asparaginasa en el procesamiento de alimentos: reducción de la formación de acrilamida
Qué es la acrilamida y por qué es importante
Laacrilamida, un posible carcinógeno, se forma cuando los alimentos con almidón se fríen o se hornean a más de 120 °C. La acrilamida se puede formar en alimentos ricos en carbohidratos durante el procesamiento a alta temperatura,
especialmente cuando la asparagina libre reacciona con la reducción de los azúcares a través de una química similar a la de Maillard.Vía de formación: L-asparagina libre y azúcares reductores (glucosa, fructosa) a altas temperaturas → reacción de Maillard → acrilamida.
Alimentos en riesgo: bizcochos, galletas, galletas saladas y pan tostado, pan, panecillos, tostadas, cereales para el desayuno, cereales extruidos, patatas fritas, patatas fritas, productos a base de patatas moldeadas, aperitivos con almidón fritos, horneados, tostados o secos, café, cereales para bebés.
Presión reguladora: el Reglamento 2017/2158 de la UE establece niveles de referencia: por ejemplo, 50 µg/kg para pan, 350 µg/kg para galletas y 750 µg/kg para patatas fritas. Se espera que los fabricantes implementen medidas de mitigación. La caja de herramientas de acrilamida de FoodDrinkEurope incluye la asparaginasa como
herramienta principal.Cómo funciona la asparaginasa Mecanismo enzimático
La asparaginasa es una enzima alimentaria especializada que se utiliza como ayuda de procesamiento para mitigar la acrilamida. En la producción industrial, se aplica antes de hornear, freír, asar o secar a alta temperatura para que la L-asparagina libre pueda convertirse en ácido L-aspártico y amoniaco, lo que reduce la disponibilidad del principal precursor de la acrilamida durante la reacción de Maillard
.Identidad del producto: nombres comunes: L-asparaginasa, amidohidrolasa de L-asparagina y enzima reductora de acrilamida. CAS 9015-68-3, EC 3.5.1.1, hidrolasa que actúa sobre los enlaces carbono-nitrógeno en las amidas. Reacción catalizada
: L-asparagina + H2O → Ácido L-aspártico + NH3.Las enzimas reducen la formación de acrilamida mediante mecanismos catalíticos específicos. Hay un grupo amida en la cadena lateral de la asparagina, y este grupo amida se convierte en ácido aspártico y amoniaco por la enzima asparaginasa. Como resultado, el ácido aspártico no participa en la reacción de Maillard
, lo que reduce sustancialmente la formación de acrilamida.La acrilamida se puede formar en los alimentos ricos en carbohidratos durante el procesamiento a alta temperatura, especialmente cuando la asparagina libre reacciona con los azúcares reductores. La asparaginasa reduce la acumulación de precursores al hidrolizar la L-asparagina en ácido L-aspártico y amoniaco antes de hornear, freír, asar o secar. Como el ácido L-aspártico no es el mismo precursor de la acrilamida en estas condiciones, la vía de reacción se alejó de la formación de la acrilamida
.Factores de rendimiento
El rendimiento depende de la actividad enzimática, la disponibilidad del sustrato, la accesibilidad al agua, el tiempo de contacto, la temperatura, el pH y la distribución uniforme de la enzima antes de la inactivación térmica. Por lo tanto, la enzima debe evaluarse mediante ensayos específicos en cada planta y pruebas analíticas de acrilamida, en lugar de seleccionarse únicamente
por el nombre del producto.
