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Aplicaci�n de diferentes niveles de pepsina para la obtenci�n de colageno a partir de las patas de pollo
Application of different levels of pepsine for collagen obtaining from chicken legs
Aplica��o de diferentes n�veis de pepsina para obter col�geno de p�s de frango
Linda Mariuxi Flores-Fiallos I
�https://orcid.org/0000-0003-4516-6963
Cristina Nataly Villegas-Freire II
https://orcid.org/0000-0003-3392-8051
Mar�a Augusta Guadalupe-Alcoser III
�https://orcid.org/000-0002-0547-215X
Correspondencia: linda.flores@espoch.edu.ec
Ciencias Naturales
Art�culo de investigaci�n
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*Recibido: 20 de diciembre de 2020 *Aceptado: 12 de enero de 2021 * Publicado: 08 de febrero de 2021
I. Master Universitario en Qu�mica Org�nica, Ingeniera Qu�mica, Facultad de Ciencias de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
II. Magister en Formulaci�n, Evaluaci�n y Gerencia de Proyectos para el Desarrollo, Master universitario en Qu�mica, Bioqu�mico Farmac�utico, Facultad de Recursos Naturales de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
�III. Magister en Ingenier�a Qu�mica Aplicada, M�ster Universitario en Sistemas Integrados de Gesti�n de la Prevenci�n de Riesgos Laborales, la Calidad, el Medio Ambiente y la Responsabilidad Social Corporativa, Ingeniera Qu�mica, Facultad de Ciencias de la vida de la Universidad Estatal Amaz�nica, Puyo, Ecuador.�
Resumen
Se obtuvo col�geno de las patas de pollo con la aplicaci�n de 2, 4 y 6% de pepsina, con tres repeticiones cada uno, distribuidos bajo un dise�o completamente al azar, los resultados fueron analizados mediante an�lisis de varianza y la separaci�n de medias seg�n Tukey. Estableciendo que el empleo de pepsina afect� estad�sticamente las caracter�sticas f�sico � qu�micos y microbiol�gicos del col�geno de las patas de pollo. Mostr�ndose que al aplicar el 6 % de pepsina, reportaron las mejores respuestas en nitr�geno total (13 %), mayor porcentaje de prote�na (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 col�geno existi� diferencias estad�sticas pero esta disminuy� a medida que se increment� los niveles de pepsina. Por lo que se recomienda utilizar el 6% de pepsina en la obtenci�n de col�geno de las patas de pollo; ya que present� las mejores caracter�sticas f�sico� qu�micos y microbiol�gicos.
Palabras claves: Extracci�n; pepsina; col�geno; 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 col�geno foi obtido das patas de frango com a aplica��o de pepsina a 2, 4 e 6%, com tr�s repeti��es cada, distribu�das em um delineamento inteiramente casualizado, os resultados foram analisados por an�lise de vari�ncia e separa��o das m�dias segundo Tukey. Estabelecer que o uso de pepsina afetou estatisticamente as caracter�sticas f�sico-qu�micas e microbiol�gicas do col�geno dos p�s de frango. Mostrando que ao aplicar 6% de pepsina, eles relataram as melhores respostas em nitrog�nio total (13%), maior porcentagem de prote�na (78%), densidade (0,37g / mL), condutividade (20,48ms / cm) e menor quantidade de aer�bios (42 CFU / g). Em rela��o � vari�vel pH (5,28) do col�geno, houve diferen�a estat�stica, mas esta diminuiu com o aumento dos n�veis de pepsina. Portanto, � recomendado o uso de pepsina a 6% na obten��o de col�geno dos p�s de frango; por apresentar as melhores caracter�sticas f�sico-qu�micas e microbiol�gicas.
Palavras-chave:Extra��o; pepsina; col�geno; condutividade..
