Aplicacin de diferentes niveles de pepsina para la obtencin de colageno a partir de las patas de pollo

 

Application of different levels of pepsine for collagen obtaining from chicken legs

 

Aplicao de diferentes nveis de pepsina para obter colgeno de ps de frango

 

Linda Mariuxi Flores-Fiallos I

linda.flores@espoch.edu.ec

https://orcid.org/0000-0003-4516-6963

 

Cristina Nataly Villegas-Freire II

c.villegas@espoch.edu.ec

https://orcid.org/0000-0003-3392-8051

 

Mara Augusta Guadalupe-Alcoser III

ma.guadalupe@gmail.com

https://orcid.org/000-0002-0547-215X

 

Correspondencia: linda.flores@espoch.edu.ec

Ciencias Naturales

Artculo de investigacin

 

*Recibido: 20 de diciembre de 2020 *Aceptado: 12 de enero de 2021 * Publicado: 08 de febrero de 2021

       I.            Master Universitario en Qumica Orgnica, Ingeniera Qumica, Facultad de Ciencias de la Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.

    II.            Magister en Formulacin, Evaluacin y Gerencia de Proyectos para el Desarrollo, Master universitario en Qumica, Bioqumico Farmacutico, Facultad de Recursos Naturales de la Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.

III.            Magister en Ingeniera Qumica Aplicada, Mster Universitario en Sistemas Integrados de Gestin de la Prevencin de Riesgos Laborales, la Calidad, el Medio Ambiente y la Responsabilidad Social Corporativa, Ingeniera Qumica, Facultad de Ciencias de la vida de la Universidad Estatal Amaznica, Puyo, Ecuador.


Resumen

Se obtuvo colgeno de las patas de pollo con la aplicacin de 2, 4 y 6% de pepsina, con tres repeticiones cada uno, distribuidos bajo un diseo completamente al azar, los resultados fueron analizados mediante anlisis de varianza y la separacin de medias segn Tukey. Estableciendo que el empleo de pepsina afect estadsticamente las caractersticas fsico qumicos y microbiolgicos del colgeno de las patas de pollo. Mostrndose que al aplicar el 6 % de pepsina, reportaron las mejores respuestas en nitrgeno total (13 %), mayor porcentaje de protena (78%), densidad (0,37g/mL), una conductividad (20,48ms/cm) y menor cantidad de aerobios (42 UFC/g). En cuanto a la variable pH (5,28) del colgeno existi diferencias estadsticas pero esta disminuy a medida que se increment los niveles de pepsina. Por lo que se recomienda utilizar el 6% de pepsina en la obtencin de colgeno de las patas de pollo; ya que present las mejores caractersticas fsico qumicos y microbiolgicos.

Palabras claves: Extraccin; pepsina; colgeno; conductividad.

 

Abstract

Collagen was obtained from the chicken legs with an application of 2%, 4% and 6% of Pepsin, with 3 repetitions each one, distributed under a completely random design. Analysis of variance and the division of means according to Tukey considered the results. Stating that the use of pepsin affects statistically the physical-chemical and microbiological characteristic of collagen from the chicken legs. It is shown that when applying 6% of pepsin, the best responses were reported in total nitrogen (13%), higher percentage of protein (78%), density (0.37g/mL), conductivity (20.48mS/cm), and less amount of aerobic (42 UFC/g). As for the variable pH (5.28) of collagen, there are statistical differences, but this decreased as the pepsin levels increased. There fore it is recommended to use 6% of the pepsin in obtaining collagen from the chicken legs, since the best physical-chemical and microbiological characteristic were presented.

Keywords: Extraction; Pepsin; Collagen; Conductivity.

 

Resumo

O colgeno foi obtido das patas de frango com a aplicao de pepsina a 2, 4 e 6%, com trs repeties cada, distribudas em um delineamento inteiramente casualizado, os resultados foram analisados ​​por anlise de varincia e separao das mdias segundo Tukey. Estabelecer que o uso de pepsina afetou estatisticamente as caractersticas fsico-qumicas e microbiolgicas do colgeno dos ps de frango. Mostrando que ao aplicar 6% de pepsina, eles relataram as melhores respostas em nitrognio total (13%), maior porcentagem de protena (78%), densidade (0,37g / mL), condutividade (20,48ms / cm) e menor quantidade de aerbios (42 CFU / g). Em relao varivel pH (5,28) do colgeno, houve diferena estatstica, mas esta diminuiu com o aumento dos nveis de pepsina. Portanto, recomendado o uso de pepsina a 6% na obteno de colgeno dos ps de frango; por apresentar as melhores caractersticas fsico-qumicas e microbiolgicas.

