Nuevas Fuentes Proteicas El aumento de la poblacin

Nuevas Fuentes Proteicas El aumento de la población mundial, conjuntamente con el aumento de animales generan una demanda creciente de proteínas. Es evidente que la producción mundial de proteínas debe aumentar, es importante considerar las posibilidades que ofrece la química y tecnología moderna para nuevas fuentes proteicas y mejor aprovechamiento de las existentes

Producción anual mundial, rendimiento anual por ha y costo de las principales proteínas alimenticias Grano de cereal Granos de oleaginosa Grano de leguminosa Legumbres, raíces y tubérculos Forraje: alfalfa Carne Pescado Leche y productos lácteos Huevo Producción (106 T prot/año) 140 40 8, 6 8, 3 - 18 13 15 3 Rendimient (kg prot/Ha, año) 200 a 700 500 a 1200 a 1000 - 1800 a 3000 50 a 200 - 50 a 400 - Costo (por kg de prot) 10 11 11 200 4 350 200 110 140 El rendimiento por hectárea en proteínas animales es bajo, porque se precisan de 3 a 20 kg de proteína vegetal para producir 1 kg de proteína animal y además este rendimiento varía según la especie animal. Un descenso de la producción animal, motivará un aumento del consumo directo de proteínas vegetales.

Los cereales representan un importante aporte proteico y energético de la nutrición humana y animal y los intentos para aumentar la producción de cereales consiguieron éxitos considerables. Así la selección genética y la mejora de las práctica agrícolas v. Permitieron aumentar los rendimientos de cereales y los contenidos en proteínas y lisina en los granos de trigo, maíz y arroz. v. Por el cruce del trigo y la cebada, surgió el tricereal, un nuevo tipo de cereales que da más proteínas por Ha que las mejores variedades de trigo. vinvestigaciones recientes tratan de seleccionar las variedades de cereales que puedan dar rendimientos razonables, sin la necesidad de riego o empleo de abonos. Esta “revolución verde” aumentó grandemente la producción de cereales de los países en vías de desarrollo.

vla selección de nuevas razas, vinseminación artificial, vmejor control de enfermedades vmejores prácticas de alimentación. vnuevas técnicas biológicas: (producción de hormonas de crecimiento, transferencia de embriones, sincronización de nacimientos, producción de gemelos, aumento de la talla de animales por manipulación genética). La pesca de especies oceánicas antes no explotadas (krill, por ej. ), nuevas técnicas de pesca (localización electrónica, atracción química o por luz, etc. ), también aumentan la disponibilidad de proteínas animales más baratas. La producción de proteínas animales (leche, carne, huevos) se benefició de: Además, la moderna tecnología alimenticia, contribuye a un mejor aprovechamiento de las proteínas mediante procedimientos tales como el deshuesado mecánico, que recupera mejor la carne de los ovinos, aves o pescado. Igual ocurre con la ultrafiltración para recuperar las proteínas del lactosuero o las modificaciones de los procesos de quesería para retener las proteínas del lactosuero de la cuajada.

Es técnicamente posible preparar harinas, concentrados y aislados proteicos, a partir de los distintos granos citados anteriormente, pero en la actualidad y por razones económicas tan sólo las semillas de soja constituyen industrialmente la fuente principal para estos productos. Se utilizan para el enriquecimiento proteico muchos alimentos, así como para reemplazar parcialmente (y a bajo precio) la carne en productos cárnicos y más frecuentemente, porque le dan a los alimentos a los que se incorporan mejores propiedades funcionales. Alimentos con soja Plantación y semillas de soja

