Facultad de Ciencias Agropecuarias

Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera en Industrias Alimentarias

EXAMEN PROFESIONAL

PRESENTADO POR:

BACH. JUAN HUMBERTO CAQUI CALLAPAZA

Para optar el Ttulo Profesional de:

INGENIERO EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

Tacna Per2014

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN - TACNA

Facultad de Ciencias Agropecuarias

Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera en Industrias Alimentarias

Sustentada y aprobada el del 2013 siendo el jurado calificador

PRESIDENTE: Dr. Liliana Lanchipa Bergamini

JURADO: ... MSc.

VOCAL: ... MSc.

NDICE GENERAL PginaRESUMENCAPTULO I.REVISIN BIBLIOGRFICA ..1TEMA 1. LECHES FERMENTADAS Y EL YOGUR11.1INTRODUCCIN11.2JUSTIFICACIN21.3DESARROLLO DEL TEMA31.3.1La leche fermentada31.3.2Evolucin de la definicin de probitico51.3.3Actividad del microorganismo del yogur en el hombre61.3.4Criterios para la evaluacin de los probiticos en alimentos81.3.5Mecanismos de accin de los probiticos91.3.6El grupo de bacterias potencialmente probiticas101.3.7Valor nutritivo y beneficios del yogur111.3.8Proceso general de elaboracin del yogurt151.3.9Tendencias en bebidas probiticas241.3.10Efectos benficos de las leches fermentadas y el yogurth261.3.11Ejemplos de leches fermentadas28TEMA 2.ENZIMAS EN LOS ALIMENTOS312.1INTRODUCCIN312.2JUSTIFICACIN322.3DESARROLLO DEL TEMA332.3.1Estructura de las enzimas.332.3.2Substratos de enzimas.352.3.3Propiedades generales de las enzimas372.3.4Clasificacin de las enzimas472.3.5Clasificacin de las enzimas de los alimentos492.3.6Enzimas en tecnologa de alimentos532.3.7Localizacin de algunas enzimas en los alimentos.532.3.8Inhibicin de enzimas de los alimentos542.3.9Enzimas de alimentos que destruyen nutrientes562.3.10Regeneracin enzimtica562.3.11Accin til o deterioro ejercidos por las enzimas en los alimentos57TEMA 3. BOMBAS CENTRIFUGAS TIPO VOLUTA, CARACTERISTICAS TIPOS Y FUNCIONAMIENTO, USOS613.1INTRODUCCIN613.2JUSTIFICACIN623.3DESARROLLO DEL TEMA633.3.1Bombas centrifuga633.3.2La bomba centrifuga de voluta643.3.3Diseo de la voluta673.3.4Funcionamiento de una bomba centrifuga.683.3.5Principios de una bomba713.3.6Descripcin de algunas piezas de una bomba centrifuga763.3.7rboles y manguitos de los rboles.833.3.8Prensaestopas (estoperos)843.3.9Acoplamientos853.3.10Montaje de la bomba863.3.11Rendimiento total de la bomba873.3.12Requisitos para bombas de uso alimentario88CAPITULO II.CONCLUSIONES91TEMA 1. LECHES FERMENTADAS Y EL YOGUR91TEMA 2.ENZIMAS EN LOS ALIMENTOS92TEMA 3. BOMBAS CENTRIFUGAS TIPO VOLUTA, CARACTERISTICAS TIPOS Y FUNCIONAMIENTO, USOS93CAPITULO III: REFERENCIAS BIBLIOGRAFCA94TEMA 1.LECHES FERMENTADAS Y EL YOGUR94TEMA 2. ENZIMAS EN LOS ALIMENTOS97TEMA 3. BOMBAS CENTRIFUGAS TIPO VOLUTA, CARACTERISTICAS TIPOS Y FUNCIONAMIENTO, USOS99

NDICE DE FIGURASPginaFigura 1.Yogur colado4Figura 2.Vistas de la bacteria Lactobacillus delbrueckii subsp Bulgaricus7Figura 3.Bacteria Bifidobacterium breve11Figura 4.Las bacterias probiticas en nuestro organismo14Figura 5.Recepcin de la leche a inicio de proceso16Figura 6.Filtrado de la leche16Figura 7.Homogenizacin de la leche17Figura 8.Sistema de pasteurizacin de la leche18Figura 9.Flujo general de elaboracin del yogur23Figura 10.Yogurt pasteurizado25Figura 11.Yakult, frascos bebibles conteniendo cultivos con Lactobacillus casei28Figura 12. Direccin del flujo de una bomba centrifuga64Figura 13.Bomba de carcasa de voluta de una etapa, refrigerada por ventilador65Figura 14.Difusor de voluta simple (a) y difusor de voluta doble (directriz de alabes + difusor) (by c)66Figura 15.a) La voluta sencilla b) Variaciones en fuerzas radiales c) La doble voluta68Figura 16.Bomba Centrifuga, disposicin, esquema y perspectiva.71Figura 17.Partes constitutivas de una bomba centrifuga.75Figura 18.Carcasa de bomba centrifuga tipo voluta76Figura 19.Diferentes tipos de impulsores78Figura 20.Flecha, eje o rotor79Figura 21.Camisa de flecha80Figura 22. Rodamiento de bolas de contacto angular para bomba centrfuga81Figura 23.Diferentes tipos de anillos de desgaste.83Figura 24.Bomba con acoplamiento compacto (montada en el motor).86Figura 25.Union aseptica90Figura 26.Bomba de carcasa anular acero inoxidable.90

RESUMENTEMA 1.LECHES FERMENTADAS Y EL YOGURLas leches fermentadas y el yogur constituye una herramienta a favor de la salud humana Los microorganismos probiticos son de presencia natural en el intestino. Y por tanto es necesario que se legisle sobre este tipo de bebidas, cuidando la veracidad en su contenido y propiedades; para evitar que se exageren sus propiedades y/o beneficios.TEMA 2.ENZIMAS EN LOS ALIMENTOSSe debe destacar la importancia de los procesos enzimticos en la elaboracin y conservacin de los alimentos. La tecnologa de los alimentos utiliza para una mejor preparacin del alimento, como lo son las enzimas de filtracin o de clarificacin, las enzimas proteoliticas, para ablandar las carnes. La glucosa-oxidasa, que permite eliminar la glucosa de ciertos alimentos, para evitar su pardeamiento posterior. TEMA 3. BOMBAS CENTRIFUGAS TIPO VOLUTA, CARACTERISTICAS TIPOS Y FUNCIONAMIENTO, USOSUna bomba centrfuga es una mquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o crter; o una cubierta o carcasa. Las paletas imparten energa al fluido por la fuerza centrfuga. Se emplean para bombear toda clase de lquidos, ste grupo constituyen el grupo importante de las bombas sanitaria.

CAPITULO I.REVISIN BIBLIOGRFICA

TEMA 1.LECHES FERMENTADAS Y EL YOGUR

INTRODUCCINA pesar de las controversias en cuanto a la denicin de yogurt, en trminos de su composicin qumica, procesamiento y microorganismos iniciadores utilizados en su fabricacin, se dene como el producto lcteo semislido, viscoso, obtenido de la coagulacin de la leche producida durante el proceso de fermentacin lctica. Generalmente la fermentacin es llevada a cabo por Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus y Streptococcus salivarius ssp hermophlilus, especies termlas, homofermentativas, presentes en una relacin simbitica, llamada protocooperacin.

La viabilidad y actividad de las bacterias lcticas presentes en el cultivo iniciador y en el producto nal, estn determinadas por una serie de factores, entre ellos, la velocidad de multiplicacin de los cultivos lcticos; la capacidad de produccin de cido lctico por el L. bulgaricus; el contenido de slidos totales; la temperatura y el tiempo de incubacin; la cantidad de inculo utilizado; los residuos de antibiticos, de desinfectantes o detergentes; la temperatura y tiempo de almacenamiento del yogurt y su pH. Otros factores, como el nmero de pases o repiques y el tiempo de almacenamiento de los cultivos de trabajo, afectan la relacin simbitica de los microorganismos iniciadores en el producto nal.

JUSTIFICACINCada vez ms, se incrementa el nmero de consumidores que se preocupan por los aspectos saludables de los alimentos. Como consecuencia de este hecho, se han ido introduciendo en el mercado una amplia variedad de alimentos a los que se les atribuye efectos que les confieren un gran atractivo comercial. En el mercado actual, por ejemplo, se ha visto incrementado el consumo de leches fermentada bajo accin de microorganismos denominados probiticos los cuales confieren una serie de beneficios a la salud del consumidor, e ah la importancia del profesional en alimentos conocer estos productos a fin de mejorar, optimizar esta bebida lctea fermentada. El reto es cuantificar el nmero de compuestos bioactivos que siguen activos despus de su paso por el tracto gastrointestinal de forma que se pueda validar su efecto beneficioso para la salud, concretamente sobre el coln o el intestino delgado.

DESARROLLO DEL TEMALa leche fermentada Es un producto lcteo obtenido por medio de la fermentacin de la leche, que puede haber sido elaborado a partir de productos obtenidos de la leche con o sin modificaciones en la composicin segn las limitaciones de lo dispuesto por medio de la accin de microorganismos adecuados y teniendo como resultado la reduccin del pH con o sin coagulacin (precipitacin isoelctrica). Estos cultivos de microorganismos sern viables, activos y abundantes en el producto hasta la fecha de duracin mnima. Si el producto es tratado trmicamente luego de la fermentacin, no se aplica el requisito de microorganismos viables. Las leches fermentadas aromatizadas son productos lcteos compuestos, tal como se define en la Norma General para la Utilizacin de Trminos Lcteos (CODEX STAN 206-1999) que contienen un mximo del 50 % (w/w) de ingredientes no lcteos (tales como carbohidratos nutricionales y no nutricionales, frutas y verduras as como jugos, purs, pastas, preparados y conservadores derivados de los mismos, cereales, miel, chocolate, frutos secos, caf, especias y otros alimentos aromatizantes naturales e inocuos) y/o sabores. Los ingredientes no lcteos pueden ser aadidos antes o luego de la fermentacin (Calvo, 2001).Leche fermentada concentrada es una leche fermentada cuya protena ha sido aumentada antes o luego de la fermentacin a un mnimo del 5,6%. Las leches fermentadas concentradas incluyen productos tradicionales tales como Stragisto (yogur colado), Labneh, Ymer e Ylette. Las bebidas a base de leche fermentada son productos lcteos compuestos, segn se definen en la Seccin 2.3 de la Norma General para el uso de Trminos Lecheros (CODEX STAN 206-1999), obtenidas mediante la mezcla de Leche Fermentada, segn se describen con agua potable, con o sin el agregado de otros ingredientes tales como suero, otros ingredientes no lcteos, y aromatizantes. Las bebidas a base de leche fermentada tienen un contenido mnimo de leche fermentada del 40% (m/m). Se podran agregar otros microorganismos al margen de los que constituyen los cultivos de microorganismos inocuos (Calvo, 2001).

