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Nuevas Fuentes Proteicas
El aumento de la
población mundial,
conjuntamente con el
aumento de animales
generan una demanda
creciente de proteínas.
Es evidente que la
producción mundial de
proteínas debe aumentar, es
importante considerar las
posibilidades que ofrece la
química y tecnología
moderna para nuevas
fuentes proteicas y mejor
aprovechamiento de las
existentes
Producción anual mundial, rendimiento anual por ha y costo de las
principales proteínas alimenticias
Forraje:
alfalfa
Carne
Pescado
Leche y
productos
lácteos
Huevo
leguminosa
Legumbres
, raíces y
tubérculos
40
8,6
8,3
-
18
13
15
3
200 a
700
500 a 1200
200 a
1000
-
1800 a
3000
50 a
200
-
50 a 400
-
10
11
11
200
4
350
200
110
140
Grano
de cereal
Granos de
oleaginosa
Producción
(106 T
prot/año)
140
Rendimient
(kg prot/Ha,
año)
Costo (por
kg de prot)
Grano de
El rendimiento por hectárea en proteínas animales es bajo, porque se
precisan de 3 a 20 kg de proteína vegetal para producir 1 kg de proteína
animal y además este rendimiento varía según la especie animal.
Un descenso de la producción animal, motivará un aumento del consumo
directo de proteínas vegetales.
Los cereales representan un importante aporte proteico y energético de
la nutrición humana y animal y los intentos para aumentar la producción
de cereales consiguieron éxitos considerables.
Así la selección
genética y la mejora
de las práctica
agrícolas
Permitieron aumentar los rendimientos
de cereales y los contenidos en proteínas
y lisina en los granos de trigo, maíz y
arroz.
Por el cruce del trigo y la cebada,
surgió el tricereal, un nuevo tipo de
cereales que da más proteínas por Ha que
las mejores variedades de trigo.
investigaciones recientes tratan de
seleccionar las variedades de cereales
que puedan dar rendimientos razonables,
sin la necesidad de riego o empleo de
abonos.
Esta “revolución verde” aumentó grandemente la producción de
cereales de los países en vías de desarrollo.
la selección de nuevas razas,
inseminación artificial,
mejor control de enfermedades
mejores prácticas de alimentación.
nuevas técnicas biológicas:
(producción de hormonas de
crecimiento, transferencia de embriones,
sincronización de nacimientos,
producción de gemelos, aumento de la
talla de animales por manipulación
genética).
La pesca de especies oceánicas antes no explotadas (krill, por ej.),
nuevas técnicas de pesca (localización electrónica, atracción química o
por luz, etc.), también aumentan la disponibilidad de proteínas animales
más baratas.
La producción de
proteínas animales
(leche, carne, huevos)
se benefició de:
Además, la moderna tecnología alimenticia, contribuye a un mejor
aprovechamiento de las proteínas mediante procedimientos tales como
el deshuesado mecánico, que recupera mejor la carne de los ovinos,
aves o pescado. Igual ocurre con la ultrafiltración para recuperar las
proteínas del lactosuero o las modificaciones de los procesos de
quesería para retener las proteínas del lactosuero de la cuajada.
Es técnicamente posible preparar harinas, concentrados y aislados
proteicos, a partir de los distintos granos citados anteriormente, pero en
la actualidad y por razones económicas tan sólo las semillas de soja
constituyen industrialmente la fuente principal para estos productos.
Se utilizan para el enriquecimiento proteico muchos alimentos, así como
para reemplazar parcialmente (y a bajo precio) la carne en productos
cárnicos y más frecuentemente, porque le dan a los alimentos a los que
se incorporan mejores propiedades funcionales.
