Volumen 8 - Nº43 -Nov/Dic 1997

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Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la
Asociación Ciencia Hoy

ARTÍCULO

¿Qué hacer con el suero del queso?

 

Mariano Grasselli, Agustín A. Navarro del Cañizo, Héctor M. Fernández Lahore,
María V. Miranda, Silvia A. Camperi y Osvaldo Cascone

Cátedra de Microbiología Industrial y Biotecnología. FF y B. UBA


Existen muchas formas de separar estas dos proteínas en el laboratorio, pero a escala industrial las posibilidades se reducen considerablemente debido, sobre todo, al factor costo. En 1987 el equipo de J. L. Maubois desarrolló en Francia un método industrial de separación basado en que en medio ácido -pH 3,8- la a -lactalbúmina se agrega -o polimenriza- y forma un precipitado si se calienta ligeramente. Esta agregación es totalmente reversible: la proteína se redisuelve cuando la temperatura y el pH vuelven a sus valores originales (Figura 2).

Nos preguntamos ahora por qué conviene separar estas dos proteínas. La respuesta es: porque puede obtenerse mayor rendimiento económico a partir de las proteínas separadas que juntas. Un estudio hecho en Australia en 1987 compara las ganancias obtenidas si se concentran las proteínas para obtener un WPC 35 -es decir, un concentrado de proteínas del suero del queso que contiene 35% de proteínas respecto de los sólidos totales- con las que se obtienen separando a -lactalbúmina de b -lactoglobulina (Tabla 2). Las cifras son claras: las proteínas separadas valen unas diez veces más que el WPC. Una de las explicaciones la encontramos en la fabricación de alimentos para lactantes, que tratan de acercarse a la composición de la leche de origen humano. Veamos en la Tabla 1 las diferencias cuali y cuantitativas entre las leches de vaca y humana:

  • la concentración de proteínas totales es mucho menor en la leche humana que en la de vaca. Cuando una madre joven no tiene leche para amamantar a su hijo y le pregunta a alguien con experiencia, se le recomienda que alimente al bebé con leche de vaca, pero no pura, porque es muy "pesada", sino rebajada con agua. Esa persona "sabe" que la concentración de proteínas es mayor en la leche de vaca que en la humana y que, por lo tanto, para tornarla semejante hay que diluiría;

  • la leche humana contiene mucha menos caseína -30% del total de proteínas- que la de vaca (más del 80%);

  • la leche de madre no contiene b-lactoglobulina, pero la concentración de a -lactalbúmina es mayor que en la leche bovina;

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  • la leche humana tiene mucha lactoferrina y la de vaca muy poca.

Observando estas diferencias podemos inferir que se puede fabricar una leche "humanizada" si mezclamos proporciones convenientes de a -lactalbúmina, caseína y permeato del suero del queso. Esta utilización ya justifica la separación de la a -lactalbúmina de b -lactoglobulina, aunque existen otras razones para hacerlo, las que surgen de la lectura del recuadro "Utilización de la a -lactalbúmina y la b -lactoglobulina en la industria farmacéutica y alimentaria".

Pero, además, en el suero del queso hay otras proteínas que, si bien están en una proporción bastante inferior, representan posibilidades económicamente importantes debido a su alto valor agregado. Son fundamentalmente tres: la lactoferrina, la lactoperoxidasa y las inmunoglobulinas, que por tener un peso molecular elevado quedan concentradas en la misma proporción que la a -lactalbúmina y la b -lactoglobulina cuando se preparan los WPC.

La lactoferrina, que es el componente que le falta a la "leche humanizada" (Tabla 1), se encuentra en la saliva, la leche, secreciones vaginales y bronquiales, y en los gránulos de los neutrófilos -una de las clases de células blancas de la sangre-. Sus propiedades biológicas comprenden la regulación de la absorción de hierro y otros metales en el tracto gastroduodenal, la modulación de la producción y del crecimiento de algunas células animales, y la actividad antimicrobiana contra bacterias y hongos. Recientemente se ha descubierto que por clivaje de la lactoferrina con una enzima se obtiene un pequeño fragmento que ha sido denominado lactoferricina, el cual posee una actividad antimicrobiana 10 a 100 veces mayor que la lactoferrina que le dio origen.

