LA PAPAYA

EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

TEMA DE INVESTIGACIÓN:

“Extracción, concentración y  cuantificación de la actividad enzimática de la papaína a partir de la papaya (Carica papaya)”.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La papaína es una enzima que se extrae de la papaya, con capacidad de digerir las proteínas de los alimentos. Sus aplicaciones son en distintas áreas. Hoy se utiliza en la industria alimenticia como ablandador de carnes y también en la clarificación de cervezas y otras bebidas.

Son tantos los usos de la papaya que incluso en algunos países de Asia, África y Oceanía destinan el fruto a la obtención de látex; mientras que sus aplicaciones alcanzan la industria textil, papelera y de cuero, así como la depuración de residuos líquidos.

Esta enzima es requerida en áreas como la farmacéutica y la cosmética, donde se utiliza en la fabricación de cremas desmanchadoras de la piel, que consumen aproximadamente un 10% de la producción mundial. Por otra parte, la papaína es uno de los componentes utilizados por laboratorios oftalmológicos para fabricar tabletas enzimáticas para la limpieza de lentes de contacto.

Paralelamente, se comienzan a descubrir otras aplicaciones de la papaína en negocios como la industria textil para macerar las fibras de lana y algodón, papelera, curtido de cuero, así como en procesos de depuración de residuos líquidos y en investigación de química analítica.

También forma parte de suplementos dietarios, debido a su capacidad de favorecer el proceso digestivo, y de procesos de depuración de aguas. El mercado mundial de la papaína se encuentra en miles de toneladas, siendo el movimiento de divisas en varios cientos de millones de dólares.

 Formulación del problema

El presente tema de investigación trata de contribuir con el conocimiento sobre la  extracción,  concentración y  cuantificación  de la actividad enzimática de la papaína la cual es una enzima que se encuentra y se extrae del fruto de la papaya  (Carica papaya),  ya que existe una problemática que es el desconocimiento sobre extracción de enzimas naturales y su tratamiento,  sus aplicaciones que pueden ser en varias áreas como en alimentos, farmacéutica, cervecera, cosmética.

Es por estos motivos que existe la necesidad de la extracción de este tipo de enzimas ya que son de gran utilidad comercial, además de abrir nuevos campos dentro de la Biotecnología  que pueden ser aplicados

Dentro de la carrera de Ingeniería Bioquímica.

 JUSTIFICACIÓN

Esta investigación es de interés puesto que las enzimas son de gran utilidad en diferentes áreas como la alimentaria, textil, cosmética, cervecera. Por consiguiente este estudio plantea la determinación de diferentes propiedades y características de la papaína con el fin de que los lectores de este trabajo tengan una visión clara del uso que se le puede dar a esta enzima. 

Es de importancia puesto que al no existir suficiente información sobre este tipo de enzimas vegetales en el país se contribuye con información de tipo científico-técnica.

Resolver el problema planteado, los recursos tecnológicos con los que cuenta la

Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos se  adecuará según las necesidades de la investigación, ya que no se cuenta con una tecnología de última generación.

 OBJETIVOS

Objetivo General

Ø    Obtener papaína concentrada y evaluar su actividad enzimática.

Objetivos Específicos

Ø    Adaptar un método de extracción de papaína.

Ø    Obtener  un concentrado de papaína mediante el proceso de secado.

Ø    Analizar la actividad enzimática de la papaína.13

MARCO TEÓRICO

ANTECEDENTES DE INVESTIGACIÓN

La papaína se vende en forma líquida y pulverizada. Comúnmente se importa  como materia prima y es procesada de acuerdo a las especificaciones del usuario final. La fuerza de la papaína se mide en

Unidades de Tirosina (TU). De acuerdo a uno de los distribuidores en Inglaterra, la papaína líquida de 70-75 TU se usa comúnmente en las cerveceras. Sin embargo, algunos compradores requieren fuerzas de hasta 500-700 TU. Uno de los problemas más grandes para los compradores de papaína es la baja actividad enzimática, causada por almacenar el látex por más de un día mientras se acumula suficiente  stock para comenzar el proceso. En el continente Americano los países de Estados Unidos, México y Chile son los mayores productores de la enzima papaína extraída del fruto papaya.

