Introducción

Los mecanismos que determinan la blandura de la carne permanecen desconocidos. Para explicar este fenómeno, han sido propuestos parámetros como componentes individuales: pH, temperatura, longitud del sarcómero, grado y solubilidad de la colágena, fuerza iónica, grado de glucólisis y proteólisis posmortem. La blandura también se ve afectada por la especie, edad del animal, entre animales de una especie, entre diferentes músculos y entre músculos almacenados a diferentes temperaturas posmortem.

ENZIMAS

Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas, siempre que sean termodinámicamente posibles: Una enzima hace que una reacción química que es energéticamente posible pero que transcurre a una velocidad muy baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia de la enzima. En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.

Son proteínas que facilitan la ocurrencia de las reacciones químicas dentro de la célula; proceso de facilitación llamado Catálisis.

• Especificas: una enzima puede catalizar solo un tipo de reacción.

• Eficientes: una misma enzima puede catalizar miles de reacciones químicas del mismo tipo, una tras otra.

• Su actividad depende de la temperatura y de su acidez. Las enzimas tienen una temperatura y un pH óptimos, que responden a los valores de estas variables en las que estas biomoleculas “trabajan” más rápido

Ablandamiento De carnes

Uso de enzimas y maduración como método de ablandamiento. Terneza: un objetivo alcanzable

Después de décadas de investigación, los mecanismos que determinan la blandura de la carne permanecen desconocidos. Para explicar este fenómeno, han sido propuestos parámetros como componentes individuales: pH, temperatura, longitud del sarcómero, grado y solubilidad de la colágena, fuerza iónica, grado de glucólisis y proteólisis posmortem. La blandura también se ve afectada por la especie, edad del animal, entre animales de una especie, entre diferentes músculos y entre músculos almacenados a diferentes temperaturas posmortem.

Asimismo, se han estudiado varios métodos para lograr el ablandamiento de la carne: adición de proteasas exógenas, infusión de iones de calcio, marinación, estimulaciones eléctricas después del sacrificio, y acondicionamiento a altas temperaturas. El ablandamiento posmortem sólo puede lograrse al romper las uniones de algunas proteínas estructurales, ya sea por los métodos físicos (golpeado de la carne) o por acción enzimática. En la maduración enzimática se puede distinguir entre la acción de enzimas endógenas y enzimas exógenas aplicadas voluntariamente a la carne.

Ablandamiento post-mortem

• Métodos físicos (golpeado de la carne)

• Acción enzimática

Maduración

Una alternativa para mejorar la calidad sensorial y nutritiva de la carne es la maduración, un proceso natural donde las enzimas endógenas tienen un papel importante en la mejora de la textura y de las características organolépticas.

La práctica del almacenamiento de la carne después de la muerte del animal para mejorar la textura ha sido llevada a cabo desde hace siglos, ya que se tienen reportes de que los aztecas cubrían la carne con hojas de papaya durante su

cocimiento, con el fin de ablandarla. Más no fue sino hasta el siglo XX cuando el mecanismo de ablandamiento fue conocido. Más tarde, la proteólisis de las proteínas musculares fue propuesta como un mecanismo primario en la maduración de la carne.

El ablandamiento de la carne puede lograrse mediante un efecto proteolítico limitado, en el cual no se originen productos de degradación que den lugar a olores y sabores desagradables. Por tanto, el efecto deseado de estas enzimas sobre la carne se garantiza únicamente cuando la distribución de las mismas es homogénea y su concentración y actividad es óptima. La carne sumergida en soluciones de estas enzimas, experimenta un excesivo ablandamiento superficia, mientras que en la parte interna no se afecta. Mejores resultados se obtienen mediante la inyección de las enzimas en los músculos o en el sistema circulatorio. El masajeo de las piezas facilita, también, la distribución de las enzimas. Otro método consiste en rehidratar las porciones de carne liofilizadas en una solución que contiene las enzimas proteolíticas. Este método resulta, para fines prácticos, demasiado costoso.

La maduración puede realizarse también después del despiece de la canal, cuando este se ha realizado inmediatamente después del sacrificio. Normalmente, las piezas cárnicas se envasan al vacio, en recipientes adecuados y posteriormente se almacenan.