 

Tabla 2
Rendimiento económico comparativo del WPC y de a -lactalbúmina y la b -lactoglobulina separadas
(valores expresados en u$s)
 

WPC 35

a -lactalbúmina y
b -lactoglobulina

Costo de manufactura

4.360

4.960

Beneficio

4.850

9.340

Beneficio diario neto

490

4.380

Beneficio neto por año (200 días)

98.000

876.000

Los valores están calculados para el procesamiento de 400.000 litros diarios de suero. WPC 35 es un concentrado de proteínas del suero del queso que contiene 35% de proteínas respecto de los sólidos totales.

 

A partir de 1987 aparecieron varias patentes de purificación de estas proteínas, y desde 1988 ya se comercializan en Europa. Su purificación a partir de WPC es similar en todos los métodos descriptos: se basa en adsorberLas sobre resinas de intercambio iónico y luego eluirlas selectivamente -es decir, separarlas de la matriz- con soluciones salinas de diferentes concentraciones.

Otro subproducto importante del aprovechamiento de las proteínas del suero del queso es el permeato de la ultrafiltración, rico en lactosa y sales minerales (Figura 1). Puede usarse para obtener lactosa, reconstituir leche humana mezclándolo con caseína, a -lactalbúmina y lactoferrina, o como medio de cultivo en procesos de fermentación para la producción de alcohol, vino blanco, levadura y ácidos orgánicos.

Frente a todas estas posibilidades, ¿qué hacemos en la Argentina? Desde hace cinco años, nuestro grupo de trabajo estudia la purificación de lactoferrina y lactoperoxidasa por métodos que se diferencian de los utilizados corrientemente. La estrategia de trabajo consiste en "atrapar" una proteína adsorbiéndola a un soporte o matriz cromatográfica que, a su vez, lleva unida una molécula -o ligando- que tiene afinidad por dicha proteína. La cantidad de material que va a quedar retenido en la matriz depende de dos factores: su concentración en la solución original y sus características de interacción con el ligando presente en la matriz cromatográfica. Esta interacción está caracterizada por lo que se llama la constante de disociación de la proteína con el ligando inmovilizado en la matriz. Para que la captura de la proteína sea eficiente, su concentración debe ser por lo menos 10 veces mayor que el valor de la constante de disociación.

En la cromatografía de intercambio iónico -como su nombre lo indica- las proteínas quedan retenidas por una interacción electrostática entre el ligando, que posee carga eléctrica neta, positiva o negativa, y la proteína cuya carga es de signo contrario. En la cromatografía de afinidad, en cambio, las proteínas son atrapadas por ligandos inmovilizados merced a una multiplicidad de interacciones, de manera tal que la interacción es mucho más intensa y por lo tanto la constante de disociación menor que en el caso del intercambio iónico. Es decir que si se quiere retener una proteína que está en baja concentración, como es el caso del suero del queso, la cromatografía de afinidad resulta la opción más apropiada. Este procedimiento permite partir del suero original, por lo que así evita la complicación de obtener primero un WPC.

Utilización de la a -lactalbúmina y La b -lactoglobulina en la industria farmacéutica y alimentaria

La a -lactalbúmina es una proteína extremadamente rica en el aminoácido triptofano -alrededor del 6% en peso-, y es quizás la de más bajo costo con estas características. A partir de ella pueden obtenerse fragmentos -denominados péptidos- que contienen triptofano, los cuales son precursores de la serotonina, una substancia que regula la vigilia y el sueño. También por hidrólisis de la a -lactalbúmina se obtiene un péptido formado por la unión secuencial de los aminoácidos tirosina, glicina, leucina y fenilalanina (Tyr-Gly-Leu-Phe), el cual es una exorfina -o morfina exógena-, ya que posee acción opiácea. Este compuesto podría ser utilizado en el tratamiento de trastornos psicosomáticos.

