Modificación de proteínas mediante plasma atmosférico frío para la mejora de su calidad

Revisión sobre parámetros y condiciones para la modificación de proteínas con plasma frío de alto voltaje. Impacto en las propiedades tecnofuncionales, la digestibilidad y la alergenicidad de las proteínas   Con el aumento constante de la demanda de proteínas a nivel mundial, es conveniente desarrollar una estrategia para utilizarlas eficazmente. En concreto, las de origen vegetal que se han asociado con baja digestibilidad, propiedades tecnofuncionales deficientes y alergenicidad inherente. Se han desarrollado varios enfoques de modificación térmica para superar estas limitaciones y mostraron excelentes resultados. Sin embargo, el excesivo despliegue de la proteína, la agregación de proteínas desplegadas y el entrecruzamiento irregular de proteínas han limitado su aplicación. Además, consumidores demandan productos naturales sin aditivos químicos. Esto ha creado un cuello de botella para la modificación de proteínas inducida por químicos. Por lo tanto, las investigaciones se centran en la aplicación de tecnologías no térmicas para la modificación de proteínas. Este es el caso del plasma frío de alto voltaje, el ultrasonido, la proteína de alta presión, etc. Las propiedades tecnofuncionales, la alergenicidad y la digestibilidad de las proteínas están muy influenciadas por el tratamiento aplicado y sus parámetros de proceso. Sin embargo, la aplicación de estas tecnologías, particularmente el plasma frío de alto voltaje, aún se encuentra en su etapa primaria. Además, el mecanismo de modificación de proteínas inducido por plasma frío de alto voltaje no se ha explicado completamente. Por lo tanto, esta revisión recopila información reciente sobre los parámetros y condiciones del proceso para modificar proteínas mediante plasma frío de alto voltaje. Además, se valora su impacto en las propiedades tecnofuncionales, la digestibilidad y la alergenicidad de las proteínas. El párrafo anterior es el resumen del trabajo de Oladipupo Odunayo Olatunde, al que se accede más abajo.  

