-cilos,
que descomponen la materia orgánica con pre-sencia de almidón, grasas, proteínas y celulosa. (3)
REFERENCIAS
(1) Gacesa P. Y Hubble J. Tecnología de la Enzimas. ( Acribia. Zaragoza. España 1990).
(2) Illanes A. Biotecnología de Enzimas. Ediciones Universitarias. Universidad Católica de
Valparaíso. 1994.
(3) Godfrey T y Reichelt J. Industrial Enzymology.

15. Macmillan Publishers Ltd United Kingdom.1983.
(4) Harlander S. Y Labuza T. Eds. Biotechnology in Food Processing. Noyes Publications. Park Ridge, New
Jersey, USA.1986.
(5) Tucker G.A. y Woods L.F.J. Eds . Enzymes in Food Processing. Blackie and Son Ltd. London 1991.
(6)Izquierdo y G. De la Riva, (2000 ) “Plant
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(7) Universidad Católica de Valparaíso, Vol. 3 No 1, abril 15.
(8) Quintero, R. (1996) “Curso-taller grupo consulti-vointernacional ”UNAN. México.
(9) Cabra J y Sánchez, M (1997). “Biotecnología para el desarrollo en Colombia” Innovación y
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(10) Carrera, J. (2002). Módulos de Biotecnología,
“EnzimasIndustriales, Biorreactores, Varia-
bl es deCont rol, Guías de Laboratorio y
Biotecnología Agrícola y Vegetal” Facultad de
Ciencias Agropecuarias, Universidad del Cauca.