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Concentrado de proteína de hojas

Concentrado de proteína de hojas (Leafu) elaborado a partir de ortigas

El concentrado de proteína de hoja (LPC) se refiere a la masa proteínica extraída de las hojas. Puede ser una fuente lucrativa de proteína de bajo costo y sostenible para aplicaciones de alimentos y piensos. Aunque los extractos proteínicos de las hojas han sido descritos ya en 1773 por Rouelle, [1] la extracción y producción a gran escala de LPC fue pionera después de la Segunda Guerra Mundial . De hecho, muchas innovaciones y avances realizados con respecto a la producción de LPC ocurrieron en paralelo a la Revolución Verde. [2] En algunos aspectos, estas dos tecnologías eran complementarias en el sentido de que la Revolución Verde buscaba aumentar la productividad agraria mediante un aumento de los rendimientos de los cultivos mediante el uso de fertilizantes, la mecanización y los cultivos genéticamente modificados , mientras que el LPC ofrecía los medios para utilizar mejor los recursos agrarios disponibles a través de una extracción eficiente de proteínas. [3]

Fuentes

A lo largo de los años, se han experimentado numerosas fuentes. Pirie [4] y Telek [5] describieron la producción de LPC utilizando una combinación de despulpado y coagulación por calor. Las hojas se obtienen típicamente de arbustos o desechos agrícolas debido a su facilidad de acceso y abundancia relativa. Los árboles generalmente se consideran una fuente pobre de masa foliar para la producción de LPC debido a las restricciones en la facilidad de acceso. Las hojas caídas/ hojarasca tienen un contenido de proteínas insignificante y no tienen valor extractivo. [6]

Las plantas pertenecientes a la familia Fabaceae , como el trébol, los guisantes y las legumbres, también han sido candidatos principales para la producción de LPC. [7] Si bien la mayoría de las plantas tienen un contenido medio de proteína foliar de 4 a 6% p/v. Las plantas Fabaceae tienden a tener casi el doble de ese valor, de 8 a 10% v/p, dependiendo del método de estimación de proteína empleado. Otras fuentes no tradicionales incluyen desechos agrícolas como vainas de guisantes ( Pisum sativum ), hojas de coliflor ( Brassica oleracea ), así como plantas invasoras como aulagas ( Ulex europeaus ), retamas ( Cytisus scoparius ) y helechos ( Pteridium aquilinum ). [8]

Métodos de producción

Los procesos de producción de LPC constan de dos etapas: la primera se centra en la expresión del jugo de las hojas o la producción de un extracto de hojas, y la segunda es la etapa de purificación o recuperación de proteínas que recupera las proteínas de la solución.

El método más comúnmente empleado para la extracción de proteínas de las hojas es el despulpado/exprimido. [9] [10] También se han informado otros métodos de extracción asistida, como el tratamiento alcalino, [11] la extracción presurizada y el tratamiento enzimático. [12] Cada método tiene sus propias ventajas, aunque el despulpado produce la composición proteica más "nativa" y no requiere una inversión significativa en maquinaria compleja.

La extracción alcalina se ha empleado con cierto éxito [13] , aunque afecta significativamente a los residuos de lisina y treonina en la proteína. La extracción presurizada tiene un éxito limitado. El tratamiento enzimático es otro método bien documentado que se dirige a la pared celular de la planta para ayudar a la liberación de las proteínas unidas. Sin embargo, las enzimas son generalmente más caras en comparación con los métodos físicos o químicos de extracción de proteínas.

Sin embargo, la recuperación de la proteína del extracto es más crítica para el valor nutritivo del LPC. Los métodos comúnmente reportados fueron la coagulación térmica , [14] la precipitación ácida , [15] la ultrafiltración , la precipitación con solvente [8] y la cromatografía .

La coagulación por calor es el método más sencillo y antiguo de recuperación de proteínas, aunque el menos preferido, ya que se pierde la mayor parte del valor nutritivo del LPC. La precipitación ácida es el método de recuperación de proteínas más empleado, aunque da como resultado la pérdida de metionina y triptófano en el LPC. La ultrafiltración es la opción que requiere más hardware para la recuperación de proteínas, aunque sirve más como un paso de concentración de proteínas que como una recuperación completa. Los métodos cromatográficos se pueden utilizar en conjunto con la ultrafiltración para ayudar a aumentar la masa de soluto y la recuperación posterior. La precipitación por solventes no se informa a menudo, aunque produce la mayor recuperación de proteínas entre otros métodos y preserva la integridad nutricional del LPC. Los métodos de extracción y purificación son en gran medida intercompatibles y se pueden emplear según las instalaciones locales. Curiosamente, la pureza del LPC final se vio influenciada por el contenido de proteína en la masa inicial de la hoja en lugar del método de purificación empleado. Además, la composición de aminoácidos del LPC dependía del método de extracción empleado. [8]

En condiciones de laboratorio, se pudieron producir fracciones proteínicas de 96% de pureza con una recuperación de 56% p/p y un rendimiento general de 5,5%. [12] Telek, por otro lado, experimentó con numerosas plantas tropicales a gran escala utilizando una combinación de despulpado y coagulación térmica. Los rendimientos fueron de alrededor de 3% con recuperaciones de proteína <50%. [16]

Dependiendo de la pureza de la proteína recuperada, se les llama extracto de proteína de hoja (<60% p/p), concentrado de proteína de hoja (>60% p/p) o aislado de proteína de hoja (>90% p/p), [17] aunque las publicaciones usan estos términos indistintamente.