EXTRACCION QUIMICA DE LAS PROTEINAS VEGETALES En la mayoría de las tortas o harinas, los procedimientos de concentración por vía húmeda eliminan gran parte de los factores antinutricionales o tóxicos de baja masa molar (gosipol, -galactósidos, aflatoxinas, etc. ), pero concentran los factores antinutricionales de naturaleza proteica (inhibidores de la tripsina, hemaglutininas). aflatoxina Por eso, se necesita inactivar estos compuestos por calor húmedo, pero teniendo en cuenta que este tratamiento altera las propiedades funcionales de los constituyentes proteicos mayoritarios, frecuentemente se aplica después que el concentrado proteico se haya incorporado al alimento (es decir, durante la cocción, el proceso de esterilización, etc. ). Gosipol: C 30 H 30 O 8 es un aldehído polifenolico que permeabiliza las células y actúa como un inhibidor para varias de las enzimas deshidrogenasas. Galactósido. glucósido que contiene galactosa, inhibidores de proteasas Las aflatoxinas son micotoxinas producidas por muchas especies del género de hongos Aspergillus, y del género Penicillium. Las aflatoxinas son tóxicas y carcinogénicas para animales, incluyendo humanos. Luego de la entrada al cuerpo, las aflatoxinas se metabolizan por el hígado con un reactivo intermedio, la aflatoxina M 1

En el cuadro, se indican los contenidos en nitrógeno y los rendimientos obtenidos de aislados proteicos de granos de leguminosas, preparados por vía húmeda. Variedades de frijol

En la preparación de concentrados proteicos de girasol, se necesita impedir la oxidación de los polifenoles en pigmentos, que se fijarán sobre la proteína. Se logra eliminando las cáscaras ricas en polifenoles y extrayendo el aceite de la semilla en condiciones suaves, tratando la harina desgrasada con una mezcla etanol-agua (50/50, v/v) para eliminar totalmente los polifenoles residuales. Constituyentes (%p/p) Harina desengrasada de girasol Concentrado proteico de girasol Proteína 58 67 Glúcidos solubles en etanol 10 0, 3 Cenizas 8, 2 0, 3 Polifenoles 4, 6 0, 2 Lípidos 2 2 El principal producto es el aceite de girasol, pero también se obtienen concentrados proteicos destinados fundamentalmente a la alimentación animal

Se debe resaltar que las hojas de las plantas, donde se produce la síntesis de proteína, son potencialmente una inagotable fuente de proteínas. Las partes verdes vegetativas de numerosas gramíneas y leguminosas, (tal como las de cereales, caña de azúcar, soja, alfalfa, etc. ), contienen el 80% de agua y 2 a 4 % de proteínas. Cuando las hojas o hierbas frescas se cortan, trituran y prensan, dan un jugo verde que contiene un 10% de materia seca, 40 -60% de proteínas totales iniciales y casi ninguna fibra. El residuo fibroso, parcialmente deshidratado por prensado, es un excelente forraje para los rumiantes. Por otro lado el jugo contiene proteínas insolubles ligada a los cloroplastos y proteínas solubles. Con el fin de eliminar los factores de baja masa molar, que afectan adversamente al crecimiento, se prepara un coágulo proteico calentando el jugo a 90ºC. El precipitado una vez lavado y seco, contiene un 60% de proteínas, 10% de lípidos, 10% de sales minerales y diversos pigmentos y vitaminas (clorofilas, xantofilas, carotenos). Se utiliza comercialmente como alimento para aves, porque da una coloración amarilla a la piel, carne e incluso a la yema del huevo. Para niños que sufrían de Kwashiorkor (desnutrición maligna, causada por falta de proteínas) se ensayaron, con éxito, concentrados proteicos parecidos.

Atriplex lampa (zampa, sampa) es una especie de arbusto forrajero anual, perteneciente a la familia Amaranthaceae. Normalmente mide de 60 -160 cm; pero promedia 70 -80 cm de altura. Copa densa, tallo estriado, hojas pequeñas, angostas y de color grisáceas verdes, parecidas a lanzas. Flores muy pequeñas, verdosas. Es nativa de la Argentina, en las provincias de Córdoba, Mendoza, San Luis, Chubut. Su hábitat es sobre terrenos interiores salinos