Alimentos con soja
Plantación y semillas
de soja
EXTRACCION QUIMICA DE LAS PROTEINAS VEGETALES
En la mayoría de las tortas o harinas, los procedimientos de concentración
por vía húmeda eliminan gran parte de los factores antinutricionales o
tóxicos de baja masa molar (gosipol, -galactósidos, aflatoxinas, etc.), pero
concentran los factores antinutricionales de naturaleza proteica
(inhibidores de la tripsina, hemaglutininas).
aflatoxina
Por eso, se necesita inactivar estos compuestos por calor húmedo, pero
teniendo en cuenta que este tratamiento altera las propiedades funcionales
de los constituyentes proteicos mayoritarios, frecuentemente se aplica
después que el concentrado proteico se haya incorporado al alimento (es
decir, durante la cocción, el proceso de esterilización, etc.).
Gosipol: C30H30O8 es un aldehído polifenolico que permeabiliza las células y actúa como un
inhibidor para varias de las enzimas deshidrogenasas.
Galactósido. glucósido que contiene galactosa, inhibidores de proteasas
Las aflatoxinas son micotoxinas producidas por muchas especies del género de hongos
Aspergillus, y del género Penicillium. Las aflatoxinas son tóxicas y carcinogénicas para animales,
incluyendo humanos. Luego de la entrada al cuerpo, las aflatoxinas se metabolizan por el hígado
con un reactivo intermedio, la aflatoxina M1
En el cuadro, se indican los contenidos en nitrógeno y los rendimientos
obtenidos de aislados proteicos de granos de leguminosas, preparados por
vía húmeda.
Variedades
de frijol
En la preparación de concentrados proteicos de girasol, se necesita
impedir la oxidación de los polifenoles en pigmentos, que se fijarán sobre la
proteína.
Se logra eliminando las cáscaras ricas en polifenoles y extrayendo el aceite
de la semilla en condiciones suaves, tratando la harina desgrasada con una
mezcla etanol-agua (50/50, v/v) para eliminar totalmente los polifenoles
residuales .
Constituyentes
(%p/p)
Harina desengrasada
de girasol
Concentrado
proteico de girasol
Proteína
58
67
Glúcidos solubles
en etanol
10
0,3
Cenizas
8,2
0,3
Polifenoles
4,6
0,2
Lípidos
2
2
El principal producto es el aceite de girasol, pero también se obtienen
concentrados proteicos destinados fundamentalmente a la alimentación
animal
Se debe resaltar que las hojas de las plantas, donde se produce la síntesis
de proteína, son potencialmente una inagotable fuente de proteínas. Las
partes verdes vegetativas de numerosas gramíneas y leguminosas, (tal como
las de cereales, caña de azúcar, soja, alfalfa, etc.), contienen el 80% de agua
y 2 a 4 % de proteínas. Cuando las hojas o hierbas frescas se cortan, trituran
y prensan, dan un jugo verde que contiene un 10% de materia seca, 40-60%
de proteínas totales iniciales y casi ninguna fibra.
El residuo fibroso, parcialmente deshidratado por prensado, es un
excelente forraje para los rumiantes. Por otro lado el jugo contiene
proteínas insolubles ligada a los cloroplastos y proteínas solubles. Con
el fin de eliminar los factores de baja masa molar, que afectan
adversamente al crecimiento, se prepara un coágulo proteico calentando
el jugo a 90ºC. El precipitado una vez lavado y seco, contiene un 60% de
proteínas, 10% de lípidos, 10% de sales minerales y diversos pigmentos y
vitaminas (clorofilas, xantofilas, carotenos). Se utiliza comercialmente
como alimento para aves, porque da una coloración amarilla
a la piel, carne e incluso a la yema del huevo.
Para niños que sufrían de Kwashiorkor (desnutrición
maligna, causada por falta de proteínas) se
ensayaron, con éxito, concentrados proteicos parecidos.
Atriplex lampa (zampa, sampa) es una especie de
arbusto forrajero anual, perteneciente a la familia
Amaranthaceae.
Normalmente mide de 60-160 cm; pero promedia 70-80 cm de altura.
Copa densa, tallo estriado, hojas pequeñas, angostas y de color grisáceas
verdes, parecidas a lanzas. Flores muy pequeñas, verdosas.
Es nativa de la Argentina, en las provincias de Córdoba, Mendoza, San
Luis, Chubut. Su hábitat es sobre terrenos interiores salinos
Tesis Doctoral en Bioquímica:
Separación, Concentración y
Desalinización de proteínas
procedentes de extractos
vegetales de Atriplex lampa.