Aplicaciones en sistemas de procesamiento de alimentos
, panadería y cereales
Más relevantes cuando el objetivo de fabricación es la reducción mensurable de la formación de acrilamida en los alimentos tratados térmicamente que contienen asparagina libre
y azúcares reductores. Galletas, galletas saladas y pan tostado Pan, panecillos, productos tostados y
productos de panadería a base de cereales Cereales para el desayuno, cereales extruidos y
cereales horneados Aperitivos útiles en masas, masas, lechadas de cereales y mezclas hidratadas
en las que la enzima puede entrar en contacto con la asparagina libre antes del horneado. Requiere suficiente disponibilidad de agua y uniformidad de mezcla. Los equipos de procesamiento deben evaluar el tiempo de mezcla, el tiempo de fermentación, el tiempo de reposo y la temperatura de la masa
.Las pruebas del producto terminado deben controlar el impacto de la acrilamida, el color, el sabor, la textura, el volumen y la vida útil. El procesamiento excesivo o las condiciones inadecuadas pueden
reducir la eficacia de la enzima antes de la etapa principal de calentamiento.Resultados del ensayo: la enzima L-asparaginasa cataliza la escisión hidrolítica del precursor de la L-asparagina en ácido L-aspártico y amoniaco, lo que reduce la formación. El objetivo era probar la enzima en dos concentraciones (150 y 300 U/kg de harina) en condiciones normales de cocción. Los resultados mostraron que el uso de 300 U/g de enzima permitió reducir el contenido de acrilamida en un 78%, alcanzando el nivel de referencia indicado por el Reg (UE) 2017/2158 (50). Concretamente, las muestras preparadas con diferentes dosis (150 y 300 U/kg de harina) se hornearon en condiciones estándar (260 °C durante 40 minutos). Los resultados demuestran que los tratamientos enzimáticos pueden reducir el contenido de acrilamida en un 61% y un 78%, respectivamente, en el pan tratado a 150 y 300
U/kg, sin cambios sensoriales inaceptables.En pan casero procesado con L-asparaginasa, reducción similar.
Laasparaginasa hipertermófila recombinante TSAi redujo eficazmente el contenido de acrilamida en un sistema alimentario simplificado, al hidrolizar la L-asparagina junto con el enantiómero D. El nivel más bajo de acrilamida, entre el 1,0 y el 1,1% de los valores de control, observado en muestras horneadas pretratadas con TSAi, con una dosis enzimática de 20 U/ml, una temperatura de tratamiento de 90 °C y una incubación de 20 a 25 minutos, demuestra el potencial de las enzimas termoestables
.Procesamiento de patatas y aperitivos
Patatasfritas, patatas fritas y productos derivados de la patata: la L-asparaginasa puede hidrolizar la L-asparagina, precursora de la acrilamida, lo que reduce la formación de acrilamida tóxica en los alimentos fritos. Actualmente, las L-asparaginasas comerciales son producidas principalmente por hongos filamentosos de tipo silvestre; sin embargo, estas enzimas suelen perder rápidamente su actividad durante el procesamiento a alta temperatura debido a su limitada estabilidad térmica, por lo que se están desarrollando nuevas variantes termoestables
.Se pueden evaluar en tiras, rodajas, hojuelas, masas o productos moldeados de papa antes de freírlas o hornearlas. Funciona mejor cuando es posible el contacto enzimático antes de la deshidratación de la superficie o del tratamiento a altas temperaturas. Las variables importantes incluyen el escaldado, el tiempo de remojo, el pH, la temperatura, el grosor de la tira, los sólidos y el perfil de azúcar. Los ensayos deben comparar la reducción de la acrilamida con el color, la nitidez, la absorción de aceite y la calidad sensorial. La variabilidad de la materia prima puede requerir ajustes estacionales de la dosis
.Otras aplicaciones
Aperitivos con almidón fritos, horneados, tostados o secos
Café, sucedáneos del café y materias vegetales tostadas seleccionadas: todo un desafío debido a que los proyectos de reformulación de alimentos infantiles, cereales y etiquetas limpias son bajos en humedad
y requieren el control de la acrilamida,
