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Fecha de publicación: 12 Agosto 2021
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Referencia

Trusek, A.; Dworakowska, D.; Czyzewska, K. (2020). Preparaciones enzimáticas 3D con escamas de óxido de grafeno e hidrogel para obtener productos sin lactosa = 3D enzymatic preparations with graphene oxide flakes and hydrogel to obtain lactose-free products. Food and Bioproducts Processing, 121, pp. 224-229. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2020.03.002

Introducción

01. La investigación de (Trusek, A.; Dworakowska, D.; Czyzewska, K. 2020) demuestra que “el óxido de grafeno GO puede utilizarse como vehículo en la inmovilización enzimática” lo que permite inhibir la enzima encargada de generar la lactosa en los procesos de fermentación de los productos lácteos.

02. Para ello “el artículo desarrolla un método de activación química antes de la unión de las moléculas enzimáticas. Esta propiedad del óxido de grafeno permite inmovilizar la enzima β-galactosidasa, después de la activación del GO con divinil sulfona“. La β-galactosidasa (Beta galactosidasa) es la enzima que se emplea para obtener productos sin lactosa. La β-galactosidasa es responsable de hacer fermentar los azúcares de la lactosa, permitiendo la producción de queso, yogur y otros productos lácteos, por tanto es una enzima que cataliza la hidrólisis de galactósidos a monosacáridos. En cuanto a la “divinil sulfona” se trata de un compuesto químico con estructura molecular “C4H6O2S” que puede derivarse del gas mostaza (Grant, W.M.; Thomas, C.C. 1987), considerado un producto peligroso por sus propiedades tóxicas, corrosivas e irritantes. La divinil sulfona se ha utilizado en otros casos para elaborar hidrogeles porosos (Sannino, A.; Madaghiele, M.; Conversano, F.; Mele, G.; Maffezzoli, A.; Netti, P.A.; Nicolais, L. 2004), agentes encapsulantes de fármacos (Morales-Sanfrutos, J.; Lopez-Jaramillo, F.J.; Elremaily, M.A.; Hernández-Mateo, F.; Santoyo-Gonzalez, F. 2015) o bien la activación de las propiedades de otros compuestos como el chitosan o quitosano (Pinheiro, B.B.; Rios, N.S.; Aguado, E.R.; Fernandez-Lafuente, R.; Freire, T.M.; Fechine, P.B.; Goncalves, L.R. 2019).

03. Los autores afirman que el proceso de separación de la lactosa con este método fue efectivo y rápido, siendo “posible obtener una baja concentración de lactosa en la corriente efluente a muy baja temperatura, 6°C, que corresponde a las condiciones de almacenamiento de la leche refrigerada“. Para ello se tuvieron que resolver dos problemas fundamentales; por un lado la separación enzimática, resuelta al combinar las escamas de GO con divinil sulfona para separar y aislar la enzima β-galactosidasa, y por otro la elaboración de un método de fabricación menos costoso. Los autores lo resumen así “La principal desventaja de los vehículos a base de grafeno en escamas es la dificultad para separarlos de la solución debido al tamaño y densidad de las partículas. Esta desventaja genera problemas a la hora de preparar el portador y durante su aplicación. En un trabajo anterior, se desarrolló un método de separación de escamas de GO, basado en centrifugación ultrarrápida (Trusek, A. 2019). El método fue eficiente, pero costoso, particularmente en la aplicación a escala industrial. Para eliminar este problema, se propusieron preparaciones 3D basadas en encapsulación de escamas GO. El nuevo método combina aplicaciones de hidrogeles y escamas de GO“. Si bien el método permite eliminar la lactosa a bajo coste, los autores no explican su proceso de eliminación, de hecho asumen la liberación de escamas de grafeno en la solución combinada con el producto lácteo, tal como se afirma en el siguiente párrafo “La encapsulación de escamas de grafeno en el hidrogel permitió una fácil creación de las preparaciones, así como su empaquetado en la columna del reactor químico de destilación. No hubo resistencias hidráulicas cuando la corriente de sustrato fluía a través de la columna. Además, las cápsulas de alginato no sufrieron destrucción, lo que impidió la liberación de escamas de grafeno en la solución“. Esto plantea muchos interrogantes y problemáticas no resueltas en el artículo, dado que el producto alimenticio está en contacto directo con la solución de escamas de grafeno.

04. Entre las conclusiones, cabe destacar que “el procedimiento desarrollado para la preparación de portadores 3D se puede utilizar para cualquier enzima“. Esto significa que el óxido de grafeno junto a otros componentes puede ser empleado para inhibir o inmovilizar todo tipo de enzimas. Esta afirmación es corroborada por muchos otros investigadores, tal como se puede comprobar en (Zhang, J.; Zhang, F.; Yang, H.; Huang, X.; Liu, H.; Zhang, J.; Guo, S. 2010), que consideran al óxido de grafeno como “la matriz para la inmovilización enzimática“, de hecho afirman que “la inmovilización de la enzima en las hojas de GO podría tener lugar fácilmente sin utilizar reactivos de reticulación ni modificación adicional de la superficie“. Esto se debe a la capacidad de adsorción del grafeno, que provoca la inhibición de las enzimas, tal como se observa en la gráfica de distribución de velocidad de reacción de inmovilización por minuto, véase figura 1.