Valor Nutricional.
Dra. Silvia Fernández
(UNSL, 2006).
Director: Dr. A. Pérez Padilla.
Co-Director: Dr. C. Menéndez
Esquema general del
proceso de UF y
Diafiltración discontínua
Evaluación de la calidad biológica
La quinua, quínoa o kinwa (Chenopodium quínoa) es un pseudocereal
perteneciente a la familia de las amarantáceas.
Es un cultivo que se produce en los Andes de Argentina, Bolivia, Chile,
Colombia, Ecuador y del Perú además de los Estados Unidos, siendo
Bolivia el primer productor mundial seguido del Perú y USA.
Crece desde el nivel del mar en el Perú, hasta los 4000 msnm en los
Andes, aunque su altura más común es a partir de los 2500 msnm
Se le denomina pseudocereal porque no pertenece a la familia de las
gramíneas en que están los cereales "tradicionales", pero debido a su alto
contenido de almidón su uso es el de un cereal.
La quinoa fue cultivada en los Andes
bolivianos, peruanos y ecuatorianos desde
hace unos 5000 años. Al igual que la papa, fue
uno de los principales alimentos
de los pueblos andinos preincaicos e incaicos.
También fue usada como cosmético en la zona
del altiplano
Granos de
quínoa
Alimentación: la quinoa es un alimento rico ya que posee
los 10 aminoácidos esenciales para el humano, esto hace
que sea un alimento muy completo y de fácil digestión.
Tradicionalmente los granos de quinoa se tuestan y con ellos
se produce harina. También pueden ser cocidos, añadidos a
las sopas, usados como cereales, pastas e incluso se le
fermenta para obtener cerveza o chicha, bebida tradicional
de los Andes. Cuando se cuece toma un sabor similar a la
nuez.
La harina de quinoa es producida y comercializada en el
Perú, Bolivia y Colombia sustituyendo muchas veces a la
harina de trigo, enriqueciendo así sus derivados de panes,
tortas y galletas.
En la actualidad se está desarrollando su cultivo y consumo
en el noroeste de Argentina y el norte de Chile
Un problema para la masificación de la producción de
quínoa es que posee una toxina denominada saponina y
que le otorga un sabor amargo característico. Esta toxina
suele sacarse a través de métodos mecánicos (pelado) y
por lavado en abundante agua.
Nutrición
La quinua posee un excepcional balance de proteínas, grasa, aceite y
almidón, un alto grado de aminoácidos, entre los aminoácidos están la
lisina (importante para el desarrollo del cerebro) y la arginina e histidina,
básicos para el desarrollo humano durante la infancia. Igualmente es rica
en metionina y cistina, en minerales como hierro, calcio y fósforo y
vitaminas, mientras que es pobre en grasas, complementando de este
modo a otros granos y/o legumbres.
El promedio de proteínas en el grano es de 16%, pero puede contener
hasta 23%. Esto es más del doble que cualquier otro cereal. El nivel de
proteínas contenidas es muy cercano al porcentaje que dicta la FAO para
la nutrición humana.
La grasa contenida es de 4 a 9%, de los cuales la mitad contiene ácido
linoleico, esencial para la dieta humana.
En contenido nutricional de la hoja de quinua se compara a la
espinaca. Los nutrientes concentrados de las hojas tienen un bajo
índice de nitrato y oxalato, los cuales son considerados elementos
perjudiciales en la nutrición.
Amaranto
La kiwicha, quihuicha (quechua: kiwicha ) o amaranto (Amaranthus
caudatus), es una planta amarantácea de rápido crecimiento, con
hojas y tallos y flores morados, rojos y dorados
Usos
El amaranto, tiene una serie de aplicaciones análogas
al de los cultivos básicos, principalmente del maíz,
que van desde dulces artesanales, granola, harinas
integrales, frituras, panificados, pastas; hasta
productos más sofisticados como aceites comestibles,
papillas para bebés, concentrados proteicos, barras
energéticas, y alimentos nutracéuticos especiales para
enfermos diabéticos o con cáncer."