parámetros clave del proceso
para definir antes de los ensayos Un ensayo exitoso con asparaginasa requiere
Nivel de sustrato: mida o estime la asparagina libre y los azúcares reductores en la materia prima
Humedad: asegúrese de que la actividad del agua o la hidratación sean suficientes para el movimiento de las enzimas y el pH de contacto con el sustrato
: compare el pH del proceso con el rango de actividad declarado por el proveedor (normalmente un pH de 5 a 8° C) Temperatura óptima
: compruebe el rango óptimo de la enzima y el punto de inactivación térmica; la mayoría de las asparaginasas comerciales de Aspergillus niger/orzae son óptimas de 50 a 60 °C
Tiempo de
contacto superior a 80 °C: defina cuánto tiempo permanece activa la enzima antes de la etapa de calentamiento: mínimo de 15 a 30 minutos en reposo de la masa, hasta 2 horas para remojar las patatas
: confirme una distribución uniforme para evitar zonas no tratadas y resultados de acrilamida inconsistentes
: pruebe varios niveles de dosificación dentro de las directrices del proveedor y los límites reglamentarios/del cliente, normalmente de 100 a 500 U/kg de harina o de 500 a 2000 U/kg de sólidos de papa
Consideraciones sobre la formulación y el proceso industriales
Manipulación y almacenamiento
Las preparaciones enzimáticas requieren una manipulación controlada para proteger la actividad y la seguridad del operador. La asparaginasa debe almacenarse y usarse de acuerdo con las recomendaciones del proveedor, especialmente en lo que respecta a la temperatura, la humedad y la manipulación de envases abiertos. Las enzimas en polvo pueden crear polvo, mientras que las enzimas líquidas pueden requerir mezclarse, administrar una dosis controlada y prestar atención microbiológica
después de abrirlas.Almacene el material sin abrir dentro del rango de temperatura especificado
Mantenga los recipientes cerrados cuando no los utilice para proteger la actividad y evitar la contaminación Utilice equipos de dosificación calibrados y
procedimientos de mezcla validados Controle la formación de polvo y
respete la hoja de datos de seguridad para proteger la piel y las vías respiratorias
. Evite añadir enzimas cuando la temperatura o el pH las inactiven rápidamente
. Conserve las muestras de los lotes y los COA para garantizar la trazabilidad y las auditorías de los clientes Verifique
el rendimiento de las enzimas periódicamente mediante pruebas de acrilamida del producto terminado
embalaje puede incluir bolsas, cartones, bidones, cubos, botellas, bidones o recipientes con temperatura controlada sellados, según si el grado es en polvo, gránulo o líquido. Las enzimas pueden tener una vida útil más corta que la de muchos aditivos básicos, por lo que los compradores deben comprobar el tiempo de caducidad restante antes del envío y confirmar
si se recomienda el transporte en cadena de frío.Lista de verificación de especificaciones para compradores
Lasespecificaciones profesionales deben describir la preparación enzimática con suficiente claridad para garantizar la seguridad alimentaria, la validación de los procesos, la comparación de compras y la revisión reglamentaria. Dado que las unidades de actividad enzimática no siempre son directamente intercambiables entre los proveedores, los compradores deben comparar tanto la actividad declarada como la definición del análisis de actividad del proveedor
.Actividad enzimática declarada y definición unitaria exacta
Método de ensayo de actividad, sustrato, pH, temperatura y condiciones analíticas
Organismo fuente y cepa de producción, por ejemplo, la cepa AGN de Aspergillus niger modificada genéticamente de DSM Food Specialties, las modificaciones genéticas no plantean problemas de seguridad, libre de células viables y ADN, destinado a prevenir la formación de acrilamida
Método de producción, incluida la fermentación y el procesamiento posterior
Portador, diluyente, estabilizador, conservante o componentes de la formulación
Forma física, apariencia, color, olor, tamaño de partícula o viscosidad
