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Bacterias extremófilas y edición genética para reducir un compuesto cancerígeno de los alimentos


Las empresas están utilizando microorganismos que viven en ambientes extremos y edición genética de cultivos para interrumpir una reacción química natural, la cual se produce al cocinar y calentar masas. Esta reacción produce acrilamida, un potencial cancerígeno para el ser humano.


Chemical & Engineering News / .- La reacción de Maillard es posiblemente el proceso químico más amado del mundo. Los cocineros aprendieron hace mucho tiempo que los ingredientes crudos y poco apetitosos como las papas y los granos pueden convertirse en deleites tostados con la adición de calor y un poco de tiempo.

Los químicos saben que nuestro disfrute se debe a la magia que ocurre cuando los aminoácidos se encuentran con los azúcares para producir compuestos orgánicos deliciosos, como pirazinas, pirrol y furanonas.

Pero en 2002, el mundo alimentario se enteró de que esta reacción de doramiento tiene un lado oscuro. Resulta que uno de esos productos de Maillard es la acrilamida, una sustancia química conocida por causar cáncer en estudios con animalesEn humanos, se considera probablemente cancerígeno y se ha identificado como un agente cancerígeno en el humo del tabaco.

La acrilamida se usa industrialmente para fabricar poliacrilamidas, espesantes solubles en agua ampliamente utilizados en lechadas e instalaciones de tratamiento de agua. Debido a los efectos en la salud humana de la acrilamida, los reguladores, incluida la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, han establecido límites muy bajos para la exposición al agua potable, similares a los niveles de benceno.

El descubrimiento de la acrilamida en alimentos como galletas saladas y dulces, chips y papas fritas sacudió a los fabricantes de alimentos y a los reguladores de la salud en todo el mundo. Los científicos descubrieron que la acrilamida se forma a partir de la reacción del aminoácido asparagina con azúcares reductores como la fructosa. Pero cientos de variables (cómo se crecen los cultivos, los tiempos de cocción e incluso el tipo de agente fermentador utilizado) pueden afectar la cantidad de acrilamida en un alimento determinado.

No es posible tener los alimentos que disfrutamos mientras eliminamos por completo la acrilamida, por lo que la reducción es la clave, dicen los expertos a C&EN. Además, ningún enfoque único reducirá la acrilamida en todos los tipos de productos y métodos de fabricación, según las directrices publicadas por el grupo comercial FoodDrinkEurope.

Los proveedores de ingredientes han estado trabajando en sus propios laboratorios y con los clientes para desarrollar soluciones personalizadas y listas para usar. Novozymes, Kerry y DSM tienen productos basados ​​en la enzima (una proteína que acelera reacciones celulares) asparaginasa y dicen que ahora son herramientas populares para reducir la acrilamida. Cuando se agrega a los alimentos crudos, la enzima convierte la asparagina en el aminoácido ácido aspártico, evitando que forme acrilamida.

Dichos productos pueden parecer más atractivos para los fabricantes de alimentos ahora que los nuevos objetivos voluntarios de la Unión Europea están vigentes. Según esas pautas, las empresas tienen que demostrar que los niveles de acrilamida de sus alimentos son tan bajos como sea razonablemente posible, un principio conocido por el acrónimo ALARA. En California, los grupos activistas comúnmente demandan a las marcas y minoristas, alegando que los niveles de acrilamida en productos comunes violan los requisitos de etiquetado según la Proposición 65 del Estado.

“Pondría a la acrilamida en la parte superior de la lista de productos químicos prioritarios para la industria alimentaria”, dice Gina Reo, presidenta de Quality Assurance Strategies, una firma consultora de alimentos y bebidas. Ella dice que la acrilamida es el principal producto químico sujeto a las demandas de la Propuesta 65 contra las empresas y minoristas de alimentos. “Especialmente en la industria de la panificación es muy problemático”.

Reo aconseja a las compañías que sigan el principio ALARA porque actualmente no hay niveles de acrilamida que los reguladores hayan considerado seguros. Y, señala, es fácil que un producto horneado o frito supere el objetivo voluntario de la UE. Por ejemplo, muchas galletas endulzadas comunes contienen acrilamida cerca del objetivo de 350 µg/kg.

“Si tienes un plan para revisar y reducir constantemente la acrilamida, esa es tu mejor arma”, dice Reo.

Esas reducciones a menudo se ganan con esfuerzo. Debido a que la reacción de Maillard agrega aroma y sabor a los alimentos, el cortocircuito puede cambiar los atributos que los consumidores encuentran atractivos. Otro problema es que los alimentos tostados a base de granos integrales más saludables pueden contener más acrilamida que los productos elaborados con harina altamente procesada.