La temperatura de maduración de la carne esta en el rango de -1 a 2°C. sin embargo para acelerar el proceso se puede aumentar la temperatura a 43°C. los cambios en maduración, empiezan incluso antes de que se presente la rigidez cadavérica. El colágeno al igual que la elastina no es afectado en la maduración de la carne, aunque se ha notado una cierta solubilizacion del colágeno por el acido láctico producido por la glicolisis; sin embargo, esta no resulta en el ablandamiento de esta carne. Para producir más eficazmente la dureza del tejido conectivo se emplean las enzimas ablandadoras de origen vegetal.

La maduración es un proceso en el cual la carne cambia sus propiedades, tales como sabor, color y textura, cuando es almacenada a temperaturas arriba de su punto de congelación. La maduración es un proceso lento. Idealmente las canales deberían acondicionarse por un periodo de 15 días a una temperatura de 4º C, pero esto no se lleva en la práctica por el alto costo de refrigeración De entre las enzimas endógenas, las más importantes para producir ablandamiento son las catepsinas y las calpainas.

El uso de ablandadores en carne, mayormente compuestos de proteasas, inicia la ruptura de la integridad de los filamentos musculares contraídos debido a la rigidez cadavérica, asi como de las triples hélices de colagena. La suavidad del tejido

conectivo varia de acuerdo con el contenido de colagena, al diámetro de las fibras perimimisiales y el entrecruzamiento de las fibras de colagena. La colagena empieza a acortarse a temperatura de 60 a 70°C, este proceso a la vez influye en el ablandamiento de la estructura del tejido conectivo, por lo que el ablandamiento de cortes con alto contenido de colagena depende del método de cocción y de la temperatura final.

Sin embargo la cocción a temperaturas que destruyan a las fibras de colagena hace que se destruyan las miofibras y que se pierda agua, hechos que combinados provocan un endurecimiento de la carne. Alternativamente se pueden usar enzimas proteolíticas.

Enzimas endógenas

Catepsinas

Antes de los años setenta se sabía que los lisosomas -organelos citoplasmáticos, contenedores de enzimas con actividad proteolítica ácida- poseían diversas enzimas capaces de degradar un número considerable de biomoléculas y, por tanto, participaban en los procesos fisiológicos de la célula. Por lo tanto, fue el primer sistema proteolítico intracelular que se relacionó con la actividad lisosomal y con la degradación de la célula, posteriormente se encontraron otras vías proteolíticas extralisosomales.

Las enzimas de los lisosomas intervienen en la degradación de proteínas, polisacáridos y lípidos, además de otros compuestos, ya que los lisosomas están relacionados con la digestión intracelular.

Las enzimas se localizan en el interior de los lisosomas y se liberan cuando desciende el pH después del sacrificio, durante la etapa posmortem, debido a que las membranas lipoproteícas de los lisosomas se rompen al existir diferencias en presión ejercida por los iones hidronio en el ambiente celular. Cuando los lisosomas se rompen, se destruye la célula, debido a que las enzimas contenidas son capaces de degradar los componentes principales de ésta. Así, el tejido muscular sufre una lesión grave donde las enzimas proteolíticas empiezan su acción.

Estudios histoquímicos han reportado la localización de las catepsinas y explicado su participación en el ablandamiento de la carne. Se ha encontrado que al cuarto día del proceso de maduración las catepsinas están más difundidas en la fibra muscular, lo que permite deducir que una vez degradada la membrana de los lisosomas durante el descenso de pH posmortem, la acción de las enzimas se incrementa con el tiempo de almacenamiento.

Algunos autores reportan que a temperaturas altas de almacenamiento de 37ÞC aumenta el rompimiento de las membranas lisosomales, debido a que el músculo está en estado posmortem. En esta situación, las enzimas proteolíticas tienden a ser más activas a una temperatura óptima, causando una degradación extensiva de las proteínas miofibrilares. Se encontró que las catepsinas degradan a la miosina a 37ÞC, pero no a temperaturas menores, mientras que la actina es degradada en pequeñas cantidades.