Introducci�n
Los mataderos av�colas generan efluentes l�quidos, compuestos de grasas, prote�nas y restos de animales. Tambi�n generan los desechos s�lidos, tales como: los huesos, las entra�as, patas, cabezas, piel. Los cuales usualmente al no poder ser utilizados son desechados en los vertederos, debido a que por sus caracter�sticas organol�pticas no son aptas para el consumo humano directo. La producci�n de carne de pollo, genera una gran cantidad de subproductos los cuales en su mayor�a poseen una alta fuente de prote�na, es as� que a partir de las crestas se puede extraer col�geno de tipo I en una proporci�n del 1 al 1.6% (Castro, D. 2016).
El col�geno es una prote�na fibrosa insoluble en agua, formada por un conjunto de tres cadenas polipept�dicas las cuales son las responsables de su resistencia es el principal componente fibroso de huesos, dientes, tejido conectivo (cart�lago, tendones).� Esta prote�na posee numerosas aplicaciones principalmente en la industria farmac�utica y alimenticia debido a sus propiedades f�sico-qu�micas, ya que puede ser usado como agente emulsificante, estabilizante, gelificante. Es una de las prote�nas m�s abundantes en los organismos Heter�trofos. Son m�s f�ciles de aislar mientras m�s joven sea el animal ya que al ser m�s viejo la carne tiende a ser m�s dura y con poca flexibilidad. Cuando se hierve el col�geno en agua se convierte en la prote�na Hidrosoluble conocida com�nmente 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 g�strico. La pepsina ayuda en la digesti�n de los alimentos degradando las prote�nas que llegan al est�mago. Es producida y secretada por la mucosa g�strica en el momento de la digesti�n. La pepsina tambi�n puede ser comercializada. En este caso proviene del est�mago del cerdo. La pepsina forma parte de la composici�n de numerosos quesos y de ciertas sodas (Figueroa, C. et al. 2016).
Act�a principalmente sobre enlaces pept�dicos de naturaleza hidr�foba, preferentemente arom�ticos. La pepsina es m�s activa con un pH de entre 2 y 3. Se desactiva permanentemente con un pH superior a 6. Es segregada por las c�lulas de las paredes del est�mago. Se libera en forma de pepsin�geno. Digesti�n de los telop�ptidos. La digesti�n de los telop�ptidos se hace con pepsina. Al eliminar los telop�ptidos, el col�geno resulta menos ant�geno, m�s puro y con mejores posibilidades para ser utilizado como biomaterial (Figueroa, C. et al. 2016).
Los estudios sobre fuentes alternativas y nuevas funcionalidades de col�geno ha experimentado un gran auge, en parte debido al creciente inter�s en la valoraci�n los subproductos industriales (desde la industria de la carne y el 15 pescado). Debido a esto, hoy en d�a tambi�n se obtiene col�geno a partir de patas de pollo siendo �ste un sustituto de col�geno procedente de manera convencional a partir de algunos mam�feros.
Con la extracci�n selectiva de este tipo de prote�nas es posible generar valor agregado a la cadena productiva a partir de los desechos av�colas, adem�s que, la cantidad de residuos en el ambiente ser� significativa.
Por lo anotado, en la presente investigaci�n se plante� el siguiente objetivo:
� Evaluar los diferentes niveles de col�geno obtenidos a partir de las patas de pollo
Materiales y M�todos
En la presente investigaci�n 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 extracci�n de col�geno, con niveles de 2, 4, y 6% de pepsina. Estos tratamientos fueron distribuidos en un Dise�o Completamente a Azar (DCA), con cuatro tratamientos (incluido el control) y 5 repeticiones por tratamientos, teniendo as� un total de 20 unidades experimentales.