La industrialización de frutas en nuestro país está limitada hacia la exportación de jugos, concentrados, conservas y mermeladas, sin considerar otros principios activos que contienen las frutas como subproductos, sean estos proteicos o enzimáticos los cuales pueden ser usados como colorantes clarificantes, saborizantes y coadyuvantes de 14ciertas reacciones químicas en la elaboración de otros productos.

La papaya  al pertenecer a la familia de las caricáceas contiene en su composición papaína que es una enzima proteolítica utilizada en la industria cervecera y en la industria cárnica.

La papaína bruta, contiene un poco de agua, glúcidos, ácidos orgánicos y una mezcla de enzimas, dónde destacan las denominadas proteasas que actúan rompiendo los enlaces peptídicos en cualquier lugar de la cadena peptídica en la que se hallen situados (endopeptidasas).También contiene pequeñas cantidades de otros enzimas: papaya peptidasa A, lipasa y lisozima (enzima que rompe las paredes de las células bacterianas).

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICO-CIENTÍFICA

Papaya

La papaya se obtiene del árbol conocido como papayo, originario de las zonas tropicales de México y Centroamérica. Se cultiva en terrenos de muy distinta naturaleza, pero es  fundamental que éstos sean ricos en materia orgánica y que contengan una humedad abundante.

La papaya fue descrita por primera vez en 1526 por el cronista español Oviedo, quien la encontró en las costas de Panamá y Colombia. Ésta fue cultivada rápidamente en los trópicos, ya que su distribución, indudablemente es auxiliada por la abundancia de semillas de relativamente amplia viabilidad. Este fruto se ha adaptado en diversas 15 regiones tropicales, particularmente en áreas con suelos fértiles y lluvia abundante. (Plan Rector del Sistema Producto Papaya, 2005).

La historia de la dispersión de la papaya, a grandes rasgos, inicia aproximadamente en 1500, cuando los españoles llevaron semillas a Panamá y República Dominicana. En el siglo correspondiente, marinos y portugueses las llevaron a Filipinas, Malasia y la India. Para 1600 aproximadamente, estaban cultivando papayas en regiones cálidas de Sur y Centro América, Sur de México, las Antillas, Bahamas, Bermudas y

Florida. En ese siglo la semilla de papaya fue transportada de la India a Nápoles, Italia. A Hawai llegó entre 1800 y 1820. Hasta 1900, la semilla de papaya fue llevada a Florida, probablemente de Bahamas. La variedad Solo se cultiva en Hawai desde 1911, originaria de Barbados y Jamaica.

En 1978 se introdujeron a México las primeras semillas de la variedad

Maradol.

En la actualidad el papayo se cultiva en forma comercial no solo en las regiones de América, sino también en África, Asia, Australia, Filipinas, y en los Estados Unidos (Hawai y Florida).  (Plan Rector del Sistema

Producto Papaya, 2005).

Requerimientos Climáticos

El papayo es una planta tropical, puede cultivarse desde el nivel del mar hasta los 1000 m.s.n.m., pero los frutos de mejor calidad y los rendimientos más altos se obtienen en altitudes por debajo de los 800 metros.

A continuación según el artículo Plan Rector del Sistema Producto Papaya realizado en 2005 se analizan los factores climáticos más importantes que influyen de manera decisiva en el desarrollo de este cultivo, así como las características principales que debe tener un suelo para que el cultivo produzca de manera exitosa.

Temperatura

Es el factor climático limitante, que permite que este frutal se desarrolle o no. El rango de temperatura es entre 22° y 30°C, pero su óptima es entre 23° y 26°C, temperaturas bajas inhiben su crecimiento y temperaturas altas, le provocan abscisión floral y bajas en la producción. Canículas y sequías especialmente en la floración ocasionan su caída y la planta llega a suspender su crecimiento.

