El mantenimiento de la salud y el sentido de bienestar son máximas prioridades para muchas personas. Los componentes dietarios juegan un papel vital en cumplir estas necesidades. Con el incremento en el conocimiento sobre las propiedades biofuncionales asociadas con los alimentos marinos, la utilización de estos materiales se ha acelerado. Como resultado, durante la última década ha habido progresos substanciales en el desarrollo de nuevas tecnologías para identificar y aislar materiales bioactivos. Proteínas, péptidos y carbohidratos son los principales contribuyentes a las bioactividades en diferentes fuentes alimentarias marinas.
Se ha utilizado un reactor de membrana de reciclo de 3 etapas para la producción de péptidos bioactivos y para la exploración de nuevas bioactividades. Adicionalmente, se espera que el conocimiento sobre métodos de aislamiento así como de propiedades específicas del colágeno y gelatina de la piel de pescado proporcione una solución para los problemas actuales asociados al uso de estos materiales procedentes de varias fuentes.
También quitina, quitosano y sus derivados obtenidos de los desechos de exoesqueletos de crustáceos han sido por largo tiempo de interés como biomateriales en varias aplicaciones. La producción enzimática continua de oligosacáridos de quitosano de deseable peso molecular ha incrementado las posibilidades de utilizar estos materiales en productos para el uso humano.
Las bioactividades tales como hipotensoras, antioxidantes, antitumorales y aceleradoras de la absorción de calcio observadas en diferentes subproductos marinos podrían ser utilizadas para el desarrollo de nutracéuticos potenciales y la promoción de la salud humana.
Existe un interés creciente en el papel promotor de la salud de ciertos alimentos, más allá de su valor nutritivo. En consecuencia, se han intensificado los esfuerzos de investigación para identificar los componentes funcionales y bioactivos de muchas fuentes naturales, incluyendo plantas, animales, microorganismos y otros organismos, tanto terrestres como acuáticos, particularmente los organismos marinos. Como resultado, se han introducido al mercado dos nuevos grupos de productos, los ‘alimentos funcionales’ y los ‘nutracéuticos’, y algunos de ellos ya se producen a gran escala. Los alimentos funcionales son aquellos que son ricos en componentes funcionales que ofrecen beneficios médicos y fisiológicos o que reducen el riesgo de enfermedades crónicas, más allá de sus funciones nutricionales básicas. En contraste, los nutracéuticos son materiales bioactivos aislados o purificados a partir de los alimentos, que se utilizan en forma medicinal. En conjunto, los alimentos fisiológicamente funcionales y los nutracéuticos han demostrado muchos beneficios fisiológicos y a la salud.
De acuerdo a la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés), la producción de las pesquerías marinas se incrementa anualmente. La creciente demanda por alimentos del mar puede deberse a sus beneficios a la salud y a un deseo de incluir los alimentos marinos en la dieta diaria. Especialmente, los pescados y mariscos son importantes componentes dietarios en los grupos étnicos con mayor conciencia de una dieta sana. Los países de sureste asiático tienen un antecedente bien conocido sobre el procesamiento del pescado en varios productos con valor agregado. En el año 2001, el 50% de la captura marina total en Corea fue utilizado para la producción de alimentos procesados. En la industria del procesamiento de pescado, la principal preocupación es el valor nutritivo de los productos. Sin embargo, además de esta tendencia principal de producción, existe potencial para identificar y desarrollar nuevas industrias relacionadas a las pesquerías marinas. Como resultado, la identificación de propiedades biológicas y el desarrollo de nutracéuticos a partir de estos biorrecursos han proporcionado un número considerable de candidatos para fármacos en los años recientes. Sin embargo, la mayoría de estos compuestos están todavía en las etapas de desarrollo.
Los hidrolizados de proteína de pescado y los materiales funcionales derivados de los huesos de pescado han atraído el foco principal entre los materiales bioactivos funcionales identificados a partir de los subproductos de pesquerías marinas. Algunos péptidos bioactivos aislados de los hidrolizados de proteína de pescado han mostrado actuar como antioxidantes así como inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina I (ACE, por sus siglas en inglés) que trabajan para disminuir la presión arterial inhibiendo a ACE. Además de los beneficios a la salud de estos materiales, los mismos no ejercen influencias dañinas en el cuerpo humano aun a dosis muy altas. La naturaleza segura de estos materiales para sus uso como nutracéuticos o alimentos fisiológicamente funcionales incrementa aun más su demanda, comparados con materiales bioactivos sintéticos. Además de estos materiales bioactivos descritos, quitosano y sus oligómeros derivados de la quitina de los exoesqueletos de crustáceos han atraído mucho interés debido a su amplio rango de aplicaciones en numerosos campos, incluyendo la farmacéutica y la medicina.