La extracci�n de col�geno se hizo en base al siguiente procedimiento: Las patas se lavaron en agua potable, se adicion� una soluci�n 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 eliminaci�n de las grasas y pigmentos mediante una agitaci�n 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 prote�na ajena al col�geno mediante agitaci�n constante con NaOH 0.2 N por un tiempo de 24 h, para luego centrifugar nuevamente por 20 minutos y despu�s se desech� el sobrenadante. Luego se agreg� la pepsina (sigma- Aldrich) al 2% y 500mL de �cido ac�tico 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 agitaci�n durante 24 h, se ajust� nuevamente el pH a 3.5 con �cido ac�tico 0.5 M. luego se a�adi� NaCl al 0,9M lentamente para precipitar la prote�na, esta mescla se centrifug� durante 40 minutos, el precipitado resultante de disolvi� en �cido ac�tico 0.5 M. Como �ltimo se realiz� la liofilizaci�n en un liofiliador Marca a una temperatura de -54�C durante 48 horas.
Figura
1:
Diagrama de flujo para la obtenci�n de Col�geno
Fuente: Autor
Resultados y discusi�n
Se determin� el nitr�geno total mediante el m�todo de kjeldahl seg�n AOAC, 2001.11. La concentraci�n de nitr�geno se multiplic� por el factor de prote�na (6,25) para obtener el porcentaje de prote�na presente en la muestra. Para lo cual se pes� la 1g muestra en una balanza anal�tica y se coloc� en un bal�n 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 disoluci�n se aclare y se continu� la ebullici�n durante al menos otros 30 min. Se enfri� el bal�n y se coloc� 200mL de agua, 100 ml de NaOH al 50% y unos gr�nulos de Zn para estabilizar la reacci�n. Luego se coloc� en el �rea de destilaci�n. 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.
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Enseguida se coloc� el bal�n en el �rea de destilaci�n. Se esper� hasta en el Erlenmeyer la soluci�n llegue a 300ml de destilado. Se Retirar del equipo y se coloc� el indicador Verde Rojo de Bromo cresol lo que hizo cambiar de coloraci�n a verde menta. Luego se titul� con HCl al 0.1 N. Se tomaron datos para luego ser transformado a trav�s de un factor en prote�na utilizando las siguientes ecuaciones:
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Donde:
V: Titulaci�n le�da 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 m�todo gravim�trico tomado de Farmacopea, ISO 787/11, ASTM B527. Donde se midi� la densidad del col�geno en polvo. Se determin� la temperatura y la humedad relativa del laboratorio. Encontrando una temperatura de 18�C y una humedad relativa de 45%. Primero se pes� la probeta vac�a, despu�s se pes� la probeta m�s el col�geno y por �ltimo se pes� la probeta m�s agua, con los datos obtenidos se procedi� a aplicar la siguiente ecuaci�n para hallar la densidad de la muestra:
Se determin� el potencial de Hidr�geno (pH) de las muestras de col�geno mediante el m�todo potenci�metro 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 verificaci�n con el Buffer de pH 7, luego se disolvi� 10g de muestra en 50 mL de agua destilada mediante agitaci�n 30 min y se coloc� en un vaso de precipitaci�n 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 valoraci�n f�sico qu�mica del col�geno obtenido con los diferentes niveles de pepsina, se reporta en la Tabla 1, donde se aprecia que existe variaci�n por el efecto de la pepsina.
Tabla 2: An�lisis f�sico-qu�mico y microbiol�gico de col�geno de patas de pollo obtenidos con diferentes niveles de pepsina
Variables |
Niveles de pepsina, % |
E.e. |
Prob. |
|||
0 |
2 |
4 |
6 |
|||
Nitr�geno, % |
10 b |
11 ab |
13 a |
13 a |
0,01 |
0,01 |
Prote�na % |
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 est�ndar; Prob.>0,05: No existen diferencias estad�sticas; Prob.<0,05: Existen diferencias estad�sticas; Medidas con letras distintas en una fila difieren estad�sticamente seg�n prueba Tukey.
Los contenidos de nitr�geno total del col�geno 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 nitr�geno total, en cambio al utilizar el 2% de pepsina y el grupo control redujeron su contenido de nitr�geno al 10 y 11%.
Por lo que mediante el an�lisis de la regresi�n se estableci� una tendencia cuadr�tica significativa como se muestra en la Figura 2, que indica que el porcentaje de nitr�geno 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 nitr�geno total, valor que es similar al valor encontrado en este estudio.