Tesis Doctoral en Bioquímica: Separación, Concentración y Desalinización de proteínas procedentes de extractos vegetales de Atriplex lampa. Valor Nutricional. Dra. Silvia Fernández (UNSL, 2006). Director: Dr. A. Pérez Padilla. Co-Director: Dr. C. Menéndez

Esquema general del proceso de UF y Diafiltración discontínua

Evaluación de la calidad biológica

La quinua, quínoa o kinwa (Chenopodium quínoa) es un pseudocereal perteneciente a la familia de las amarantáceas. Es un cultivo que se produce en los Andes de Argentina, Bolivia, Chile, Colombia, Ecuador y del Perú además de los Estados Unidos, siendo Bolivia el primer productor mundial seguido del Perú y USA. Crece desde el nivel del mar en el Perú, hasta los 4000 msnm en los Andes, aunque su altura más común es a partir de los 2500 msnm Se le denomina pseudocereal porque no pertenece a la familia de las gramíneas en que están los cereales "tradicionales", pero debido a su alto contenido de almidón su uso es el de un cereal. La quinoa fue cultivada en los Andes bolivianos, peruanos y ecuatorianos desde hace unos 5000 años. Al igual que la papa, fue uno de los principales alimentos de los pueblos andinos preincaicos e incaicos. También fue usada como cosmético en la zona del altiplano

Granos de quínoa Alimentación: la quinoa es un alimento rico ya que posee los 10 aminoácidos esenciales para el humano, esto hace que sea un alimento muy completo y de fácil digestión. Tradicionalmente los granos de quinoa se tuestan y con ellos se produce harina. También pueden ser cocidos, añadidos a las sopas, usados como cereales, pastas e incluso se le fermenta para obtener cerveza o chicha, bebida tradicional de los Andes. Cuando se cuece toma un sabor similar a la nuez. La harina de quinoa es producida y comercializada en el Perú, Bolivia y Colombia sustituyendo muchas veces a la harina de trigo, enriqueciendo así sus derivados de panes, tortas y galletas. En la actualidad se está desarrollando su cultivo y consumo en el noroeste de Argentina y el norte de Chile Un problema para la masificación de la producción de quínoa es que posee una toxina denominada saponina y que le otorga un sabor amargo característico. Esta toxina suele sacarse a través de métodos mecánicos (pelado) y por lavado en abundante agua.

Nutrición La quinua posee un excepcional balance de proteínas, grasa, aceite y almidón, un alto grado de aminoácidos, entre los aminoácidos están la lisina (importante para el desarrollo del cerebro) y la arginina e histidina, básicos para el desarrollo humano durante la infancia. Igualmente es rica en metionina y cistina, en minerales como hierro, calcio y fósforo y vitaminas, mientras que es pobre en grasas, complementando de este modo a otros granos y/o legumbres. El promedio de proteínas en el grano es de 16%, pero puede contener hasta 23%. Esto es más del doble que cualquier otro cereal. El nivel de proteínas contenidas es muy cercano al porcentaje que dicta la FAO para la nutrición humana. La grasa contenida es de 4 a 9%, de los cuales la mitad contiene ácido linoleico, esencial para la dieta humana. En contenido nutricional de la hoja de quinua se compara a la espinaca. Los nutrientes concentrados de las hojas tienen un bajo índice de nitrato y oxalato, los cuales son considerados elementos perjudiciales en la nutrición.

Amaranto La kiwicha, quihuicha (quechua: kiwicha ) o amaranto (Amaranthus caudatus), es una planta amarantácea de rápido crecimiento, con hojas y tallos y flores morados, rojos y dorados Usos El amaranto, tiene una serie de aplicaciones análogas al de los cultivos básicos, principalmente del maíz, que van desde dulces artesanales, granola, harinas integrales, frituras, panificados, pastas; hasta productos más sofisticados como aceites comestibles, papillas para bebés, concentrados proteicos, barras energéticas, y alimentos nutracéuticos especiales para enfermos diabéticos o con cáncer. " Las galletas y panes adicionados con harina de amaranto son un alimento hipoalergénico para los que padecen intolerancia al gluten, y no pueden consumir panificados a base de harina de trigo. Sólo en Europa hay más de diez millones de personas con este padecimiento; dato que permite dimensionar la potencialidad de estos productos en el mercado. http: //www. alimentacion-sana. com. ar/informaciones/chef/amaranto. html

