ENSAYO SOBRE EL USO DE ENZIMAS

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BIOQUÍMICA II 
INSTITUTO TECNOLÓGICO MAYA DE ESTUDIOS 
SUPERIORES 
Finca Municipal Chipar, San Juan Chamelco Alta 
Verapaz Unidad Académica No. 31 de la Universidad de 
San Carlos de Guatemala 
Carrera de Ingeniería en Industria Alimentaria.	
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ENSAYO SOBRE EL USO DE LAS ENZIMAS EN EL 
SECTOR INDUSTRIAL, TECNÓGICO Y ALIMENTARIO 
 
FATIMA DULCE MARÍA GARCÍA HERNANDEZ 
 
 
 
 
 
San Juan Chamelco, Alta Verapaz, Abril 2021 
	
	
	
	
	
INTODUCCIÓN 
 
Durante siglos el hombre ha utilizado los microorganismos en su beneficio sin saber que 
las transformaciones obtenidas se debían a la función de determinadas enzimas presentes 
en los organismos utilizados. Así, antes de que se conocieran las bases bioquímicas de 
los procesos biocatalizados, la capacidad catalítica de las enzimas presentes en los 
microorganismos como en el vinagre, la levadura, el vino, el queso 
 
En los últimos años, la biotecnología ha experimentado grandes avances que se han visto 
reflejados en muchas de sus aplicaciones industriales, como en la obtención de productos 
químicos, en la industria alimentaria y farmacéutica. Los procesos catalizados por 
enzimas en la industria son cada día más numerosos, ya que presentan una serie de 
ventajas frente a los catalizadores convencionales no biológicos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
USO DE ENZIMAS EN EL SECTOR INDUSTRIAL-TECNOLÓGICO Y 
ALIMENTARIO 
 
Para empezar y conocer acerca de este tema se necesita entender que son las enzimas 
 
Los enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas en los seres vivos. Los 
enzimas son catalizadores, es decir, sustancias que, sin consumirse en una reacción, 
aumentan notablemente su velocidad. No hacen factibles las reacciones imposibles, sino 
que sólamente aceleran las que espontáneamente podrían producirse. Ello hace posible 
que en condiciones fisiológicas tengan lugar reacciones que sin catalizador requerirían 
condiciones extremas de presión, temperatura o pH. 
 
Por su parte de igual manera es necesario saber que es la biocatalisis 
 
La biocatálisis, también conocida como catálisis enzimática o biotransformación, es el 
uso de enzimas para catalizar reacciones químicas. El campo de la biocatálisis sigue 
creciendo mientras los químicos se esfuerzan por encontrar procesos más eficaces y con 
química sostenible, al tiempo que reducen costes. El término Biocatálisis se refiere a la 
utilización de células o sus enzimas aisladas para catalizar reacciones o transformaciones 
que conducen a la obtención de compuestos de interés, que satisfacen numerosas 
necesidades humanas. La Biocatálisis se encuentra enmarcada en la denominada 
Biotecnología Blanca, subsector de la Biotecnología con importantes perspectivas de 
crecimiento, clave para el desarrollo de la denominada bioeconomía. 
 
 
 
En la actualidad son numerosos los procesos biotecnológicos que se llevan a cabo 
mediante la utilización de células o de sus enzimas aisladas, siendo un campo con grandes 
perspectivas de futuro.
 
 
La Biocatálisis ha surgido como un área de gran riqueza dentro de la Biotecnología, y ha 
permitido la aplicación de las enzimas en un amplio número de industrias dedicadas a la 
fabricación de fármacos y otros compuestos químicos, así como alimentos o 
biocombustibles. Este sorprendente desarrollo de la Biocatálisis se debe a nuevas 
tecnologías como la bioinformática, el cribado de alta resolución, la evolución dirigida, 
así como otras técnicas arraigadas como la inmovilización de enzimas y la ingeniería de 
proteínas o del medio de reacción. La fabricación sostenible de productos de consumo es 
uno de los objetivos principales de la Biocatálisis, y supondrá muchos desafíos y 
oportunidades en el futuro. En este artículo, se han revisado algunos de los principales 
métodos empleados en tecnología enzimática, así como varios ejemplos de aplicaciones 
de las enzimas en la industria. 
 