Por muchos años, la identificación de materiales bioactivos de fuentes marinas, incluyendo pescados y mariscos, ha significado un esfuerzo importante en muchos grupos de investigación. Para identificar y aislar materiales bioactivos, se ha desarrollado un nuevo método de producción continua y los compuestos aislados han mostrado bioactividades prometedoras. Sin embargo, para desarrollar estos materiales bioactivos como nutracéuticos se requiere más trabajo de investigación.
Desarrollo de materiales bioactivos marinos
La identificación inicial de materiales bioactivos de fuentes marinas pavimentó el camino para la utilización de grandes cantidades de desechos del procesamiento de pescado, lo que tuvo un considerable impacto en la contaminación ambiental. Luego de la identificación del potencial para aislar nuevos biomateriales funcionales de pescados y mariscos, el desecho del procesamiento de pesquerías adquirió un valor comercial como materia prima industrial. Adicionalmente, varios materiales como piel, músculo, sobrantes, hueso y órganos internos se utilizan actualmente para aislar varios materiales bioactivos. El hueso de pescado es una buena fuente de calcio, La piel y el remanente de proteína en los sobrantes (producto que permanece luego del fileteado) podrían ser utilizados como materiales económicos para la identificación y aislamiento de péptidos bioactivos. Además, ha habido intentos exitosos para aislar enzimas crudas del intestino de pescado, que fueron utilizadas para desarrollar algunos péptidos bioactivos.
Piel de pescado
Colágeno
Los subproductos del procesamiento de pescado contienen una cantidad considerable de piel, la cual ha sido identificada como una fuente potencial para aislar colágeno y gelatina. El colágeno es la mayor proteína estructural en la piel y huesos de todos los animales. Basándose en sus papeles estructurales y mejor compatibilidad dentro del cuerpo humano, el colágeno es utilizado comúnmente en las industrias médica y farmacéutica, especialmente como vehículos para fármacos. Adicionalmente, se usa comúnmente en la industria de los cosméticos para la producción de algunas lociones dérmicas ya que forma una película protectora superior para suavizar e hidratar la piel; esto se debe a que está unido químicamente al agua y proporciona efectos humectantes duraderos. Actualmente existe un gran interés para utilizar colágeno como un nutracéutico, especialmente en países del sureste asiático como Japón, China y Corea del Sur. Su uso se considera una innovación en la tecnología del cuidado de la piel.
Aun cuando los subproductos del procesamiento del pescado son una fuente potencial de colágeno, se han realizado pocos estudios para identificar los usos potenciales de colágeno de la piel de pescado, en comparación con los estudios sobre el colágeno derivado de origen mamífero. Las principales fuentes de colágeno industrial están limitadas a pieles y huesos bovinos y porcinos. Debido a razones religiosas, el colágeno de piel de cerdo ha perdido popularidad. El uso de colágeno derivado de bovino está en discusión activa debido a la enfermedad de las ‘vacas locas’ (encefalopatía espongiforme bovina) y el riesgo que puede significar para los humanos. Esta enfermedad ha afectado a varios países, incluyendo Gran Bretaña, Canadá y Estados Unidos. Esta es una enfermedad degenerativa crónica que afecta el sistema nervioso central del ganado vacuno. Aunque es importante poner atención al tema de la encefalopatía espongiforme bovina en relación al consumo dietario de productos de res, la posibilidad de que los ingredientes empleados en los cosméticos puedan albergar la enfermedad y causar riesgos a la salud y el hecho de conocer las características del colágeno de piel de pescado, están atrayendo el interés de la industria hacia esta alternativa.
Se han realizado intentos para examinar algunas propiedades del colágeno de piel y escamas de pescado. El colágeno aislado de la lija Novoden modestus y el bacalao Gadus macrocephalus, fue probado para determinar sus propiedades fisicoquímicas. La solubilidad de ambos colágenos fue más baja a pH 7.0 y se incrementó al disminuir el pH. Las viscosidades observadas en el colágeno de la piel de la lija y en el colágeno de la piel del bacalao fueron más altas a pH 4.0 y 2.0, respectivamente. Se observó que el colágeno de piel de bacalao tuvo una mayor capacidad de hidratación que el colágeno de la piel de lija. Adicionalmente, el colágeno soluble en ácido de la lija fue modificado por la incorporación, catalizada por papaína, del alquilo ester de L-leucina (Leu-Ocn). Las propiedades funcionales del colágeno enzimáticamente modificado mostraron una mejor habilidad emulsificante y espumabilidad, lo que lo hace un material ideal como un surfactante proteináceo bajo en grasa.
