¿Cuáles son las aplicaciones de las lipasas inmovilizadas en los alimentos?

Las enzimas son una clase de biocatalizadores caracterizados por su gran eficacia y especificidad. Las enzimas pueden biotransformarse dentro y fuera de los organismos y presentan una excelente estereoselectividad, regioselectividad y quimioselectividad. La lipasa, como biocatalizador verde, se utiliza ampliamente en los sectores químico, alimentario, farmacéutico, energético y medioambiental, entre otros.
Este artículo se centra en la aplicación de la lipasa inmovilizada en la industria alimentaria.
Síntesis de compuestos aromáticos

Los ésteres de cadena corta con sabores afrutados son populares como agentes aromáticos en la industria alimentaria y estos compuestos aromáticos pueden sintetizarse químicamente u obtenerse de fuentes naturales.
Los compuestos aromatizantes suelen ser ácidos grasos de cadena corta y alcoholes, como butirato de metilo, butirato de butilo, isobutirato de isoamilo para sabores a piña o manzana, butirato de etilo para sabores a piña o fresa, y acetato de isoamilo/butirato de isoamilo para sabores a plátano.
Las lipasas inmovilizadas catalizan la síntesis de aromas naturales en condiciones suaves y son más seguras y fiables que la síntesis química, por lo que presentan una amplia gama de aplicaciones en la síntesis de compuestos aromáticos.
Garlapati et al. investigaron la síntesis de butirato de metilo y acetato de octilo mediante lipasa inmovilizada de Aspergillus oryzae NRRL3562 por esterificación catalítica en condiciones sin disolventes. Se investigó el efecto de diferentes parámetros de la reacción de esterificación, como la proporción molar de alcohol, el tiempo de reacción y la temperatura, sobre la conversión molar (%). Los resultados mostraron que la enzima inmovilizada mantenía una actividad relativa superior a 95% para butirato de metilo y acetato de octilo hasta 5 y 6 veces, respectivamente, con una elevada actividad lipasa.
Ghamgui et al. catalizaron la síntesis de acetato de isoamilo (sabor a plátano) a partir de la reacción de esterificación de ácido acético y alcohol isoamílico en condiciones de sustrato puro utilizando lipasa inmovilizada no comercial de Staphylococcus similars, y examinaron el efecto de parámetros de reacción como la dosis de lipasa y la relación molar de ácido acético y alcohol isoamílico en la reacción. Los resultados mostraron que la conversión de ácido acético y alcohol isoamílico podía alcanzar 64% en 8h. La preparación de la enzima inmovilizada no mostró ninguna disminución significativa en la actividad de la enzima inmovilizada después de 4 ciclos de uso, y la estabilidad y la actividad de la enzima inmovilizada fueron altas.
Matte et al. inmovilizaron la lipasa de Thermomyces lanuginosus (TLL) en Immobead 150 natural y modificada para sintetizar butirato de butilo y butirato de isoamilo mediante enlace covalente multipunto utilizando etilendiamina. Los resultados mostraron que la lipasa inmovilizada covalentemente en múltiples puntos sobre Immobead 150 natural (EMULTI) tenía una vida media de 5,32 h a 70 °C, que era unas 30 veces más estable que su solución TLL, y presentaba una alta estabilidad en acetona, n-hexano e iso-octano. La reacción de esterificación pudo alcanzar una tasa de esterificación superior a 60% en 24 h. Entre todos los métodos de inmovilización, EMULI mostró la mejor estabilidad térmica, estabilidad en disolventes y estabilidad en líquidos iónicos.
Transformación de aceites y grasas
La lipasa inmovilizada tiene amplias perspectivas de aplicación en la industria del aceite y la grasa. Se utiliza principalmente en el procesamiento de grasas, y la modificación de grasas es una parte muy crítica en el procesamiento de alimentos.
La lipasa inmovilizada es superior a la enzima libre porque la inmovilización puede mejorar la estabilidad y la actividad de la enzima. En la forma inmovilizada, la enzima puede reutilizarse. La mayoría de los métodos de inmovilización utilizan interacciones no covalentes.
Las grasas y aceites naturales son menos estables debido a los inconvenientes de las largas cadenas ramificadas y las diferentes saturaciones de ácidos grasos, y las lipasas pueden utilizarse como biocatalizadores para modificar grasas y aceites aprovechando su especificidad de posición y de ácidos grasos.
Las grasas y aceites modificados con lipasa tienen mayor valor nutritivo, estabilidad y calidad, y presentan un mayor potencial de mercado en el procesado de alimentos.
Paula et al. inmovilizaron una lipasa comercial no regioselectiva de Pseudohyphomyces (Novozym 435) y una lipasa 1,3-regioselectiva de Mycobacterium mycenae en una matriz heterogénea órgano-inorgánica de polisiloxano-poli(alcohol vinílico), que actuaron como biocatalizadores en el reactor, para modular las propiedades físicas de las grasas lácteas mediante reacciones enzimáticas de transesterificación, obteniendo una mezcla de grasas transesterificadas saludables apta para la producción industrial.
Tecelão et al. sintetizaron grasas de la leche humana (HMF) combinando tripalmitina con ácido oleico o ácidos grasos poliinsaturados omega-3 en condiciones de acidólisis catalizada por enzimas en un medio libre de disolventes a 60°C. Se ensayaron cuatro lipasas inmovilizadas, Lipozyme RM IM, Theromyces Lanuginosa lipasa, Lipozyme TLIM y Novozym 435, y los resultados mostraron que la actividad y la estabilidad operativa de los biocatalizadores dependían del donante de acilo utilizado.