Las catepsinas tienen un pH óptimo ácido. De las 13 enzimas lisosomales reportadas sólo ocho se han demostrado existentes en los lisosomas de la célula del músculo. Asimismo, se han realizado estudios sobre el efecto de estas enzimas en el almacenamiento de carne tratada a altas presiones, encontrándose cambios en su actividad.

Calpainas

El primer reporte documentando la existencia de las calpainas fue el realizado por Guroff (1064) quien demostró la existencia de proteinasas dependientes del calcio en estudios realizados en cerebro de rata. El sistema proteolítico de las calpainas ha sido nombrado de muchas maneras, tales como factor activado por calcio (CAF), proteasas neutras activadas por calcio (CANP), proteasas sulfihidril dependientes de calcio (CDSP), y proteasas dependientes de calcio (CDP). Hoy en día es aceptado el nombre de calpainas por la International Union of Biochemistry y están clasificadas como EC 3.4.22.17.

El sistema proteolítico de las calpainas consta de dos tipos: de acuerdo a la concentración de calcio que necesitan para activarse, conocidas como Calpaina I y II. Las calpainas del músculo esquelético tienen un peso molecular alrededor de 110kDa y constan de dos fracciones encontradas por electroforesis desnaturalizante de 80 y 30 kDA.

Una de las características importantes de las calpainas es que el calcio las activa pero en presencia excesiva de calcio se autolizan. Como resultado de la autoproteólisis, las dos subunidades de 80 y 30 kDa son degradadas a polipéptidos de pesos moleculares entre 78 y 18 kDa. Las concentraciones de calcio intracelular son suficientes para activar a la calpaina II pero no a la I.

En estudios sobre la degradación de las proteínas reguladoras se ha observado que las calpainas producen proteólisis sobre la troponina T, troponina I, tropomiosina, alfa-actinina, titina y nebulina y, por su parte, la desmina es

extremadamente susceptible a la acción de las enzimas proteolíticas. Se ha observado, además, que la nebulina es degradada por las calpainas. No se ha reportado degradación de miosina y actina por acción de las calpainas.

Las condiciones óptimas para la activación de las calpainas es a 25º C y pH 7.5, sin embargo el requerimiento mínimo de calcio para la activación de calpainas parece ser independiente de la temperatura.

El ablandamiento del músculo esquelético de animales ha sido ligado a la actividad posmortem del sistema proteolítico de las calpainas. Cuando la carne se trata con cloruro de calcio, ocurre cierto grado de proteólisis, reduciendo así el tiempo necesario para la maduración posmortem; sin embargo, algunas propiedades sensoriales, tales como el olor y el sabor podrían ser alteradas por este tratamiento. Los estudios en carne tratada con iones de Ca2+, ya sea inyectada o marinada, han determinado que se genera un sabor residual amargo en carne de caballo y de conejo.

Relación de calpainas-catepsinas

Las catepsinas lisosomales y las calpainas tienen una acción conjunta durante el almacenamiento posmortem de la carne. Ambas ayudan al rompimiento de la miofibrilla por medio de la proteólisis de las proteínas miofibrilares, dando como resultado el ablandamiento de la fibra muscular. Pese al calcio almacenado en el músculo, y que activa a la calpaina II, éste no estimula el efecto de las proteinasas lisosomales, aunque se ha observado que a concentraciones de 10mM se puede inhibir la catepsina D en 39 por ciento.

Enzimas exógenas y bacterianas

El método más eficaz para incorporar las enzimas exógenas a la carne de forma que se distribuyan uniformemente, consiste en inyectarla en el sistema vascular del animal vivo poco antes de proceder al sacrificio. Con este fin, determinadas enzimas que únicamente son activadas a unos 70°C, son inyectadas, por vía venosa, en una cantidad que no excede de los 10 mg/Kg ( en solución del 5-10%). Las enzimas inyectadas no suelen tener ningún efecto en los animales vivos, debido a que el pH es alto y a que la temperatura corporal esta muy lejos de la adecuada para la funcionalidad de las enzimas vegetales (papaína, bromelina). Estas enzimas son activadas, sobre todo, por la presencia de grupos sulfhídricos (-SH) los cuales solo son libreados durante el calentamiento a 70°C-80°C. por tanto la actividad de estas enzimas aumenta con el tratamiento térmico y únicamente con el se logra el efecto deseado, mientras qie a la temperatura

corporal aprenas existe actividad. Puesto que las enzimas inyectadas se acumulan en determinados órganos, de modo especial en el hígado, se producirá en ellos un acusado efecto proteolítico, que da lugar prácticamente a su desintegración en la cocción de la carne.