Palavras-chave:Extrao; pepsina; colgeno; condutividade..

 

Introduccin

Los mataderos avcolas generan efluentes lquidos, compuestos de grasas, protenas y restos de animales. Tambin generan los desechos slidos, tales como: los huesos, las entraas, patas, cabezas, piel. Los cuales usualmente al no poder ser utilizados son desechados en los vertederos, debido a que por sus caractersticas organolpticas no son aptas para el consumo humano directo. La produccin de carne de pollo, genera una gran cantidad de subproductos los cuales en su mayora poseen una alta fuente de protena, es as que a partir de las crestas se puede extraer colgeno de tipo I en una proporcin del 1 al 1.6% (Castro, D. 2016).

El colgeno es una protena fibrosa insoluble en agua, formada por un conjunto de tres cadenas polipeptdicas las cuales son las responsables de su resistencia es el principal componente fibroso de huesos, dientes, tejido conectivo (cartlago, tendones). Esta protena posee numerosas aplicaciones principalmente en la industria farmacutica y alimenticia debido a sus propiedades fsico-qumicas, ya que puede ser usado como agente emulsificante, estabilizante, gelificante. Es una de las protenas ms abundantes en los organismos Hetertrofos. Son ms fciles de aislar mientras ms joven sea el animal ya que al ser ms viejo la carne tiende a ser ms dura y con poca flexibilidad. Cuando se hierve el colgeno en agua se convierte en la protena Hidrosoluble conocida comnmente como Gelatina, que la cual al enfriarse al ambiente esta se cuaja formando as un gel.

La pepsina es una enzima presente de forma natural en el organismo, y de forma particular en el jugo gstrico. La pepsina ayuda en la digestin de los alimentos degradando las protenas que llegan al estmago. Es producida y secretada por la mucosa gstrica en el momento de la digestin. La pepsina tambin puede ser comercializada. En este caso proviene del estmago del cerdo. La pepsina forma parte de la composicin de numerosos quesos y de ciertas sodas (Figueroa, C. et al. 2016).

Acta principalmente sobre enlaces peptdicos de naturaleza hidrfoba, preferentemente aromticos. La pepsina es ms activa con un pH de entre 2 y 3. Se desactiva permanentemente con un pH superior a 6. Es segregada por las clulas de las paredes del estmago. Se libera en forma de pepsingeno. Digestin de los telopptidos. La digestin de los telopptidos se hace con pepsina. Al eliminar los telopptidos, el colgeno resulta menos antgeno, ms puro y con mejores posibilidades para ser utilizado como biomaterial (Figueroa, C. et al. 2016).

Los estudios sobre fuentes alternativas y nuevas funcionalidades de colgeno ha experimentado un gran auge, en parte debido al creciente inters en la valoracin los subproductos industriales (desde la industria de la carne y el 15 pescado). Debido a esto, hoy en da tambin se obtiene colgeno a partir de patas de pollo siendo ste un sustituto de colgeno procedente de manera convencional a partir de algunos mamferos.

Con la extraccin selectiva de este tipo de protenas es posible generar valor agregado a la cadena productiva a partir de los desechos avcolas, adems que, la cantidad de residuos en el ambiente ser significativa.

Por lo anotado, en la presente investigacin se plante el siguiente objetivo:

         Evaluar los diferentes niveles de colgeno obtenidos a partir de las patas de pollo

 

Materiales y Mtodos

En la presente investigacin se utiliz 10.000 g de patas de pollo y niveles de 2, 4 y 6 % de pepsina y un tratamiento control, con 500 g de materia prima para cada tratamiento y 5 repeticiones por tratamiento.

Se evalu distintos niveles de pepsina para la extraccin de colgeno, con niveles de 2, 4, y 6% de pepsina. Estos tratamientos fueron distribuidos en un Diseo Completamente a Azar (DCA), con cuatro tratamientos (incluido el control) y 5 repeticiones por tratamientos, teniendo as un total de 20 unidades experimentales.