Humedad

El agua es el contribuyente principal de la planta; alrededor del 85% está compuesta por agua. La papaya, tanto en el proceso de germinación, vivero y primeros meses después de plantada, necesita para su crecimiento y desarrollo una gran cantidad de agua, por lo cual en esta fase se deben realizar riegos semanales. En la época seca y cuando la lluvia no es adecuada, se debe recurrir al riego para mantener las plantas con un buen desarrollo.

Luz

La papaya necesita abundante luz debido a su gran actividad fotosintética. Es imposible desarrollar plantaciones con restricciones de luz, pues las plantas serían alargadas y amarillas, sintomatología esta de  desnutrición, lo que trae como consecuencia un inadecuado desarrollo de las plantas.

Suelos

Las principales características que debe reunir un suelo para este cultivo son las siguientes:

Suelto y húmedo.

Con buen drenaje.

Alto contenido de materia orgánica.

Un pH que fluctúe entre seis y siete.

Suelos fértiles y profundos.

El suelo también puede ser mejorado, por lo cual no es de los factores más preocupantes cuando se planifica una plantación.

6 Propiedades Medicinales

Los pediatras recomiendan el consumo de la fruta de papaya, en la dieta del infante desde los primeros meses y el consumo en forma de jugos, a partir de los 30 días de nacido.

La papaya contiene una enzima llamada papaína, la cual ayuda a la digestión de proteínas en el cuerpo. La papaya puede usarse para el tratamiento de la diarrea, alergias, fiebre del heno e indigestión.

Dentro de otras propiedades de la papaya están:

Ø    Protege al cuerpo de la oxidación, por lo tanto previene el cáncer

Ø    Ayuda a regular los niveles de colesterol

Ø    Fomenta la absorción de hierro

Ø    Ayuda a la elaboración y mantenimiento del colágeno, proteína, que es la base

Ø    Para la unión de los tejidos

Ø    Ayuda a aliviar la respiración asmática

Ø    Ayuda a la recuperación rápida por padecimientos de neumonía, mononucleosis,

Ø    Hepatitis y otras infecciones virales

Sin embargo el licopeno cumple con otras funciones específicas:

ü    Fortalece el sistema inmunológico

ü    Promueve la fertilidad, esencial para embarazos satisfactorios y lactancia

ü    Necesario para la síntesis de proteínas

ü    Puede prevenir cáncer del estómago, colon, recto, vejiga, pechos, boca, esófago, cérvix y pulmones

ü    Esencial para la sanidad de los ojos

ü    Requerido para la formación de huesos y el desarrollo

ü    Reduce la oxidación y daño de las células nerviosas que ocurre como resultado de golpes

ü    Mejora la actividad de la muerte natural de las células, destruyendo a los

Agentes invasores.

El licopeno, es el pigmento que le imprime el color rojo a la pulpa de la papaya. Los cultivares hawaianos contienen entre 21 – 40 partes por 19

millón. En los cultivares criollos de pulpa amarilla, los pigmentos (cripto xantinas) están presentes en una concentración de 8.1 partes por millón.

La intensidad del color depende de la concentración del pigmento, la cual variará de una localidad a otra. En las pulpas rojas los carotenos contienen un 10 % de los pigmentos, mientras que en pulpas anaranjadas alcanzan un 30 %. La pulpa contiene muy pocos ácidos orgánicos (0.099 %) y estos ácidos son una mezcla de 50 % de ácido cítrico y 50 % de ácido málico.

HIPÓTESIS:

Ho: La madurez del fruto no influye sobre la actividad enzimática de la papaína.

Hi: La madurez del fruto influye sobre la actividad enzimática de la papaína.

 SEÑALAMIENTO DE VARIABLES

Variable Independiente: Grado de maduración de la papaya.