La utilización de células o enzimas ha demostrado su eficacia en la síntesis de fármacos, 
herbicidas, insecticidas y otros productos químicos, en la producción de biocombustibles 
alternativos al petróleo, o en la industria textil y de detergentes, entre otros muchos 
ejemplos Ello se debe a que representan una alternativa más eficiente y a la vez más 
ecológica a la química sintética tradicional, ya que los procesos que catalizan transcurren 
a través de reacciones en medios más respetuosos con el medio ambiente y bajo 
condiciones de pH y temperatura suaves con mayores rendimientos ya que son procesos 
regio y estereoselectivos y con menor coste económico. 
En general, el escalado industrial de cualquier proceso biocatalizado requiere actualmente 
de unas etapas previas que incluyen: (1) la selección de la enzima más adecuada, (2) su 
producción, aislamiento y purificación, (3) su caracterización para determinar las 
condiciones idóneas para la catálisis enzimática, y finalmente, (4) su inmovilización con 
el fin de reducir los costes. Todas estas etapas se suelen agrupar bajo el término “ciclo 
biocatalítico”. 
 
APLICACIONES EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA 
 
En la industria alimentaria, las enzimas (tanto libres como inmovilizadas) se utilizan para 
recuperar subproductos, facilitar la fabricación, mejorar el aroma, y/o estabilizar la 
calidad de los alimentos. Las enzimas industriales más utilizadas son carbohidrasas, 
proteasas y lipasas, aunque también se emplean oxidorreductasas e isomerasas. La 
mayoría de estas enzimas son de origen microbiano, y solo unas pocas proceden de 
animales o vegetales superiores. Por ejemplo, la obtención industrial de glucosa se 
produce fundamentalmente mediante hidrólisis enzimática del almidón de maíz, aunque 
en determinados países se recurre a otras fuentes vegetales como el trigo, la tapioca, o el 
arroz. Para la fabricación de jarabes ricos en glucosa, se utilizan enzimas inmovilizadas 
de Bacillus y/o Aspergillus en dos etapas: (1) α-amilasas capaces de hidrolizar los enlaces 
glicosídicos α-(1,4) de la amilosa del almidón para dar lugar a dextrinas y maltosa, en un 
proceso denominado licuefacción; y (2) glucoamilasas que consiguen la hidrólisis total 
del almidón en glucosa si se emplean en combinación con enzimas que son capaces de 
hidrolizar los enlaces α-(1,6) de las ramificaciones de la amilopectina, en un proceso 
denominado sacarificación. Los jarabes ricos en glucosa se emplean en la preparación de 
bebidas refrescantes y caramelos, en panadería y en destilerías, mientras que los jarabes 
ricos en fructosa se utilizan en bebidas refrescantes, conservas, salsas, yogures y frutas 
enlatadas, debido a su mayor poder edulcorante. En la fabricación de estos jarabes ricos 
en fructosa, se recurre a una glucosa isomerasa inmovilizada, enzima que cataliza la 
conversión de la glucosa en fructosa, y que ha sido aislada de bacterias (Bacillus) o 
actinomicetos (Actinoplanes y Streptomyces). En países donde se cultiva caña de azúcar, 
la sacarosa se puede convertir en glucosa y fructosa utilizando la enzima invertasa, 
generalmente procedente de la levadura Saccharomyces cerevisiae. El producto obtenido 
de la hidrólisis enzimática de la sacarosa se denomina “azúcar invertido”, y es más estable 
que los jarabes de glucosa ya que no suele cristalizar. Se utiliza en pastelería para 
mantener la humedad, y también evitar la aparición de paladar arenoso en las mermeladas. 