La extraccin de colgeno se hizo en base al siguiente procedimiento: Las patas se lavaron en agua potable, se adicion una solucin de hipoclorito de sodio a 5 % durante una hora y se enjuag con agua destilada. La piel y los tendones se separaron de los huesos con ayuda de un bistur, luego se realiz la eliminacin de las grasas y pigmentos mediante una agitacin constante en etanol al 20% durante 24 horas. Se centrifug la muestra de 500mL cada muestra por 20 minutos y se desech el sobrenadante, en el cual se encontraba todas las grasas presentes en el tejido tratado.

Se elimin la protena ajena al colgeno mediante agitacin constante con NaOH 0.2 N por un tiempo de 24 h, para luego centrifugar nuevamente por 20 minutos y despus se desech el sobrenadante. Luego se agreg la pepsina (sigma- Aldrich) al 2% y 500mL de cido actico 0.5 M al precipitado. La mescla se someti a un reposo de 36 horas para luego centrifugar por 40 minutos. El sobrenadante se ajust a un pH de 7.0 mediante NaOH 1 N y se mantuvo en agitacin durante 24 h, se ajust nuevamente el pH a 3.5 con cido actico 0.5 M. luego se aadi NaCl al 0,9M lentamente para precipitar la protena, esta mescla se centrifug durante 40 minutos, el precipitado resultante de disolvi en cido actico 0.5 M. Como ltimo se realiz la liofilizacin en un liofiliador Marca a una temperatura de -54C durante 48 horas.

 


Figura 1: Diagrama de flujo para la obtencin de Colgeno

Fuente: Autor

 

 

Resultados y discusin

Se determin el nitrgeno total mediante el mtodo de kjeldahl segn AOAC, 2001.11. La concentracin de nitrgeno se multiplic por el factor de protena (6,25) para obtener el porcentaje de protena presente en la muestra. Para lo cual se pes la 1g muestra en una balanza analtica y se coloc en un baln de kjeldahl, se agreg 10g de catalizador (mescla de sulfato de cobre y sulfato de sodio) y 25 mL de H2SO4. Luego se coloc en el digestor y se esper hasta que se elimine todo el humo, hasta que la disolucin se aclare y se continu la ebullicin durante al menos otros 30 min. Se enfri el baln y se coloc 200mL de agua, 100 ml de NaOH al 50% y unos grnulos de Zn para estabilizar la reaccin. Luego se coloc en el rea de destilacin. En un Erlenmeyer se puso 100ml de H3BO3 al 2.5% y se coloc debajo del rea mencionada. Introduciendo la punta del tubo del destilado en el Erlenmeyer.


Enseguida se coloc el baln en el rea de destilacin. Se esper hasta en el Erlenmeyer la solucin llegue a 300ml de destilado. Se Retirar del equipo y se coloc el indicador Verde Rojo de Bromo cresol lo que hizo cambiar de coloracin a verde menta. Luego se titul con HCl al 0.1 N. Se tomaron datos para luego ser transformado a travs de un factor en protena utilizando las siguientes ecuaciones:


Donde:

V: Titulacin leda de HCL 0,1 N

m: Masa de la muestra en gramos

N: 0,1 N HCl

Factor: 6.25

 

La densidad se determin mediante el mtodo gravimtrico tomado de Farmacopea, ISO 787/11, ASTM B527. Donde se midi la densidad del colgeno en polvo. Se determin la temperatura y la humedad relativa del laboratorio. Encontrando una temperatura de 18C y una humedad relativa de 45%. Primero se pes la probeta vaca, despus se pes la probeta ms el colgeno y por ltimo se pes la probeta ms agua, con los datos obtenidos se procedi a aplicar la siguiente ecuacin para hallar la densidad de la muestra:

 

 

Se determin el potencial de Hidrgeno (pH) de las muestras de colgeno mediante el mtodo potencimetro NTE INEN 1519 - 1987. Se utiliz un pHmetro marca el cual se calibro con dos soluciones Buffer con pH 7 y 4 se realiz la verificacin con el Buffer de pH 7, luego se disolvi 10g de muestra en 50 mL de agua destilada mediante agitacin 30 min y se coloc en un vaso de precipitacin de 100mL se dej decantar durante 30 min, se sumergi el electrodo en la muestra hasta que se estabilice el equipo, y se procedi a tomar la lectura.

