Aplicación de ultrasonidos de potencia para la mejora en la extracción de la enzima ferroquelatasa a partir del hígado de cerdo

Abstract

[ES] La zinc-protoporifirina (ZnPP) es un pigmento natural en el cual el átomo de hierro del anillo porfirínico ha sido sustituido por un átomo de zinc, reacción catalizada por la enzima ferroquelatasa (FeQ). Este pigmento ha sido recientemente descrito en productos cárnicos sin nitritos ni nitratos añadidos, como por ejemplo en el Jamón de Parma. Por su color rojo característico y estabilidad frente a la luz y el calor, este pigmento podría ser usado en la mejora del color de diferentes productos cárnicos. Sin embargo, los mecanismos relativos a la formación de ZnPP no han sido completamente elucidados y la extracción de la FeQ a partir del hígado de cerdo no ha sido aún optimizada. Por otro lado, se sabe que la aplicación de ultrasonidos de potencia (USdP) facilita la extracción de diversos compuestos de interés, incluidas las enzimas. Por ello, el objetivo del presente trabajo fue evaluar la viabilidad del uso de los USdP para mejorar la extracción de la enzima FeQ a partir del hígado de cerdo. Así, se intentaron determinar las condiciones óptimas de extracción del enzima a partir del hígado utilizando un sistema ultrasónico tipo sonda y variando tanto el tiempo de aplicación de los ultrasonidos (1, 2.5 y 5 min) como la frecuencia de aplicación de los mismos (continua vs pulsada). La extracción asistida por USdP se comparó frente a la modalidad convencional, la cual consiste en agitación magnética durante 30 min. Utilizando los extractos enzimáticos de FeQ obtenidos en las diferentes condiciones ensayadas, se determinó la cinética de formación de ZnPP, evaluando tanto la velocidad de la reacción como el producto final obtenido. La aplicación de los USdP demostró ser un método eficaz para la extracción de la enzima, traduciéndose en mejoras significativas (p < 0.05) en la velocidad de la reacción y en el producto máximo formado. Tanto el tiempo de aplicación de los USdP como la frecuencia de aplicación de los mismos, resultaron ser factores determinantes sobre el rendimiento de la extracción. De entre todas las condiciones ensayadas, la modalidad de extracción óptima fue aplicar los USdP durante 1 min de manera continua. La influencia de los ultrasonidos sobre la actividad de la enzima y su repercusión sobre los resultados son aspectos que deben tratarse con mayor profundidad en trabajos posteriores. A pesar de ello, este trabajo pone de manifiesto el potencial de la tecnología ultrasónica para mejorar la extracción de la FeQ a partir del hígado de cerdo, no solo porque permite extraer una concentración superior de enzima si no también por el importante ahorro de tiempo que supone respecto a la extracción convencional.

[EN] Zinc-protoporphyrin (ZnPP) is a natural pigment in which the iron atom of the porphyrin ring has been replaced by a zinc atom, reaction catalyzed by the enzyme ferrochelatase (FeCH). This pigment has been recently described in meat products without added nitrites or nitrates, as for example in Parma Ham. Due to its characteristic red color and stability against light and heat, this pigment could be used to improve the color of different meat products. However, the mechanisms related to the formation of ZnPP have not been completely elucidated and the extraction of FeQ from pork liver has not been optimized yet. On the other hand, it is known that the application of power ultrasound (PUS) facilitates the extraction of numerous compounds of interest, including enzymes Therefore, the objective of this work was to evaluate the feasibility of using the PUS to improve the extraction of the enzyme FeCH from pork liver. Thus, we tried to determine the optimal conditions of extraction of the enzyme from the liver using a probe-type ultrasonic system and varying both the time of application of ultrasound (1, 2.5 and 5 min) and the frequency of application (continuous vs pulsed). The PUS-assisted extraction was compared to the conventional method of extraction, which consists of magnetic stirring for 30 min. Using the enzymatic extracts of FeCH obtained in the different conditions tested, the kinetics of ZnPP formation was determined, evaluating both the reaction speed and the final product obtained. The application of the PUS proved to be an effective method for the extraction of the enzyme, resulting in significant improvements (p <0.05) in the reaction speed and in the maximum product formed. Both the time of application and the frequency of application, turned out to be determining factors on the performance of the extraction. Among all the conditions tested, the optimal one was to apply the PUS continuously for 1 min. The influence of ultrasound on the activity of the enzyme and its repercussion on the results are aspects that should be treated in greater depth by later works. Despite that, this work highlights the potential of ultrasonic technology to improve the extraction of FeCH from pork liver, not only because it allows extracting a higher concentration of enzyme but also because of the notorious time saving with respect to the conventional method of extraction.