Al mismo tiempo, las compañías de alimentos quieren evitar los ingredientes que pueden alejar a los consumidores recelosos. Una enzima como la asparaginasa es atractiva porque se considera una ayuda para el procesamiento y, por lo tanto, no necesita ser incluida como ingrediente.

Cuando la vía de asparagina hacia acrilamida salió a la luz por primera vez, Novozymes vio una oportunidad. “Como compañía de enzimas, rápidamente piensas cómo tienes estas dos reacciones y hacen este producto, ¿cómo detenemos esa reacción?”, Recuerda Fiona Becker, directora de I+D de Novozymes para alimentos y bebidas.

“Teníamos muchas enzimas para probar”, dice Becker. “Nos sorprendió positivamente que la asparaginasa, una de las primeras enzimas que probamos, funcionó muy bien y redujo significativamente la acrilamida”. Las pruebas confirmaron que la enzima no se interpuso en otras reacciones de aminoácidos y azúcar en productos horneados. Pero la compañía tuvo que descubrir cómo producir mucha asparaginasa a un precio que atrajera a la industria alimentaria.

Becker dice que esa fue una aplicación pionera de nuevas herramientas en Novozymes. “Utilizamos una combinación de secuenciación de genes, bioinformática y una biblioteca interna del genoma” para encontrar el gen correcto para usar en el organismo de fermentación.

Los fabricantes de alimentos continúan evaluando la acrilamida en una amplia gama de alimentos, y encuentran que algunos necesitan versiones especiales de asparaginasa. Becker dice que su experiencia en investigación en el descubrimiento de microorganismos le sugirió que los entornos extremos serían un buen lugar para buscar. De hecho, un organismo reclutado por Novozymes es un microbio Archaea descubierto por primera vez en un respiradero hidrotermal submarino. Llamado Pyrococcusproduce asparaginasa y tiene una temperatura de crecimiento óptima de 100 ° C.

De manera similar, la gama de enzimas de DSM incluye una asparaginasa para alimentos de alto pH, como las hojuelas de maíz y productos horneados que contienen ciertos agentes leudantes, según Man-Yee Chung, gerente comercial global de especialidades de alimentos en DSM.

Los clientes de la empresa de ingredientes Kerry obtienen su asparaginasa al incorporar todo un organismo. En 2018, la compañía otorgó una licencia de levadura no-modificada genéticamente al proveedor canadiense de levadura especializada Renaissance BioScience. Su único papel es reducir la acrilamida.

Mike Woulfe, jefe de desarrollo de negocios de enzimas en Kerry, dice que un mercado objetivo son las marcas de alimentos orgánicos. Él dice que la empresa ya ha tenido una respuesta fantástica al producto. “Es la única solución verdaderamente no modificada genéticamente disponible en el mercado”.

Los fabricantes de alimentos a base de papa pueden reducir la acrilamida seleccionando variedades de papa genéticamente modificadas para tener bajos niveles de asparagina y azúcares reductores. El gigante de la industria de la papa de Idaho, J. R. Simplot, introdujo la papa Innate en 2015. Fue desarrollada usando ARN interferente para silenciar un gen llamado Asn1 involucrado en la biosíntesis de asparagina y dos genes, PhL y R1, que controlan la formación de azúcares. Doug Cole, especialista en asuntos biotecnológicos de la compañía, dice que Simplot está suministrando la papa a más de una docena de procesadores de papas fritas en los Estados Unidos.

Las empresas de alimentos contactadas por C&EN dicen que han puesto años de esfuerzo para cumplir con las directrices actuales sobre la acrilamida, y continúan buscando reducciones. Reo, el consultor, dice que Nestlé ha sido líder en el seguimiento y la reducción de los niveles de acrilamida. Un portavoz de Nestlé confirma que la empresa ha reducido con éxito la acrilamida en cereales, frascos y galletas dirigidos a bebés, considerados una población vulnerable.

Los expertos afirma a C&EN que la industria alimentaria espera regulaciones más estrictas dentro de los próximos 2 años. Eso ha inspirado más trabajo en la reducción de acrilamida. El verano pasado, Simplot obtuvo la licencia de CRISPR-Cas9 y tecnologías de edición de genes relacionadas para su uso en una generación futura de papas bajas en acrilamida.

Desafortunadamente para las empresas de alimentos, los investigadores continúan encontrando sustancias no saludables que surgen durante la cocción y la fritura. Por ejemplo, recalentar los aceites de cocina produce lípidos potencialmente dañinos que pueden acelerar la progresión del cáncer. Y en 2014, la EPA descubrió que el alcohol furfurílico, otro producto de la reacción de Maillard, probablemente sea cancerígeno para los humanos. Se agregó a la lista de la Propuesta 65 de California en 2016.

Las compañías de ingredientes todavía no tienen una solución para el alcohol furfurílico, pero dada la oportunidad de negocio, definitivamente están en el caso.


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