Otra aplicación de la Biocatálisis en la industria alimentaria es la preparación de leche sin 
lactosa, un producto de consumo cada vez más habitual en los supermercados. La 
intolerancia a la lactosa es una enfermedad hereditaria, muy prevalente en países como la 
India o Egipto (76% de la población), que cursa con episodios diarreicos y otros trastornos 
intestinales tras la ingesta de leche y otros derivados lácteos. En la industria, la 
eliminación de este azúcar se puede lograr mediante el tratamiento de la leche con β-
galactosidasa (procedente generalmente de levaduras delgénero Kluyveromyces) 
inmovilizada. Dicho proceso es interesante en la preparación de helados, ya que la lactosa 
tiende a cristalizar a temperaturas bajas. Las pectinas y la celulosa son polímeros que se 
liberan durante el prensado de verduras y frutas en la fabricación de zumos, siendo 
responsables de su turbidez y viscosidad. En la industria alimentaria, los procesos de 
clarificación de zumos incluyen el empleo de enzimas fúngicas 
como pectinesterasas, pectinliasas, hemicelulasas y celulasas, que permiten la obtención 
de zumos menos viscosos, más concentrados y estables. Los métodos tradicionales de 
elaboración del pan se han basado en la presencia de enzimas endógenas en la masa que 
se obtiene a partir de la mezcla de la harina con el agua. Hoy en día, las harinas se 
suplementan con α-amilasas, proteasas y lipasas, enzimas que mejoran el proceso de 
fabricación del pan, su sabor, textura de la masa y calidad de la corteza. Otro ejemplo es 
la quimosina o renina del cuajo de ternera, uno de los pocos ejemplos de enzimas de 
origen animal con aplicación industrial. Se emplea en la fabricación del queso para cuajar 
la leche, al ser capaz de hidrolizar de forma específica el enlace peptídico entre Phe105 y 
Met106 de la caseína k. Como alternativa al cuajo de ternera, existen enzimas microbianas 
con la misma especificidad de sustrato como las mucorpepsinas de Mucor 
pusillus o Mucor miehei, y la endotiapepsina de Endothia parasítica. También se pueden 
añadir lipasas microbianas que hidrolizan los triglicéridos para liberar ácidos grasos que 
pueden convertirse en las distintas cetonas responsables del sabor y aroma característicos 
de la leche de procedencia. Como ejemplo de enzima de origen vegetal, cabe destacar 
la papaína procedente de las hojas y del fruto sin madurar de la papaya (Carica papaya), 
utilizada en la industria alimentaria para ablandar la carne. Esta enzima es particularmente 
útil al ser estable al calor, por lo que su acción continúa durante las primeras etapas del 
cocinado. Finalmente, hay un grupo amplio de enzimas que se utilizan para mejorar las 
características organolépticas de ciertos alimentos y bebidas después de su procesado. Por 
ejemplo, las lacasas se emplean para oxidar los polifenoles en el mosto o en el té 
(responsables de su sabor y color posterior); las tanasas permiten eliminar el elevado 
contenido en taninos (responsables de la aparición de precipitados) en zumos, cervezas, 
vino y otras bebidas; y la naranginasa permite hidrolizar aquellos compuestos amargos 
de algunos cítricos como el pomelo, sin que se pierda el color natural de la fruta. Los 
electrodos enzimáticos o biosensores fabricados con enzimas inmovilizadas también son 
muy útiles en el control de calidad de muchos alimentos, y su utilidad se ha extendido a 
otras áreas como el control medioambiental (para medir concentración de metales 
tóxicos, pesticidas, herbicidas) o en el diagnóstico de enfermedades.
 