PROTEASAS MICROBIANAS.

Como se mencionó, el proceso de maduración se podría deber también a la acción de enzimas exógenas, las cuales pueden provenir de bacterias productoras de proteasas o por el uso de enzimas vegetales que provocan la aceleración del ablandamiento.

La carne es considerada como un excelente medio de cultivo para el crecimiento de microorganismos debido a su elevado porcentaje de humedad y gran diversidad de nutrientes. La refrigeración es el método de conservación más utilizado, ya que favorece un ambiente selectivo en el que, preferentemente, crecen microorganismos pricrótrofos. Los organismos que proliferan en carne a bajas temperaturas son principalmente bacterias Gram negativas de los géneros Pseudomonas (las predominantes), Acinetobacter, Aeromonas y Alcaligenes.

Se obtienen por cultivos de cepas seleccionadas de hongos (Aspergillus oryzae) o bacterias (Bacillus subtilis).

Acción: Todas estas proteasas hidrolizan gran número de proteínas diferentes a través de polipéptidos hasta aminoácidos; también desdoblan amidas y ésteres de aminoácidos.

pH óptimo: 4-8 (vegetal); 2-10 (fúngico); 6-2 (bacteriano).

Aplicación: Durante el proceso de maduración de la carne que sigue al de rigidez cadavérica, las transformaciones autolíticas, causadas por sus enzimas proteolíticas (catepsinas) suministran a la carne una textura blanda, jugosa, masticable, de sabor agradable y apta para la cocción y digestión. Como esta maduración natural suele ser prolongada (12 días), se puede acelerar artificialmente mediante la adición de proteasas extrañas para así aumentar la ternura de la carne (meat tenderizer).

Al atacar por proteólisis las fibras musculares y /o los componentes del tejido conectivo (colágeno, elastina, actomiosina) se logra un relajamiento de los enlaces peptídicos de las proteínas y con ello el ablandamiento de la carne.

Siendo la papaína la enzima más usada para estos fines, existen también preparados a base de mezclas de proteasas de origen tanto vegetal como también fúngico y bacteriano que serían aún más eficaces.

Estos ablandadores de la carne se pueden aplicar por pulverización, en la superficie, con preparados enzimáticos secos, como, p. ej., una mezcla de 88%, de sal de comer (como sustancia portadora); 4,5%, de almidón (para hacerla más espolvoreable); 4,5% de papaína al 1:350, 2% de citrato de sodio cristalizado y 1% de glutamato de sodio, extracto de carne y condimentos. También suelen agregarse polifosfato, glutatión o cisteína y ácido ascórbico como estabilizadores.

Enzimas vegetales

Las proteasas de origen vegetal utilizadas para el ablandamiento de la carne son:

        • La ficina, encontrada en las hojas de la panta de higo;

        • La bromelina, encontrada en la corteza de la cáscara de la piña; y

        • La papaína, encontrada en el fruto y árbol de la papaya.

Estas proteasas tienen dos desventajas principales al ser agregadas como ablandadores durante la cocción:

        • Son inestables a temperaturas de 70°C.

        • Producen un sabor desagradable en la carne debido a la degradación de la miosina.

Se ha observado que la inyección de enzimas vegetales da como resultado una degradación extensiva de las fibras musculares, no así del tejido conectivo.

Una enzima poco conocida es la actinidina que se encuentra en el kiwi y se es un ablandador natural de carne. Se recomienda que para ablandar la carne de res, esta se debe frotar con un kiwi partido a la mitad y se esperan 30 minutos antes de cocinarla, quedando blanda y sin el sabor de la fruta.