Agreguemos, además, que se ha descubierto que la a -lactalbúmina posee un efecto contraceptivo

-lo cual ha sido objeto del correspondiente patentamiento-, pero que el uso comercial más extendido por el momento consiste en su capacidad de aumentar el rendimiento en la preparación de los quesos, a los cuales se puede agregar 20% de esta proteína sin que se alteren sus características organolépticas.

La b -lactoglobulina globulina es una proteína de gran valor nutritivo. Se han preparado hidrolizados enzimáticos con los que se suplementan las dietas de reanimación para convalecientes, ya que muchos de los péptidos que se obtienen pueden ser absorbidos directamente por el intestino. También a partir de hidrolizados de b -lactoglobulina se pueden preparar leches con bajo contenido de fenilalanina, las cuales se utilizan en la alimentación de recién nacidos que padecen fenilcetonuria, una enfermedad de origen genético en la que no se puede metabolizar la fenilalanina, y que causa, entre otros problemas, retardo mental. De la b -lactoglobulina puede obtenerse otra exorfina, el péptido tirosina, leucina, leucina, fenilalanina (Tyr-Leu-Leu-Phe), el cual es farmacológicamente semejante al que se obtiene a partir de la a -lactalbúmina. Finalmente, además de poseer buenas propiedades espumantes, la b -lactoglobulina puede ser usada para la fortificación de bebidas soft y jugos de fruta gracias a su gran solubilidad y estabilidad.


Cuando se habla de cromatografía de afinidad, normalmente se piensa en utilizar como ligando un anticuerpo, pero este tipo de cromatografía, llamada bioespecífica, resulta muy cara; está reservada para proteínas de alto valor comercial. Sin embargo, existe otro tipo de cromatografía de afinidad que utiliza ligandos sintéticos: es la cromatografía de afinidad pseudobioespecífica. Ligandos típicos de este tipo de cromatografía son los metales inmovilizados (véase "Jugos de fruta sin metanol", en Ciencia Hoy 33: 25-32, 1996) y los colorantes triazínicos, que son aquellos que usa la industria textil para teñir las telas.

Los colorantes triazínicos son baratos y resistentes a la degradación química y biológica; recordemos que una matriz cromatográfica que se use industrialmente debe tener una larga vida útil. Como hay muchísimos colorantes triazínicos, y puesto que cada uno de ellos mostrará una constante de asociación distinta con una determinada proteína, debimos elegir cuál resultaba más adecuado a nuestros fines. Resultó ser el Rojo HE-3B. Luego de inmovilizarlo sobre un soporte cromatográfico, conseguimos establecer condiciones experimentales en las que este ligando podía retener el 95% de la lactoferrina presente en el suero del queso y prácticamente nada del resto de las proteínas. Luego, agregando simplemente una determinada concentración de sal, que debilita la unión de la proteína al ligando, se separa la lactoferrina del soporte.

Creemos que esta metodología -desarrollada en la Universidad de Buenos Aires- puede resultar de interés para valorizar el suero del queso, un subproducto industrial que, como dijimos al principio, todavía se utiliza como alimento para los cerdos.


Lecturas sugeridas

MAUBOIS, J.L., PIERRE, A., FAUQUANT, J. AND PIOT, M. 1988. "lndustrial fractionation of main whey proteins". IDF Bulletin 212: 154-159.

GRASSELLI, M., DIAZ, L.E. AND CASCONE, O.1995. "Whey clarification by a soluble polycationic agent". Biotechnol. Tech 9: 487-490.

GRASSELLI, M. AND CASCONE, O. 1996. "Separation of lactoferrin from bovine whey by dye affinity chromatography". Neth. Milk Dairy J. 50: 551-561.