Contenido proteico Las semillas contienen de un 13 a un 18% de proteínas y un alto nivel de lisina, aminoácido esencial para la nutrición. El grano de kiwicha tiene un contenido importante de calcio, fósforo, hierro, potasio, zinc, vitamina E y complejo de vitamina B. Su fibra, comparada con la del trigo y otros cereales es muy fina y suave. No es necesario separarla de la harina; es más, juntas constituyen una gran fuente de energía. Valor Alimenticio del amaranto comparado con otros alimentos: ALIMENTO Amaranto Proteína Lysine Carbohidratos Calcio (mg/100 g) % % (g/100 g) Hierro (mg/100 g) Fósforo (mg/100 g 14 -16 0. 85 65 236 10 455 Trigo 9 0. 25 74 20 1. 8 256 Centeno 13 0. 4 73 38 2. 6 376 Arroz 7 0. 27 77 32 1. 6 360 Leche 3. 5 0. 49 5 118 -- 93

PROTEINAS DE ORGANISMOS UNICELULARES Se investigan otras alternativas de proteína como la unicelular o "biomasa" este término "proteína de origen unicelular" nació en el Instituto Tecnológico de Massachussets EUA, por el Dr Wilson en 1966. El término es aceptado para denominar de esa forma a células de bacterias, hongos y algas usadas como una fuente de proteína como se indica en el Cuadro, que muestra el análisis químico de diferentes microorganismos en donde es evidente que el contenido de nitrógeno y los ácidos nucleicos tienen un valor considerable. COMPUESTOS ORGÁNICOS (%) HONGOS FILAMENTOSOS ALGAS LEVADURAS BACTERIAS Proteína 5 -8 7. 5 -10 7. 5 -8. 5 11. 5 -50 Lípidos 2 -8 7. 0 -20 2. 0 -6. 0 1. 5 -3. 0 Cenizas 9 -14 8. 0 -10 5. 0 -9. 5 3. 0 -7. 0 Ácidos nucleicos 7 3. 0 -8 6. 0 -12 8. 0 -16. 0

Ventajas Algunas ventajas de la proteína de microorganismos cultivada en biorectores o sistemas similares, sobre la similar de plantas y/o animales se indica como sigue : 1) se obtiene de sustratos relativamente baratos y abundantes como la celulosa, el ác. acético, el petróleo, etc. con alto rendimiento y de calidad nutricional. 2) Está sujeta a control lo que hace posible que su fabricación sea maximizada, independientemente de factores ambientales. 3) Los microorganismos tienen tiempos de generación cortos e incrementan rápidamente su masa; las bacterias y levaduras bajo condiciones de laboratorio alcanzan tiempos de generación entre un 0. 5 -2 h o de 1 -3 h. 4) Los microorganismos poseen una concentración de proteína elevada entre un 10 -50%. 5) La proteína es de alta digestibilidad no es tóxica y de buen sabor. Biorreactor con algas http: //www. monografias. com/trabajos 33/produccion-biomasa. shtml

DIFERENCIAS ENTRE EL COSTO DE LA PRODUCCIÓN DE LA PROTEÍNA UNICELULAR A PARTIR DE DIFERENTES FUENTES DE CARBONO. COSTO Rendimiento kg/L Productividad (Kg/m 3/h. ) Requerimiento de O 2 Producción de calor (kcal/kg de células) Temperatura (°C) Pureza del sustrato (%) Costo del sustrato (c/kg) PARAFINAS METANOL MELAZAS ACETATO 1. 2 0. 4 0. 8 0. 5 0. 4 3. 0 2. 0 4. 5 5. 2 4. 5 1. 48 2. 37 1. 23 0. 64 1. 28 4. 800 8. 800 4. 200 2. 800 4. 000 33. 0 40. 0 35. 0 33. 0 98. 0 99. 0 95. 0 55. 0 99. 99 25. 0 8. 7 16. 1 5. 9 8. 7