Figura 1.Yogur coladoFuente: http://foodtravelandwine.blogspot.com/2012/03/celebrando-noruzyogur-con-azafran-agua.htmlEvolucin de la definicin de probitico El primer estudio que demostraba los efectos beneficiosos de los microorganismos que fermentaban los alimentos fue llevado a cabo por el microbilogo ucraniano y Premio Nobel en Medicina Ilya Metchnikoff en 1908 quien seal que estos microorganismos o sustancias producidas en alimentos fermentados (como el yogur) podan influir en el balance de la microbiota intestinal, y en parte, eran los responsables de la conocida longevidad de los habitantes de Bulgaria. Desde entonces y hasta da de hoy ha crecido el inters por estos alimentos que contienen microorganismos beneficiosos para la salud, y ms concretamente por los productos lcticos fermentados (Felley et al., 2001).

En el ao 1998 Spanhaak et al., entre otros, demostraban que Lactobacillus casei Shirota en Yakult (leche fermentada japonesa) era capaz de colonizar el epitelio intestinal, y en consecuencia, de delimitar el rea de adherencia al intestino de otros microorganismos indeseables. Asimismo acta frente infecciones intestinales en nios desencadenadas por Rotavirus, y tambin en procesos tumorales en ratones. Estos efectos pueden ser debidos a las glicoprotenas secretadas por las propias bacterias (Lei et al., 2006). En este orden de ideas, podemos sealar que la ingestin de bacterias vivas a travs del consumo de productos fermentados, acta sobre la composicin o la actividad de la microbiota autctona, y por tanto puede modificar y favorecer el estado de salud del husped. La definicin del trmino probitico proviene del griego (pro= a favor de; bitico= vida), y ha ido variando con el tiempo: Se utiliz por primera vez el trmino de probitico por Lilly y Stillwell en el ao 1965, refirindose a sustancia que estimula el crecimiento de otros microorganismos. ste trmino se ha redefinido posteriormente como agente microbiano viable que al utilizarse en animales o en el hombre aporta efectos beneficiosos en el husped mejorando el balance de la microbiota intestinal por Salminen et al., 1998. En 1970 un microorganismo probitico se defina como microorganismo que se utiliza como suplemento en la alimentacin animal, para aumentar el crecimiento y reducir el estrs. En el 2001 la WHO (World Health Organization) defini probitico como microorganismo vivo que cuando se administra en cantidades adecuadas confiere efectos beneficiosos en el husped.

Actividad del microorganismo del yogur en el hombre Todo tipo de yogur o de leche fermentada que contenga los cultivos iniciadores tradicionales Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus y Streptococcus thermophilus, facilita la digestin de la lactosa en individuos con intolerancia a este compuesto ya que poseen una actividad -galactosidasa que acta durante la fermentacin del producto y tambin en el intestino (Castro y De Rovettom 2006).

Figura 2.Vistas de la bacteria Lactobacillus delbrueckii subsp BulgaricusFuente: http://www.kimchitech.co.kr/lab_show/lactobacillus_bulgaricus.htm

Se aconseja el consumo de estos productos, en ciertos estados patolgicos entre los que destacan:- Afecciones digestivas y diarreas, tanto por su fcil digestibilidad, como su efecto sobre el reestablecimiento de la microbiota intestinal (Szajewska et al., 2001). - Disbacteriosis intestinal debida a tratamientos con antibiticos, ya que stos provocan reducciones en la microbiota intestinal y puede ser reestablecida por el consumo de probiticos ( Zhou et al., 2005).- Personas poli-medicadas y en estados de inapetencia y convalecencia, ya que las leches fermentadas y especialmente el yogur es un alimento de mayor aceptacin y que puede aumentar las defensas (Dunne et al., 1999).En general se considera que los probiticos tienen accin profilctica y teraputica permitiendo mejorar el estado de salud y la dinmica nutritiva.

Criterios para la evaluacin de los probiticos en alimentos Los requisitos que ha de cumplir un microorganismo para ser considerado como probitico son (Castro y De Rovetto, 2006): Formar parte de la microbiota del intestino humano. No ser ni patgeno ni toxignico. Mantenerse viable en medio cido del estmago y en contacto con la bilis en el duodeno. Poseer capacidad de adhesin a las clulas epiteliales del tracto gastrointestinal. Adaptarse a la microbiota intestinal sin desplazar a la microbiota nativa ya existente. Producir sustancias antimicrobianas. Tener capacidad para aumentar de forma positiva las funciones inmunes y las capacidades metablicas.Las metodologas para evaluar estos requisitos han sido aportadas por diversos investigadores y entre ellas destacan: adherencia al epitelio gastrointestinal para reducir o prevenir la colonizacin por patgenos crecimiento competitivo produccin de metabolitos que inhiben microorganismos patgenos y adhesin a clulas Caco-2 (Collado et al., 2007),

El uso reciente de BAL genticamente modificadas (GM-BAL) ha tenido la finalidad de mejorar la calidad, el aroma y la textura de productos alimentarios tales como el suero de la leche o el yogur (Calvo, 2001).

Mecanismos de accin de los probiticos Entre los mecanismos de accin de los probiticos que se citan en la bibliografa podemos mencionar (Collado et al., 2007):

Produccin de sustancias antimicrobianas como por ejemplo cido lctico, perxido de hidrgeno, diacetilo y bacteriocinas. Estos compuestos reducen el nmero de clulas patgenas viables, afectan el metabolismo bacteriano o la produccin de toxinas. Disminucin del pH intestinal favoreciendo el crecimiento de microorganismos beneficiosos. Aumento de la resistencia a la colonizacin por competir con patgenos para unirse a los sitios de adhesin en la superficie del epitelio gastrointestinal. Competicin por nutrientes. Estimulacin de la respuesta inmune. La estimulacin de la inmunidad innata y adquirida protege contra la enfermedad intestinal, estimulando la produccin de IgA (Inmunoglobulina A), activando macrfagos e incrementando la concentracin del IFN-gamma (interfern gamma).

El grupo de bacterias potencialmente probiticas ste grupo est integrado por diversas especies incluyendo gneros como Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Aerococcus, Bifidobacterium y Weissella.Dentro de este grupo el gnero del que se describen mayor cantidad de especies con caractersticas probiticas es Lactobacillus, que tienen propiedades beneficiosas para la salud. Otros grupos bacterianos han sido reconocidos y aceptados como probiticos, entre ellos destacan: Bacillus spp. Bifidobacterium spp (figura 2); Propionibacterium spp y Streptococcus spp (Collado et al., 2007).

Figura 3.Bacteria Bifidobacterium breveFuente: http://www.optibacprobiotics.co.uk/shop/for-daily-immunity.html

Las denominaciones taxonmicas de los gneros y especies que se indican en la Tabla 1 corresponden a las utilizadas habitualmente a nivel industrial si bien en la actualidad las denominaciones taxonmicas de algunos de estos microorganismos se han modificado (Axelsson, 2004).

Valor nutritivo y beneficios del yogur Los probiticos son aquellos microorganismos vivos que, al ser agregados como suplemento en la dieta, afectan en forma beneficiosa al desarrollo de la flora microbiana en el intestino. Los probiticos estimulan las funciones protectoras del sistema digestivo. Son tambin conocidos como bioteraputicos, bioprotectores o bioprofilcticos y se utilizan para prevenir las infecciones entricas y gastrointestinales. Para que un microorganismo pueda realizar esta funcin de proteccin tiene que cumplir los postulados de Huchetson: ser habitante normal del intestino, tener un tiempo corto de reproduccin, ser capaz de producir compuestos antimicrobianos y ser estable durante el proceso de produccin, comercializacin y distribucin para que pueda llegar vivo al intestino. Es importante que estos microorganismos puedan ser capaces de atravesar la barrera gstrica para poder multiplicarse y colonizar el intestino (Lee y Salminen, 1995).

El efecto protector de estos microorganismos se realiza mediante 2 mecanismos: el antagonismo que impide la multiplicacin de los patgenos y la produccin de toxinas que imposibilitan su accin patognica. Este antagonismo est dado por la competencia por los nutrientes o los sitios de adhesin. Mediante la inmuno-modulacin protegen al husped de las infecciones, induciendo a un aumento de la produccin de inmunoglobulinas, aumento de la activacin de las clulas mononucleares y de los linfocitos (Lee y Salminen, 1995).

Las bacterias cido lcticas utilizan varios azcares como la glucosa y la lactosa para la produccin de cido actico mediante la fermentacin. Algunas bacterias conocidas como anaerobias facultativas y otras como anaerbicas obligadas, pueden colonizar transitoriamente el intestino y sobrevivir durante el trnsito intestinal; adems por su adhesin al epitelio, modifican la respuesta inmune local del hospedero. Est demostrada la eficacia de las bacterias vivas que se utilizan como fermentos lcticos en el tratamiento de los signos y sntomas que acompaan la intolerancia a la lactosa. Ha sido probado in vitro e in vivo el efecto de los probiticos en estados patolgicos como diarreas, infecciones del sistema urinario, desrdenes inmunolgicos, intolerancia a la lactosa, hipercolesterolemia, algunos tipos de cncer y las alergias alimentarias (Lee y Salminen, 1995).

El yogur tiene las condiciones necesarias para ser considerado como un alimento probitico. Contiene microorganismos vivos, una parte de ellos permanece en el sistema intestinal e interactan con la flora bacteriana. La flora intestinal est compuesta por billones de bacterias simbiticas (figura 4). Son microorganismos que se alimentan de subproductos de nuestra digestin y a cambio nos aportan muchos beneficios: nos ayudan con la digestin y absorcin de nutrientes y modulan el sistema inmune y la respuesta inflamatoria. La flora puede verse daada por varios factores, como puede ser la toma prolongada o incorrecta de antibiticos, o el estrs. Podemos contribuir a mantener una flora intestinal saludable consumiendo alimentos prebiticos y probiticos (Pardio y Cols. 1994)..

Figura 4.Las bacterias probiticas en nuestro organismoFuente: http://www.yseterapias.com/manten-una-flora-intestinal-sana/

Estas bacterias presentes en el yogur y otras leches fermentadas se caracterizan por transformar mediante la fermentacin algunos azcares, principalmente la lactosa transformndose en cidos orgnicos como el lctico y el actico. La ingesta regular de leches fermentadas puede resultar beneficiosa para prevenir enfermedades infecciosas comunes por ingestin de patgenos. Se ha comprobado que algunos probiticos mejoran los sntomas de intolerancia a la lactosa. Con el consumo de Lactobacillus acidophilus y Bifidobacterium bifidum se obtiene un aumento de la actividad fagoctica de los granulocitos circulantes. Por su parte la ingesta de yogur incrementa la produccin de citoquinas. Otra funcin de los probiticos es la de disminuir la produccin de enzimas como la b-glucu-ronidasa, la b-glucosidasa, la nitroreductasa y la ureasa (Pardio y Cols. 1994). Estas enzimas participan en la activacin metablica de los mutgenos y carcingenos (Pardio y Cols. 1994).