Las galletas y panes adicionados con harina de amaranto son un alimento
hipoalergénico para los que padecen intolerancia al gluten, y no pueden
consumir panificados a base de harina de trigo. Sólo en Europa hay más de
diez millones de personas con este padecimiento; dato que permite
dimensionar la potencialidad de estos productos en el mercado.
http://www.alimentacion-sana.com.ar/informaciones/chef/amaranto.html
Contenido proteico
Las semillas contienen de un 13 a un 18% de proteínas y un alto nivel
de lisina, aminoácido esencial para la nutrición. El grano de kiwicha tiene
un contenido importante de calcio, fósforo, hierro, potasio, zinc, vitamina E y
complejo de vitamina B.
Su fibra, comparada con la del trigo y otros cereales es muy fina y suave.
No es necesario separarla de la harina; es más, juntas constituyen una gran
fuente de energía.
Valor Alimenticio del amaranto comparado con otros alimentos:
Proteína
%
Lysine
%
Carbohidratos
(g/100g)
(mg/100 g)
Hierro
(mg/100g)
Fósforo
(mg/100g
14-16
0.85
65
236
10
455
Trigo
9
0.25
74
20
1.8
256
Centeno
13
0.4
73
38
2.6
376
Arroz
7
0.27
77
32
1.6
360
Leche
3.5
0.49
5
118
--
93
ALIMENTO
Amaranto
Calcio
PROTEINAS DE ORGANISMOS UNICELULARES
Se investigan otras alternativas de proteína como la unicelular o
"biomasa" este término "proteína de origen unicelular" nació en el Instituto
Tecnológico de Massachussets EUA, por el Dr Wilson en 1966.
El término es aceptado para denominar de esa forma a células de bacterias,
hongos y algas usadas como una fuente de proteína como se indica en el
Cuadro, que muestra el análisis químico de diferentes microorganismos en
donde es evidente que el contenido de nitrógeno y los ácidos nucleicos
tienen un valor considerable.
COMPUESTOS
ORGÁNICOS (%)
HONGOS
FILAMENTOSOS
ALGAS
LEVADURAS
BACTERIAS
Proteína
5-8
7.5-10
7.5-8.5
11.5-50
Lípidos
2-8
7.0-20
2.0-6.0
1.5-3.0
Cenizas
9-14
8.0-10
5.0-9.5
3.0-7.0
Ácidos nucleicos
7
3.0-8
6.0-12
8.0-16.0
Ventajas
Algunas ventajas de la proteína de microorganismos cultivada en biorectores o
sistemas similares, sobre la similar de plantas y/o animales se indica como
sigue :
1) se obtiene de sustratos relativamente baratos y abundantes como la
celulosa, el ác. acético, el petróleo, etc. con alto rendimiento y de calidad
nutricional.
2) Está sujeta a control lo que hace posible que su fabricación sea
maximizada, independientemente de factores ambientales.
3) Los microorganismos tienen tiempos de generación cortos e incrementan
rápidamente su masa; las bacterias y levaduras bajo condiciones de
laboratorio alcanzan tiempos de generación entre un 0.5-2h o de 1-3h.
4) Los microorganismos poseen una concentración de proteína elevada
entre un 10-50% .
5) La proteína es de alta digestibilidad no es tóxica y de buen sabor .
Biorreactor con algas
http://www.monografias.com/trabajos33/produccion-biomasa/produccion-biomasa.shtml
DIFERENCIAS ENTRE EL COSTO DE LA PRODUCCIÓN DE LA PROTEÍNA
UNICELULAR A PARTIR DE DIFERENTES FUENTES DE CARBONO.
COSTO
Rendimiento kg/L
Productividad
(Kg/m3/h.)