1. Introducción

Sin duda, se espera que la demanda de proteínas a nivel mundial aumente con el aumento de la población humana (Henchion et al., 2017). Factores que incluyen cambios socioeconómicos y el reconocimiento del papel de la proteína en el envejecimiento saludable y la dieta juegan un papel importante en la creciente demanda de proteínas (Henchion et al., 2017; Hewage et al., 2022; Popkin et al., 2012) . Aunque las fuentes actuales de proteínas incluyen proteínas de origen animal y vegetal, las proteínas de origen animal, como la carne, las aves, los productos lácteos, el pescado y los huevos, se consideran proteínas nutricionalmente completas. Por el contrario, las de origen vegetal extraídas de frutas, vegetales, granos, nueces y semillas, carecen de uno o más aminoácidos esenciales. Por lo tanto, es imperativo obtener otras fuentes de proteínas sostenibles o adoptar métodos y tecnologías para mejorar los ingredientes de proteínas para satisfacer las demandas futuras. En los alimentos, la proteína es un biopolímero esencial cuyas diversas propiedades funcionales influyen en su comportamiento en la formulación de alimentos durante el procesamiento, almacenamiento, cocción y consumo (Kinsella, 1979), contribuyendo así a la amplia aplicación de proteínas en la industria alimentaria (Akharume et al., 2021). La versatilidad de las proteínas está incrustada en su naturaleza anfipática (*), lo que les permite actuar como un agente tensioactivo para la interacción con otros componentes de los alimentos y el aire (Akharume et al., 2021; O'Sullivan et al., 2016; Popkin et al., 2012). Independientemente de la fuente de proteína, la solubilidad, la viscosidad, la capacidad de formación de espuma, la capacidad de emulsificación, la gelificación, la capacidad de retención de agua (WHC) y la capacidad de retención de aceite (OHC) son algunas de las propiedades tecnofuncionales de proteínas más críticas de suma importancia en la industria alimentaria (Bandara et al., 2018; Hadnađev et al., 2017; Nadeeshani et al., 2022). Además, la digestibilidad y la bioaccesibilidad de las proteínas dietéticas son otros factores que influyen en la aplicación de proteínas en la industria alimentaria. Estos factores dependen de parámetros extrínsecos e intrínsecos, incluidos los métodos de extracción de proteínas, la fuente de proteínas, la composición y secuencias de aminoácidos, el peso molecular, la pureza, etc. Por lo tanto, la modificación de proteínas ha sido un enfoque para satisfacer la demanda mundial de proteínas y también revoluciona la aplicación de proteínas en la industria alimentaria a través de la mejora de la digestibilidad y las propiedades tecnofuncionales, así como la reducción de la alergenicidad inherente. La modificación de proteínas se ha convertido en un aspecto esencial de la química de proteínas para mejorar la calidad de las proteínas, tanto las propiedades nutricionales como las tecnofuncionales. Estas modificaciones pueden ser térmicas o no térmicas (Nasrabadi et al., 2021). El principal mecanismo de modificación térmica de las proteinas es la pérdida de la conformación nativa asociada con la ruptura de fuerzas intramoleculares débiles, incluida la interacción no polar, varios tipos de interacción electrostática y enlaces disulfuro mediados por la energía cinética proporcionada a los polipéptidos cuando se someten a tratamiento térmico (Davis & Williams, 1998; Yu et al., 2017). Los inconvenientes de este método de modificación de proteínas son el despliegue excesivo de la proteína, la agregación de proteínas desplegadas y el entrecruzamiento irregular de proteínas, que conduce a la pérdida de propiedades tecnofuncionales. Para evitarlos la industria y la academia han desarrollado métodos de modificación no térmica para mejorar la calidad de las proteínas y su y funcionalidad. La modificación química de proteínas es el método de modificación no térmica más común con resultados prometedores. Esta modificación aprovecha las numerosas cadenas laterales reactivas contenidas en la estructura primaria de la proteína (Lodish et al., 2000), que están disponibles para la interacción. Algunas modificaciones químicas comunes de proteínas incluyen acilación, metilación, fosforilación, sulfatación, farnesilación, ubiquitinación, glicosilación, etc. (Akharume et al., 2021; Boutureira & Bernardes, 2015). Sin embargo, la demanda de los consumidores de productos naturales sin aditivos ni modificaciones químicas y la popularización de productos de etiqueta limpia constituye un desafío para el futuro de la modificación química de proteínas. Además, la contaminación ambiental, la dificultad para reciclar y los altos costos de producción son otros inconvenientes potenciales de este método. Por lo tanto, se requiere con urgencia el desarrollo de métodos y tecnologías de modificación de proteínas en el espacio de la química verde. Recientemente, la atención se ha desplazado hacia la aplicación de nuevas técnicas de procesamiento no térmico para modificar las proteínas de los alimentos. Por ejemplo, se utilizó plasma atmosférico frío de alto voltaje (HV-CAP, high-voltage cold atmospheric plasma) para modificar la proteína miofibrilar de pescado (Olatunde et al., 2021b). De manera similar, las proteínas relacionadas con el proteoma y el sabor del tocino no ahumado se modificaron con ultrasonido (Zhang et al., 2022a). Los guisantes, el arroz y el gluten se modificaron con campos eléctricos pulsados de intensidad moderada (PEF; Melchior et al., 2020). Además, Hall y Moraru (2022) demostraron la eficacia del procesamiento a alta presión para modificar la estructura de la proteína de guisante y la digestibilidad in vitro. Estas tecnologías verdes inducen cambios en las estructuras secundarias y terciarias de las proteínas, lo que lleva a la agregación y el entrecruzamiento de las proteínas. Dependiendo del tratamiento aplicado y sus parámetros de proceso, las propiedades tecnofuncionales de la proteína, especialmente la hidrofobicidad, la solubilidad, la emulsión y las propiedades espumantes, se han visto muy influenciadas. Aunque estas tecnologías no térmicas han sido muy efectivas en la modificación de proteínas, la aplicación de HV-CAP aún está en pañales. Además, la información sobre la aplicación de HV-CAP para la modificación de proteínas es mínima, principalmente proteínas de origen vegetal, para las cuales la demanda ha estado en el horizonte. En comparación con otras tecnologías de procesamiento no térmico, HV-CAP es una tecnología novedosa y recae en la categoría de procesamiento verde, respeto al medio ambiente, bajo costo de instalación e implementación y sostenibilidad. Esta tecnología podría ser un enfoque no térmico innovador para revolucionar la aplicación de proteínas en la industria alimentaria mediante una digestibilidad mejorada y propiedades tecnofuncionales, así como una alergenicidad inherente reducida. Además, se espera que esta modificación y la mejora de las propiedades de las proteínas ayuden a desarrollar ingredientes a partir de fuentes infrautilizadas. Por lo tanto, esta revisión recopila la información más reciente sobre los parámetros de proceso para la modificación de proteínas por HV-CAP y su impacto en la calidad de las proteínas, las propiedades tecnofuncionales, la digestibilidad y la alergenicidad.  

Temas tratados

2. Tecnología y mecanismos de HV-CAP en modificaciones de proteínas

• Tecnología HV-CAP
• Sistemas HV-CAP
• Mecanismo de HV-CAP en modificaciones de proteínas

3. HV-CAP para modificación de proteínas

• Impacto de HV-CAP en la reducción de la alergenicidad de proteínas
• Efecto de HV-CAP en la mejora de las propiedades tecnofuncionales de las proteínas
  • Solubilidad de proteínas
  • Propiedades reológicas, capacidad de retención de agua y aceite y viscosidad
  • Propiedades interfaciales (propiedades de emulsión y formación de espuma)
  • Gelificación
  • Capacidad de formación de película
• Estabilidad térmica
• Efecto de HV-CAP en la mejora de la digestibilidad de las proteínas y las cualidades nutricionales

4. Conclusión y perspectivas futuras de HV-CAP en la modificación de proteínas   La figura es la imagen 2 del artículo original. Mecanismo de oxidación de proteínas inducido por especies reactivas producidas por plasma atmosférico frío de alto voltaje (HV-CAP) (*) Se aplica a un compuesto de moléculas que tienen un grupo soluble en agua enlazado con una cadena de hidrocarbono insoluble en agua  

Fuente

Oladipupo Odunayo Olatunde, Anuruddika Hewage, Thilini Dissanayake, Rotimi E. Aluko, Asli Can Karaca, Nan Shang, Nandika Bandara. (2023). Cold atmospheric plasma-induced protein modification: Novel nonthermal processing technology to improve protein quality, functionality, and allergenicity reduction. Comprehensive Review in Food Science and Food Safety https://ift.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1541-4337.13144?af=R&utm_medium=email&utm_source=rasa_io&utm_campaign=newsletter https://doi.org/10.1111/1541-4337.13144