Gelatina
La gelatina, una mezcla heterogénea de proteínas hidrosolubles de alto peso molecular, es derivada del colágeno. Debido a sus propiedades físicas únicas, la gelatina es utilizada ampliamente en las industrias farmacéutica y alimentaria para la encapsulación de fármacos y como un aditivo alimentario para mejorar la textura, la capacidad de retención de agua y la estabilidad de varios productos alimenticios. La gelatina tiene un arreglo único de aminoácidos en su secuencia y contiene cantidades relativamente altas de glicina, prolina y alanina. A pesar de sus usos, considerando sus propiedades físicas y estructurales únicas, las actividades biológicas posibles de la gelatina y el colágeno no han sido suficientemente estudiadas. Sin embargo, reportes preliminares en gelatina sugieren que el consumo de gelatina puede ayudar a mejorar la estructura y salud de cabello y uñas.
La gelatina de piel de pescado y la gelatina de hueso de pescado pueden ser extraídas fácilmente por un tratamiento con agua caliente y las condiciones óptimas de extracción varían ligeramente entre una especie y otra. La concentración del tratamiento alcalino, la proporción agua a piel de pescado, el pH, la temperatura y el tiempo de extracción son las principales consideraciones en la extracción de gelatina de la piel de pescado.
La forma intacta de la gelatina es invaluable con respecto a la bioactividad; muchas de las bioactividades de las proteínas son atribuibles a la presencia de secuencias de péptidos biológicamente activos en su estructura primaria. Por tanto, se utilizan varios métodos para liberar fracciones de péptidos bioactivos de las proteínas nativas, y la digestión proteolítica se ha convertido en el método más común. Se ha desarrollado un método de digestión secuencial, que emplea 3 enzimas y diferentes membranas de ultrafiltración (UF) de diferentes rangos de peso molecular (MWCO, por sus siglas en inglés), para obtener los péptidos bioactivos. Las fracciones separadas claramente muestran diferentes perfiles de distribución molecular y estas fracciones de péptidos son tamizadas para identificar las diferentes bioactividades. Interesantemente, los péptidos separados podrían actuar como inhibidores de ACE y antioxidantes en sistemas de peroxidación de lípidos.
Actividad inhibidora de enzima convertidora de angiotensina
Se han purificado dos péptidos con potencia inhibidora de ACE a partir del extracto de gelatina de la piel de abadejo de Alaska (Theragra chalcogramma) utilizando el método descrito arriba, y sus secuencias fueron determinadas como Gly-Pro-Leu (concentración inhibidora máxima media o IC50= 2.65 μM) y Gly-Pro-Met (IC50= 17.13 μM). Muchos péptidos derivados de diferentes fuentes proteínicas han sido reportados por actuar como inhibidores de ACE. Estas actividades fueron comparables con aquellas de péptidos potentes reportados a partir de otras fuentes proteínicas. Adicionalmente, estas secuencias de péptidos actuaron como inhibidores competitivos de ACE. Generalmente, los inhibidores disminuyen la presión arterial mediante la inhibición de ACE, el componente clave del sistema renina-angiotensina (sistema hormonal que regula la presión arterial y el balance de fluido), cuya función principal es convertir la angiotensina I (Ang I) en angiotensina II (Ang II). Se ha demostrado que la inhibición de la síntesis de Ang II con inhibidores de ACE es benéfica en la modificación de la progresión de la enfermedad humana que incluye la hipertensión. El enlace del inhibidor a la enzima tiene lugar predominantemente vía residuos tripéptidos de la terminal carboxilo. Estos péptidos purificados tienen aminoácidos favorables en sus secuencias, lo que contribuye positivamente a sus fuertes actividades.