Los resultados de la valoracin fsico qumica del colgeno obtenido con los diferentes niveles de pepsina, se reporta en la Tabla 1, donde se aprecia que existe variacin por el efecto de la pepsina.

 

Tabla 2: Anlisis fsico-qumico y microbiolgico de colgeno de patas de pollo obtenidos con diferentes niveles de pepsina

Variables

Niveles de pepsina, %

E.e.

Prob.

0

2

4

6

Nitrgeno, %

10 b

11 ab

13 a

13 a

0,01

0,01

Protena %

62 b

67 ab

78 a

78 a

0,03

0,01

Ph

6,10 a

5,99 ab

5,75 bc

5,28 c

0,06

2,14E-07

Densidad, g/ml

0,26 c

0,33 b

0,35 ab

0,37a

0,01

2,3 E-07

Conductividad ms/cm

16,55

17,36 c

18,45 b

20,48 a

0,10

0,00

Aerobios totales ufc/g

22,00

40,00 a

42,00 a

42,00 a

35,75

9,73E-01

Fuente: Autor

 

E.E: Error estndar; Prob.>0,05: No existen diferencias estadsticas; Prob.<0,05: Existen diferencias estadsticas; Medidas con letras distintas en una fila difieren estadsticamente segn prueba Tukey.

Los contenidos de nitrgeno total del colgeno presentaron diferencias significativas (P<0,05), por el efecto de los niveles de pepsina adicionadas, por cuanto los mayores contenidos se encontraron al adicionar 4 y 6% de pepsina que presentaron 13% de nitrgeno total, en cambio al utilizar el 2% de pepsina y el grupo control redujeron su contenido de nitrgeno al 10 y 11%.

Por lo que mediante el anlisis de la regresin se estableci una tendencia cuadrtica significativa como se muestra en la Figura 2, que indica que el porcentaje de nitrgeno total aumenta, pero no de forma proporcional a medida que se incrementa los niveles de pepsina. Siendo similar con lo que reporta Almeida, P. et al (2013), quien afirma que se obtuvo el 13,5% de nitrgeno total, valor que es similar al valor encontrado en este estudio.

 


Figura 2: Comportamiento de Nitrgeno total (%) del colgeno obtenido de las patas de pollo

Fuente: Autor

 

Los contenidos de protena del colgeno presentaron diferencias significativas (P<0,05), por efecto de los niveles de pepsina aplicadas, por cuanto los mayores contenidos de encontraron al aplicar 4 y 6% de pepsina que presentaron el 78% de protena, mientras que al utilizar los niveles de 2% y el grupo control redujeron su contenido proteico a 67 y 62%, respectivamente, por lo que mediante el anlisis de la regresin se estableci una tendencia cuadrtica significativa Figura 3, que determina el contenido proteico del colgeno aumenta pero no de forma proporcional.

 


Figura 3: Comportamiento del contenido de protena (%) del colgeno obtenido de las patas de pollo con distintos niveles de pepsina

Fuente: Autor

 

Al aplicarse los distintos niveles de pepsina en la extraccin de colgeno se determin que hubo diferencias significativas (P>0,05), ya que presentaron valores de 6,10, al aplicar 6%, 5,99, con el 4% de pepsina, 5,75 con 2% y 5,28 en el tratamiento control, por lo que mediante el anlisis de la regresin se estableci una tendencia cuadrtica significativa Figura 4, que establece que a medida que se incrementa los niveles de pepsina tiende a disminuir el pH.