Es posible producir, a escala industrial, proteínas a partir de microorganismos; pueden utilizarse como substratos de fermentación los almidones, la sacarosa de melaza o la lactosa del lactosuero. Algunas levaduras del género Cándida, son capaces de crecer sobre substratos de parafinas (n-alcanos). Ya se construyeron fermentadores continuos, capaces de producir unas 100. 000 Tm de biomasa de levadura por año. La productividad puede alcanzar 2 gramos de levadura seca por hora y por litro del medio. El alcano se oxida inmediatamente a los ácidos grasos correspondientes y después se degrada por -oxidación. La formación de la biomasa corresponde, aproximadamente a la siguiente ecuación global: C 24 H 42+1, 84 NH 3+32 O 2 13, 6 C 1 H 1, 66 N 0, 135 O 0, 5+12, 46 H 2 O+6, 4 CO 2+10, 5 kj representa la composición celular media.

Las células de levaduras se recuperan por centrifugación, se lavan con disolventes y después se secan. Es posible obtener 1, 2 Tm de levadura seca (con 36% de proteínas) a partir de una tonelada de alcano y de 0, 11 Tm de amoníaco. Actualmente se considera que más económico que las levaduras, es hacer crecer bacterias del género Pseudomonas sobre soluciones acuosas de metanol al 5%. El rendimiento por Tm de metanol está cerca de 0, 4 Tm de materia seca, conteniendo 80% de proteína. La productividad en cultivos continuos, es de 3, 5 g de bacterias secas a la hora y litro de fermentador (volumen de trabajo). Con las levaduras y las bacterias, la fermentación continua produce rendimientos de crecimiento medio y un exceso de nitrógeno (tal como el amoníaco) células de composición óptima, con fuertes contenidos en proteínas y pocos ácidos nucleicos. Los análisis de aminoácidos, indican un ligero déficit en aminoácidos azufrados y un alto contenido en lisina. Pueden ser necesarios tratamientos térmicos y/o alcalinos, para mejorar la digestibilidad de las proteínas, eliminar los ácidos nucleicos y conseguir una disponibilidad mayor de aminoácidos.

Se comprobó, sobre varias especies animales, el valor nutritivo de las levaduras y bacteria así tratadas y no se observó ningún efecto tóxico, aún después de ensayos de larga duración. Estas preparaciones se utilizan para reemplazar o suplementar las tortas de soja o harinas de pescado destinadas a cerdos y aves, así como la leche para los terneros de destete. Y hay una serie de trabajos sobre aislamiento y purificación de proteínas microbianas, con el fin de conseguir materias primas convenientes a la alimentación humana.

Mohos- Algas Algunos mohos pueden crecer sobre sustratos celulósicos baratos (procedentes de subproductos agrícolas u otros), pero el futuro más prometedor de los mohos filamentosos tales como las capas amilolíticas de Aspergillus, Rhizopus o Fusarium, es hacerlos crecer sobre cereales húmedos triturados o sobre pastas de almidón termogelatinizadas (mandioca, patata, plátano, etc. ). Después de algunos días de incubación a 30ºC, el micelio de la superficie contiene cantidades apreciables de proteína. También se cultivaron sobre carbonatos o CO 2 las algas unicelulares sintéticas (Chlorella, Scenedesmus, o Spirulina), buscando producir proteínas. La producción en gran escala de microorganismos es independiente de la naturaleza, clima o calidad del suelo. Si utilizásemos masivamente los microorganismos para la alimentación animal, quedarían disponibles para la alimentación humana, grandes cantidades de cereales, soja y pescado que actualmente se destinan a los animales. Sin embargo, este proceso aún no está muy desarrollado porque las proteínas de las tortas de soja desengrasadas son, frecuentemente, menos costosas que las proteínas de microorganismos.