 
La siguiente tabla resume algunos ejemplos de enzimas que se emplean en diferentes 
procesos de la industria alimenticia. La gran mayoría hoy se obtiene de 
microorganismos genéticamente modificados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INDUSTRIA ENZIMAS USOS 
Láctea TRIPSINA 
LACTASA 
• Enmascara el gusto 
a óxido. 
• Fabricación de 
leche delactosada, 
evita la 
cristalización de 
leche concentrada. 
Quesería QUIMOSINA (RENINA) 
LACTASA 
LIPASA 
• Coagulación de las 
proteínas de la 
leche (caseína). 
• Influencia en el 
sabor y aceleración 
de la maduración. 
Helados LACTASA 
GLUCOSA-ISOMERASA 
• Evita la textura 
“arenosa” 
provocada por la 
cristalización. 
• Permite la 
utilización de 
jarabes de alta 
fructosa. 
Cárnica PAPAÍNA 
FISCINA 
BROMELINA 
• Ablandamiento de 
carnes. 
• Producción de 
hidrolizados. 
Planificación AMILASA 
PROTEASA 
LIPOXIDASA 
LACTASA 
• Mejora la calidad 
del pan. 
• Disminuye la 
viscosidad de la 
pasta. 
• Produce una miga 
muy blanca. 
• Mejora la 
coloración de la 
superficie. 
Cervecería AMILASAS 
PAPAÍNA 
PEPSINA 
• Usadas para licuar 
la pasta de malta. 
• Evitan la turbidez 
durante la 
conservación de 
ciertos productos. 
Vinificación PECTINASAS 
GLUCOSA-OXIDASA 
• Mejoran la 
clarificación y 
extracción de 
jugos. 
• Evitan el 
oscurecimiento y 
los sabores 
desagradables. 
Bebidas no alcohólicas PECTINASAS 
GLUCOSA-ISOMERASA 
TANNASA 
GLUCOSA-OXIDASA 
• Mejoran la 
clarificación de 
jugos. 
• Conversión de la 
glucosa en fructosa 
(jarabes de alta 
fructuosa). 
• Aumenta la 
solubilidad y 
disminuye la 
turbidez del té. 
• Evita el 
oscurecimiento y 
los sabores 
desagradables. 
 
EL USO DE ENZIMAS Y EL IMPACTO ECONÓMICO EN LA INDUSTRIA 
El desarrollo de procesos industriales utilizando enzimas inmovilizadas se ha 
incrementado de manera sustancial en las últimas décadas. Esto se debe a que no sólo se 
ha comprobado que la inmovilización de las enzimas permite reciclar el catalizador, sino 
que, además, la inmovilización contribuye de manera importante a incrementar la 
estabilidad operacional biocatalizador, permite un diseño más racional del reactor y en 
algunos casos, a mejorar incluso su eficiencia catalítica. 
 
La alta selectividad con la que las enzimas participan en diferentes procesos de 
transformación química y las condiciones suaves de reacción en las que se operan dichos 
procesos industriales, traen en consecuencia un ahorro energético y económico. En los 
últimos años, el uso de las enzimas a nivel industrial ha impactado en sectores estratégicos 
tales como el de la química fina o el de los biocarburantes. De hecho, esta participación 
industrial ha contribuido al desarrollo de nuevas áreas de investigación en biotecnología 
tales como el de la biotecnología verde y el de la biotecnología blanca. a primera está 
asociada principalmente al desarrollo de procesos ecológicamente sustentables, tales 
como la producción de biocarburantes, donde el impacto ambiental y el uso de recursos 
renovables juegan un papel preponderante. La segunda, dedicada al desarrollo y 
optimización de procesos industriales en donde el uso de organismos vivos o del material 
derivado de ellos (i.e. enzimas) permite remplazar tecnologías contaminantes por otras 
más limpias o amigables con el medio ambiente, tal es el caso del uso de enzimas en 
procesos de síntesis química. 
 