Composición

El concentrado de proteína de hoja entera es una sustancia verde oscura con una textura similar a la del queso . Aproximadamente el 60% de esta es agua, mientras que la materia seca restante es un 9-11% de nitrógeno , un 20-25% de lípidos , un 5-10% de almidón y una cantidad variable de cenizas. Es una mezcla de muchas proteínas individuales. Su sabor se ha comparado al de las espinacas o el té. [18]

Debido a que el color y el sabor pueden hacerlo desagradable para los humanos, el LPC puede separarse en fracciones verde y blanca. La fracción verde tiene proteínas que se originan principalmente en los cloroplastos , mientras que la fracción blanca tiene proteínas que se originan principalmente en el citoplasma . [19]

Aplicaciones

El LPC se sugirió por primera vez como alimento humano a principios del siglo XX, pero no ha tenido mucho éxito, a pesar de sus primeras promesas. Norman Pirie , ganador de la Medalla Copley del Reino Unido, estudió el LPC y promovió su uso para el consumo humano. Él y su equipo desarrollaron máquinas para la extracción de LPC, incluidas "unidades de aldea" de bajo mantenimiento destinadas a comunidades rurales pobres. Estas se instalaron en lugares como aldeas en el sur de la India . [20] La organización sin fines de lucro Leaf for Life mantiene una lista de hojas comestibles para humanos y proporciona recomendaciones para las mejores opciones de plantas. [21]

Recientemente ha habido un interés en utilizar los LPC como alimento alternativo (o alimento resiliente) en tiempos de catástrofe o escasez de alimentos. [22] Estos LPC alimentarios resilientes se derivarían de hojas de árboles ampliamente dispersas geográficamente provenientes de bosques [23] o de desechos agrícolas. [24]

Se han evaluado los LPC para alimentos de destete infantil. [25]

La creciente dependencia de la cría de animales en corrales de engorde para satisfacer el apetito humano por la carne ha aumentado la demanda de fuentes de proteína vegetal más baratas. Esto ha llevado recientemente a un renovado interés en la producción de proteínas vegetales para reducir el uso de fuentes de proteína vegetal comestibles para el ser humano en la alimentación animal. [26]

La proteína de las hojas se ha probado con éxito como sustituto del alimento de soja para pollos y cerdos. [27]

El LPC de alfalfa se puede incluir en el alimento para tilapia como un reemplazo parcial de la harina de pescado . [28]

Composición de aminoácidos

La composición de aminoácidos del LPC:

Problemas dietéticos

La proteína de las hojas es una buena fuente de aminoácidos , siendo la metionina un factor limitante. [48] Es nutricionalmente mejor que las proteínas de las semillas y comparable a las proteínas animales (excepto las del huevo y la leche). [18]

En términos de digestibilidad, la fracción LPC entera tiene una digestibilidad en el rango de 65 a 90%. La fracción verde tiene una digestibilidad mucho menor que puede ser <50%, mientras que la fracción blanca tiene una digestibilidad >90%. [19]

Los desafíos que se deben superar al utilizar alfalfa y yuca , dos cultivos de monocultivo de alta densidad , incluyen el alto contenido de fibra y otros factores antinutricionales , como el fitato , el cianuro y los taninos . [48]

También se pueden utilizar frijoles lablab , moringa oleifera , berzas y tréboles silvestres . Los sabores de las diferentes especies varían enormemente. [27]

Para probar nuevas especies de hojas para su uso como LPC, se ha desarrollado un enfoque no dirigido que utiliza un espectrómetro de masas orbitrap con trampa de iones híbrido de ultra alta resolución con ionización por electrospray acoplado a un sistema de cromatógrafo líquido bidimensional de ultra alta presión . [49] También se desarrolló una cadena de herramientas de software de código abierto para la detección automatizada no dirigida de compuestos tóxicos para LPC. [50] El proceso utiliza tres herramientas: 1) análisis de espectrometría de masas con MZmine 2, [51] [52] 2) asignación de fórmulas con MFAssignR, [53] [54] y 3) filtrado de datos con ToxAssign. [55] Los estudios han analizado el potencial de los árboles de hoja caduca [49] y las hojas de los árboles coníferos . [56] Este último mostró rendimientos para la extracción de LPC de 1% a 7,5% y los exámenes de toxicidad confirman que los árboles coníferos pueden contener toxinas que pueden consumirse en pequeñas cantidades, y se necesitan estudios adicionales que incluyan la medición de la cantidad de cada toxina. [56]

Véase también

Referencias

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