MODELAMIENTO DE LA CINÉTICA DE HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DE PROTEÍNAS DEL PLASMA BOVINO

Revista EIA, ISSN 1794-1237 Número 17, p. 71-84. Julio 2012 Escuela de Ingeniería de Antioquia, Medellín (Colombia) MODELAMIENTO DE LA CINÉTICA DE HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DE PROTEÍNAS DEL PLASMA BOVINO Omar Alfredo Figueroa* José Édgar Zapata** Gail Albeiro Gutiérrez*** RESUMEN Se utilizó un modelo cinético para estudiar la velocidad de reacción en la hidrólisis de proteínas de plasma de bovino con alcalasa 2,4 L en un reactor batch. Se estudió la influencia de variables como la concentración inicial de sustrato y enzima sobre el grado de hidrólisis y se determinaron los parámetros cinéticos de la ecuación de velocidad, analizando su relación con las variables de trabajo. Se ajustó un modelo cinético de orden cero y desactivación enzimática por sustrato, de segundo orden, así como la relación directa entre la fracción enzima-sustrato y la tasa de formación de productos de hidrólisis. PALABRAS CLAVE: hidrolizados proteicos; hidrólisis enzimática; cinética enzimática; modelos bioquímicos. * Ingeniero Agroindustrial, Universidad Popular del Cesar; Magíster (c) en Ciencias Farmacéuticas: Alimentos, Facultad de Química Farmacéutica, Universidad de Antioquia. Medellín, Colombia. ** Ingeniero Químico, Universidad de Antioquia; Doctor en Biotecnología, Universidad de Granada, España. Docente de Planta, Departamento de Alimentos, Facultad de Química Farmacéutica, Universidad de Antioquia. Medellín, Colombia. *** Ingeniero Mecánico, Universidad Industrial de Santander; Doctor en Ingeniería, Universidad Pontificia Bolivariana, Sede Medellín. Docente, Universidad Popular del Cesar. Valledupar, Colombia. Artículo recibido 14-XII-2011. Aprobado 2-V-2012 Discusión abierta hasta diciembre de 2012 Modelamiento de la cinética de hidrólisis enzimática... MODELING OF THE KINETICS OF ENZYMATIC HYDROLYSIS OF BOVINE PLASMA PROTEINS ABSTRACT A kinetic model was used to study the reaction rate of hydrolysis of bovine plasma proteins and alcalase 2.4 L, in a batch reactor. The influence of variables, such as the concentration of initial enzyme substrate and the degree of hydrolysis was studied, and kinetic parameters of the rate equation were determined by analyzing its relationship with the work variables. A zero-order kinetic model and enzyme deactivation by substrate was found, as well as the direct relationship between the fraction of enzyme-substrate and the rate of formation of hydrolysis products. KEY WORDS: protein hydrolysates; enzymatic hydrolysis; enzymatic kinetics; biochemical models. MODELAção DA CINÉTICA DE HIDRÓLISE ENZIMÁTICA DE PROTEÍNAS DO PLASMA BOVINO RESUMO Utilizou-se um modelo cinético para estudar a velocidade de reação na hidrólise de proteínas de plasma de bovino com alcalasa 2,4 L em um reator batch. Estudou-se a influência de variáveis como a concentração inicial de substrato e enzima sobre o grau de hidrólise e determinaram-se os parâmetros cinéticos da equação de velocidade, analisando sua relação com as variáveis de trabalho. Ajustou-se um modelo cinético de ordem zero e desativação enzimática por substrato, de segunda ordem, bem como a relação direta entre a fração enzimasubstrato e a taxa de formação de produtos de hidrólise. PALAVRAS-CÓDIGO: hidrolisados proteicos; hidrólise enzimática; cinética enzimática; modelos bioquímicos. 1. INTRODUCCIÓN La sangre bovina es un subproducto de la industria cárnica con un importante valor biológico, representado en su contenido de proteínas, lo que la convierte en una buena fuente de aminoácidos, cuyo uso como ingrediente, en especial la fracción plasmática, se ha extendido en alimentación humana y animal, en aplicaciones como la formulación de embutidos, pudines, panes, galletas, etc. (Rodas et al., 1998). No obstante, la mayor parte de la sangre producida en el sacrificio de animales se vierte a las fuentes de agua, contribuyendo al daño del medio ambiente (Hyun y Park, 2002). 72 Los hidrolizados de proteínas se han utilizado en muchos procesos alimentarios, gracias a sus propiedades funcionales, como mayor capacidad de agitación, dispersión y elevada solubilidad (Ramos et al., 2006; Dàvila et al., 2007; Benítez, Ibarz y Pagan, 2008). Desde el punto de vista de la nutrición, las proteínas y péptidos procedentes de alimentos se están empleando con el fin de mejorar funciones biológicas (Möller et al., 2008; Bernardini et al., 2010), pues los péptidos obtenidos por hidrólisis son capaces de ejercer efectos biológicos específicos (Martínez y Martínez, 2006). Tal es el caso de hidrolizados de plasma a los que se les ha reportado actividad inhibidora de la enzima convertidora de la Revista EIA Rev.EIA.Esc.Ing.Antioq angiotensina (ACE), actividad antigenotóxica (reducción de daños en el ADN) (Hyun y Park, 2002) y actividad antioxidante (Liu et al., 2010). Por otro lado, han sido aislados péptidos de hemoglobina bovina con propiedades antimicrobianas (Daoud, DuboisDelval y Bors-Dodita, 2005; Nedjar et al., 2006). Debido al uso potencial del plasma y otras proteínas de la sangre, existe hoy día gran interés por modelar el comportamiento de sistemas que involucran reacciones de hidrólisis enzimática, con el fin de dimensionar equipos industriales, pronosticar comportamientos dinámicos, controlar tiempos de proceso y otras variables cinéticas (Arantes, 2008). Es importante resaltar que la optimización de estos procesos depende del comportamiento cinético, que puede llegar a ser muy complejo para sistemas con sustratos proteicos, más aun cuando se tienen varias proteínas en el mismo sistema reaccionante (Guadix et al., 2000). En este sentido, un modelo muy simple es insuficiente para representar un proceso, y uno muy complejo se hace poco práctico (Márquez y Vázquez, 1999). Unos modelos cinéticos para sistemas batch que explican la velocidad de hidrólisis de caseínas (Camacho et al., 1993), lactoalbúminas (González-Tello et al., 1994), hemoglobina bovina (Márquez y Vázquez, 1999) y sustratos de origen vegetal (Márquez y Fernández, 1993) se han probado con éxito, generando información básica para la optimización de procesos. Considerando que las reacciones enzimáticas de proteínas tienen cierto grado de complejidad, se han venido estudiando modelos cinéticos de agrupamiento que contemplan la distribución de pesos moleculares de los productos de reacción (Shi, He y Qi, 2005), así como sistemas discontinuos de separación empleando membranas, a fin de reducir los inconvenientes con las inhibiciones enzimáticas por producto (Cheison, Wang y Xu, 2006; Prieto, Guadix y Guadix, 2008; Trusek-Holownia, 2008). En el presente trabajo se aborda el modelado de la hidrólisis de proteínas de plasma bovino, cuya exploración, desde la perspectiva de los modelos Escuela de Ingeniería de Antioquia de hidrólisis, ha sido poco documentada. Se realizó un estudio cinético de la hidrólisis enzimática de proteínas de dicho sustrato, por medio del análisis de las curvas de hidrólisis bajo diferentes condiciones de trabajo, y se encontró (...truncated)