Actividad antioxidante
La oxidación causa muchos efectos desfavorables en el alimento y en otros sistemas biológicos. En los organismos aerobios, la oxidación está asociada con la aparición de severas condiciones de enfermedad, incluyendo arterioesclerosis, inflamación y cáncer. Los compuestos antioxidantes son utilizados generalmente para superar los problemas mediados por la oxidación. Tres fracciones (F1, F2 y F3) de péptidos de gelatina de piel de pescado, preparados en el reactor de membrana de reciclado en 3 etapas, respectivamente a partir del primero, segundo y tercer hidrolizado enzimático exhibieron diferentes potencias en la inhibición de la peroxidación de lípidos en el tiempo. La actividad antioxidante fue medida en un sistema oxidante de ácido linoleico y la actividad fue medida como la cantidad producida de malondialdehido (MDA). Los péptidos de peso molecular relativamente bajo derivados de la hidrólisis de 2 enzimas (P2 y P3) podrían inhibir fuertemente la peroxidación de lípidos y estas actividades fueron más altas que las de α-tocoferol y más bajas que las de hidroxitolueno butilado (BHT, por sus siglas en inglés). Adicionalmente, los péptidos purificados podrían mejorar la viabilidad celular en los hepatocitos humanos cultivados inducidos a oxidación. Para identificar si estos efectos antioxidantes de la gelatina de piel de pescado eran comparables a la gelatina derivada de tras fuentes, se condujo un estudio similar utilizando gelatina de piel de bovino y se compararon las actividades antioxidantes. Las actividades observadas con respecto a la inhibición de la peroxidación de lípidos así como el incremento de la viabilidad celular luego de la inducción de estrés oxidativo fueron m´s fuertes en la gelatina de piel de pescado que en la gelatina de piel de bovino. Estos resultados sugieren que las actividades antioxidantes de la gelatina de piel de abadejo de Alaska fueron superiores a la de bovino. Se han reportado varias substancias naturales que incluyen péptidos, como portadoras de fuertes propiedades antioxidantes en diferentes sistemas oxidativos. Basándose en estas actividades puede esperarse que los péptidos derivados de gelatina de pescado tienen el potencial para utilizarse como antioxidantes naturales seguros y potentes.
Proteína de sobrantes de pescado
La utilización de extractos de proteína de pescado como componentes de salsa o saborizantes tiene una larga historia en diferentes culturas, y actualmente hay un renovado interés por incorporar algunos hidrolizados de proteína de pescados y mariscos en formulaciones alimentarias como suplementos. Los sobrantes de pescado que resultan de las operaciones de fileteado contienen una cantidad considerable de proteína muscular. Por lo tanto, las proteínas de los sobrantes pueden ser utilizadas como una fuente ideal de proteína para obtener hidrolizados funcionales. Los sobrantes de varias especies de pescado han sido utilizados para obtener hidrolizados funcionales y para identificar péptidos bioactivos de pescado derivados de mejillones. En un estudio sobre los sobrantes de bacalao, se aplicó hidrólisis enzimática para recuperar eficientemente la proteína remanente en el sobrante de pescado. La enzima utilizada en el proceso de hidrólisis fue una proteasa cruda derivada de pescado, extraída en una investigación previa del ciego pilórico del atún. Las propiedades funcionales de las fracciones de péptidos fueron dependientes de sus pesos moleculares. Para mejorar las propiedades funcionales, el hidrolizado resultante fue separado, basándose en el peso molecular de los péptidos y probado para definir varias bioactividades. Para este propósito el hidrolizado fue pasado a través de una serie de membranas UF con MWCO de 30, 10, 5 y 3 kilodaltons (kDa), obteniéndose 4 diferentes fracciones.
Actividad inhibidora de enzima convertidora de angiotensina y actividad antioxidante
Entre las 4 fracciones aisladas, la mayor actividad inhibidora de ACE fue observada en la fracción que pasó a través de la membrana de 3 kDa. Los valores IC50 de dicha fracción fue <0.1 mg proteína/ml, mientras que los valores para el hidrolizado original y las fracciones de 30-10 kDa, 10-5 kDa y 5-3 kDa fueron 0.3, 0.4, 0.35 y 0.28 mg proteína/ml, respectivamente. Las actividades antioxidantes de las 4 fracciones fueron determinadas por ensayo de ácido 2-tiobarbitúrico (TBA, por sus siglas en inglés); los resultados fueron expresados como proporción de inhibición de oxidación, comparada con el control y α-tocoferol fue empleado como el control positivo. Entre las 4 fracciones obtenidas, la fracción de 5-10 kDa exhibió la mayor actividad antioxidante, con 39%, mientras que el hidrolizado original y las fracciones 30-10 kDa, 10-5 kDa y ❤ kDa tuvieron 22%, 19%, 12% y 13%, respectivamente.