 

Figura 3: Comportamiento pH del colgeno obtenido de las patas de pollo con distintos niveles de pepsina

Fuente: Autor

 

La densidad frente a los distintos niveles de pepsina mostraron diferencias estadsticas (P<0,05), ya que al aplicar 4 y 6% de pepsina la densidad del colgeno fue de 0,35 y 0,37g/ml en su orden, mientras que con el tratamiento control y 2% de pepsina se encontraron valores inferiores y que fueron de 0,26 y 0,33g/ml (en su orden); por lo que mediante el anlisis de la regresin se estableci una tendencia cuadrtica significativa observada en la figura 4, que determina que a medida que se incrementa los niveles de pepsina la densidad tiende a incrementarse pero no de forma proporcional, esto posiblemente se deba a que el porcentaje de pepsina aadida no era suficiente para desdoblar la protena de colgeno haciendo que sea ms densa la relacin al tratamiento control. La densidad del colgeno es de 0,906 g/ml, lo que quiere decir que es soluble en agua (Castenblanque, E. 2015)

 


Figura 4: Comportamiento del contenido de densidad (g/ml) obtenido de las patas de pollo con distintos niveles de pepsina

Fuente: Autor

La conductividad frente a los distintos niveles de pepsina present valores con diferencias significativas (P<0,05) por cuanto los mayores contenidos se encontraron al aplicar el 6% de pepsina que report un valor de 20,48 mS/cm, mientras que al aplicar el grupo control present una conductividad menor de 16,55 mS/cm; por lo que, el anlisis de la regresin estableci una tendencia cuadrtica significativa tal como lo muestra la Figura 5, que indica que a medida que se incrementa los niveles de pepsina la conductividad aumenta gracias a la accin de la pepsina la cual degrada los enlaces peptdicos y permite la presencia de slidos totales disueltos en el colgeno.

Los contenidos encontrados de conductividad no deben ser superior a 500 S/cm (Torres, J. 2012), las patas de pollo poseen pequeas cantidades de minerales y sales, lo que quiere decir que la conductividad del colgeno extrado es alto debido a la presencia de sales y minerales en las patas de pollo, ya que es orgnico y por ende es deficiente para conducir electricidad por naturaleza.

 


Figura 5: Comportamiento de conductividad (mS/cm) obtenido de las patas de pollo con distintos niveles de pepsina

Fuente: Autor

 

En el colgeno de las patas de pollo la presencia de aerobios totales (UFC/g) fue de 22 43 UFC/g en el obtenido con el grupo de control, 40 89 UFC/g con el 2% de pepsina y 4288 UFC/g al emplearse los niveles 4 y 6% de pepsina, notndose que a mayores cantidades de pepsina existe una mayor presencia de aerobios totales; aunque la presencia de estos microorganismos se deba a la contaminacin ambiental, por cuanto para la obtencin de colgeno que utiliz el proceso de liofilizacin a una temperatura de -540C en el cual debera haberse eliminado todo tipo de microorganismos.

Debido a su crecimiento lento y su baja competitividad los aerobios totales se manifiestan en condiciones no favorables, por consiguiente, debido a su baja presencia en el colgeno obtenido es apto para el consumo e industrializacin sin afectar la salud de los consumidores.

Para obtener colgeno de patas de pollo con niveles 2, 4 y 6% de pepsina se utiliz 500 g en cada tratamiento, despus de obtener el colgeno se liofiliz y se obtuvo el rendimiento aplicando la siguiente ecuacin, donde los resultados se reflejan en la tabla 2.

 

 

 

Tabla 2: Rendimiento de colgeno al aplicarse los distintos niveles de pepsina

Niveles de pepsina %

Cantidad, g

%

0%

156

31,2

2%

123

24,6

4%

246

49,2

6%

310

62

Fuente: Autor

 

Obteniendo como el mejor tratamiento en rendimiento con el 6% de pepsina en la extraccin de colgeno en las patas de pollo, donde se obtuvo un rendimiento del 62% equivalente a 310 g de colgeno enrelacin a los 500 g de masa de piel y tendones de las patas de pollo.

 

Conclusiones

         Los niveles de pepsina en la extraccin de colgeno afectaron estadsticamnete su composicin fsico-qumica.

         Al utilizarse el 6% de pepsina, el colgeno present mejores respuestas en nitrgeno (13), protena (78%), densidad (0,37g/mL) y conductividad (20,48 s/cm).

         Los resultados microbiolgicos demostraron que a mayor cantidad de pepsina ms alta es la presencia de aerobios totales, por cuanto en el colgno del grupo control fue de 2243 UFC/g y se elev a 4288/g con la utilizacin del 6% de pepsina.

         Con el ejemplo de 6% de pepsina en la extraccin de colgeno en las patas de pollo, se obtuvo los mejores rendimientos (62%).

 

Referencias

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