Este documento describe las enzimas producidas por microorganismos y sus aplicaciones industriales. 1) Las enzimas microbianas como amilasas, proteasas y pectinasas se usan ampliamente en industrias como la panadería, alimentos, bebidas y detergentes. 2) Las bacterias como Bacillus licheniformis producen proteasas para detergentes biológicos que eliminan manchas. 3) Las enzimas se cultivan a gran escala usando biorreactores y se usan en procesos como la fabricación de cerveza,

1. Enzimas y Proteínas de Interés Industrial

2. Casitodaslasreaccionesencélulasvivas
soncatalizadasy controladaspor
enzimas.
3.000descritas
10.000enlanaturaleza
Pocaso 1.000o 100.00
Catalizadoresbiológicos,convirtiendo
sustanciasenotrosproductossinsufrir
cambioalguno.
Enzimas

3. Descubrimientode enzimasdigestivassigloXIX.
Desarrollode métodosparaobtenciónde
enzimasdematanzade animales.
Pepsinadelforrode estómagode cerdosy
ganado,delcuajodelestómagode becerros.
Cóctelesde enzimascontripsina,quimiotripsina,
lipasasy amilasasdelpáncreasde cerdo.
animales, plantas y microorganismos como fuentes de
enzimas

4. Plantasfuentespotencialesde enzimasa escalaindustrial.
Granos,remojary germinar,se conviertenenmaltaquecontiene
amilasasy proteasasusadasenlaproducciónde cervezay la
destilacióndebebidasalcohólicas.
SigloXIX, métodossimplesparaobtenciónde grandescantidades
de proteasasde la saviadeplantastropicales.
animales, plantas y microorganismos como fuentes de
enzimas

5. animales, plantas y microorganismos como fuentes de
enzimas
Ablandadores de carne, digestión y limpiezade lentes de
contacto.
Papainay quimiopapainadel árbol de la papaya.
Ficinade higueras.
Bromelainadel tallode la plantade la piña.

6. animales, plantas y microorganismos como fuentes de
enzimas
En Europaesdifícilobtenerenzimasde plantas.
Suministroy concentraciónde lasenzimasvaríaconlasestacionesdel
año.
Requerimientodegrandescantidadesdeplantascomomaterial.
Procesamientode grandescantidadesde plantasesuntrabajomuy
duro.

7. Fácilmanejo
Altorendimiento
Estabilidad
animales, plantas y microorganismos como fuentes de
enzimas
X X

8. Producción de grandes cantidadesa bajo coste
Microorganismos como fuentes de enzimas
No afectadapor las estacionesdel año
Uso de mutantesy procesos de selección que aumentan la
producción
Producción de enzimashechas a medida a través de
ingeniería genética y diseñode proteínas

9. Microorganismos como fuentes de enzimas
Enzimas hidrolíticas simples como:
proteasas, amilasas, pectinasas
Degradan polímeros naturales comoproteínas,
almidones o pectina
Enzimas extracelulares
Fácilextracción
Bajo coste
Poco específicas

10. Jokichi Takamine
1894
Microorganismos como fuentes de enzimas
Enzimatakadiastasa
A partir de hongos
Nutrientesy mineralesal almidónde trigo.
Inoculación conesporasde Aspergillusorizae.
Almacenamiento.
Lavar con solución de sal.
Extracciónde enzimas,amilasay proteasas,secretadasporlas
célulasfúngicas.

11. Enzimas Microbianas y sus aplicaciones
Enzima Fuente Aplicación industrial Industria
Amilasa Hongos Pan Panadera
Bacterias Revestimientos amiláceos Papelera
Hongos Fabricación de jarabe y glucosa Alimentaria
Bacterias Almidonado en frío de la ropa Almidón
Hongos Ayuda digestiva Farmacéutica
Bacterias Eliminación de revestimientos Textil
Bacterias Eliminación de manchas; detergentes Lavandería
Proteasa Hongos Pan Panadera
Bacterias Eliminación de manchas Limpieza en seco
Bacterias Ablandador de la carne Cárnica
Bacterias Limpieza de las heridas Medicina
Bacterias Eliminación de revestimientos Textil
Bacterias Detergente doméstico Lavandería
Invertasa Levadura Relleno de caramelos Confitería
Glucosa Oxidasa Hongos Eliminación de glucosa y oxígeno,
papeles para pruebas de la diabetes
Alimentaria
Farmacéutica
Glucosa Isomerasa Bacterias Jarabe de cereales rico en glucosa Bebidas refrescantes
Pectinasa Hongos Prensado, clarificación del vino Zumos de frutas
Renina Hongos Coagulación de la leche Quesera
Celulasa Bacterias Suavizante y abrillantador de tejidos; detergente Lavandería
Lipasa Hongos Degradar la grasa Lechería, lavandería
Lactasa Hongos Degradar la lactosa a glucosa y galactosa Lechería, alimentos
DNA polimerasa Bacterias; Archea Replicación del DNA por PCR Investigación biológica y forense