Para aislar y caracterizar los péptidos antioxidantes del hidrolizado enzimático de la proteína de sobrantes del lenguado aleta amarilla (Limanda aspera), este fue fraccionado utilizando un sistema de membrana UF en 4 fracciones, empleando MWCO de 30, 10, 5, 3 y 1 kDa. La hidrólisis fue realizada utilizando una combinación enzimática de pepsina y enzima cruda de intestino de verdel (MICE, por sus siglas en inglés), aunque no se indicó cual de las 48 especies fue la utilizada. Las actividades antioxidantes de las fracciones fueron comparadas y un péptido de 13 kDa fue aislado de la fracción con mayor actividad. Esta actividad fue mayor que la de α-tocoferol (41%).
Efecto acelerador de la absorción de calcio
El hidrolizado de proteína de los sobrantes de hoki o merluza de cola azul (Johnius belengeri) fue utilizado para recuperar los péptidos fosforilados y no fosforilados y estos fueron denominados proteína fosforilada de sobrante de hoki (PHFP, por sus siglas en inglés) y proteína no fosforilada de sobrante de hoki (HFP, por sus siglas en inglés). Estos dos péptidos aislados fueron probados para determinar sus efectos aceleradores de absorción de calcio, comparados con un control positivo, el fosfopéptido de caseina (CPP, por sus siglas en inglés). En un experimento in vitro, HFP y PHFP inhibieron la precipitación de fosfato de calcio y esto fue dependiente de la concentración de los péptidos presentes. En un experimento in vivo realizado utilizando ratas Sprague-Dawley (SD), en los grupos alimentados con HFP y PHFP el contenido de calcio en el fémur se incrementó significativamente. Bajo ciertas condiciones, el calcio dietario se vuelve no disponible para la absorción debido a la formación de formas insolubles. El desarrollo de métodos para incrementar la solubilidad puede contribuir significativamente a mejorar la disponibilidad de calcio en los sistemas biológicos. Estos resultados sugieren que el uso de hidrolizados de proteína para la mejora de bioactividades en los alimentos funcionales podría ser benéfico en la promoción de la salud.
Hueso de pescado
Generalmente, los materiales substitutos de hueso tales como autoinjertos, aloinjertos y xenoinjertos son utilizados para resolver problemas asociados a fracturas y daños óseos. Sin embargo, ninguno de estos materiales proporciona un sanado perfecto del hueso debido a inestabilidad mecánica e incompatibilidad. Actualmente, biocerámicas de fosfato de calcio tales como fosfato tetracálcico, fosfato de calcio amorfo, fosfato tricálcico e hidroxiapatita están identificados como los materiales de substitución de hueso más apropiados para atender la demanda. Por lo tanto, existe potencial para identificar alternativas de diversas fuentes, lo que ha llevado al empleo de huesos recuperados del esqueleto de pescado como una fuente potencial para aislar hidroxiapatita.
Aproximadamente 65%-70% del hueso de pescado está compuesto de substancias inorgánicas. Casi todas estas substancias inorgánicas son hidroxiapatita, compuesta de calcio, fósforo, oxígeno e hidrógeno. Se ha empleado un proceso de molienda para aislar los componentes de hidroxiapatita y sus propiedades físicas fueron puestas a prueba. El efecto térmico por sinterización fue probado empleando varias temperaturas y se encontró que 1300°C era la apropiada para una mejor sinterización (método empleado para crear objetos a partir de polvos). La distribución de tamaño promedio de partícula fue cambiado como una función de la temperatura, y se observó claramente mediante mediciones por rayos-X. Las fases mayores fueron identificadas como hidroxiapatita por debajo de 1300°C, pero las fases de withlockita [Ca3(PO4)2] aparecieron debido a la descomposición de hidroxiapatita con el incremento de temperatura. Las fases mayores para el vitrocerámico preparado empleando hidroxiapatita fueron identificados como pseudowollastonita y fosfato tricálcico, respectivamente. La máxima fuerza medida de los vitrocerámicos preparados a 900°C por 4 horas en aire fue 90 megapascales (MPa) y este valor estuvo en el rango de fuerza del hueso cortical.