Proceso general de elaboracin del yogurtLas operaciones bsicas en la elaboracin de yoghurt son las siguientes:

a) Recepcin de materias primas: La leche que es uno de los constituyentes de mayor porcentaje en el yogur deber provenir invariablemente de ranchos y/o establos o productores que tengan una certificacin en Agricultura Biolgica (figura 5) y que el ganado haya sido alimentado de campos donde se aplica la metodologa orgnica. En este punto se realizan exmenes de laboratorio para cada materia utilizada dentro de la formulacin, destacando todos los anlisis para el componente principal que es la leche, donde se revisa contenido de slidos (importante para el cuerpo final del yogur), grasa butrica, protena, acidez, pH, punto crioscpico, etc.; todo con la finalidad de tener los elementos de alta calidad para que las bacterias encargadas de la fermentacin tengan los nutrientes al alcance y generar un agradable bouquet de yogur (Marteau y Minekus, 1997).

Figura 5.Recepcin de la leche a inicio de procesoFuente:http://industria-lactea.blogspot.com/2013/05/leche-pasteurizada_21.html

b) Filtracin y clarificacin de la leche: Se efectan con la finalidad de eliminar las impurezas macroscpicas (figura 6) y dejar a la pasteurizacin la labor de decrecer la contaminacin microbiolgica.

Figura 6.Filtrado de la lecheFuente: http://industria-lactea.blogspot.com/2013/05/leche-pasteurizada_21.html

c) Estandarizacin de los contenidos de grasa y slidos no grasos, para elaborar yoghurt tipo de beber, batido y set. Normalmente se incrementan los slidos de leche de 8,5 o 9,0% que contiene normalmente, a valores de 12,0 a 20,0%. La grasa se estandariza desde un producto de leche entera (3,30%) hasta yoghurt light (0,50%). d) Homogenizacin: Se emplea normalmente con el fin de evitar la separacin de la grasa butrica; tambin influye en el acomodo de la protena para dar un aspecto ms blanco. En este proceso se obliga a que la leche pase aberturas muy pequeas (figura 7), con la finalidad de disminuir el dimetro de los glbulos de grasa, y que stos no tiendan a formar conglomerados que despus de un tiempo generen una capa de grasa en la superficie del yoghurt, lo cual da mal aspecto. La homogenizacin se logra mediante presin y temperatura que generalmente est en los valores de 1500 a 1800 psig en dos pasos (para homogenizadores de un paso se aplica 1500 psig) y temperaturas desde 60 a 70C. Como se observa en el Diagrama General de Bloques, los puntos antes citados tendrn lugar previo a la pasteurizacin, con el fin de que cualquier contaminacin microbiolgica que se presente en estos pasos sea eliminada o reducida en el proceso siguiente.

Figura 7.Homogenizacin de la lecheFuente: http://www.gominolasdepetroleo.com/2012/04/como-se-procesa-la-leche_14.htmle) Pasteurizacin: La finalidad es eliminar y/o disminuir los microorganismos patgenos a niveles que no signifiquen un problema para la salud humana. En este punto, tambin se busca que las protenas sricas (lactoalbminas y lactoglobulinas) precipiten y formen parte integral del cuerpo del yoghurt. Normalmente se emplean para este punto, equipos de fermentacin (figura 8) lenta 80-90C por 30 a 15 minutos, en los cuales puede realizarse el resto de pasos para la produccin de yoghurt.

Figura 8.Sistema de pasteurizacin de la lecheFuente: http://www.virtualplant.net/vptd/includes/proceso.php?id_proceso=L-03

f) Inoculacin-Fermentacin: Este paso es delicado. Al tener la formulacin pasteurizada, puede contaminarse en este punto crtico. Por ello es adecuado seguir excelentes normas de higiene y limpieza de los utensilios relacionados con la inoculacin; el personal deber usar uniforme, cubreboca y cubrepelo para garantizar la asepsia y la ausencia de contaminacin de leche. La forma tradicional de elaborar yoghurt a partir de cultivo de resiembra implica riesgos latentes intrnsecos as como de gastos adicionales: Es necesario contar en planta con un laboratorio adecuado para este manejo, con personal capacitado en microbiologa industrial que mantenga libre de contaminaciones las resiembras y que garantice la inocuidad del producto, la necesidad de contar con equipo y utensilios destinados nicamente para el desarrollo del cultivo industrial, mano de obra extra para esta rea; el riesgo de que el producto presente problemas de post acidificacin an antes de su fecha de caducidad es inminente, los problemas de contaminacin por bacterifagos (los cuales atacan al cultivo de resiembra) ocasionando malas fermentaciones con desviaciones a productos no aptos para su salida de planta, cambio en la proporcin de las bacterias del yoghurt, etc. En la actualidad, Raff, S. A. presenta en el mercado el uso de cultivos de inoculacin directa SACCO Lyofast Serie Y para yoghurt, con cepas de bacterias especialmente estudiadas y seleccionadas las cuales no requieren de resiembras, su manejo es sencillo, de fcil aplicacin, permitiendo una produccin constante, sin desviaciones a productos indeseables, se reduce drsticamente el problema de bacterifagos, menor posibilidad de contaminaciones al disminuir pasos dentro del proceso de fabricacin de las resiembras, etc. As, su implementacin permite estandarizar la produccin con lotes de calidad constante, sin desviaciones ocasionadas por una resiembra contaminada. En la fermentacin pueden seguirse dos procesos relacionados con la temperatura: A temperatura baja de 34-37C y tiempo largo de 14 a 16 horas. Este proceso genera un yoghurt de mejor cuerpo, con un desarrollo de aroma y sabor ms acentuados que con el proceso de tiempo corto. Sin embargo, si no se cuenta con equipo apropiado, se puede generar una contaminacin y el crecimiento de microorganismos indeseables finalizando en un producto inadecuado para su consumo. A temperatura alta de 42 a 45C y tiempo corto de 4 a 6 horas (dependiendo del cultivo utilizado). Este proceso es el de mayor utilizacin en Mxico porque permite fabricar varios lotes por turno. El producto final, presenta caractersticas agradables, requiriendo de un perodo de 24 a 48 horas para que genere su bouquet final. En cualquiera de los dos procesos, se debe tener un seguimiento del desarrollo de acidez para estandarizar el proceso y realizar el corte siempre con los mismos valores. Esto permite tener producciones constantes sin variaciones en el sabor, acidez, aroma. g) Corte y enfriamiento: Es un punto crtico, ya que puede generar sinresis, grumos, prdida de cuerpo y viscosidad entre otros problemas. Dependiendo de la capacidad de enfriamiento que se tenga en el equipo y cuarto fro, el corte puede realizarse a un pH de 4,3 a 4,4 si se cuenta con la posibilidad de un enfriamiento rpido (por ejemplo con placas); para el caso de un enfriamiento lento, es recomendable un pH de corte ms alto, entre 4,7 a 4,8 para que a las 24 horas se tenga un yoghurt fro, envasado con un valor de pH de 4,4 a 4,3. Esto porque en Mxico agrada el yoghurt no cido, y su consumo es ms como postre. Debe sealarse que el enfriamiento del yoghurt comienza por lo general en valores de pH relativamente altos y que por tanto, la velocidad de enfriamiento (lenta o rpida) condiciona la acidez final del producto. Esta parte del proceso est ligada con los problemas de post acidificacin del producto en el mercado. Aunque existen cultivos de baja post acidificacin a disposicin de los fabricantes de yoghurt, las bacterias al tener las condiciones de temperatura mnimas para su desarrollo (por prdida de cadena de fro durante su venta), presentan una tendencia a continuar convirtiendo lactosa en cido lctico (aunque de manera muy lenta), por lo que la vida de anaquel del yoghurt se reduce. Como comentario, existen productos en el mercado que pueden estar mucho tiempo a temperatura ambiente sin alteracin aparente, aqu queda elaborar las siguientes preguntas: Qu viabilidad tienen las bacterias de ese producto?, Qu tipo de proceso de conservacin tiene?, ya que las bacterias viables presentan actividad an en fro, aunque de forma ms controlada. Se trata de yoghurt o de un producto pasteurizado que por norma ya no es yoghurt? h) Frutado: En grandes producciones de yoghurt, el frutado se realiza durante el enfriamiento, al llegar la base blanca a una temperatura de 25 a 20C. En este punto se adiciona la base de frutas (proveniente de Agricultura Biolgica y que durante su proceso no se utilizaron conservadores qumicos) agitando lentamente el yoghurt. Esto permite que despus del envasado, el yoghurt recupere parte de su cuerpo y viscosidad, mostrando este fenmeno entre las 24 y 48 horas siguientes al envasado. i) En algunos procesos acostumbran adicionar la fruta despus de que el yoghurt ha sido refrigerado por espacio de 12 horas aproximadamente. Este tipo de frutado contribuye a disminuir el cuerpo y viscosidad del producto con la desventaja de que ya no se recupera; adems puede favorecer sinresis al maltratarse fsicamente la estructura tridimensional del gel. Este proceso descrito (figura 9), representa un desarrollo normal en cuanto a produccin de yogur convencional, aplicando algunas variantes para un yogur batido y uno de beber (donde influye el tipo de cepa que se utilice). Sin embargo, en cada planta donde se elabora este producto, tienen diferentes instalaciones, equipos de proceso y fermentacin, diversas capacidades de enfriamiento, as como otras variables que requieren ser contempladas al momento de iniciar el proceso de yoghurt en sus plantas, por lo que cada productor deber tomarlas en cuenta para obtener el producto ideal para su consumo. Debe considerarse que tanto la leche, el azcar, las frutas utilizadas en la elaboracin, procedern de productores certificados en aplicar tcnicas de agricultura biolgica u orgnica (Marteau y Minekus, 1997).

Figura 9.Flujo general de elaboracin del yogurFuente: Jacome (2010)Tendencias en bebidas probiticas El trmino de Probitico fue introducido por Metchnikoff a principios del siglo XX al descubrir los beneficios de la ingesta de leches fermentadas con relacin al incremento en la longevidad de los habitantes de Bulgaria. La palabra Probitico proviene del griego y significa "por la vida". Existen varias definiciones de probiticos, pero la ms completa es la que expresa que son "cultivos puros, mezcla de cultivos de microorganismos viables y activos, que aplicados al hombre o animales aportan efectos benficos al husped mejorando las propiedades de la microflora nativa". Se reconocen en todo el mundo ms de 20 especies diferentes de microorganismos probiticos en humanos, siendo la mayora perteneciente al grupo de bacterias cido lcticas utilizadas en la industria para elaborar productos fermentados. Actualmente se agregan otras bacterias en el yoghurt y bebidas probiticas, adems de Streptococcus thermophilus y Lb. bulgaricus: las bacterias Probiticas, que incrementan las bondades del yoghurt mediante los beneficios a la salud del consumidor; as mismo los cultivos Protectores que favorecen su conservacin como un producto sin aditivos qumicos (Rodrguez, 2009).

Sin embargo el consumidor comn no conoce los beneficios ni el trmino probitico. En Europa se habla de yoghurt adicionado con probitico hace poco ms de 7 aos y en EE UU es ms reciente. Se presentan productos con innovacin en su presentacin, informando al consumidor sobre el concepto de living cultures (cultivos vivos) con bacterias amigables y sus beneficios en su ingesta. Este enfoque es utilizado como una oportunidad de negocio, haciendo nfasis en productos que han sido pasteurizados (figura 10) o esterilizados despus de su fermentacin y que ya no tienen los beneficios de los microorganismos viables hasta su fecha de caducidad (Rodrguez, 2009).