12. Aplicaciones de las Enzimas Microbianas
Enzima Fuente Aplicaciónindustrial Industria
Amilasa Hongos Pan Panadera
Bacterias Revestimientosamiláceos Papelera
Hongos Fabricacióndejarabey glucosa Alimentaria
Bacterias Almidonadoen fríodela ropa Almidón
Hongos Ayudadigestiva Farmacéutica
Bacterias Eliminaciónderevestimientos Textil
Bacterias Eliminacióndemanchas;detergentes Lavandería

13. Amilasas
Almidón
Compuestode almacenamientode energíaenplantas(maíz,
arroz,patata,trigo).
Fuentede nutriciónmuyimportanteenanimalesy humanos
(70-80%).
Amilasas
Degradacióndelpolisacáridoalmidón.
Últimos20 añoslasamilasashanreemplazadola hidrólisisácida.
a-amilasade Bacillusy glucoamilasadeAspergillus.
Sacarificacióngeneramuchadextrosa,degradaciónde almidónmáscorta,sintratamientoácido.

14. Amilasas
Producción de Cerveza
Reemplazode maltaporgranossingerminarde maízo arroz,
prácticamenteno contienenenzimas.
Seañadenenzimas,amilasas,glucanasasy proteasas,de hongosy
bacterias.
Almidóna azúcaresquesufrenfermentaciónalcohólicapor
levaduras.

15. Amilasas
Hornear pan
El usode enzimasenpanaderíase havueltopopular.
Lasamilasasaceleranladegradacióndelalmidón,y así
aumentaelcontenidode azúcarenlamasa,acelerando
elprocesode fermentación.
El volumendel panpreparadoconenzimasaumenta.

16. Amilasas
Desengomado
Desengomado.
Lasamilasaseliminanla gomaprotectorabasadaen
almidón,parahacerla mezclillaelástica.
Antesse hacíaconamilasasobtenidasde maltao de
páncreasde animales,perohoyendíase obtienende
bacterias.
Enzimasresistentesa altastemperaturasparaacelerar
elproceso.

17. Enzima Fuente Aplicaciónindustrial Industria
Proteasa Hongos Pan Panadera
Bacterias Eliminacióndemanchas Limpiezaen seco
Bacterias Ablandadordelacarne Cárnica
Bacterias Limpiezadelasheridas Medicina
Bacterias Eliminaciónderevestimientos Textil
Bacterias Detergentedoméstico Lavandería
Aplicaciones de las Enzimas Microbianas

18. Proteasas
Ablandan la carne
La papayacontiene altasconcentracionesde
las proteasaspapainay quimiopapaina.
Degradan el tejido conectivode la carne,
comoel colágenoy la elastina, haciéndolamás
tierna.

19. Proteasas
Ablandan la carne
Seusantoneladasde papainaenpolvocadaañoparaablandarla carneenmuchos
países.
Ficinadelárbolde higosy bromelainade la plantade piña.
Sefrotala carney se dejaa temperaturaambientevariashoras.

20. Proteasas
Hornear pan
El gluten se degradapor proteasasobtenidasde
hongos parahacer la masa más fácilde manejar y
aumentasu capacidad pararetener burbujas de
aire.
El gluten se une parcialmenteal aguay tiene
consistenciade gel.
Las proteasas degradan las proteínas pegajosas
(gluten) en la masa.

21. Proteasas
Suavizan el cuero
Lasproteasasde microorganismossonaltamenteefectivasenla
producciónde cuero.
Despuésde removerel peloy antesde curtir,el cuerodebeser
suavizadoporunprocesoconocidocomorendidoo purga.
Antiguamentese sumergíaenaguay estiércolfermentadode
perroo pájaro,quesonuncampode cultivoparalasbacteriasque
producenproteasassuavizantesdecuero.

22. Enzimas Microbianas y sus aplicaciones
Enzima Fuente Aplicaciónindustrial Industria
Invertasa Levadura Rellenodecaramelos Confitería
GlucosaOxidasa Hongos Eliminacióndeglucosay oxígeno,
papelesparapruebasdeladiabetes
Alimentaria
Farmacéutica
GlucosaIsomerasa Bacterias Jarabedecerealesricoen glucosa Bebidasrefrescantes
Pectinasa Hongos Prensado,clarificacióndelvino Zumosde frutas
Renina Hongos Coagulacióndela leche Quesera
Celulasa Bacterias Suavizantey abrillantadordetejidos;detergente Lavandería
Lipasa Hongos Degradarla grasa Lechería,lavandería
Lactasa Hongos Degradarla lactosaa glucosay galactosa Lechería,alimentos
DNApolimerasa Bacterias;
Archea
ReplicacióndelDNAporPCR Investigaciónbiológicay forense.

23. Pectinasas
Producción de zumo de frutas
Al prensarfrutay vegetalesparala obtenciónde jugo,laspectinas
de altopesomolecularreducenla producción.
Sepicala frutay se añadenpectinasasparadegradarlaspectinas
de largacadena.
Pectinasasprocedentesde cultivossumergidosde Aspergillusy
Rhizopus.
Sereducela viscosidaddelzumo,facilitandola filtracióny se
obtienemáscantidad.
Alimentaciónde bebés,laspectinasasmaceranlasfrutay los
vegetalesparahacerlosmássuavesy fácilesde comer.