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Figura 2: Comportamiento de Nitr�geno total (%) del col�geno obtenido de las patas de pollo
Fuente: Autor
Los contenidos de prote�na del col�geno 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 prote�na, 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 an�lisis de la regresi�n se estableci� una tendencia cuadr�tica significativa Figura 3, que determina el contenido proteico del col�geno aumenta pero no de forma proporcional.
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Figura 3: Comportamiento del contenido de prote�na (%) del col�geno obtenido de las patas de pollo con distintos niveles de pepsina
Fuente: Autor
Al aplicarse los distintos niveles de pepsina en la extracci�n de col�geno 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 an�lisis de la regresi�n se estableci� una tendencia cuadr�tica 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 col�geno obtenido de las patas de pollo con distintos niveles de pepsina
Fuente: Autor
La densidad frente a los distintos niveles de pepsina mostraron diferencias estad�sticas (P<0,05), ya que al aplicar 4 y 6% de pepsina la densidad del col�geno 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 an�lisis de la regresi�n se estableci� una tendencia cuadr�tica 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 a�adida no era suficiente para desdoblar la prote�na de col�geno haciendo que sea m�s densa la relaci�n al tratamiento control. La densidad del col�geno es de 0,906 g/ml, lo que quiere decir que es soluble en agua (Castenblanque, E. 2015)
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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 an�lisis de la regresi�n estableci� una tendencia cuadr�tica 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 acci�n de la pepsina la cual degrada los enlaces pept�dicos y permite la presencia de s�lidos totales disueltos en el col�geno.
Los contenidos encontrados de conductividad no deben ser superior a 500 �S/cm (Torres, J. 2012), las patas de pollo poseen peque�as cantidades de minerales y sales, lo que quiere decir que la conductividad del col�geno extra�do es alto debido a la presencia de sales y minerales en las patas de pollo, ya que es org�nico y por ende es deficiente para conducir electricidad por naturaleza.
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Figura 5: Comportamiento de conductividad (mS/cm) obtenido de las patas de pollo con distintos niveles de pepsina
Fuente: Autor
En el col�geno 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 42�88 UFC/g al emplearse los niveles 4 y 6% de pepsina, not�ndose que a mayores cantidades de pepsina existe una mayor presencia de aerobios totales; aunque la presencia de estos microorganismos se deba a la contaminaci�n ambiental, por cuanto para la obtenci�n de col�geno que utiliz� el proceso de liofilizaci�n a una temperatura de -540C en el cual deber�a 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 col�geno obtenido es apto para el consumo e industrializaci�n sin afectar la salud de los consumidores.
Para obtener col�geno de patas de pollo con niveles 2, 4 y 6% de pepsina se utiliz� 500 g en cada tratamiento, despu�s de obtener el col�geno se liofiliz� y se obtuvo el rendimiento aplicando la siguiente ecuaci�n, donde los resultados se reflejan en la tabla 2.
Tabla 2: Rendimiento de col�geno 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 extracci�n de col�geno en las patas de pollo, donde se obtuvo un rendimiento del 62% equivalente a 310 g de col�geno enrelaci�n a los 500 g de masa de piel y tendones de las patas de pollo.
Conclusiones
� Los niveles de pepsina en la extracci�n de col�geno afectaron estad�sticamnete su composici�n f�sico-qu�mica.
� Al utilizarse el 6% de pepsina, el col�geno present� mejores respuestas en nitr�geno (13), prote�na (78%), densidad (0,37g/mL) y conductividad (20,48 �s/cm).
� Los resultados microbiol�gicos demostraron que a mayor cantidad de pepsina m�s alta es la presencia de aerobios totales, por cuanto en el col�gno del grupo control fue de 22�43 UFC/g y se elev� a 42�88/g con la utilizaci�n del 6% de pepsina.
� Con el ejemplo de 6% de pepsina en la extracci�n de col�geno en las patas de pollo, se obtuvo los mejores rendimientos (62%).
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� 2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).
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