EFECTO DEL PRETRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO SOBRE LA HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DE QUERATINA DE PLUMAS

Abstract

Las plumas son un subproducto de la industria avícola representando hasta un 10% del peso total del ave. Está compuesta entre un 75% y un 90% de queratina provocando que sea una atractiva fuente de proteínas. Hoy en día con las plumas se elabora una harina de plumas, pero es deficiente nutricionalmente hablando. La queratina de las plumas son insolubles en agua, poseen baja bio-digestibilidad, son recalcitrantes y poseen una estructura bastante estable. Una forma de mejorar la bio-digestibilidad de las proteína es por medio de una hidrólisis que puede ser química, que es agresiva, no se puede controlar y resta valor nutricional, o enzimática. Al ser altamente recalcitrante, la queratina debe ser pretratada para denaturar la proteína y así incrementar la susceptibilidad a la hidrólisis mediante proteasas.La metodología de esta investigación consistió en estudiar el efecto que producen los pretratamientos térmicos y químicos realizados a las plumas sobre la hidrólisis enzimática de la queratina. Se espera que el pretratamiento aumente la susceptibilidad de la proteína a ser hidrolizada por la proteasa comercial que corresponde a la subtilisina. Para esto se utilizaron un pretratamiento térmico, mientras que los pretratamientos físico-químicos fueron hechos con NaOH con concentraciones entre 0,001 y 0,100 N y con Na2SO3 entre 0,01 y 1,0 % (m/v) en conjunto con el tratamiento térmico (donde se cuantificaron los grupos alfa-amino liberados los que se compararon con un control). Luego de cada pretratamiento se procedió con la hidrólisis enzimática (concentración de enzima de 9,88 mUA/g de mezcla, 3,40% (m/m) de pluma, 50 °C y pH 8.0), donde se determinaron las curvas de conversión, el grado de hidrólisis (DH) al cabo de 2 horas de reacción y sus constantes cinéticas las que se obtuvieron mediante un primer nivel de modelamiento de la reacción de hidrólisis. Con los resultados se escogió el pretratamiento más efectivo. Finalmente para estudiar el efecto de las condiciones de operación de la hidrólisis enzimática sobre las constantes cinéticas se propone un diseño de experimentos. Con este diseño se pudo realizar un segundo nivel de modelado donde se pudo estudiar el comportamiento de las constantes cinéticas en función de las condiciones de operación utilizando una ecuación polinómica, basándose en la metodología de superficie de respuesta (RSM).Los resultados indican que la solubilización de queratina en agua es insignificante sin un pretratamiento, además luego de la hidrólisis enzimática se alcanzó un DH de 4,0 % para el control. El tratamiento térmico no genera una hidrólisis de la queratina durante el pretratamiento si no se acopla a un tratamiento químico y en la hidrolisis enzimática rindió un 12,4% de DH. El NaOH genera hidrólisis química parcial de la queratina, siendo mayor al usar una solución de NaOH más concentrado. Los DH alcanzados luego de la hidrólisis enzimática para los pretratamientos con NaOH con mayor y menor concentración son de 3,87 % y 12,23 % respectivamente, siendo el pretratamiento con una concentración de 0,005 N el que obtuvo un mayor rendimiento llegando a un 13,4% de DH. Para las tres concentraciones más pequeñas del tratamiento con Na2SO3, no existen diferencias significativas en la concentración del producto obtenido, además con la concentración 0.20 % y 1.0 % (m/v) se obtiene 16,9 % y 11,7 % de DH respectivamente en la hidrólisis enzimática. Luego para el diseño CCC, se usa siempre el mismo pretratamiento y se modificaron las condiciones de operación, donde se alcanzó un 18,4 % de DH en la hidrólisis enzimática a 55 [°C] y 16 [mAU/g] durante dos horas.Se concluyó que la utilización de un pretratamiento físico-química permitió aumentar la susceptibilidad de la queratina de pluma a la acción de la proteasa durante la hidrólisis enzimática, aumentando el grado de hidrólisis de la reacción de un 4,0 %; hasta un 18,4 %. Esto permite proponer este proceso como una alternativa a la harina de pluma, generando un producto con una mayor bio-digestibilidad y valor nutricional, además de poseer una posible funcionalidad.