Figura 10.Yogurt pasteurizadoFuente: http://www.vitonica.com/alimentos/los-alimentos-de-hoy-se-han-transformado-en-ocnis

Efectos benficos de las leches fermentadas y el yogurthReduccin del riesgo de padecer cncer de colon Los malos hbitos alimentarios inducen a la microbiota intestinal a producir sustancias con actividad carcingena. Estudios epidemiolgicos elaborados en el ao 1998 pusieron en evidencia que las dietas suplementadas con Lactobacilos spp. y/o Bifidobacterium spp reducen el riesgo de contraer cncer de colon (Aso et al., 1995). Este hecho se debe a que son capaces de: Disminuir las enzimas fecales asociadas a la conversin de sustancias pre-carcingenas a carcingenas. Inhibir directamente la formacin de clulas tumorales. Unirse e inactivar la sustancia carcingena.

Reduccin de los niveles de colesterol Los niveles elevados de ciertos lpidos en sangre, son un factor de riesgo de enfermedades cardiovasculares. La capacidad de ciertas bacterias probiticas como Lactobacillus y Bifidobacterium de presentar actividad sobre los cidos biliares sugiere que pueden tener un papel en el control de los niveles de colesterol en el hombre, ya que el colesterol es un precursor de los cidos biliares (Liong, 2007).

Reduccin de la intolerancia a la lactosa La intolerancia a la lactosa es un problema que padece entre el 50 y el 70% de la poblacin mundial en distinto grado. Este problema es debido a la incapacidad de metabolizar la lactosa que contienen algunos alimentos, ya que se da una situacin de deficiencia congnita de la enzima -galactosidasa intestinal ocasionando la dificultad de absorcin y digestin de este azcar a partir de productos lcteos. La ingestin de probiticos de forma continuada, bien liofilizados o como yogur, ha permitido reducir considerablemente la mala absorcin de la lactosa. Este efecto parece deberse al aporte de -galactosidasa exgena por parte de Streptococcus thermophilus y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus del yogur, ya que degradan parcialmente la lactosa contenida en este tipo de productos y permite una mejor absorcin (Marquina y Santos, 2001).

Aplicacin frente a las alergias La prevalencia de enfermedades atpicas como el eczema atpico, la rinoconjutivitis alrgica y el asma, ha aumentado en los ltimos aos. Estas condiciones estn asociadas a citocinas sintetizadas por los linfocitos T CD4+ que promueven la secrecin de IgE. Algunos investigadores han demostrado que los probiticos pueden ser efectivos en la respuesta inmune para prevenir reacciones alrgicas (Young y Huffmans, 2003).Ejemplos de leches fermentadas Yakult: Es de los pioneros en bebidas fermentadas con probiticos desde 1935 en Japn; en el resto del mundo hace poco ms de 20 aos. Contiene la cepa Lb. casei shirota (figura 9), aislada por Shirota, el cual aisl y registro esta cepa con su apellido. Esta cepa se aisl del tracto digestivo de un infante sano, y se encontr que cubre todas las caractersticas para ser considerada como probitico, en especial su posibilidad de resistir el paso a travs de los jugos gstricos y biliares. Actualmente, existen desarrollos en Japn para formular cosmticos y medicamentos a partir de microorganismos probiticos (Marquina y Santos, 2001).

Figura 11.Yakult, frascos bebibles conteniendo cultivos con Lactobacillus caseiFuente: http://desuchan.net/yakult/res/4314.html

Actimel de Danone: Distribuido en Francia, Alemania, Irlanda, Reino Unido, EE UU y actualmente en Mxico contiene Lb. bulgaricus, St. thermophilus y una cepa especial de Lb. casei inmunitass (DN 114 001) resistente a los jugos gstricos, la cual fue aislada en el Centro de investigaciones Daniel Carasso. Se presenta en sabor natural y de naranja. LC1 de NESTLE all natural probiotic suplement: Lanzado en 1996 contiene una cepa especial de Lb. Acidophilus llamada Lb. jonhsonii la cual tiene propiedades inmunoestimulantes especficas. En sabor natural y de naranja. LC1 diet es un yoghurt probitico diettico de frutas. De gran xito en Alemania y Francia. Stonyfield Farm YC6 in Y2K: Toda su lnea tradicional de yoghurt batido y lquido, as como Planet Protector, YoBaby y el yoghurt congelado Nirvana contienen 6 cultivos probiticos: St. thermophilus, Lb. bulgaricus, Lb. acidophilus, Bifidus, Lb. casei y Lb. reuteri que es su cepa estrella y es exclusiva de esta empresa. Lb. reuteri produce reuterina que inhibe el crecimiento de bacterias dainas como Salmonella, E. Coli, Staphylococcus y la levadura Candida. Otros ejemplos: SANCOR BIO de Sancor Argentina, en versin normal y light contiene Lb. acidophilus y Lb. casei; Mller Pro-Cult con Lb. casei; Danone Bio tiene Bifidus essensis que regula el trnsito de la digestin; Culturelle de ConAgra contiene Lb. rhamnosus, patentado como LGG el cual vive mucho tiempo en el tracto digestivo y reduce el riesgo de diarrea asociada a antibiticos; Vifit de Campina Melkuny que refuerza el sistema inmunolgico; Bio K Plus tiene Lb. casei y una cepa especial de Lb. acidophilus llamada CL 1285 la cual vive ms que las normales.

El yoghurt adicionado con cepas probiticas, conserva sus caractersticas organolpticas normales de sabor y aroma, su fermentacin no se ve afectada, por lo que no existe antagonismo por parte de estos organismos con los normales del yogurt (no son antagnicos). La vida de anaquel no se ve afectada tampoco, ya que con las sustancias generadas por los cultivos probiticos, adems de sus metabolitos primarios y secundarios, mantienen al yoghurt dentro de los parmetros microbiolgicos que marca la norma oficial mexicana para este producto, y se beneficia al consumidor por todas las caractersticas y propiedades descritas en prrafos anteriores. Adems, el yoghurt es un producto que actualmente es consumido en gran cantidad en Mxico, por lo que la adicin de cultivos probiticos puede ser considerado como un plus dentro de la mercadotecnia moderna informando al consumidor sobre los beneficios en su salud (Salminen , Bouley C., Boutron-Ruault, 1998).

TEMA 2.ENZIMAS EN LOS ALIMENTOS

INTRODUCCIN En el mbito de la bioqumica de los alimentos la enzimologa es quizs uno de los campos que se ha desarrollado ms rpidamente en los ltimos aos.

Los amplios estudios realizados en esta rea han puesto en evidencia la importancia de los procesos enzimticos en la elaboracin y conservacin de los alimentos. Fenmenos tan importantes en la tecnologa actual, como las reacciones de pardeamiento enzimtico (frutas), de rancidez (grasas y aceites), de coloracin (vegetales verdes), de textura (salsa de tomate) son ejemplos muy conocidos de la intervencin de enzimas.

Estas sustancias catalizadoras de los procesos vitales pueden presentarse extraordinariamente activas durante el periodo posterior a la cosecha (alimentos vegetales) y los cambios que ellas determinan pueden influir en forma considerable sobre los caracteres organolpticos, textura y presentacin del producto terminado.JUSTIFICACINAs como hay enzimas perjudiciales que deben ser inactivadas en el momento oportuno, hay otras que la tecnologa de los alimentos utiliza para una mejor preparacin del alimento, como lo son las enzimas de filtracin o de clarificacin, las enzimas proteoliticas, para ablandar las carnes. La glucosa-oxidasa, que permite eliminar la glucosa de ciertos alimentos, para evitar su pardeamiento posterior. Tambin ha sido motivo de interesantes estudios la adicin de enzimas de accin aromatizante a los alimentos o bebidas que durante su procesamiento han sufrido en su aroma pero han conservado sus precursores, permitiendo, de este modo, restaurar sus componentes aromticos originales.

Se ha estimado de inters preparar la presente publicacin con el fin de entregar en forma concentrada y sistemtica antecedentes sobre la accin de las enzimas en los alimentos, la aplicacin de las diferentes enzimas en las diversas industrias de alimentos y bebidas y las tcnicas para determinar las principales enzimas en los alimentos, al usarlas para el anlisis y control de los alimentos. Con el objeto de facilitar el uso da la obra en la prctica industrial, se ha estimado conveniente ordenar en la parte tecnolgica la aplicacin de las enzimas de acuerdo con la respectiva industria en que han de prestar sus servicios.DESARROLLO DEL TEMA

Estructura de las enzimasSon protenas cuyo peso molecular cubre un amplio rango. Por ejemplo., La ribonucleasa, que hidroliza los cidos ribonucleicos, tiene un PM de 13.700 daltons y est constituida por una sola cadena polipeptdica de 124 aminocidos. En cambio, la aldolasa, una enzima implicada en el metabolismo de la glucosa, est constituida por 4 subunidades de 40000 daltons cada una.

Cofactores y Coenzimas (4-9)Existen enzimas cuya funcin cataltica se debe exclusivamente a su naturaleza proteica, pero hay otras en que sus propiedades catalticas, aunque relacionadas con su naturaleza proteica, dependen para su actividad ptima de la presencia de una estructura no proteica y termoestable llamada cofactor. Los cofactores pueden ser simples iones inorgnicos o sustancias orgnicas ms o menos complejas. Cuando los cofactores orgnicos estn fuertemente unidos a la protena enzimtica (por enlace covalente) y son especficos para esa enzima, se denominan grupos prostticos (p. ej., el grupo de la hemoglobina). Si los cofactores orgnicos estn ms dbilmente unidos (interaccin no covalente) a la protena y por ello no se asocian a ella permanentemente (generalmente se unen slo en el curso de la reaccin), se denominan coenzimas. La mayora de estas coenzimas derivan de las vitaminas, especialmente las del complejo B. Muchas dishidrogenasas requieren la coenzima nicotinamida-adenina-dinucletido (NAD+) o su derivado de fosfato (NADP+), las cuales provienen de la niacina. El cido pantotnico es un componente esencial de la coenzima A, la cual funciona como un transportador transitorio de grupos acilo en el metabolismo. La biotina es un transportador de en las enzimas que catalizan ciertas reacciones de carboxilacin y decarboxilacin.

El cido tetrahidroflico, una forma reducida de la vitamina, el cido flico, participa en las reacciones de transferencia de grupos de un tomo. La vitamina B12, en su forma de coenzima, funciona en la transferencia de grupos alquilo de ciertas reacciones enzimticas. En el lenguaje corriente de la enzimologa, el componente proteico se denomina apoenzima y el complejo completo de protena y cofactor se llama holoenzima. Generalmente la apoenzima es inactiva como catalizador. Algunas enzimas requieren dos o tres cofactores distintos y corrientemente uno de ellos es un ion metlico.