Las enzimas procedentes de bacterias y de hongos afectan únicamente a la proteína actomiosina en la carne, pero no degradan el colágeno ni la elastina. Sin embargo, las enzimas de origen vegetal tienen efecto tanto sobre la actomiosina como sobre las proteínas del tejido conjuntivo (colágeno y elastina). Estas necesitan acompañarse de un tratamiento térmico después de su adición, para

ejercer su actividad. El colágeno es reducido a moléculas solubles que contienen hidroxiprolina. El efecto sobre la elastina se debe a que en estos preparados enzimáticos existe la enzima elastasa.

BROMELINA

La piña ha sido usada como una planta medicinal en varias culturas nativas y la bromelina se conoce químicamente desde 1876. La bromelina fue introducida por primera vez como un compuesto terapéutico en 1957. Se encontró en altas concentraciones en la piña y puesto que la bromelina se deriva de una fuente natural, exhibe gran variabilidad en su actividad fisiológica, aún cuando su actividad proteolítica sea la misma. La bromelina no es estable al calor, por tanto su actividad fisiológica puede ser afectada por un procesamiento inadecuado o por las condiciones de almacenamiento (Solórzano, 2000).

El principal componente activo del “corazón” de la piña es la bromelina. Esta potente enzima, que también se encuetra en la corteza y la pulpa, es capaz de digerir aproximadamente 1000 veces su peso en proteínas, por lo que su utilización ha revolucionado la dietética a nivel mundial sobre todo en relación a los régimen de adelgazamiento y tratamientos anticeculiticos.

Además, de sus grandes cualidades dietéticas, contiene vitaminas y sales minerales indispensables para el equilibrio físico, compensando el organismo de las perdidas sufridas en rigurosas dietas de adelgazamiento.

Tiene una actividad proteolítica análoga a la papaína. Es activa frente a todo tipo de sustratos proteicos, amidas y esteres de aminoácidos, pero destaca su acción sobre los enlaces peptidicos de las cadenas de péptidos cortos. Tiene preferencia en la ruptura del enlace peptidico de las proteínas en las uniones de los aminoácidos: arginina-alanina, alanina-glutamina, leucina-lisina y glicina-arginina. Hodroliza la caseína de la leche y su intensa actividad proteolítica no se modifica en la zona de pH comprendido entre 3 y 8, es decir que puede ejercer acción tanto en medio gastricocomo intestinbal. La bromelina es una enzima clasificada como hidrolasa, la cual cataliza la hidrolisis de eteres, esteres, enlaces peptidicos, enlaces glicosidicos, halogenuros, anhídridos de acido, etc.

la bromelina se utiliza para tratar un gran numero de enfermedades aparentemente no relacionadas entre si. Desde su comercialización a finales de los años 50 se han hecho números investigaciones en relación con su uso en medicina, con resultados muy prometedores.

Para facilitar su ingesta, la bromelina se encuentra en el mercado en forma de comprimidos. Como np posee efectos secundarios graves (salvo personas alérgicas a la sustancia), el único transtorno que puede provocar la toma de una dosis elevada es diarrea. En estos casos se debe disminuir la dosificación.

La bromelina actúa sobre la proteína actomiosina con una eficacia del 40% y sobre el tejido conectivo en un 60%, lo que hace que se aprecie un mayor efecto en carnes catalogadas como duras ( con alto tejido conectivo). La bromelina actua sobre la proteína actomiosina, separándola en actina y miosina, al ser desprendida la amiosina del disco Z; también, esta relacionada con el pH final y la temperatura (no mayor a -15°C). para la maduración se debe conseguir una correcta acidificación llegando a un pH final de 5.4-5.8 en la carne. Si el pH sube mas allá de 6.4 existe una gran posibilidad de alteración en la calidad debido a la presencia de microorganismos.

El procedimiento que se sigue básicamente es el siguiente:

Obtención de la enzima

El rendimiento de cada una de las partes es el siguiente: cascara 45%, pulpa 53% y corazón 7%.

Aplicación de la enzima a la carne

Pesado de las piñas

separacion de las partes de las piña en cascara, pulpa y corazon.

extraccion del jugo

concentracion de los jugos.