SÍNTESIS QUIMICA E INGENIERIA GENETICA Los aminoácidos obtenidos ya sea químicamente (DL-metionina) o por fermentación (L-lisina, L- treonina, L-triptófano), son útiles porque pueden añadirse a las proteínas y mejorar así su valor nutritivo. Corrientemente en la elaboración de alimentos para animales se utiliza la metionina, como complemento de las proteínas de soja. El consumo de urea, obtenida por síntesis química, permite reducir la ración proteica de los rumiantes. Los microorganismos presentes en el primer estómago, transforman inicialmente la urea en amoníaco y después en proteínas microbianas que estos animales son capaces de hidrolizar y asimilar luego en el tracto gastro-intestinal.

Cuando alimentamos los rumiantes con proteínas de alto valor nutricional, es conveniente protegerlas de los ataques microbianos (descarboxilación, desaminación) en el primer estómago, para lo cual antes de administrarlas se tratan con pequeñas cantidades de aldehídos o taninos. Esto provoca una reticulación parcial de las proteínas, lo que permite alcanzar el intestino sin ser degradadas; así mejoran los rendimientos en leche, carne o lana. Para enriquecer en lisina y metionina los alimentos para rumiantes, se prefiere fijar, antes del consumo, los aminoácidos por uniones covalentes a los constituyentes proteicos.

Cultivo in Vitro La posibilidad de cultivar in Vitro células o tejidos animales o vegetales diferenciados, tiene un gran interés en la posible producción de metabolitos, anticuerpos, etc. Gracias a los cultivos de células vegetales aisladas, es posible conseguir una planta entera a partir de una célula única. Esta multiplicación vegetativa in Vitro, dió lugar a un desarrollo espectacular de nuevas variedades híbridas. Las informaciones adquiridas sobre el comportamiento genético del citoplasma, (fusión de protoplastos, esterilidad masculina citoplasmática) permitieron crear híbridos interespecíficos con lo que se dispone así de un método muy prometedor para conseguir variedades nuevas que presentan mejores características cuantitativas y cualitativas.

De esta forma las técnicas de recombinación genética dan la posibilidad de transferir a las células aisladas de una planta patrón: - los genes responsables de un crecimiento rápido, - resistencia a los agentes patógenos, - capacidad para fijar el nitrógeno atmosférico, etc. Los genes responsables de la fijación de nitrógeno están presentes en ciertos microorganismos: -algas azules-verdosas, -bacterias fotosintéticas, -Spirilli asociado a las raíces de agunas gramíneas tropicales utilizadas como forrajes y al arroz y maíz (fijan de 2 a 50 g nitrógeno por ha y año). - Rhizobium asociado los nódulos de raíces de leguminosas (alfalfa, soja, cacahuete, habas, guisantes; fija 500 kg de nitrógeno por ha y año).

Un enzima bacteriano, la proteína nitrogenasa, cataliza la reducción del N 2 en NH 3; la gran cantidad de energía necesaria la suministra la fotosíntesis de la planta. La actividad de la nitrogenasa produce una fertilización natural de suelos y cosechas, esencial en prácticas de agricultura sostenible. En un futuro próximo, será posible la selección de variantes bacterianos, que pueden “sobreproducir” el enzima in situ; . Nitrogenasa: proteína bacteriana que produce amonio e H 2 Logrado esto si se siembra el suelo con estas bacterias se aumentan los rendimientos e incluso el contenido en proteínas. Sería posible introducir en las plantas los genes responsables de la fijación de nitrógenos y suprimir la necesidad de la compra de costosos abonos nitrogenados; esto revolucionaría la producción agrícola. Ya se han clonado genes “nif” (fijadores de nitrógeno) y es posible transferirlos de una bacteria a otra, dándole así al organismo receptor la facultad de fijar el nitrógeno.