Requerimiento de
O2
Producción de calor
(kcal/kg de células)
Temperatura (°C)
Pureza del sustrato
(%)
Costo del sustrato
(c/kg)
PARAFINAS
METANOL
ETANOL
MELAZAS
ACETATO
1.2
0.4
0.8
0.5
0.4
3.0
2.0
4.5
5.2
4.5
1.48
2.37
1.23
0.64
1.28
4.800
8.800
4.200
2.800
4.000
33.0
40.0
35.0
35.0
33.0
98.0
99.0
95.0
55.0
99.99
25.0
8.7
16.1
5.9
8.7
Es posible producir, a escala industrial, proteínas a partir de
microorganismos; pueden utilizarse como substratos de fermentación los
almidones, la sacarosa de melaza o la lactosa del lactosuero.
Algunas levaduras del género Cándida, son capaces de crecer sobre
substratos de parafinas (n-alcanos).
Ya se construyeron fermentadores continuos, capaces de producir unas
100.000 Tm de biomasa de levadura por año. La productividad puede alcanzar
2 gramos de levadura seca por hora y por litro del medio.
El alcano se oxida inmediatamente a los ácidos grasos correspondientes y
después se degrada por -oxidación.
La formación de la biomasa corresponde, aproximadamente a la siguiente
ecuación global:
C24 H42+1,84 NH3+32 O213,6 C1H1,66N0,135 O0,5+12,46 H2O+6,4CO2+10,5 kj
representa la composición
celular media.
Las células de levaduras se recuperan por centrifugación, se lavan con
disolventes y después se secan. Es posible obtener 1,2 Tm de levadura
seca (con 36% de proteínas) a partir de una tonelada de alcano y de 0,11
Tm de amoníaco.
Actualmente se considera que más económico que las levaduras, es
hacer crecer bacterias del género Pseudomonas sobre soluciones
acuosas de metanol al 5%.
El rendimiento por Tm de metanol está cerca de 0,4 Tm de materia
seca, conteniendo 80% de proteína.
La productividad en cultivos continuos, es de 3,5 g de bacterias secas a
la hora y litro de fermentador (volumen de trabajo).
Con las levaduras y las bacterias, la fermentación continua produce
rendimientos de crecimiento medio y un exceso de nitrógeno (tal como el
amoníaco) células de composición óptima, con fuertes contenidos en
proteínas y pocos ácidos nucleicos.
Los análisis de aminoácidos, indican un ligero déficit en aminoácidos
azufrados y un alto contenido en lisina.
Pueden ser necesarios tratamientos térmicos y/o alcalinos, para mejorar la
digestibilidad de las proteínas, eliminar los ácidos nucleicos y conseguir
una disponibilidad mayor de aminoácidos.
Se comprobó, sobre varias especies animales, el valor nutritivo de las
levaduras y bacteria así tratadas y no se observó ningún efecto tóxico,
aún después de ensayos de larga duración.
Estas preparaciones se utilizan para reemplazar o suplementar las tortas
de soja o harinas de pescado destinadas a cerdos y aves, así como la
leche para los terneros de destete.
Y hay una serie de trabajos sobre aislamiento y purificación de proteínas
microbianas, con el fin de conseguir materias primas convenientes a la
alimentación humana.
Mohos- Algas
Algunos mohos pueden crecer sobre sustratos celulósicos baratos
(procedentes de subproductos agrícolas u otros), pero el futuro más
prometedor de los mohos filamentosos tales como las capas amilolíticas de
Aspergillus, Rhizopus o Fusarium, es hacerlos crecer sobre cereales
húmedos triturados o sobre pastas de almidón termogelatinizadas (mandioca,
patata, plátano, etc.).
Después de algunos días de incubación a 30ºC, el micelio de la superficie
contiene cantidades apreciables de proteína.
También se cultivaron sobre carbonatos o CO2 las algas unicelulares
sintéticas (Chlorella, Scenedesmus, o Spirulina), buscando producir proteínas.
La producción en gran escala de microorganismos es independiente de
la naturaleza, clima o calidad del suelo. Si utilizásemos masivamente los
microorganismos para la alimentación animal, quedarían disponibles
para la alimentación humana, grandes cantidades de cereales, soja y
pescado que actualmente se destinan a los animales. Sin embargo, este
proceso aún no está muy desarrollado porque las proteínas de las tortas
de soja desengrasadas son, frecuentemente, menos costosas que las
proteínas de microorganismos.