Mejora de la solubilidad en grasa de los aditivos alimentarios
El ácido isoascórbico se utiliza ampliamente como antioxidante en la industria alimentaria, pero es difícil aplicarlo en alimentos de base lipídica debido a su elevada hidrofilia.
La conversión del ácido ascórbico en ésteres de ascorbato catalizada por la lipasa inmovilizada puede mejorar eficazmente la lipofilia del producto, que puede utilizarse mejor en alimentos grasos.
Santibáñez et al. utilizaron diferentes soportes para inmovilizar la lipasa TL de Pseudomonas aeruginosa para la esterificación enzimática de la síntesis de palmitato de ascorbilo a partir de ácido palmítico y ácido ascórbico en un medio orgánico, y compararon su rendimiento con el de la lipasa comercial Novozym 435. Los resultados mostraron que la tasa de conversión de la lipasa TL de Pseudomonas alcanzó 57% a 55 ℃, superior a la tasa de conversión de sustrato de la lipasa comercial Novozym 435 a 70 ℃.
Sun et al. convirtieron el ácido isoascórbico en palmitato de D-isoascorbilo mediante lipasa inmovilizada, que mejoró la solubilidad en aceite del ácido isoascórbico en medio orgánico y tuvo una alta tasa de conversión, con un rendimiento de 95,32%.
Tang Luhong et al. se heptano y alcohol amílico terciario y varios tipos de medios de reacción y varios tipos de lipasa en la síntesis de L-ascorbyl palmitato reacción, los resultados muestran que el tert-butanol es adecuado para la reacción de síntesis de éster, y Novozym 435 lipasa tiene buena actividad catalítica.
Síntesis de ésteres de azúcar para emulsionantes alimentarios
Los ésteres de azúcar son tensioactivos no iónicos con un grupo hidrófilo de un grupo de azúcar y un grupo hidrófobo de un ácido graso, así como propiedades anfifílicas. Pueden sintetizarse en una sola etapa de reacción enzimática utilizando lipasas, basándose en el uso de materias primas renovables, baratas y fácilmente disponibles siempre que sea posible. Los emulgentes alimentarios ésteres de azúcar se utilizan ampliamente en la industria alimentaria debido a su biodegradabilidad y su naturaleza no tóxica ni peligrosa para el medio ambiente.
Zaidan et al. catalizaron la síntesis de ésteres de lactosa reticulando la lipasa a un nanoreactor (es decir, NER-CRL) mediante enlace covalente y adsorción física, e inmovilizando la lipasa arrugada de pseudoligactomyces lactis (CRL) en mica activada con aminoácidos. Los resultados mostraron que la NER-CRL y la Amino-CRL tenían una gran estabilidad operativa, con vidas medias de más de 13 y 10 veces, respectivamente, y un aumento de la actividad específica de 2,4 y 2,6 veces respecto a la enzima libre, respectivamente.
Adnani et al. imitaron la reacción de esterificación catalizada por grasa de xilitol y ácido esteárico, y catalizaron la síntesis de ésteres de ácidos grasos de xilitol mediante Novozym 435 (lipasa de levadura Pseudomalleiomyces antártica inmovilizada en resina macroporosa) en n-hexano. Los resultados mostraron que el rendimiento real de los ésteres de ácidos grasos fue de 96,10%.
Kapoor et al. catalizaron la esterificación de glicerol con ácido palmítico en condiciones de poca agua utilizando agregados enzimáticos reticulados (CLEAS) de la lipasa B del pseudomaleye antártico (CALB). Los resultados mostraron que la reacción podía alcanzar una conversión de 90,3% durante 24 h. Los rendimientos de mono- y diglicéridos fueron de 87% y 3,3%, respectivamente.
Manteca de cacao sintética
La manteca de cacao tiene un punto de fusión de 37℃, tiene la propiedad de derretirse en la boca, contiene ácido palmítico y ácido esteárico, y es una materia prima importante para la elaboración del chocolate en la industria alimentaria.
Sin embargo, la producción de manteca de cacao natural es escasa y relativamente cara, por lo que se han utilizado lipasas inmovilizadas para catalizar la transesterificación de grasas y aceites con el fin de producir sustitutos de la manteca de cacao, más utilizados en la industria alimentaria.Dutt et al. utilizaron la cepa Bacillus RK-3 aislada del suelo para producir lipasa específica de la región 1,3 para reacciones de transesterificación utilizando aceite de palma y estearato de metilo como materias primas. Los resultados mostraron que el producto final era similar al CB y tenía una conversión de 83,17% en 24 h.
Gong Xin et al. investigaron la preparación catalítica de manteca de cacao Sapium sebiferum baja en calorías utilizando lipasa inmovilizada Lipozyme TLIM y descubrieron que la tasa de intercambio más alta de 34,9% se lograba a una temperatura de 65 ℃, una Aw de 0.06, y un tiempo catalítico de 15,5 h, y el producto tenía un valor SI de 0,55 y un punto de fusión de 37 ℃, lo que indicaba que se podía preparar manteca de cacao baja en calorías a partir de lípidos de Sapium sebiferum.
Hu Fang et al. utilizaron la lipasa Lipozyme TLIM para catalizar la reacción de transesterificación para sintetizar manteca de cacao, y el resultado fue que el rendimiento de manteca de cacao fue tan alto como 85,586%, y el análisis estructural avanzado mostró que la composición y la estructura de los triglicéridos en el producto eran similares a la de la manteca de cacao natural.