Rango de pH recomendado, pH óptimo e rango de pH de aplicación práctica
Rango de temperatura recomendado, temperatura y condiciones de inactivación óptimas
Guía de dosificación por tipo de aplicación e rango de reducción de acrilamida esperado: p. ej., 61% a 150 U/kg, 78% a 300 U/kg
Especificaciones microbiológicas, metales pesados, alérgenos, OGM, halal, kosher, vegano
Vida útil, temperatura de almacenamiento, formato de envasado y trazabilidad de los lotes
Estado reglamentario y de ayuda al procesamiento
Laregulación de las enzimas alimentarias es específica del mercado. La asparaginasa puede considerarse un coadyuvante de procesamiento en algunas solicitudes y jurisdicciones, pero los requisitos de clasificación, autorización, etiquetado y documentación dependen del mercado de destino, el organismo de origen, el método de producción, los ingredientes portadores, las expectativas de enzimas residuales y la categoría de alimento. Los fabricantes deben verificar tanto las normas de producción locales como las normas de destino de las exportaciones antes de su uso comercial
. EE.UU.: GRAS — ayuda de procesamiento — no se requiere declaración en la etiqueta si la enzima está inactivada y no tiene función técnica en el alimento final
UE: enzima alimentaria: evaluación de la seguridad de la enzima alimentaria asparaginasa de la cepa AGN de Aspergillus niger modificada genéticamente — aprobada — debe incluirse en la lista de enzimas alimentarias de la Unión
Etiquetado: en las regiones en las que la mitigación de la acrilamida se espera específicamente o se compara para ciertas categorías de alimentos, la asparaginasa puede formar parte de una estrategia de control más amplia en conjunto con selección de materias primas, control de almacenamiento, escaldado, remojo, reformulación de recetas, gestión del azúcar, control del tiempo y temperatura y monitoreo del producto terminado
Mejores prácticas de diseño de ensayos
Establezca el nivel de acrilamida de referencia a partir del proceso actual. Documente el lote de materia prima, la receta y la reducción del nivel de azúcar y el nivel de asparagina, cuando esté disponible. Realice al menos una dosis de control sin tratar y varias dosis de enzimas. Mantenga la mezcla, el tiempo de retención, la temperatura y el pH consistentes. Utilice un método de análisis de acrilamida validado o un laboratorio externo acreditado. Compruebe la calidad sensorial y física junto con la reducción de la acrilamida. Repita los ensayos en las distintas temporadas de materias primas si la variación entre la papa, los cereales o los cereales es significativa. Documente la dosis final validada, el punto de proceso y el tiempo de contacto para los procedimientos operativos estándar de producción
.Ciertos pasos de procesamiento pueden reducir eficazmente los niveles de acrilamida. Pasos clave: Tratamiento previo con asparaginasa: la enzima ataca y descompone la asparagina, un aminoácido que es el principal precursor de la formación de acrilamida durante la cocción. Eliminar la asparagina antes
del procesamiento reduce significativamente la posibilidad de síntesis de acrilamida.Enlaces a fuentes de trabajo:
Mitigación de la acrilamida en alimentos a base de cereales: revisión exhaustiva de los tratamientos enzimáticos: la asparaginasa convierte el grupo amida en ácido aspártico y amoniaco, lo que reduce sustancialmente la formación — https://link.springer.com Reducir la concentración de acrilamida en el pan casero procesado con L-asparaginasa (150 y 300 U/kg de harina): reducción del 78% —
https://iris.unina.itAsparaginasa | Enzima alimentaria para mitigar la acrilamida | Aditivos alimentarios mundiales — Identidad del producto CAS 9015-68-3 EC 3.5.1.1 L-asparagina + H2O → Ácido L-aspártico + NH3 — Apto para galletas, pan, cereales y patatas fritas — https://foodgradeadditives.com
Evaluación de la seguridad de la enzima alimentaria asparaginasa de la cepa Aspergillus niger modificada genéticamente AGN: destinado a prevenir la formación de acrilamida
— https://efsa.onlinelibrary.wiley.comBenzoic Acid (E210) CAS: 65-85-0