01. Otros estudios confirman la implicación del óxido de grafeno en la preparación de productos lácteos sin lactosa. Es el caso de (Morelos-Gomez, A.; Terashima, S.; Yamanaka, A.; Cruz-Silva, R.; Ortiz-Medina, J.; Sánchez-Salas, R.; Endo, M. 2021) que desarrollan membranas de óxido de grafeno para leche sin lactosa. Las membranas son capaces de filtrar la lactosa con una capacidad de permeación de lactosa superior a 2,5kg por m2 y día. Los autores afirman que “Las simulaciones de dinámica molecular (MD) demuestran que la lactosa exhibe principalmente interacciones débiles de van der Waals con las capas GO, lo que permite que la lactosa se difunda a través de los nanocanales en las membranas GO, mientras que la grasa y las proteínas se conservan en la leche“. Estas propiedades de filtración son similares a las que se encuentran en la filtración de las aguas residuales (Fathizadeh, M.; Xu, W.L.; Zhou, F.; Yoon, Y.; Yu, M. 2017 | Wang, J.; Zhang, P.; Liang, B.; Liu, Y.; Xu, T.; Wang, L.; Pan, K. 2016), incluso de uranio (Hu, X.; Wang, Y.; Yang, J.O.; Li, Y.; Wu, P.; Zhang, H.; Liu, Z. 2020 | Li, Z.; Chen, F.; Yuan, L.; Liu, Y.; Zhao, Y.; Chai, Z.; Shi, W. 2012). Sin embargo, al igual que los demás estudios, no se analiza los residuos o trazas de grafeno en la leche y demás productos lácteos, que pueden provocar la intoxicación o envenenamiento de los consumidores, véanse todos los efectos secundarios y daños que provoca el óxido de grafeno.

02. Redundando en las propiedades de inmovilización enzimática del óxido de grafeno, merece especial atención el trabajo de (de-Brito, A.R.; de-Carvalho-Tavares, I.M.; de-Carvalho, M.S.; de-Oliveira, A.J.; Salay, L.C.; Santos, A.S.; Franco, M. 2020) que estudian la interacción de la “lactasa” en una matriz de nanotubos de carbono CNT, que son nanoláminas de grafeno de forma cilíndrica. Los investigadores demuestran que “había adsorción de la enzima lactasa en el área tubular de los nanotubos de carbono. Mediante análisis de espectroscopia de fluorescencia, se observó que la emisión de fluorescencia de lactasa se debe principalmente al residuo de triptófano (Trp), y esta fluorescencia se redujo en presencia de CNT, demostrando la interacción entre estos componentes“. Esta afirmación, refuerza la tesis de que el óxido de grafeno podría inhibir o inmovilizar muchas de las enzimas digestivas, provocando problemas de intolerancia a la lactosa, entre otras posibles incidencias que no han sido descritas todavía.

03. Otro ejemplo de inmovilización enzimática es el de (Zhou, L.; Jiang, Y.; Gao, J.; Zhao, X.; Ma, L.; Zhou, Q. 2012), en cuyo estudio se inhibe la “glucosa oxidasa” con óxido de grafeno. La glucosa oxidasa es la enzima que ayuda a degradar los azúcares para facilitar el metabolismo. Obviamente, si se inmoviliza la glucosa oxidasa, podrían suceder disfunciones metabólicas. Si bien el estudio se orientó al desarrollo de bioelectrodos y biosensores, ello demuestra que el óxido de grafeno puede ser peligroso para la función metabólica del cuerpo, tal como sugieren y afirman (Papi, M.; Lauriola, M.C.; Palmieri, V.; Ciasca, G.; Maulucci, G.; De-Spirito, M. 2015 | Volkov, Y.; McIntyre, J.; Prina-Mello, A. 2017 | Zhang, Y.; Qin, L.; Sun, J.; Chen, L.; Jia, L.; Zhao, J.; Sang, W. 2020 | Jastrzębska, AM, Kurtycz, P. y Olszyna, AR 2012 | Singh, Z. 2016 | Jarosz, A.; Skoda, M.; Dudek, I.; Szukiewicz, D. 2016 | Montagner, A.; Bosi, S.; Tenori, E.; Bidussi, M.; Alshatwi, A.A.; Tretiach, M.; Syrgiannis, Z. 2016).

Opiniones

01. Queda demostrado que los productos lácteos sin lactosa podrían ser el resultado de la aplicación de técnicas de filtrado con óxido de grafeno, dirigidas a la eliminación de la lactosa. Sin embargo, en ninguno de los estudios consultados, se analizan los posibles residuos del óxido de grafeno en los productos alimentarios y tampoco se apunta a la toxicidad y efectos adversos que causa en el cuerpo humano. Resulta fundamental identificar qué productos lácteos sin lactosa fueron sometidos a estos procesos, a fin de detectar la contaminación de los alimentos. Para ello se requiere su análisis en laboratorio.

02. Los investigadores corroboran la capacidad del óxido de grafeno en nanopartículas de forma aislada y combinada con otros elementos magnéticos como el Fe2O3 y el Fe3O4, para inhibir o inmovilizar todo tipo de enzimas presentes en el intestino delgado. Aún no se ha revisado la incidencia en enzimas de otros órganos, pero la literatura científica confirma que la afectación podría ser más amplia, dado que el óxido de grafeno afecta al metabolismo de las células, véase (Jarosz, A.; Skoda, M.; Dudek, I.; Szukiewicz, D. 2016) en donde se explica el estrés oxidativo y la interrupción de la homeostasis mitocondrial.

Hipótesis

Bibliografía

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