Substratos de enzimasConstituyen las sustancias que son transformadas especficamente por las enzimas. Se usan para medir la actividad cataltica de las enzimas y, secundariamente, tambin para determinar el carcter especfico de una accin enzimtica. Para que una sustancia sea apropiada como substrato de una enzima debe reunir los siguientes requisitos:

a) Que experimente una transformacin bien definida por la accin cataltica de la enzima; b) Que sea especfica para la enzima respectiva o el grupo muy restringido de enzimas. Ej.: el almidn para las alfa- y beta- amilasas; c) Que segn las condiciones del ensayo, previamente fijadas, no sufra una descomposicin espontnea o produzca otras reacciones no catalizadas por la enzima; d) Que la transformacin del substrato que es catalizada por la enzima. Sea fcilmente medible. Ejemplos son los siguientes: formacin estequiomtrica de un producto coloreado; una modificacin definida en la absorcin al ultravioleta (ej.: NADH; liberacin de un cido o de un lcali que sean medibles por titulacin (ej.: liberacin de carboxilos en la pectina por la pectino-estearasa); si no se dan estas posibilidades, por acoplamiento con otras reacciones qumicas o enzimticas, llamadas reacciones indicadoras (por ej.: la reaccin qumica (de fosfatasa en leche), del fenol liberado con la dibromoquinon-clorimida para dar indofenol, de color azul).

Los substratos enzimticos pueden tener dos orgenes: Substratos naturales de las respectivas enzimas, como por ej., El almidn (para amilasas) o el etanol (para la alcohol dehidrogenasa); Derivados de substratos naturales, obtenidos por sntesis con una estructura qumica tal que an son reconocidos y transformados por la respectiva enzima con formacin de productos, ya sea coloreados o fcilmente medibles por otro mecanismo. Ejemplos son: 4-nitroanilidas de aminocidos, para proteasas, y - nitrofenil-derivados de azcares, para glucosidasas.

Propiedades generales de las enzimasConsiderando que las enzimas, por ser protenas, tienen pesos moleculares altos. Esto hace difcil su caracterizacin por mtodos fsicos o qumicos.

Efecto de la temperatura sobre las enzimas (3,6).Las enzimas muestran, a menudo, una marcada fragilidad trmica. Cuando se calientan a temperaturas superiores a los 50C la mayora de las enzimas, pero no todas, se denaturan, y unas pocas muestran desnaturalizacin cuando se enfran aproximadamente a 5C. A temperaturas bajas, aunque la actividad enzimtica procede muy lentamente, ella no se detiene del todo, hecho que debe tenerse en cuenta en la industria congeladora de alimentos. A menos que se inactiven previamente las enzimas objetables, la mayora de los alimentos congelados experimentan un considerable deterioro despus de un almacenamiento prolongado, porque a temperaturas tan bajas como -18C algunas reacciones enzimticas siguen teniendo lugar. Habitualmente la desnaturalizacin a alta temperatura es irreversible, debido a que se rompen las fuerzas dbiles de enlace al aumentar la vibracin trmica de los tomos componentes, fenmeno que daa la estructura tridimensional (Lehninger, 1975). Es importante sealar que una misma enzima, aislada de tejidos diferentes, puede tener diferente capacidad de resistencia a la desnaturalizacin suave por el calor, hecho que es til con fines de identificacin o de diagnstico. Otras aplicaciones de la desnaturalizacin por el calor son la esterilizacin de alimentos e instrumentos y la pasteurizacin de la leche; ambos procesos dependen de la destruccin rpida por calor de las enzimas esenciales de los microorganismos contaminantes. La mayora de las enzimas son, pues, muy termolbiles y habitualmente es suficiente aplicar una temperatura de 40 a 80C por 2 a 5 minutos, a fin de destruir su actividad. Es este hecho de inactivacin completa de las enzimas el que se utiliza ampliamente en la industria alimentaria. En la mayor parte de los casos de preservacin de alimentos, es deseable que no haya continuacin alguna de actividad enzimtica. Si ello ocurriera se podra producir, por ejemplo, un cambio en el color de la clorifila o de los carotenoides, o producirse el pardeamiento de varios alimentos; podra alterarse el sabor de los hidratos de carbono, o producirse la rancidez de las grasas. Tambin la persistencia de actividad enzimtica podra provocar cambios en el aroma o en el valor nutritivo de las protenas (o de las vitaminas) y, finalmente, la presencia de enzimas pectinolticas puede producir un cambio total en la textura de los alimentos (Lehninger, 1975). El tratamiento con calor es, sin duda, un mtodo adecuado para la destruccin de microorganismos que alteran los alimentos (esterilizacin por calor y pasteurizacin). De esta manera un procesamiento trmico adecuado puede lograr simultneamente la preservacin microbiolgica y la estabilizacin de los alimentos. A veces la actividad residual de una enzima (no necesariamente objetable) se usa como prueba de la suficiencia de un proceso de tratamiento con calor (Lehninger, 1975).

Efecto de las radiacionesLas enzimas se afectan tambin por irradiacin con ondas electromagnticas. La inactivacin por luz ultravioleta se debera a la fotolisis de grupos disulfuro y aromticos de los aminocidos que constituyen las protenas. La inactivacin de la pepsina se atribuye a la oxidacin del grupo fenlico de la tirosina. Estos efectos sobre las enzimas son de escaso rendimiento, por lo que la luz ultravioleta no es de aplicacin prctica, desde este punto de vista, en la tecnologa alimentara. En cambio, la irradiacin de los alimentos con radiaciones ionizantes (radiaciones beta, gamma, etc.) es de considerable importancia en el procesamiento de alimentos y ya est en uso en escala comercial. Uno de los mayores problemas en este campo es el hecho de que la destruccin de las enzimas requiere de dosis de radiacin mucho ms elevadas que para la destruccin de los microorganismos. En algunos casos es ms prctico utilizar en forma combinada calor e irradiacin para inactivar enzimas. La actividad lipoxidsica puede reducirse al 67% de su valor inicial por irradiacin a pH7 con 9x rad. Existe una prdida adicional postradiacin. Si la enzima se irradia y luego se calienta, el efecto de ambos tratamientos es sinergstico. Si la enzima se calienta primero y luego se irradia, el efecto es meramente aditivo (Belit, y Grosch, 1992).

Efecto de la humedadEn los alimentos, al igual que en cualquier sistema biolgico, el agua es uno de los componentes ms importantes. Por ser un solvente, el agua sirve para poner en contacto a las diversas molculas que interactan. Adems, la reactividad de muchas sustancias depende de la disociacin inica y de la configuracin molecular y, por lo tanto, de la hidratacin. El agua es a menudo uno de los reactantes o uno de los productos de la reaccin. Hoy se sabe que la influencia del agua sobre la reactivacin del sistema no est relacionada slo con el contenido real de agua, sino tambin con el estado de las molculas de agua. La disponibilidad de agua es una funcin tanto del contenido como del estado y se expresa adecuadamente por el concepto denominado "actividad del agua" () que equivale a la relacin entre la presin de vapor de agua sobre el sistema (p) y la presin de vapor del agua pura (Po) a la misma temperatura:

Si los alimentos fueran simples mezclas de agua con sustancias inertes que no interactan de ninguna manera con las molculas de agua, la actividad del agua seria siempre 1, cualquiera sea el contenido de agua.Los alimentos son sistemas en los cuales parte del agua est fuertemente absorbida sobre la superficie de sustancias polimricas (protenas, carbohidratos macromoleculares). Esto queda claramente establecido por el hecho que la presin de vapor del agua sobre un alimento con un contenido de humedad bajo o intermedio es considerablemente menor que el que predice la Ley de Raoult. Esto se conoce como "agua ligada". En estos casos; la actividad del agua es inferior al valor que le correspondera por su concentracin. A niveles ms elevados de humedad se forman tambin otros oligosacridos. Quizs lo que ocurre es que a niveles muy bajos de "agua libre", la rigidez del medio impide la difusin de la enzima o del substrato, limitndose as la hidrlisis a aquellas porciones del substrato que estn en contacto inmediato con la enzima (Miller, 2001).

En los cereales y harinas almacenados es posible detectar, fcilmente, actividad lipoltica y proteoltica. A niveles de humedad superiores a 15% esta actividad es debida, generalmente, a las enzimas de los hongos que crecen en el cereal y que pueden participar tambin en las reacciones hidrolticas, desarrollndose amargor o rancidez por la accin enzimtica sobre la fraccin proteoltica o lipdica durante el almacenamiento. Los mtodos modernos de liofilizacin de carnes y verduras han introducido problemas similares a estas industrias. La actividad enzimtica se determina generalmente en estos casos por mtodos autolticos, ya que la velocidad de la reaccin enzimtica es baja. Por ejemplo, en el msculo de cerdo liofilizado se usa la desaparicin del glicgeno muscular como un ndice de actividad enzimtica a diferentes niveles de humedad (Miller, 2001).

Efecto del pH y del estado inico (3,6).La actividad enzimtica guarda tambin relacin con el estado inico de la molcula y, especialmente, de la parte proteica, puesto que las cadenas polipeptdicas contienen grupos que pueden ionizarse (principalmente grupos carboxilos y aminos de los aminocidos constituyentes) en un grado que depende del pH existente (Lehninger, 1975). Como ocurre con las protenas, las enzimas poseen un punto isoelctrico al cual su carga libre neta es cero. El pH del punto isoelctrico, como regla, no es igual al pH al cual se observa actividad mxima. El pH ptimo de las enzimas vara ampliamente; la pepsina, que existe en el medio cido del estmago, tiene un pH ptimo de alrededor de 1,5, mientras que la arginasa tiene un pH ptimo de 9,7. Sin embargo, la gran mayora de las enzimas tienen un ptimo entre pH 4 y 8. Algunas enzimas muestran una amplia tolerancia a los cambios del pH, pero otras trabajan bien slo en un rango estrecho. Cualquier enzima que se someta a valores extremos de pH, se desnaturaliza. Esta sensibilidad de las enzimas a la alteracin del pH es una de las razones por la que la regulacin del pH del organismo es controlada celosamente y explica por qu las desviaciones de la normalidad pueden implicar graves consecuencias. Muchas enzimas existen en el organismo a un pH ms bien alejado de su valor ptimo. Esto se debe, en parte, a la diferencia del medio ambiente con respecto al "in vitro". Esto recalca tambin que el control, del pH puede representar un importante medio para regular la actividad enzimtica. Las protenas sufren cambios en su solubilidad, presin osmtica y viscosidad a diferentes valores de pH. Es probable que el cambio en la actividad enzimtica, al variar los valores de pH, se deba a los cambios en la ionizacin ya sea de la enzima, del substrato o del complejo enzima-substrato (Lehninger, 1975).Al determinar la velocidad de reaccin de una enzima y para cierta concentracin de substrato, a diferentes valores de pH, se observa que la curva resultante tiene forma de campana. Se le denomina curva de pH: actividad. Esta curva no caracteriza, necesariamente, a una enzima, puesta que el pH ptimo puede variar para diferentes substratos, ni tampoco son similares las curvas de pH: actividad para dos enzimas que hidrolizan el mismo enlace en un substrato. Para la mayora de las aplicaciones prcticas, el pH del alimento no puede ser ajustado como para adecuarlo al pH ptimo de una enzima determinada. La enzima debe escogerse en base a su actividad al pH natural del alimento. Existen excepciones en que es factible y prctico el ajuste del pH. Para la produccin de glucosa, la pasta de almidn se ajusta a un pH entre 5 y 7 para la hidrlisis ptima por la alfa-amilasa bacteriana. En cambio, el pH se ajusta entre 4 y 6 para la ptima sacarificacin por la amilasa de hongos o de cereales. La velocidad de inactivacin de las enzimas vara para los diferentes valores de pH y, por lo tanto, un alza en la temperatura puede cambiar el pH ptimo. En la industria de cereales el aumento de temperatura hace variar el pH ptimo de la beta-amilasa hacia valores ms altos. Puede aplicarse una variacin intencional del pH para destruir especficamente una enzima, por ejemplo, la inactivacin diferencial de alfa-amilasa y proteasas en preparaciones enzimticas de hongos (Lehninger, 1975).Sitio activo y especificidad enzimticaAlgunas enzimas tienen una especificidad prcticamente absoluta para un determinado substrato y no atacarn ni siquiera a molculas muy relacionadas. Por ejemplo, la enzima aspartasa cataliza la adicin reversible de amoniaco. Al doble enlace del cido fumrico, pero a ningn otro cido no saturado. La aspartasa tambin presenta una rgida estereoespecificidad y especificidad geomtrica; por eso no desamina D-aspartato ni adiciona amonaco al maleato, que es el ismero geomtrico-cis del fumarato. Otro ejemplo de especificidad absoluta es el de la maltasa verdadera, que slo desdobla al azcar maltosa. En el otro extremo estn las enzimas que tienen una especificidad relativamente amplia y actan sobre muchos compuestos que presentan una caracterstica comn. Por ejemplo, la fosfatasa de rin cataliza la hidrlisis de muchos steres diferentes del cido fosfrico, pero a velocidades variables. Otro ejemplo lo constituyen las lipasas, que pueden romper la unin entre el cido y el alcohol en el lpido, en tanto sta sea una unin ster (Metzler, 1977).