El enlace químico fue investigado también en fluido corporal simulado en varios composites que contenían hidroxiapatita, tales como 5:1, 6:1 y 7:1 de proporción en peso de hidroxiapatita:wollastonita. Los composites conteniendo hidroxiapatita fueron unidos químicamente entre si después de 4 semanas. Sus cuerpos compuestos fueron unidos por nucleación heterogénea y se observó un claro crecimiento de la interfaz en el fluido corporal simulado. El biovidrio (conocido por el término en inglés ‘bioglass’, empleado en implantes) fue fuerte en el fluido corporal simulado, pero la fuerza de unión no fue dependiente de la composición. A diferencia de otros fosfatos de calcio, la hidroxiapatita no se degradó bajo condiciones fisiológicas. De hecho, es termodinámicamente estable a pH fisiológico y toma parte activamente en el enlace óseo, formando fuertes enlaces químicos con el hueso circundante. Esta propiedad ha sido explotada para la rápida reparación de hueso luego de trauma mayor o cirugía.
Para evaluar la seguridad del sinterizado de hidroxiapatita producido a partir de hueso de atún, se realizó una prueba de irritación de membrana mucosa oral en hámsteres sirios; el estudio fue realizado inyectando a los hámsteres una dosis de 5 g/Kg de peso corporal de sinterizado de hidroxiapatita bajo anestesia con pentobarbital sódico. No se observaron signos clínicos anormales tanto en los grupos control como en el tratado, durante 14 días. No se observó diferencia entre las lesiones histopatológicas de la mucosa oral de ambos grupos. Adicionalmente, se evaluó la toxicidad aguda de hidroxiapatita en ratas Sprague Dawley. El sinterizado de hidroxiapatita fue administrado subcutáneamente en diferentes dosis y las ratas se observaron por 14 días; el sinterizado no indujo signos tóxicos en mortalidades, hallazgos clínicos, peso corporal y hallazgos generales en las ratas. Por lo tanto, se concluyó que la hidroxiapatita de hueso de atún no tiene efecto en la toxicidad aguda y en los efectos secundarios en ratas, lo que abre la puerta para su estudio en otros organismos, incluidos los humanos.
Órganos internos de pescado
Los órganos internos pueden ofrecer también una fuente potencial de materiales bioactivos, lo que podría aumentar el valor de los desechos del procesamiento de pescado. Se han aislado y caracterizado 2 péptidos inhibidores de ACE a partir del hidrolizado enzimático del hígado de bacalao después de fraccionado a través de un sistema de reactor de membrana UF. Las secuencias de aminoácidos de los 2 péptidos purificados fueron Met-Ile-Pro-Pro-Tyr-Tyr (IC50 = 10.9 μM) y Gly-Leu-Arg-Asn-Gly-Ile (IC50 = 35.0 μM). En otro estudio, se observó que los hidrolizados crudos de hígado y cabeza de bacalao ejercen altas actividades inhibidoras de ACE y estas actividades fueron dependientes de la enzima proteolítica utilizada para el proceso de hidrólisis. Los hidrolizados mostraron una potencia similar como antioxidantes en sistemas in vitro. Adicionalmente, se aisló un péptido fuertemente antioxidante con la secuencia de aminoácidos Ser-Asn-Pro-Glu-Trp-Ser-Asn a partir de hidrolizado de proteína de bacalao luego de separaciones cromatográficas consecutivas. La actividad antioxidante observada fue más alta que la de α-tocoferol. Estos resultados sugirieron que los componentes proteínicos de los órganos internos pueden también ser utilizados para aislar péptidos bioactivos.