SÍNTESIS QUIMICA E INGENIERIA GENETICA
Los aminoácidos obtenidos ya sea químicamente (DL-metionina) o
por fermentación (L-lisina, L- treonina, L-triptófano), son útiles
porque pueden añadirse a las proteínas y mejorar así su valor
nutritivo. Corrientemente en la elaboración de alimentos para
animales se utiliza la metionina, como complemento de las proteínas
de soja.
El consumo de urea, obtenida por síntesis química, permite
reducir la ración proteica de los rumiantes. Los microorganismos
presentes en el primer estómago, transforman inicialmente la urea
en amoníaco y después en proteínas microbianas que estos
animales son capaces de hidrolizar y asimilar luego en el tracto
gastro-intestinal.
Cuando alimentamos los rumiantes con proteínas de alto valor
nutricional, es conveniente protegerlas de los ataques microbianos
(descarboxilación, desaminación) en el primer estómago, para lo cual
antes de administrarlas se tratan con pequeñas cantidades de aldehídos
o taninos.
Esto provoca una reticulación parcial de las proteínas, lo que permite
alcanzar el intestino sin ser degradadas; así mejoran los rendimientos en
leche, carne o lana.
Para enriquecer en lisina y metionina los alimentos para rumiantes, se
prefiere fijar, antes del consumo, los aminoácidos por uniones covalentes
a los constituyentes proteicos.
Cultivo in Vitro
La posibilidad de cultivar in Vitro
células o tejidos animales o vegetales
diferenciados, tiene un gran interés en
la posible producción de metabolitos,
anticuerpos, etc.
Gracias a los cultivos de células vegetales aisladas, es posible conseguir
una planta entera a partir de una célula única. Esta multiplicación
vegetativa in Vitro, dió lugar a un desarrollo espectacular de nuevas
variedades híbridas.
Las informaciones adquiridas sobre el comportamiento genético del
citoplasma, (fusión de protoplastos, esterilidad masculina citoplasmática)
permitieron crear híbridos interespecíficos con lo que se dispone así de un
método muy prometedor para conseguir variedades nuevas que presentan
mejores características cuantitativas y cualitativas.
De esta forma las técnicas de recombinación genética dan la posibilidad
de transferir a las células aisladas de una planta patrón:
- los genes responsables de un crecimiento rápido,
- resistencia a los agentes patógenos,
- capacidad para fijar el nitrógeno atmosférico, etc.
Los genes responsables de la fijación de nitrógeno están presentes en
ciertos microorganismos:
-algas azules-verdosas,
-bacterias fotosintéticas,
-Spirilli asociado a las raíces de agunas gramíneas tropicales utilizadas
como forrajes y al arroz y maíz (fijan de 2 a 50g nitrógeno por ha y año).
- Rhizobium asociado los nódulos de raíces de leguminosas (alfalfa, soja,
cacahuete, habas, guisantes; fija 50 a 500kg de nitrógeno por ha y año).
Un enzima bacteriano, la proteína nitrogenasa, cataliza la
reducción del N2 en NH3; la gran cantidad de energía necesaria la
suministra la fotosíntesis de la planta. La actividad de la
nitrogenasa produce una fertilización natural de suelos y
cosechas, esencial en prácticas de agricultura sostenible.
En un futuro próximo, será posible la selección de variantes
bacterianos, que pueden “sobreproducir” el enzima in situ;.
Nitrogenasa:
proteína
bacteriana que
produce
amonio e H2
Logrado esto si se siembra el suelo con estas bacterias se aumentan los
rendimientos e incluso el contenido en proteínas.
Sería posible introducir en las plantas los genes responsables de la fijación de
nitrógenos y suprimir la necesidad de la compra de costosos abonos
nitrogenados; esto revolucionaría la producción agrícola.
Ya se han clonado genes “nif” (fijadores de nitrógeno) y es posible transferirlos
de una bacteria a otra, dándole así al organismo receptor la facultad de fijar el
nitrógeno.