Esencialmente, además del interés económico que despierta el uso de enzimas a nivel 
industrial, desde los primeros procesos con biocatalizadores a gran escala, los aspectos 
de sustentabilidad han sido considerados de manera primordial. Se tiene por ejemplo, el 
caso de la compañía farmacéutica Merck, la cual producía hormonas esteroidales de 
manera tradicional empleando un proceso químico de al menos 31 etapas, con la 
generación consecuente de desechos asociada a un proceso tan complejo. Con el objetivo 
de hacer más eficiente el proceso, en los años cincuenta del siglo XX, la empresa UpJohn 
implementó una estrategia biocatalítica de tan sólo 10 pasos, en donde la hidroxilacion 
de la progesterona en la posición 11 catalizada por un Citocromo P450, resultó ser la 
reacción clave para la economía del proceso. De hecho, esta reducción del proceso 
permitió no sólo la disminución del precio de la cortisona de un valor de 200 USD/g hasta 
un precio de 6 USD/g. 
 
Por otra parte, uno de los procesos con mayor impacto económico en el sector de los 
alimentos y bebidas es la preparación de jarabes con alto contenido de fructosa a partir 
de almidón de maíz (HFCS por sus siglas en inglés). Más de cuarenta años han 
transcurrido desde que el primer lote de producción de HFCS salió al mercado. Si bien 
este proceso se planteó por primera vez en 1950, no fue sino hasta dos décadas después 
que se volvió económicamente viable. 
 
Es claro que en la actualidad, el número de ejemplos de procesos industriales exitosos 
puede ser tema de un texto completo, en el cual no podrían dejar de mencionarse 
aplicaciones como la síntesis deacrilamida mediante la hidratación del acrilonitrilo 
catalizado por la enzima nitrilohidratasa. Las concentraciones de producto de este proceso 
están en el orden de los 600 g/L, y son comparables a las concentraciones alcanzadas en 
procesos químicos de alto rendimiento, lo que lleva a producciones de acrilamida del 
orden de las 30 000 toneladas por año. 
 
En términos de los procesos enzimáticos que en la década reciente han tenido un impacto 
importante a nivel industrial, están aquellos aplicados a la química fina. De manera 
sobresaliente podemos mencionar a los procesos para la síntesis directa de enantiómeros 
puros o a través de la resolución de mezclas racémicas. En efecto, la alta quimio, regio y 
enantio selectividad de las enzimas ha permitido la aplicación de éstas en procesos en los 
que la selectividad juega un papel determinante. En este contexto se puede mencionar el 
uso de la enzima termolisina para la síntesis del edulcorante aspartame en la escala de los 
miles de toneladas por año (DMS, Holanda) o el uso a gran escala de lipasas y nitrilasas 
por la empresa BASF (Alemania) para la resolución de diferentes mezclas racémicas. De 
manera particular, esta compañía ha implementado procesos de acilación enzimática para 
la resolución de mezclas racémicas de alcoholes y amidas a escala de miles de toneladas. 
Adicionalmente, reporta la producción industrial de (R)-Acido mandélico a partir de 
mandelonitrilo mediante el uso de nitrilasas. No cabe duda que el impacto de las enzimas 
en procesos industriales es ya una realidad y continúa en amplio crecimiento y que este 
avance estará determinado en los próximos años por diversos factores en los cuales la 
interacción academia-industria deberá jugar un papel determinante. 
 
Las perspectivas de la enzimología industrial a corto y mediano plazo deberán estar 
influenciadas por el avance acelerado que está teniendo la biotecnología en este siglo. 
Estos avances deberán permitir por un lado el desarrollo de biocatalizadores hechos a la 
medida de las necesidades específicas de la industria, y por otro el otro, mejorar la 
disponibilidad en volumen y en variedad de dichos catalizadores, por supuesto, todo esto 
a costos cada vez más competitivos. Es importante mencionar que en términos de la 
disponibilidad de catalizadores con nuevas o mejoradas actividades, las posibilidades son 
prometedoras, en efecto, se sabe que en la actualidad menos del 3% de los 
microorganismos presentes sobre la Tierra han sido utilizados como fuentes de enzimas. 
Los objetivos para la enzimología industrial para las próximas dos décadas son claros y 
van de la mano con los objetivos asociados a la industria química tradicional: reducir el 
uso de materias primas, agua y energía, así como la disminución sustancial de emisiones 
contaminantes. 
 