Del estudio de la especificidad de las enzimas por el substrato surgi la idea de que existe una relacin complementaria tipo llave-cerradura entre la molcula de substrato y un rea especfica sobre la superficie de la molcula de la enzima, denominada el sitio activo o sitio cataltico, al cual se une la molcula del substrato, mientras experimenta la reaccin cataltica. Dos caractersticas estructurales determinan la especificidad de una enzima por su substrato: a) el substrato debe poseer el enlace qumico especfico o unin, que puede ser atacado por la enzima, y b) el substrato debe tener habitualmente algn otro grupo funcional, un grupo de unin, que se une a la enzima y ubica en posicin a la molcula de substrato de modo que el enlace susceptible se disponga apropiadamente en relacin al sitio activo de la enzima (Metzler, 1977).

Isoenzimas Los isoenzimas constituyen formas moleculares mltiples de una misma enzima que catalizan fundamentalmente la misma reaccin, pero difieren en sus propiedades qumicas, fsicas, estructurales o inmunoqumicas; Se originan estas diferencias en su biosntesis, debido a causas genticas. Su diferencia radica en la estructura primaria de su protena, ocurriendo como dmeros o tetrmeros, compuestos ya por subunidades idnticas o no. Muchas enzimas existen en la misma especie o tejido y aun dentro de la misma clula. A menudo limitadas a un rgano, pueden pertenecer, sin embargo, tambin a organismos diferentes (enzimas isodinmicas) (Rothe, 1994).Uno de los ejemplos ms conocidos de isoenzimas es el de la dehidrogenasa lctica que est presente en los tejidos animales en 5 formas, separables por electroforesis. Estas 5 isoenzimas estn constituidas por la combinacin de dos clases diferentes de cadenas polipeptdicas, de un peso molecular de 33.500 cada una: Las cadenas "M" (de msculo) y "H" (de heart, corazn). Para identificar y diferenciar isoenzimas se usan mtodos cromatogrficos (en columna); electroforticos (en papel o gel); inhibidores qumicos (ditio-treitol) o los respectivos antisueros contra isoenzimas. Estos ltimos representan anticuerpos inhibidores obtenidos por va inmunolgica (de sueros ovinos o caprinos) que actan generalmente por precipitacin en la solucin reactiva, al ser insoluble el complejo enzima - antisuero. La identificacin y diferenciacin de isoenzimas tiene aplicacin en el diagnstico de ciertas enfermedades para poder localizarlas en un determinado rgano como, por ejemplo, en el infarto cardiaco, mediante las isoenzimas de la creatin-fosfokinasa (CPK) (Rothe, 1994).

Clasificacin de las enzimas Actualmente, ms de mil enzimas han sido aisladas y clasificadas de acuerdo con el substrato especfico sobre el cual actan. Entre las numerosas clasificaciones, algunas se basan en las reacciones que catalizan las enzimas, otras en el substrato sobre el que actan e incluso muchas enzimas se designan con nombres triviales de origen histrico (Schmidt-Hebbel, 1980). La comisin de Enzimas de la Unin Internacional de Bioqumica introdujo en 1964, para uniformar la nomenclatura, la siguiente clasificacin sistemtica, en la cual se consideran 6 grupos principales de enzimas de acuerdo al tipo reaccin implicada:a) Oxidorreductasas: Catalizan una amplia variedad de reacciones de xido-reduccin, empleando coenzimas, tales como NAD+ y NADP+, como aceptor de hidrgeno. Este grupo incluye las enzimas denominadas comnmente como deshidrogenasas, reductasas, oxidasas, oxigenasas, hidroxilasas y catalasas.b) Transferasas: Catalizan varios tipos de transferencia de grupos de una molcula a. otra (transferencia de grupos amino, carboxilo, carbonilo, metilo, glicosilo, acilo, o fosforilo). Ej.: aminotransferasas (transaminasas).c) Hidrolasas: Catalizan reacciones que implican la ruptura hidroltica de enlaces qumicos, tales como C=O, C-N, C-C. Sus nombres comunes se forman aadiendo el sufijo -asa al nombre de substrato. Ejs.: lipasas, peptidasas, amilasa, maltasa, pectinoesterasa, fosfatasa, ureasa. Tambin pertenecen a este grupo la pepsina, tripsina y quimotripsina.d) Liasas: Tambin catalizan la ruptura de enlaces (C-C, C-S y algunos C-N, excluyendo enlaces peptdicos), pero no por hidrlisis. Ejs.: decarboxilasas, citrato-liasa, deshidratasas y aldolasas.e) Isomerasas: Transforman sus substratos de una forma isomrica en otra. Ejs.: Epimerasas, racemasas y mutaras.f) Ligaras: Catalizan la formacin de enlace entre C y O, S, N y otros tomos. Generalmente, la energa requerida para la formacin de enlace deriva de la hidrlisis del ATP. Las sintetasas y carboxilasas estn en este grupo.

Clasificacin de las enzimas de los alimentosSe distingue dos importantes grupos de enzimas de los alimentos: las Hidrolasas y las Desmolasas o Enzimas Oxidantes (Illanes y Schaffeld 1981)

Las hidrolasas Esterasas, entre las cuales son de importancia en los alimentos:a) Lipasas, que hidrolizan los steres de cidos grasos;b) Fosfatasas, que hidrolizan los steres fosfricos de muchos compuestos orgnicos, como, por ejemplo, glicerofosfatos, almidones fosforilados: c) Clorofilasas. En la industria alimentara debe tratarse de retener el color verde de la clorofila, en el caso de los vegetales deshidratados o en conservas. Por ello puede protegerse el color natural (retencin de clorofila de hasta 60%) por los siguientes tratamientos: Pretratamiento por inmersin (ej., Arvejas), a temperatura ambiente, en solucin de bicarbonato de sodio al 2% por espacio de 30 a 40 min.Escaldado en solucin de hidrxido de calcio 0,005 M.Procesamiento en salmuera, que lleva adicionada hidrxido de magnesio (0,020-0,025 M.). El pH en estos casos se eleva a 8 en el primer tiempo y se mantiene durante el escaldado y la esterilizacin posterior.d) Pectino-esterara, enzima importante en la industria de derivados de frutas.

Carbohidrasas Que se clasifican en:a) Hexosidasas, entre las que interesan la invertasa y la lactasa; yb) Poliasas, que comprenden las amilasas, las celulasas y la poligalacturinasa o pectinasa, que acta sobre el cido pctico o poligalacturnico, dando molculas de cido galacturnico, carentes de poder gelificante; de importancia en la elaboracin de zumos y nctares de frutas.

ProteasasQue se clasifican en:a) Proteinasas, endoenzimas que rompen las uniones peptdicas: -CO-NH de las protenas, algunas de las cuales son muy resistentes al ataque de la enzima proteoltica, en su estado nativo; por el calor u otros agentes se puede abrir la molcula proteica, de modo que entonces las uniones peptdicas pueden ser atacadas por estas enzimas; b) Peptidasas, que rompen las uniones de los pptidos hasta la liberacin final de molculas de aminocidos; c) Catepsinas, a cuya accin en el msculo proteico se deben los procesos autolticos en la maduracin de la carne. El tejido vivo tiene un pH desfavorable para la accin de estas enzimas, pero a la muerte del animal baja el pH al acumularse cido lctico por degradacin del glicgeno. Al alcanzar un pH 4,5 se hace ptimo para la liberacin y accin de la enzima, apareciendo los cambios en la textura y dems caracteres de la carne.d) Renina, Quimosina o Fermento: que se encuentra en el cuarto estmago del ternero alimentado slo con leche materna y que causa la coagulacin de la leche. Desmolasas o enzimas oxidantesEntre ellas son de inters en alimentos: a) Las Oxidasas Frricas: Catalasa, responsable de la prdida de color y olor de vegetales congelados, y Peroxidasa, que se encuentra en verduras y frutas ctricas. Su estudio es de gran inters en la industria de alimentos por ser una de las enzimas ms estables al calor y requerir mayor tiempo de inactivacin, con el agravante de que en ciertas condiciones puede regenerar su actividad con el tiempo; b) A las Oxidasas Cpricas pertenecen la poli fenol-oxidasa, tirosinasa, catecolasa, relacionadas con el Pardeamiento Enzimtico (vase ste) y la ascrbico-oxidasa.

Dehidrogenasas.Entre stas se encuentran las enzimas siguientes:a) Xantino-oxidasa, que es una flavoprotena con molibdeno y cataliza la oxidacin de xantina y aldehdos como el frmico, actuando como aceptor de H el azul de metileno, al transformarse en su leuco-derivado; en esto se basa su aplicacin analtica en el control trmico de la leche y en la deteccin de leche de vaca en leche humana, pues esta ltima no contiene esta enzima; b) Lipoxidasa, que cataliza la oxidacin de cidos grasos poliinsaturados y secundariamente tambin al caroteno de frutas y verduras deshidratadas, a travs de los perxidos formados.

Enzimas en tecnologa de alimentosComo es sabido, todo alimento constituye un complejo sistema biolgico, cuyas clulas se encuentran en equilibrio por accin de las enzimas que encierran. En este contexto, los tejidos provenientes de un organismo animal o vegetal, que despus de su muerte por matanza, cosecha o preparacin llegan a convertirse en alimentos, contienen todo el conjunto de enzimas que necesitan para su metabolismo, tanto anablico como catablico y que persisten despus de la destruccin de los tejidos (Ruttloff H. Hempel, 1980).