Variable Dependiente: Actividad enzimática de la papaína.

METODOLOGÍA

NIVELES O TIPO DE INVESTIGACIÓN

El trabajo de investigación tiene los siguientes niveles: Exploratorio, Descriptivo, Correlacional o Asociación de Variables; es exploratorio porque permite desarrollar temas nuevos o poco conocidos; es descriptivo porque desarrolla ampliamente criterios y contenidos. Y es correlacional o asociación de variables porque permite confrontar a la variable independiente con la variable dependiente, puesto que su objetivo global es valorar el comportamiento de una de las variables en función de las otras y su grado de relación entre sí; además que nos permite: Análisis de correlación de variables. Medición cuantitativa de resultados.

POBLACIÓN Y MUESTRA

De acuerdo al problema de investigación planteado “Escasa industria nacional de producción de enzimas naturales”, en función de establecer la relación entre: grado de maduración de la papaya y la actividad enzimática de la papaína, se considera apropiado aplicar un Diseño de Un Factor Completamente Aleatorizado.

Se realizaron los experimentos para determinar la actividad enzimática mediante la determinación de viscosidad obtenida por disolución de leche en polvo con la enzima añadida a esta. Se trató de probar el efecto de los 3 grados de maduración de la papaya:

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P 1= verde

P 2= pintona

P 3= madura

Se trabajó con 10 papayas como fuente de análisis para cada uno de los tres grados de maduración de la fruta, se recolectó el látex extraído de estas 10 papayas y se procedió al proceso de concentración; posteriormente se obtiene un concentrado en polvo donde se encuentra la enzima. Con este concentrado se realizaron las pruebas de viscosidad en leche para las dos observaciones que se evaluaron. Por tanto se trabajó con tres grados de maduración de la papaya (verde, pintona y madura) cada uno por duplicado, dando un total de seis muestras.

Con este análisis se llegó a cuantificar la actividad enzimática de la enzima papaína, que es la respuesta experimental.

Unidad Experimental

Papayas para cada índice de maduración.

Respuesta experimental

Durante el proceso de determinación de la viscosidad.

Se toman las muestras de leche cada 2 minutos, se mide el tiempo de elución de las muestras, se registran los datos y se va realizando una curva de tiempo vs viscosidad.

50La respuesta experimental con la que se trabajó es el valor del corte en el eje “y” de la regresión exponencial realizada con los valores del tiempo y de la viscosidad, que se obtuvieron luego de los experimentos con cada una de las soluciones de las enzimas para cada grado de maduración de la papaya.

Análisis Funcional

Se realizó análisis de varianza y prueba de comparación múltiple de Tukey (5% significancia) para verificar que existe diferencia significativa del análisis anteriormente planteado.

OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

Variable Independiente:

Variable Dependiente:

Componentes de la papaya maradol.

           

-  La papaya maradol es una fruta tropical que esta integrada aproximadamente entre un 85 y 90% de agua.

-  Entre un 10 y un 14% la papaya maradol contiene fibra, acido ascórbico (Vitamina C), caroteno, tiamina (vitamina B1), riboflavina (vitamina B2), niacina, calcio y hierro, este porcentaje es el mas alto con respecto a otras frutas.

             Una característica principal de la papaya maradol es que en su composición no se encuentra acidez y contiene almidón, azúcar, grasas y calorías en una mínima cantidad entre 1 y 5% aproximadamente. “Es la papaya la que destaca con un nivel de vitamina A que excede la dosis mínima diaria en un 30% además de una cantidad de vitamina C que triplica la dosis diaria y todo en una sola pieza de esta deliciosa fruta”. Benn Hurley, Judith (1993).

 2.2 Beneficios.

            Según Selecciones del Reader’s Digest (1987) y el terapeuta naturista León Ramos Marín; la papaya maradol tiene un excelente modo de tratar las enfermedades al contener un ingrediente muy importante, es una enzima que se llama papaína. La papaína se emplea para facilitar la digestión, obra con preferencia en los intestinos, la papaína tiene el mismo efecto al sistema digestivo que la pepsina que es el fermento digestivo de jugo gástrico que transforma las proteínas en productos solubles al agua.