24. Detergentes biológicos
La aplicación más importantede las enzimashidrolíticas
+ Lasmanchasquecontienenproteínassondifícilesde remover. Proteínas
no se disuelvenfácilmenteenagua.
+ A altastemperaturas,laproteínase cuajaenlasfibrastextilesy esmás
difícilde eliminar.
+ Polvo, hollíny materiaorgánicacomograsas, proteínas, carbohidratosy
pigmentos.Lasgrasasy lasproteínasactúancomopegamento.
+ Losdetergentessueltanla grasade la tela,lasproteínaspermanecenenel
material.

25. Detergentes biológicos
La aplicación más importantede las enzimashidrolíticas
Descubrimientode la subtilisinade Bacilluslincheniformis.
Producción a gran escalade detergentes biológicos 1960.
Enzimas pancreáticas pocoestables y muy caras.
Activabajocondiciones alcalinas.

26. Detergentes biológicos
La aplicación más importantede las enzimashidrolíticas
Pocaespecificidad.Omnívoros.
Proteasas1:50,actividadóptimaduranteelprocesode
lavado.
Detergentesbiológicosusadosampliamente,desde
mediados1960.
Degradanproteínaspegadasenaminoácidosy péptidos
de cadenacorta.
Lasproteínassondesprendidasde lasfibrastextilesy
eliminadas.

27. Detergentes biológicos
La aplicación más importantede las enzimashidrolíticas
Disuelvenmanchasvinotinto,pasto,fruta, caféy te, y
mezclasde manchasmáscomunes.
Laeliminaciónenzimáticade manchas:proteasas,lipasas
y amilasas.
Actividadóptima50-60ºC.No necesitahervir.
Heladode fruta, elyogurto lasalsade tomateno sólo
contienepigmento,tambiénproteínasy grasas.
Salsa,ketchupy comidaspreparadascontienenpigmento,
proteínas,grasasy almidón.

28. Detergentes biológicos
La aplicación más importantede las enzimashidrolíticas

29. Producción de enzimaspara detergentes
Lascélulasproductoras de enzimasse cultivan en biorreactorescon agitación
10-50litros
10.000-100.000litros
5-15%almidónpredegradado
2-3%harinade soja
2%proteína de leche o gelatina
fosfatoEsterilizacióncon vapor 20-30minutosa 121ºCEnfriamientoa temperaturade cultivo30-60ºC.pH neutroy cultivobien aireadoInoculación concultivopurode cepade BacilluslicheniformisLa bacteriausalas fuentesde nitrógeno disponibles10-20horas despuésse detecta en el mediola proteasasubtilisinaLascélulasse centrifugany el sobrenadantese concentra porultrafiltración
10-20horas
Secadopor spray.Partículasde 0.5-2mm

30. Proteasas y Amilasas
• Uso en detergentes: proteasas, amilasas,
lipasas, reductasas, etc.
• Bacillus licheniformis
• Detergentes: medios alcalófilos pH 9-10
• Amilasas y glucoamilasas en industria
alimentaria. Jarabe de cereales rico en fructosa
– Reacción de clarificación: a-amilasa (almidón acortado)
– Sacarificación: glucoamilasa (genera glucosa)
– Isomerización: glucosa isomerasa (glucosa en fructosa)

32. A)Temperatura
- Psicrófilos
- Mesófilos
- Termófilo
- Hipertermófilos
B) Acidez y alcalinidad
– Acidófilos
– Alcalófilos
C) Disponibilidad de agua
- Sal: Halófilosy Halófilos extremos
- Azúcar: Osmófilos
- Secos: Xerófilos
Extremoenzimas

34. Efecto de la temperatura sobre la velocidad de crecimiento y las consecuencias
moleculares para las células

35. Relación de la temperatura y velocidad de
crecimiento

36. Microorganismos termófilos e hipertermófilos

37. Crecimiento de una cianobacteria termófila en
un arroyo caliente en el parque nacional de
Yellowstone

38. Microorganismos del mar de hielo antártico
Núcleo de agua de mar
permanentemente congelada.
La coloración densa es debida a
microorganismos
Microfotografía de contraste d fases de
microorganismos fototróficos de la
muestra anterior.
(Diatomeas o algas verdes)

39. Alga de la
nieve
Chlamydomonas nivales

40. Microorganismos
Acidófilos y Alcalófilos

41. Microorganismos y Actividaddel Agua

42. Microorganismos
y Actividad del Agua

43. • Halófilos:crecen en altasconcentraciones de sal
– Discretos: 1-6%NaCl
– Moderados: 6-15%NaCl
– Extremos: 15-30%NaCl
• Osmófilos:crecen en altasconcentraciones de azúcar
• Xerófilos: crecenen ambientes muy secos
Microorganismos
y Actividad del Agua