Las proteasas en los tejidos de pescado han sido reportadas por poseer propiedades distintivas tales como una mayor eficiencia catalítica a bajas temperaturas así como efectivas actividad catalítica y estabilidad en pH neutro a alcalino. Sin embargo, las enzimas derivadas de fuentes marinas no han sido utilizadas ampliamente. Se han realizado muy pocos estudios para identificar y caracterizar enzimas procedentes de peces marinos, por lo que hay información limitada sobre sus usos potenciales. Como resultado, existe el potencial para aislar y caracterizar enzimas, especialmente de los órganos internos de pescado. Así, los desechos del procesamiento de pescados marinos también ofrece un mejor potencial para aislar enzimas derivadas de pescado que pueden ser utilizadas para hidrolizar materiales y desarrollar métodos para utilizar dichos productos de pescado. Varias enzimas crudas han sido aisladas y subsecuentemente usadas para recuperar materiales de pescado a partir de desechos de procesamiento. Para recuperar eficientemente proteínas de bacalao que permanecieron en los sobrantes después del fileteado, se purificó parcialmente una proteasa cruda a partir del ciego pilórico del atún de aleta azul (Thunnus thynnus). Bajo condiciones óptimas de reacción, la recuperación de proteína fue similar a la de α-quimotripsina, Pronase-E (mezcla comercial de proteasas) y papaína. Otra enzima cruda aislada de MICE fue usada para recuperar el hueso de pescado del esqueleto de Johnius belengeri; bajo condiciones óptimas, la recuperación de hueso utilizando MICE fue aproximadamente del 90% y esto fue comparativamente mayor que la de alcalasa, tripsina, α-quimotripsina y Neutrase (proteasa neutral comercial). Adicionalmente, se aislaron serina-proteasas colagenolíticas a partir de órganos internos de lija (Novoden modestrus), caballa (Scomber japonicus) y atún (Thunnus thynnus). Se cree que las serina-colagenasas están involucradas en la producción de hormonas y péptidos farmacológicamente activos así como en otras funciones celulares. La serina-colagenasa aislada de los órganos internos de caballa fue sometida a pruebas adicionales para determinar su habilidad para digerir colágeno nativos tipos I, II, III y IV, encontrándose una mayor separación ejercida en el colágeno tipo I.
Mariscos
La cantidad de grasa y las proporciones de grasa saturada, monoinsaturada y poliinsaturada en los mariscos contribuye a una dieta saludable. Los mariscos también proporcionan proteína de alta calidad con todos los aminoácidos esenciales. Con el aumento en nuestro conocimiento sobre las ventajas de los mariscos, se han vuelto un grupo de productos popular entre la población consciente de la buena nutrición. Recientemente se ha registrado un gran interés en la búsqueda de actividades biológicas de los mariscos, para ser empleados como alimentos funcionales. Sin embargo, el uso de mariscos es común principalmente entre los asiáticos y el recurso todavía está subutilizado en el mundo occidental (en parte por los costos elevados). Por lo tanto, se pueden desarrollar métodos alternativos para mejorar el uso de esta fuente valiosa. Se han investigado varias bioactividades asociadas con algunas especies de mariscos; se ha determinado la biodisponibilidad de compuestos de calcio obtenidos de la concha de ostras; para ello, se preparó óxido de calcio a partir de conchas quemadas a 1200°C. Su pureza fue aproximadamente 98.5% y por medio de reacciones químicas se prepararon compuestos de calcio CaCL2 y CaHPO4 para pruebas adicionales. El efecto de los péptidos de gelatina en la absorción de calcio derivado de la concha de ostras fue probado in vitro e in vivo utilizando ratas deficientes en calcio. Para este propósito, se prepararon péptidos de gelatina de piel de pescado utilizando hidrólisis enzimática de gelatina de pescado por 4 horas con enzima cruda del ciego pilórico de atún (TPCCE, por sus siglas en inglés). Los experimentos in vitro revelaron que la absorción de calcio era aproximadamente 70% más alta en el grupo tratado con péptido derivado de gelatina de pescado que en el grupo control. En la prueba in vivo realizada en ratas deficientes en calcio, el grupo alimentado con péptidos al 3% y CaHPO4, mejoró significativamente la cantidad de calcio y ceniza en fémur, así como su fuerza. Estos resultados sugieren que los péptidos derivados de fuentes marinas tienen un potencial para incrementar la biodisponibilidad de calcio. Adicionalmente, los compuestos de calcio obtenidos de la combinación de concha de ostras y los péptidos derivados de gelatina de pescado podrían ser utilizados cono una fuente dietaria efectiva de calcio.
En otra investigación, la porción comestible del arca Scapharca broughtonii, fue empleada para aislar una proteína anticoagulante. Esta proteína prolongó el tiempo parcial de tromboplastina activada y actuó como un inhibidor del factor de coagulación sanguínea activado IXa (FIXa) en la ruta intrínseca de coagulación. Además, muchas proteínas anticoagulantes han sido aisladas de diferentes fuentes, y los anticoagulantes de organismos marinos diferentes a las algas marinas han sido raramente discutidos. Estas secuencias de proteína pueden ser empleadas como anticoagulantes seguros en terapia de anticoagulación para resolver anormalidades asociadas a la coagulación sanguínea.