 La papaína es como un gel que recubre las mucosas del aparato digestivo por lo cual los médicos recomiendan en la dieta de sus pacientes con síndrome de intestino irritable. El jugo de la papaya verde (sin madurar), ha ayudado a corregir irregularidades intestinales incluyendo úlceras y otras condiciones en un tiempo relativamente corto. La papaya maradol contiene fibrina, esta sustancia es fácilmente digerible y muy recomendada a los pacientes después de una intervención quirúrgica ya que disuelve coágulos de sangre.

             La fibrina actúa en heridas internas y externas, la papaya verde machucada aplicada como cataplasma sobre cualquier ayuda superficial ayuda a cerrar rápidamente. La papaya maradol contiene propiedades vermífugas, es decir, mata las lombrices intestinales.

             Por su gran contenido de fibra y al bajo contenido de azucares, grasa y almidón, la papaya maradol es una excelente fruta para incluirlas en las dietas cuyo fin es bajar de peso y aporta un gran contenido de vitaminas que proporcionan beneficios a la piel por la vitamina A, retrasa el envejecimiento por la vitamina B2, así como aísla la gripe, infecciones y caries dental por el contenido de vitamina C.

             Hay un gran número de usos médicos entre los cuales tenemos: que actúa como ablandador en el aparato digestivo, controla y cura el sangrado interno, úlceras internas, así como heridas y úlceras externas, como el sangrado de hemorroides.

             Los terapeutas naturistas también la recomiendan en alergias, actúa como un alimento para la prevención del cáncer, problemas cardiacos, colon irritable, manchas en la piel, desintoxicante, expectorante, hemorragias, inflamación, picaduras de mosquitos, recomendado contra la desnutrición, tumores y verrugas estomacales y picaduras de gusanos.

             La papaya maradol madura o verde es una fruta permitida por los gastroenterólogos en las dietas de los pacientes que sufren de enfermedad acido péptica y síndrome de intestino irritable, por que su composición contiene enzimas que recubren el aparato digestivo mientras que otras frutas están prohibidas porque su composición tiene un porcentaje alto de acidez como son: la naranja, mandarina, toronja, manzana, ciruela, piña y el melón.

             Los gastroenterólogos recomiendan incluirla en la dieta de 3 a 4 veces por semana, en cantidades de 300 a 500 gramos por ocasión.

 2.3 Consecuencias.

            Al incluirla en la dieta diaria en altas cantidades la papaya maradol trae como consecuencia la diarrea y la obtención de un color amarillento en la piel, esto se debe a la sustancia llamada caroteno, que se encuentra en la composición de la papaya. La papaya maradol es de color rojo amameyado y no de color amarillo, el color amarillo, que se obtiene en la piel no es por el color de la fruta, sino porque el caroteno produce el color amarillo.

             La papaya maradol se encuentra clasificada como una fruta abortiva, en este caso se ha tomado como un efecto negativo en la salud mientras que en otros países se toma como un beneficio.

Método

 Hipótesis.

o        Hipótesis descriptiva. Los adultos que consumen papaya maradol periódicamente obtienen beneficios en su salud física.

o        Hipótesis nulas. Los adultos que consumen papaya maradol periódicamente NO obtienen beneficios en su salud física.

o        Hipótesis alternativa. Los adultos que consumen papaya maradol periódicamente bajan de peso.

 Variables.

             Variable dependiente. Beneficios.

                        Definición conceptual. Mejoría en la salud física de las personas.

                        Definición operacional. Cuestionario de salud.         

             Variable independiente. Consumo.

                        Definición conceptual. Cantidad en gramos que la persona consume.

                        Definición operacional. Bascula.

Diseño utilizado. Experimento.