CONCLUSIÓN 
 
Gracias a la información recopilada de diversas fuentes es posible concluir: 
 
Las enzimas son los catalizadores de las reacciones de los sistemas biológicos, cuyas dos 
principales características son la extrema especificidad y la increíble velocidad de 
reacción. 
 
Las enzimas, como catalizadores biológicos, poseen una serie de características muy 
interesantes para la Industria: tienen una elevada especificidad, trabajan en condiciones 
suaves, son fácilmente accesibles y no alteran el medio ambiente. Por todas estas razones, 
estos biocatalizadores se están utilizando en la industria alimentaria, de detergentes, 
productos químicos, farmacéuticos y de diagnóstico. 
 
Las enzimas se usan extensivamente en la industria: proteasas y lipasas se incluyen en 
detergentes; amilasas y glucosa isomerasas se utilizan en la obtención de jarabes de 
glucosa o fructosa a partir de maíz. Todas ellas presentan una gran eficiencia cuando son 
empleadas en la industria. 
 
Dentro de las numerosas aplicaciones que tiene la biotecnología, la más importante para 
el desarrollo de productos de uso diario es el mercado de las enzimas y su aplicación en 
el sector industrial. Las enzimas permiten un desarrollo industrial sostenible al reducir la 
carga química de los procesos ya que eliminan de éstos las sustancias tóxicas, más 
agresivas, y reducen los contaminantes. 
 
En la actualidad las enzimas o biocatalizadores pueden ser clasificados en dos grandes 
categorías según su actividad y los volúmenes de producción. En la primera se ubican 
aquellas que tienen gran actividad biológica y por lo tanto sus volúmenes de producción 
son pequeños, como ejemplo se pueden mencionar las enzimas utilizadas en la industria 
farmacéutica y de análisis clínico. En el segundo grupo se encuentran las enzimas que 
cuentan con menor actividad biológica y sus volúmenes de producción y aplicación son 
mayores que las anteriores, aunque la tendencia resultante de los procesos de 
investigación y desarrollo en este campo se dirige hacia la reducción de sus volúmenes 
aumentando su actividad por técnicas como la ingeniería genética y enzimática. 
 
Las enzimas llamadas industriales se utilizan frecuentemente para mejorar procesos, por 
ejemplo, para facilitar el empleo de nuevos tipos de materias primas o las propiedades 
físicas de un material con el objeto de poder procesarlo más fácilmente, ya sea 
aumentando su solubilidad o disminuyendo su viscosidad de forma que se facilite su 
transporte durante el procesado. En segundo lugar, las enzimas se utilizan para mejorar 
el producto; por ejemplo, cambiando el color, aroma, textura, sabor o vida útil de un 
alimento, con el fin de que resulte más aceptable para el consumidor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
EGRAFÍA 
 
• Castellanos, O, Ramirez, D. C y Montanez, V. Perspectiva en el desarrollo de 
las enzimas industriales a partir de la inteligencia tecnológica. 2006, vol.26, n.2 
[citado 18 2021-04], pp.52-67. Recuperado de: 
http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-
56092006000200007&lng=en&nrm=iso. ISSN 0120-5609. 
 
• Arroyo, M.; Acebal, C. y de la Mata, I. (2014). Biocatálisis y biotecnología. 
Arbor, 190 (768): a156. doi: http://dx.doi.org/10.3989/arbor.2014.768n4010 
 
• SINISTERRA, J.V., “Aplicación de las células enteras como biocatalizadores a 
la síntesis de productos farmacéuticos”, en: Monografías de la Real Academia 
Nacional de Farmacia, Monografía XXXV: Biocatálisis aplicada a la obtención 
de fármacos y productos de alto valor añadido. España: Real Academia Nacional 
de Farmacia.