Localizacin de algunas enzimas en los alimentos.Es importante conocer la distribucin que tienen algunas enzimas en los alimentos. Ellas pueden encontrarse repartidas en diversa forma, como sucede, p. ej., en la fosfatasa de la leche adsorbida por sus glbulos grasos o bien, disueltas en el alimento como es el caso de las lipasas en grasas y aceites. Por otra parte, las encontramos adsorbidas en las partculas slidas como es el caso de las enzimas pectolticas y las fenolasas, que se encuentran adsorbidas en la pulpa; cuando se procede a filtrar, el grado de actividad enzimtica disminuye notablemente. En el trigo, las amilasas estn ubicadas en el germen, no encontrndoselas ni en la capa de aleurona ni en el salvado. Por otra parte, la actividad proteoltica del higo se encuentra en el ltex que est slo en la porcin conocida como receptculo del higo y no en el rea de las semillas (Ruttloff H. Hempel, 1980).

Inhibicin de enzimas de los alimentosInactivacin por calorLa precoccin, escaldado o blanching es el mtodo ms conocido y empleado por la industria alimentaria para la inactivacin de las enzimas, de modo que las reacciones enzimticas que inducen los cambios indeseables, no ocurren durante las siguientes etapas de los procesos. Este mtodo consiste en exponer durante un tiempo breve, la materia prima cruda a altas temperaturas por corto tiempo - 3 a 10 minutos - como mximo en el caso de las frutas y se realiza aplicando vapor o por ebullicin. La aplicacin de vapor tiene la ventaja sobre el agua de que reduce la prdida de las sustancias solubles en ella como las vitaminas y sales hidrosolubles (Pincheira, 1982).

Inhibicin por aditivos (no permitidos).Algunos estn prohibidos precisamente por su accin sobre enzimas importantes: Acido frmico: por su poder complejante que inhibe enzimas que contienen Fe+++. Acidos monocloro- y monobromoactico: por su accin tiolopriva en el sentido de bloquear los grupos sulfhidrlicos de las enzimas. cido brico: inactiva descarboxilasas, fuera de acumularse en la grasa del organismo. Base de amonio cuaternario: que activan la citocromo-oxidasa y enzimas digestivas. cido nordihidro-guayartico: (NDHA-antioxidante), inhibe las catalanas, peroxidasas, alcohol-dehidrogenasa, fuera de tener una accin alergizante.

Inhibicin de enzimas por componentes de alimentos:-Factor antitrptico, que se encuentra en el poroto de soya, clara de huevo (ovomucoide) y zumo de papa cruda. -Solanina o solanidina (aglucn) de la papa, que inhibe la colino-esterasa; lo que tiene relacin con el control de la conduccin de los impulsos nerviosos (Galeazzi, Sgarbicri, 1981).Enzimas de alimentos que destruyen nutrientesa) Lipoxidasa, destruye los carotenos y la vitamina A de frutas y hortalizas, al actuar sobre los dobles enlaces de compuestos insaturados.b) Tiaminasa, destruye la tiamina y se la encuentra en mariscos (ostras) y algunos peces crudos.

Regeneracin enzimticaEn la tecnologa alimentara moderna se deben tener presentes los cambios que pueden ocurrir en los procesos tecnolgicos. As, cuando las enzimas se han inactivado, algunas pueden regenerarse, como es el caso de la peroxidasa, de la fosfatasa y otras. El mtodo de High-temperature-Short-time (HTST) como lo dice su nombre, es la aplicacin de calor (a alta temperatura), pero por corto tiempo; antes se usaban 115C por tiempo prolongado, hoy se usan 125C por corto tiempo. Con ello puede suceder que la enzima no se inactive en su totalidad, no sufre el despliegue total de su estructura proteica helicoidal y as recupera parcialmente su estructura nativa despus de las 24 horas de elaborado el producto. Con esto regenera su actividad, en parte, lo suficiente como para que durante el almacenaje resulten efectos dainos en los alimentos conservados, produciendo mal olor y sabor (Belitz y Grosch, 1992).Pero la regeneracin de la actividad no est limitada a la desnaturalizacin por calor de la enzima-protena. Algunas, como la alfa-amilasa obtenida del Bacillus subtilis, pueden denaturarse por adicin de la urea a la solucin de enzima. Alrededor del 80% de su actividad original se regenera colocando la solucin en tampn de pH 8,5. Si se elimina el resto de urea por dilisis, se regenera slo el 40% de la actividad. La regeneracin es la capacidad de la enzima de recuperar su estructura terciaria, por recombinacin de las uniones H (Illanes y Schaffeld, 1981).

Accin til o deterioro ejercidos por las enzimas en los alimentosLas enzimas pueden ejercer, segn las circunstancias del caso, una accin deseada o no deseada, desde el punto de vista de la tecnologa de alimentos. Segn Reed (3, 28), la diferencia entre un efecto beneficioso o desfavorable sobre los alimentos que pueden resultar de estas acciones enzimticas puede ser, a veces, sutil, dependiendo de la intensidad de la reaccin enzimtica; as sucede en el pardeamiento y reblandecimiento de frutas, como tambin en la disminucin de su fibra por celulasas durante su maduracin (Galeazzi. y Sgarbieri, 1981).

Efectos beneficiosos de la accin enzimticaEntre stos pueden mencionarse las complejas reacciones enzimticas que determinan la rigidez cadavrica y la posterior maduracin de la carne y productos derivados con las respectivas modificaciones de las caractersticas de su tejido muscular. Por otra parte, la preparacin de la malta o cebada germinada, - primer paso de la elaboracin de la cerveza, se basa en la accin de las amilasas y proteasas propias del cereal en germinacin. La elaboracin de la masa del pan por accin de las enzimas del cereal y de la levadura y la maduracin de la crema, de los quesos y de las frutas, son otros tantos ejemplos de procesos que seran imposibles sin la valiosa intervencin de enzimas. A la qumica de los estimulantes de tipo cafenico se le ha llamado tambin la qumica enzimtica, ya que en una u otra forma son enzimas las que intervienen en la elaboracin del t negro (polifenoloxidasas y otras), la separacin previa de las semillas de caf de sus frutos (enzimas pectinolticas) y la compleja fermentacin previa de las semillas de cacao para desarrollar su sabor y aroma agradables. Por otra parte, tambin en la tecnologa de la preparacin de diferentes especias, como la pimienta negra, la mostaza, el rbano y la vainilla, el desarrollo de sus caractersticas de sabor y aroma se debe a tiles reacciones enzimticas; al igual que el aroma de muchas frutas se debe a enzimas que lo generan a partir de sus precursores (Belitz y Grosch, 1992).Efectos no deseados o deterioros producidos en alimentos por accin enzimtica.Entre estos efectos deben mencionarse los fenmenos de pardeamiento de los alimentos, los cuales se manifiestan por la aparicin de manchas oscuras en el tejido animal o vegetal y pueden tener dos causas bien diferentes, distinguindose entr el pardeamiento qumico o no enzimtico y el enzimtico.

Pardeamiento qumico o no enzimtico.Durante la fabricacin, el almacenamiento, etc. muchos de los alimentos desarrollan una coloracin que en ciertos casos mejora sus propiedades sensoriales, mientras que en otros las deteriora; la complejidad qumica de los alimentos hace que se propicien diversas transformaciones que son las que provocan estos cambios. Existe un grupo de mecanismos muy importantes llamados de oscurecimiento, o pardeamiento, que sintetizan compuestos de colores que van desde un ligero amarillo hasta el caf oscuro; estos han sido clasificados en forma general como reacciones de pardeamiento enzimtico y no enzimtico. En las reacciones de tipo enzimtico se encuentran aquellas que son catalizadas por enzimas presentes en algunos alimentos; en las del tipo no enzimtico se incluyen la caramelizacin y la reaccin de Maillard. Alimentos ricos en protenas' y azcares experimentan la llamada "Reaccin de Maillard", quien encontr, ya en 1912, que aminocidos simples reaccionan en caliente con ciertos azcares para formar compuestos obscuros semejantes a la melanina. Se ha definido esta reaccin como "la reaccin de los grupos aminocidos, pptidos o protenas con los grupos hidroxil-glucosidicos de los azcares". La reaccin es favorecida por la humedad, la temperatura, algunos metales, como hierro y cobre, y el pH. Entre las diversas reacciones intermedias tenemos la formacin de glicosilamina que es incolora, luego una isomerizacin conocida como reordenamiento de Amadori y posteriormente la llamada degradacin de Strecker, con prdida de una molcula de CO2y formacin de hidroximetil-furfural. Este fenmeno es deseable en algunos productos, como cerveza, corteza del pan, caf, pero en otros alimentos no es conveniente, ya que involucra aparte del cambio de color, cambios en el sabor, olor y en la disminucin del valor nutritivo, ya que estn comprometidos algunos aminocidos esenciales como la lisina. Este pardeamiento se puede evitar mediante bajas temperaturas, bajo pH, descomponiendo la mitad de glucosa que puede estar presente, y el mtodo ms usado, que es bloquear el grupo -CO mediante el sulfito de sodio (Pincheira, 1982).

TEMA 3. BOMBAS CENTRIFUGAS TIPO VOLUTA, CARACTERISTICAS TIPOS Y FUNCIONAMIENTO, USOS

INTRODUCCINLas bombas centrfugas, tambin denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratorio sumergido en el lquido. El lquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presin. El rotor tambin proporciona al lquido una velocidad relativamente alta que puede transformarse en presin en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor.

En bombas de alta presin pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de gua para reducir poco a poco la velocidad del lquido. En las bombas de baja presin, el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad. El rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de lquido cuando se arranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una vlvula de retencin en el conducto de succin, que mantiene el lquido en la bomba cuando el rotor no gira. Si esta vlvula pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo lquido desde una fuente externa, como el depsito de salida. Por lo general, las bombas centrfugas tienen una vlvula en el conducto de salida para controlar el flujo y la presin.

En el caso de flujos bajos y altas presiones, la accin del rotor es en gran medida radial. En flujos ms elevados y presiones de salida menores, la direccin de flujo en el interior de la bomba es ms paralela al eje del rotor (flujo axial). En ese caso, el rotor acta como una hlice. La transicin de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando las condiciones son intermedias se habla de flujo mixto.

JUSTIFICACIN

Los datos de la figura 14 ayudarn al ingeniero a seleccionar la bomba adecuada para cualquier sistema. Se deben utilizar como punto de partida o para conocer los tipos disponibles y hacer la seleccin lgica de uno o ms tipos para el trabajo especfico. Se puede solicitar la ayuda del fabricante, pero no se debe encargar de todo el trabajo. El usuario debe tomar decisiones importantes antes de que el fabricante o el proveedor puedan presentar la recomendacin adecuada.