  Investigación pre experimental. El grado de control es mínimo en un pre experimentó, en el tratamiento que se realizará a la muestra escogida será que después de consumir papaya maradol por siete días consecutivos se aplique una medición de variable que son los beneficios obtenidos en la salud física de los adultos.

 Selección de la muestra.

                        La muestra es el 30% de los alumnos del primer semestre de la Maestría en Administración de la Universidad del Valle de Puebla A. C.

3.5 Instrumentos de medición: Preprueba y Postprueba.

  Pre prueba. Se realizó antes de iniciar con el preexperimento con una serie de preguntas para tener un conocimiento de la salud de cada una de las personas que participarían en el preexperimento. Ver apéndice A.

Postprueba. Transcurridos los siete días se realizó la postprueba a las personas participantes en el preexperimento donde se obtuvo la respuesta en cuanto al tiempo que sintieron mejorías en su salud. Ver apéndice B.

Procedimiento.

            Al iniciar el tratamiento experimental a la prueba escogida se le realizara una preprueba donde se describan cada una de las personas de la muestra seleccionada, los aspectos actuales de su salud y su peso, posteriormente se le administrara el tratamiento; comer papaya maradol por siete días consecutivos, tres veces al día y por ultimo se aplicara una postprueba en la que también describan su salud, los beneficios que pudieron percibir en su salud y en que tiempo, así como su peso.

             Investigación descriptiva. La papaya maradol, proporciona beneficios a nuestra salud física por la variada composición de sus propiedades, vitaminas y minerales. Esta investigación busca especificar los beneficios y efectos negativos que existe en el consumo de papaya maradol.

Resultados

            Resultados. De acuerdo con el preexperimento, prepruebas y postpruebas, se llegó al resultado de que la papaya maradol es una excelente fruta que ayuda a eliminar las molestias del aparato digestivo, es un periodo relativamente corto para tener respuesta de un producto natural, la mejoría se presento al tercer día de consumo, se pudo observar en las personas que padecían alguna molestia del aparato digestivo, su peso se mantuvo constante y las personas que no padecían molestias bajaron de peso en un promedio de trescientos gramos en un periodo de cinco días. Sabiendo de antemano que la mayoría de las personas no tenían conocimiento de los beneficios que proporciona la papaya maradol.

Conclusiones y Recomendaciones

Al terminar la investigación de los beneficios que nos proporciona a los adultos al comer papaya maradol, se llega a la conclusión por los datos bibliográficos, médicos y por al análisis de acuerdo con el experimento que la papaya maradol es una magnifica fruta para combatir las molestias del aparato digestivo , controla y cura el sangrado de úlceras internas, por contener papaína y se emplea para facilitar la digestión, tal como se planteo en la  hipótesis  descriptiva, así mismo la hipótesis alternativa se cumplió en los adultos que consume papaymaradol periódicamente bajan de peso.

        La diarrea es una de las pocas consecuencias al excederse en consumir periódicamente la papaya maradol. Los gastroenterólogos recomiendan incluirla en la dieta de 3 a 4 veces por semana, en cantidades de 300 a 500 gramos por ocasión.

           

INSTRUCCIONES: conteste las preguntes y marque la respuesta según sea su caso:

1. ¿Cuántos kilos pesa?

2. ¿Actualmente como considera su salud?

___ Excelente                  ___ Buena                  ___ Regular               ___ Mala

3. ¿Padece alguna de estas enfermedades?

___ Estreñimiento           ___Úlceras gástricas            ___ Heridas

___ Parásitos                   ___ Exceso de peso.

4. ¿Sabia usted que al incluir en su dieta papaya maradol ayuda a corregir todos los padecimientos anteriores?

                             ___ Si                                     ___ No

5.  ¿Sintió algún beneficio en su salud al consumir papaya maradol?

                             ___ Si                                     ___ No

6. ¿Cuál fue?

7. ¿A partir de que día se presentaron los beneficios en su salud?

Muchas gracias por su participación.