PAPAÍNA

La papaína que se extrae de la papaya es una enzima proteolítica, es decir, con capacidad para digerir las proteínas de los alimentos. Similar a la pepsina, una enzima que está en nuestro jugo gástrico, sus aplicaciones son en distintas áreas.

la papaína se consigue por la extracción del látex, que es un líquido blanco obtenido mediante cortes en los frutos inmaduros. Luego, en laboratorio, se separa la enzima y se purifica hasta alcanzar un nivel óptimo de calidad para la comercialización y uso. La enzima se usa en estado líquido y tiene una duración mínima de seis meses estando refrigerada.

La cualidad principal de la papaína es el uso como mejorador de las carnes, (ablandamiento y aclaramiento), y el aclaramiento y evitación de sedimentación en las cervezas por su acción en los enlaces de las proteínas.

Ficina

La ficina de látex de diversas especies de Ficus (familia moreáceas) al igual que la papaína obtenida del fruto inmaduro de la papaya (familia caricácea) es una enzima proteolítica. Hidroliza péptidos, amidas y ésteres, y ha sido también denominada “pepsina vegetal”. A diferencia de la pepsina, actúa tanto en medio ácido como en medio neutro o alcalino. Se ha utilizado en la digestión de proteínas, para el ablandamiento de carnes y en la fabricación de quesos.

La actividad de esta enzima depende de la edad de la planta, así como también de la época del año en que se realiza la extracción del mismo. En invierno la extracción de látex es muy limitada.

Las enzimas vegetales (papaína, bromelina y ficina) son las que se usan principalmente como ablandadoras, siendo más eficiente la bromelina y la ficina para degradar a la colagena; la papaína y la ficina atacan principalmente la actomiosina; la bromelina tiene sobre esta proteína un ataque muy leve. Algunos

preparacion de la carne

inyeccion de la carne

Almacenamiento de la carne

posteriormente coccion de la carne (consumo)

autores determinaron que la bromelina, ficina y papaína solubilizan 51, 37 y 15% de las proteínas del tejido conectivo, y 33,54 y 60% de las proteínas solubles en soluciones salinas.

El mecanismo preciso de acción de las proteasas en la carne no está bien dilucionado, pero se sabe que lo afectan el pH, la concentración de la enxima y la temperatura. De hecho. Las proteasas vegetales adicionadas actúan en la carne durante la cocción.

La aplicación de las enzimas en la carne se lleva a cabo por aspersión de la enzima en polvo o en solución, por inyección por inmersión de la carne en una solución. Se practico durante un tiempo un método por el cual inyecta una solución de la enzima en el sistema circulatorio del animal poco antes del sacrifico. El principal problema en el uso de enzimas proteolíticas en la carne es la obtenscion de una distribución uniforme a través del tejido, la cual seabo principalmente por difusión, y que es dependiente del tiempo, la temperatura, la concentración de sal y

Otros ablandadores:

Acido cítrico:

Se ha recomendado agregar tomate al la carne para que quede blandita, ya que el ácido del tomate actúa como un efectivo ablandador natural de las fibras.

Polvos ablandadores:

Existen polvos ablandadores de carne en el comercio, que son combinaciones de diferentes ingredientes tales como:

• Sal yodada

• glutamato monosódico,

• azúcar

• ascorbato de sodio

• papaína

• proteínas vegetales hidrolizadas

• y condimentos.

Vinagre

El vinagre puede ser usado en muchas formas. Existen mas de 300 aplicaciones de cómo usarlo. A veces se piensa que sólo es utilizado en la cocina como acompañante de las ensaladas mezclándolo con aceite y/o pimienta y sal. Sin embargo, el vinagre tiene usos que van desde ser un ingrediente versátil de sus comidas como resaltador del sabor o condimento, un ablandador de las carnes, un preservante natural de alimentos, un agente medicinal y un elemento de gran utilidad en la limpieza del hogar y los equipos utilizados en la industria de alimentos. En fin, el vinagre se utiliza en cualquier medio donde se requiera de un acidulante natural.

Al igual que los cítricos, el vinagre es un excelente ingrediente para marinar ya que es un ablandador natural porque desdobla las fibras y proteínas de las carnes. Por ejemplo, es ampliamente utilizado para ablandar el bistec de cinta (flank steak). Solo una nota de precaución, debido a que el vinagre puede por sí solo cocinar la carne se recomienda mezclarlo con aceite vegetal o de oliva cuando se use para marinar.