Adicionalmente, se han aislado péptidos bioactivos de mariscos luego de una digestión microbiana. La almeja Crassostrea gigas fue fermentada con NaCl al 25% (peso/peso o w/w, por sus siglas en inglés) por 6 meses. La fermentación es una de las técnicas más antiguas de conservación de alimentos, practicada específicamente para el almacenamiento a largo plazo de corvina y otros pescados, camarón y otros mariscos en países del sureste asiático, incluyendo China, Japón y Corea, en el cual el alimento es alterado bioquímicamente debido a la proteólisis por microorganismos. Se espera que la fermentación de la proteína degrade el sustrato en una variedad de péptidos que poseen diferentes bioactividades. Recientemente, se ha expresado interés en la búsqueda de actividades biológicas de pescados y mariscos fermentados para emplearse como nutracéuticos potenciales. Se ha identificado una secuencia de péptido inhibidora de ACE a partir de una salsa fermentada de mariscos, luego de la purificación mediante técnicas cromatográficas consecutivas. El péptido purificado fue evaluado por sus efectos antihipertensores en ratas espontáneamente hipertensas (SHR, por sus siglas en inglés), luego de la administración oral. La presión arterial disminuyó significativamente en el grupo de ratas tratadas, en comparación con el grupo control, lo que sugiere una fuerte actividad hipotensora de los péptidos derivados de almejas fermentadas.
Exoesqueletos de crustáceos
Los exoesqueletos de crustáceos como cangrejos, langostas y camarones son utilizados para obtener quitina y quitosano, materiales bioactivos bien conocidos que se emplean en varias industrias. La quitina es un polímero complejo de N-acetilglucosamina, mientras que el quitosano es la forma desacetilada de quitina. Recientemente, los oligosacáridos de quitina y de quitosano de bajo peso molecular (COS, por sus siglas en inglés) han recibido atención considerable como materiales fisiológicamente funcionales con los hallazgos de que son responsables de las actividades biológicas como actividad antitumoral, actividad inmunopotenciadora y actividad antibacteriana.
Anualmente, se producen unas 80 mil toneladas de quitina a partir de desechos industriales. La producción de COS por la hidrólisis de quitosano puede lograrse por métodos químicos o enzimáticos. El método químico requiere de alta energía y produce cantidades considerables de químicos industriales dañinos. Por lo tanto, se prefiere el método enzimático debido a sus propiedades deseables y menos dañinas. En contrapunto, el método enzimático es comparativamente más costoso debido a la inversión en la enzima. En consecuencia, se ha desarrollado un nuevo método de producción continua de bajo costo para producir los COS del peso molecular deseado.
Quitina, quitosano y sus oligómeros también son responsables de varias bioactividades tanto in vitro como in vivo. Sin embargo, la alta viscosidad y la naturaleza insoluble a pH neutro restringe el uso de quitina y quitosano en muchas instancias. En contraste, en comparación con quitina y quitosano, sus formas hidrolizadas de bajo peso molecular son materiales adecuados para muchas aplicaciones biológicas. Las actividades de estos materiales están asociadas a sus propiedades estructurales; especialmente, se ha demostrado que el grado de desacetilación y los pesos moleculares son benéficos para sus actividades biológicas observadas. Generalmente, los COS de bajo peso molecular son biomateriales potenciales para luchar contra las infecciones bacterianas y controlar el crecimiento de algunas bacterias. Interesantemente, para muchas actividades biológicas, se encontró que una desacetilación del 75%-90% es más efectiva que grados menores de desacetilación. Los oligosacáridos de heteroquitosano, derivados de quitosanos parcialmente desacetilados, pueden también ser considerados como biomateriales prometedores para afectar positivamente algunos eventos biológicos adversos tales como cáncer, generación de radicales libres, hipertensión y coagulación sanguínea. Las diferencias observadas en actividad en estas estructuras podrían ser debidas a sus pesos moleculares, lo que facilita su solubilidad y sus mayores tasas de reacción. Adicionalmente, los grupos amino libres pueden contribuir también con efectos substanciales en las actividades biológicas.
En conclusión, las pesquerías marinas, tanto de pescados como de mariscos, producen una enorme cantidad de subproductos que, con la investigación apropiada, pueden resultar en fuentes valiosísimas de biomateriales que serian empleados en la industria de la salud, como nutracéuticos, materias primas para implantes, etc. Es de esperar que con el pasar de los años seremos testigos de un incremento importante en la cantidad de ingredientes derivados del mar en nuestra vida diaria y en los tratamientos preventivos y correctivos en múltiples disciplinas asociadas a la salud.
Nutrición Personalizada 