La hidrólisis de la lactosa en
glucosa y galactosa es interesante desde tres puntos de
vista:
₪ En primer lugar, un porcentaje
significativo de la población mundial (75% de la población negra, 90% de los orientales
e indígenas americanos, menos del 20% de la población caucásica originaria del
noroeste de Europa y gran parte de la población infectada con el virus del SIDA) es
intolerante a la lactosa, por lo que no puede beber leche sin sufrir diarreas y problemas
gastrointestinales (Barnes, 1994; Walker y Smith, 1988; Lloyd-Still, 1979; Greene y
Ghishan, 1982). Esta intolerancia tiene consecuencias muy importantes para la salud, puesto
que puede conducir a la mal nutrición en aquellas personas afectadas que deben suspender
la ingesta de leche y en consecuencia la ingesta de importantes nutrientes.
₪ En
segundo
lugar,
la
lactosa es
un azúcar relativamente insoluble (aproximadamente 10 veces menos
soluble que la sacarosa) y origina muchos
problemas al cristalizar
durante el almacenamiento, particularmente si está concentrado,
por
lo que no se utiliza como edulcorante (Hobman, 1984). Con la lactosa
no se pueden
obtener jarabes espesos ni confituras estables a la
temperatura ordinaria. Las soluciones
concentradas de lactosa quedan
en estado de sobresaturación durante la refrigeración. A
25 °C,
la solubilidad límite de la lactosa es de 22 g por 100 ml de agua.
₪ En tercer lugar, la producción de
quesos deja como subproducto al suero, que
contiene concentraciones
relativamente altas de lactosa. De esta forma, anualmente se
generan
grandes cantidades de suero, lo que implica graves problemas para su
eliminación como así también la pérdida de hidratos de carbono.
La problemática es tal que verter un litro de suero supone la muerte
por asfixia
de todos los peces contenidos en 10 toneladas de agua.
Debido a la legislación vigente que prohibe el volcado de efluentes
de alta carga
orgánica sin tratamiento previo a los cursos de agua,
inicialmente parte del suero se
suministraba a los animales en
granjas en reemplazo del agua y parte se arrojaba sobre
el campo
pero se ocasionaron problemas tales como trastornos digestivos, dado
la falta
de hábito de los animales para consumir un producto con
elevado contenido de lactosa o
problemas tales como contaminación
ambiental, ya que con la formación de charcos se
produce mal olor y
presencia de insectos, o se puede elevar la acidez del suelo.
Surge
así la necesidad de implementar metodologías de tratamiento del
suero como
efluente o deshidratarlo para usos posteriores, pero los
costos de instalación y los
demandados para eliminar grandes
volúmenes de agua hacen también difícil esta
operación. Sumado a
ello, los grandes volúmenes de suero producidos superan la
capacidad ociosa de las plantas de secado, y por lo tanto el suero
actualmente es
directamente eliminado como efluente.
La lactosa se puede hidrolizar
mediante ácidos fuertes, resinas de intercambio
iónico o por enzimas, siendo
este último método el que asegura un proceso de hidrólisis
sin afectar los otros componentes
presentes en la leche. La enzima utilizada para dicha
hidrólisis se denomina β-Galactosidasa
o más comúnmente lactasa (Wingard y otros,
1980; Yang y Tang, 1988).
El uso de enzimas para la hidrólisis
de la lactosa:
Las principales fuentes comerciales de
la enzima β-Galactosidasa son los
microorganismos: Kluyveromyces
lactis, Kluyveromyces fragilis, Aspergillus niger,
Aspergillus
oryzae y Escherichia coli. Las preparaciones de lactasa pura se
obtienen a
partir
de
Escherichia
coli,
Candida
pseudotropicalis,
Zymomonas
mobilis,
Sacharomyces anemesis,
Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces fragilis, Kluyveromyces
marxianus y hongos.
Las lactasas obtenidas de Escherichia
coli, Candida
pseudotropicalis y Zymomonas mobilis se utilizan
mayoritariamente en química
analítica. Entre las lactasas
obtenidas de Kluyveromyces, la lactasa de la levadura de la
leche
Kluyveromyces lactis es por el momento la más utilizada a escala
comercial. Las
condiciones óptimas de acción de las lactasas de
Kluyveromyces (35-40 °C, pH 6,6-7,3)
son similares a las
condiciones de la leche, por lo que son muy útiles en el
tratamiento de ésta y de sueros no ácidos
(Mahoney y Adamchuk, 1980).
La segunda preparación de lactasa más
conocida consiste en una lactasa fúngica
derivada del Aspergillus
niger, cuyas condiciones óptimas de trabajo son de
aproximadamente
50 °C y pH de 3,5-4,5. La aplicación de esta lactasa está limitada
al
suero ácido. La enzima procedente de ambas fuentes es inhibida
por el producto de la
hidrólisis, la galactosa, de forma que es muy
difícil conseguir la hidrólisis completa de
la lactosa (Wiseman,
1991).
Bajo
ciertas condiciones, la
β-Galactosidasa
cataliza
la formación de oligosacáridos,
llegando en algunos casos hasta el 40% del contenido total de azúcar
en
la solución, dependiendo de la fuente de la enzima y las
condiciones de reacción, efecto
que es necesario disminuir para
aprovechar al máximo el poder edulcorante del
producto resultante.
La actividad y la estabilidad de la
enzima libre pueden modificarse con el agregado
de ciertos cationes
en determinadas concentraciones (Rickenberg, 1959; Becker y
Evans,
1969; Mahoney y Whitaker, 1977). Se determinó, en particular, que
los iones K+ poseen un efecto positivo sobre la actividad
de la enzima, mientras que elevadas
concentraciones de iones Ca2+
disminuyen la actividad de la enzima, variando la
intensidad de su
incidencia con el origen de la enzima y las condiciones de trabajo.
Las lactasas se aplican en diversos
campos (Richmond y Gray, 1981; Patocka y
Jelen, 1988):
*Leches sin lactosa para regímenes
especiales, principalmente de niños.
*Leches destinadas a la elaboración de
quesos y yogures.
*Producción de edulcorantes y jarabes
de suero hidrolizado soluble y/o lactosa.
*Productos concentrados, como leches
condensadas, dulce de leche y helados
elaborados con lactosa, para evitar la
textura arenosa.
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