DESARROLLO DEL TEMA

Bombas centrifuga La disposicin del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura; ste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al lquido bombeado que llega a la bomba por medio de una tubera de aspiracin. Las bombas centrfugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del lquido bombeado como lubricante entre aros rozantes e impulsor, y entre empaquetadura y eje. Como no son auto aspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estar cebadas; esto no es fcil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por encima del nivel del lquido, que es el caso ms corriente con bombas horizontales, siendo a menudo necesarias las vlvulas de pie, (aspiracin), y los distintos sistemas de cebado. Como ventajas especficas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto para grandes tamaos), son de construccin ms barata que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y conservacin es mucho ms sencillo y econmico; el desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que en las de cmara partida, sin tocar siquiera las conexiones de aspiracin e impulsin (Tylerg, 1979).

Figura 12. Direccin del flujo de una bomba centrifuga

La bomba centrifuga de voluta La voluta, cmara espiral o caracol, es un canal de seccin creciente que rodea por completo al impulsor y termina en un cono divergente en el que contina el proceso de difusin. La principal ventaja del difusor de voluta es su sencillez, que permite modelos simples de fcil construccin; sin embargo, la voluta es difcil de mecanizar lo que hace que su acabado no sea muy bueno; la desventaja ms importante de la voluta es su tamao, comparativamente mayor que el tamao del difusor de alabes y que en las bombas de varias etapas la hace a veces inaplicable (Kenneth, (1989).

Figura 13.Bomba de carcasa de voluta de una etapa, refrigerada por ventiladorFuente: http://www.directindustry.es/prod/ksb-sas-france/bombas-centrifugas-sanitarias-autocebantes-13341-499630.html#product-item_986717

La voluta se disea para trabajar con el caudal de diseo; con cualquier otro caudal y debido a su disposicin asimtrica, la distribucin de presiones en la periferia del impulsor deja de ser uniforme, apareciendo sobre ste un empuje radial. La direccin y magnitud del empuje vara con el caudal, siendo mximo para un caudal nulo, (vlvula cerrada), decreciendo a continuacin casi a cero con el caudal nominal y volviendo a aumentar para caudales mayores (Kenneth, (1989). El peso del impulsor suele ser despreciable comparado con el empuje radial, por lo que ste determina el dimetro del eje, funcin de las variaciones de caudal previstas. El empuje radial con difusor de voluta suele ser mayor en impulsores de velocidad especfica media, nq ~ 50, que en los muy lentos o rpidos. En los casos en que se emplea voluta para bombas de varias etapas, el empuje radial se puede anular desfasando las diferentes volutas de manera conveniente.

Figura 14.Difusor de voluta simple (a) y difusor de voluta doble (directriz de alabes + difusor) (by c)

El problema del empuje radial en las bombas monofsicas se soluciona, a veces, con una doble voluta Fig 14.c, que consiste en dos medias volutas desfasadas 180 cuyos empujes son, por lo tanto, contrarios y aproximadamente iguales, anulndose prcticamente para cualquier caudal. En este caso, la voluta pierde simplicidad pero esta solucin resulta muchas veces indispensable cuando se requieren amplias variaciones de caudal. Cuando en una bomba de voluta se recorta el dimetro del impulsor para hacer descender su curva caracterstica, ya que en un impulsor el caudal es proporcional al dimetro D y la altura a D2, se suelen recortar no slo los alabes, sino tambin las paredes del impulsor, disminuyendo as las prdidas por rozamiento del disco, proporcionales a D5.Sin embargo, si la distancia radial entre el impulsor y la voluta es demasiado grande para garantizar una buena conduccin del lquido, conviene dejar intactas las paredes y recortar slo los alabes, pudindose llegar as a reducir el dimetro mximo hasta un 20% sin prdida importante en el rendimiento (Kenneth, (1989).

Diseo de la volutaLa carcasa de voluta o caracol que convierte la energa de velocidad en energa de presin, se construye como cmara recolectara de aumento progresivo que recibe el lquido del impulsor y sirve como pasadizo hasta el tubo de descarga. Debe producir una velocidad igual del lquido en torno a toda la circunferencia del impulsor (figura. 15a). Dado que un solo volumen se va agrandando en forma progresiva, hay fuerzas disparejas que tienden a actuar en el impulsor (figura 15b) en particular cuando la bomba no funciona a su mxima eficiencia. Por tanto, ocurre un desequilibrio en el sentido radial. Con bajas presiones de funcionamiento o en bombas pequeas, esta carga radial tiene poco efecto en la bomba. Sin embargo, si esta carga ocurre con elevada carga diferencial, podra daar el eje y los cojinetes. En consecuencia, la carga radial se contrarresta, a menudo, con eje y cojinetes para trabajo extrapesado o una pared delgada para dividir el pasadizo o conducto en la voluta en dos volutas ms pequeas (figura 15c). Esto ltimo hace que haya fuerzas casi uniformes que acten en la circunferencia del impulsor. Una bomba con este tipo de carcasa se conoce como bomba de doble voluta (Kenneth, (1989).

Figura 15.a) La voluta sencilla b) Variaciones en fuerzas radiales c) La doble volutaFuente: Kenneth (1989)

Funcionamiento de una bomba centrifuga.Las bombas centrfugas mueven un cierto volumen de lquido entre dos niveles; son pues, mquinas hidrulicas que transforman un trabajo mecnico en otro de tipo hidrulico.Los elementos de que consta una instalacin son:a) Una tubera de aspiracin, que concluye prcticamente en la brida de aspiracin.b) El impulsor o rodete, formado por un conjunto de alabes que pueden adoptar diversas formas, segn la misin a que vaya a ser destinada la bomba, los cuales giran dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido solidariamente al eje, siendo la parte mvil de la bomba. El lquido penetra axialmente por la tubera de aspiracin hasta la entrada del rodete, experimentando un cambio de direccin ms o menos brusco, pasando a radial, (en las centrfugas), o hermaneciendo axial, (en las axiales), acelerndose y absorbiendo un trabajo. Los alabes del rodete someten a las partculas de lquido a un movimiento de rotacin muy rpido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrfuga, creando una altura dinmica de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando tambin su presin en el impulsor segn la distancia al eje. La elevacin del lquido se produce por la reaccin entre ste y el rodete sometido al movimiento de rotacin (Karassik y Carter, 1978).

c) La voluta es un rgano fijo que est dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete, a su salida, de tal manera que la separacin entre ella y el rodete es mnima en la parte superior, y va aumentando hasta que las partculas lquidas se encuentran frente a la abertura de impulsin. Su misin es la de recoger el lquido que abandona el rodete a gran velocidad, cambiar la direccin de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsin de la bomba. La voluta es tambin un transformador de energa, ya que frena la velocidad del lquido, transformando parte de la energa dinmica creada en el rodete en energa de presin, que crece a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta, presin que se suma a la alcanzada por el lquido en el rodete. En algunas bombas existe, a la salida del rodete, una corona directriz de alabes que gua el lquido antes de introducirlo en la voluta (Karassik y Carter, 1978).

d) Una tubera de impulsin, instalada a la salida de la voluta, por la que el lquido es evacuado a la presin y velocidad creadas en la bomba.Estos son, en general, los componentes de una bomba centrfuga aunque existen distintos tipos y variantes. La estructura de las bombas centrfugas es anloga a la de las turbinas hidrulicas, salvo que el proceso energtico es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidrulico para generar una velocidad de rotacin en la rueda, mientras que en las bombas centrfugas la velocidad comunicada por el rodete al lquido se transforma, en parte, en presin, logrndose as su desplazamiento y posterior elevacin (Karassik y Carter, 1978).

Figura 16.Bomba Centrifuga, disposicin, esquema y perspectiva.Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bomba_centrifuga.jpg

Principios de una bomba a) Bomba centrfuga: Bomba que aprovecha el movimiento de rotacin de una rueda con paletas (rodete) inserida en el cuerpo de la bomba misma. El rodete, alcanzando alta velocidad, proyecta hacia afuera el agua anteriormente aspirada gracias a la fuerza centrfuga que desarrolla, encanalando el lquido en el cuerpo fijo y luego en el tubo de envo (Baumeister et al., 1984).

b) Caudal: Cantidad de lquido (en volumen o en peso) que se debe bombear, trasladar o elevar en un cierto intervalo de tiempo por una bomba: normalmente expresada en litros por segundo (l/s), litros por minuto (l/m) o metros cbicos por hora (m3/n). Smbolo: Q.

c) Altura de elevacin: Altura de elevacin de un lquido: el bombeo sobreentiende la elevacin de un lquido de un nivel ms bajo a un nivel ms alto. Expresado en metros de columna de lquido o en bar (presin). En este ltimo caso el lquido bombeado no supera ningn desnivel, sino que va erogado exclusivamente a nivel del suelo a una presin determinada. Smbolo: H.

d) Curva de prestaciones: Especial ilustracin grfica que explica las prestaciones de la bomba: el diagrama representa la curva formada por los valores de caudal y de altura de elevacin, indicados con referencia a un determinado tipo de rodete dimetro y a un modelo especfico de bomba.

e) Bajo nivel: Especial instalacin de la bomba, colocada a un nivel inferior al de la vena de la cual se extrae el agua: de esta manera, el agua entra espontneamente en la bomba sin ninguna dificultad.

f) Cebado: Llenado de la bomba o de la tubera para quitar el aire presente en ellas. En algunos casos, se pueden suministrar, tambin, bombas auto cebadas, o sea, dotadas de un mecanismo automtico que facilita el cebado y por lo tanto la puesta en marcha de la bomba, lo cual sera imposible de otra manera, y adems muy lento.

g) Cavitacin: Fenmeno causado por una inestabilidad en el flujo de la corriente. La cavitacin se manifiesta con la formacin de cavidad en el lquido bombeado y est acompaada por vibraciones ruidosas, reduccin del caudal y, en menor medida, del rendimiento de la bomba. Se provoca por el pasaje rpido de pequeas burbujas de vapor a travs de la bomba: su colapso genera micro chorros que pueden causar graves daos.

h) Prdidas de carga: Prdidas de energa debidas a la friccin del lquido contra las paredes de la tubera, proporcionales al largo de stas. Tambin son proporcionales al cuadrado de la velocidad de deslizamiento y variabilidad en relacin con la naturaleza del lquido bombeado. Cada vez que disminuye el deslizamiento normal del fluido movido representa una posibilidad de prdidas de carga como los bruscos cambios de direccin o de seccin de las tuberas. Para lograr en la bomba un correcto dimensionamiento, la suma de tales prdidas se debe agregar a la altura de elevacin prevista originariamente.

i) Sello mecnico: Sello mecnico para ejes rodantes. Usado en todos los casos en que no se puede permitir goteo alguno externo de lquido. Est compuesto por dos anillos con superficie plana, una fija y otra rodante: las dos caras estn prensadas juntas de manera que dejan slo una finsima pelcula hidrodinmica formada por lquido que se retiene para que funcione como lubricante de las partes que se deslizan.

j) Viscosidad: Se trata de una caracterstica del fluido bombeado: representa su capacidad de oponerse al desplazamiento. La viscosidad vara segn la temperatura.

k) Peso especfico: Cada fluido tiene una densidad caracterstica. El agua, que se usa como trmino de comparacin, convencionalmente tiene un peso especfico (o densidad) de 1 (a 4C y a nivel del mar). El peso especfico representa el valor usado para comparar