Por Rochelle Thuynsma, Jefa de Productos: Técnica, Agri Technovation
Introducción
Los bioestimulantes vegetales incluyen una amplia gama de productos derivados de fuentes naturales y biológicas que ofrecen un enfoque potencialmente novedoso para mejorar el crecimiento y la calidad de los cultivos, la absorción de nutrientes y/o la resistencia al estrés.(1,2,3) Recientemente, los hidrolizados de proteínas han ganado mucha atención como una clase emergente de bioestimulantes que son beneficiosos para el crecimiento y la producción de cultivos bajo una variedad de condiciones inducidas por estrés.(1,2)
Aminoácidos: ¿Qué son y qué hacen?
Los aminoácidos son moléculas pequeñas que se combinan en ciertas secuencias predeterminadas en varias cadenas (péptidos) para formar proteínas funcionales. Estas cadenas de proteínas luego se combinan y pliegan en varias configuraciones para producir componentes funcionales como enzimas.
Los aminoácidos son, por lo tanto, uno de los componentes básicos fundamentales de la vida.(1,2) Los aminoácidos son compuestos orgánicos que contienen grupos funcionales amino y ácido carboxílico. Los diferentes grupos funcionales presentes en cualquier aminoácido determinan sus características químicas, físicas y funcionales.(4,5) Las características funcionales se ven afectadas por la configuración del grupo funcional en relación con el átomo de carbono central. Los aminoácidos se denominan como con configuración L (levógiro) o D (dextrógiro).(4) Esto es importante ya que se sabe que las bacterias y los hongos usan exclusivamente aminoácidos D, mientras que las plantas y los animales utilizan en gran medida los aminoácidos L para la función metabólica.(5)
¿Qué son los péptidos?
Los péptidos son cadenas cortas de aminoácidos. Estos aminoácidos están conectados entre sí mediante enlaces peptídicos en una secuencia concreta. En comparación con las proteínas, los péptidos se distinguen por su menor longitud, con cadenas de dos o más aminoácidos. Por otro lado, las proteínas, a veces denominadas polipéptidos, son moléculas largas compuestas de varios componentes peptídicos. Las proteínas pueden descomponerse en fragmentos peptídicos cortos mediante enzimas que realizan tareas biológicas dentro de las células. Por ejemplo, varios péptidos funcionan como hormonas que, al liberarse de las células, afectan a varias regiones de la planta. Hasta la fecha, se han descubierto muchos tipos diferentes de péptidos, cada uno con una función específica.(1,2,4)
Imagen 1: Aminoácidos y péptidos estructura de las proteínas.
¿Cómo se fabrican los hidrolizados de proteínas?
La hidrólisis de proteínas se refiere al proceso durante el cual se rompen los enlaces peptídicos de una proteína y se liberan residuos de aminoácidos libres.
Existen varios procesos para producir hidrolizados de proteínas, como la hidrólisis química, térmica o enzimática.
Hidrólisis química
Este proceso incluye un proceso de hidrólisis alcalina o ácida, lo que resulta en un alto contenido de aminoácidos libres. Durante la hidrólisis ácida (pH bajo) se utiliza un ácido fuerte, durante el cual los péptidos se hidrolizan completamente y los aminoácidos como el triptófano pueden destruirse. La hidrólisis alcalina ocurre a un pH alto y puede causar químicamente la reducción de varios aminoácidos para formar residuos de aminoácidos inusuales.
Ambos procesos también pueden causar racemización, donde los aminoácidos L se cambian a aminoácidos D. La racemización es uno de los principales contribuyentes a la fitotoxicidad de los hidrolizados de proteínas de origen animal cuando se aplican a cultivos.
Hidrólisis térmica
Durante este proceso, se utiliza agua líquida a alta temperatura para descomponer las proteínas en
péptidos más pequeños y sustancias solubles. La hidrólisis térmica puede acelerar la descomposición de proteínas de moléculas grandes en materiales orgánicos, limitando al mismo tiempo la pérdida de nutrientes y la desnaturalización de proteínas a un grado mínimo.(5) Sin embargo, la pérdida de péptidos funcionales es elevada, ya que la mayoría de las proteínas se desnaturalizan a temperaturas superiores a 60 ⁰C. Este método produce altos niveles de aminoácidos libres pero tiende a tener menos péptidos estables.(5)
Hidrólisis enzimática
La hidrólisis de proteínas también puede lograrse con el uso de enzimas que descomponen las proteínas, denominadas proteasas.
proteínas, denominadas proteasas. Las proteasas son enzimas especializadas que descomponen
proteínas en los aminoácidos internos (endoproteasas) o en los aminoácidos presentes en los extremos de los péptidos.
presentes en los extremos de los péptidos (exo-proteasas).(4) Pueden utilizarse como una sola enzima, una mezcla de enzimas o aplicarse en pasos de tratamiento secuenciales.
La hidrólisis enzimática puede realizarse en condiciones muy suaves y evita los entornos extremos que requieren los procesos químicos o térmicos.(4) Dado que esta descomposición es facilitada por una enzima, la condición óptima para la extracción
viene determinada por las condiciones óptimas que requiere la enzima para funcionar.
La hidrólisis de proteínas asistida por enzimas evita las reacciones secundarias perjudiciales y la racemización, conservando el valor bioestimulante y nutricional de la fuente proteica original. Otra ventaja del uso de enzimas es su función altamente selectiva, que garantiza que la composición y la calidad del producto resultante sean mucho más uniformes.(4)
Imagen 2: Composición de un hidrolizado proteico de origen vegetal determinada mediante análisis LC-MS/MS, p <= 0,05.
Imagen 3: Efectos de un hidrolizado de proteínas vegetales AT (en comparación con los hidrolizados convencionales a base de pescado) sobre (a) la germinación del trigo y el maíz, o (b) el crecimiento de las plantas de lechuga y tomate, p <= 0,05.
¿Por qué hidrolizados de proteínas vegetales?
La actividad final de los hidrolizados de proteínas se basa en el material de origen, así como en el proceso de hidrólisis utilizado para producir el producto final. Sin embargo, el tipo de respuesta obtenida de la planta también depende de la fuente de la proteína.
Los hidrolizados de proteínas animales se han utilizado en la agricultura durante más de 50 años mediante procesos de producción principalmente químicos y térmicos( 4,5) Los hidrolizados de proteínas animales suelen tener un contenido desequilibrado de aminoácidos (los animales no sintetizan todos los aminoácidos y necesitan adquirir algunos de ellos a través de la dieta) y un bajo contenido de péptidos. Aunque se utilizan para mejorar el metabolismo de las plantas y su resistencia a
Aunque se utilizan para mejorar el metabolismo de las plantas y su resistencia a condiciones de estrés ambiental, sólo parecen beneficiosos y eficaces cuando se aplican en dosis muy bajas(5,6). Sin embargo, hay que tener cuidado, ya que las aplicaciones frecuentes o excesivas pueden tener efectos peligrosos y negativos en los cultivos.
Por otra parte, los hidrolizados de proteínas de origen vegetal se consideran un sustituto superior de los hidrolizados de proteínas de origen animal.
Pueden producirse por hidrólisis enzimática de la biomasa vegetal y consisten principalmente en una mezcla de aminoácidos (los 20 aminoácidos esenciales que las plantas sintetizan de novo) y péptidos bioactivos de cadena corta(6,7). Pueden producirse mediante hidrólisis enzimática de biomasa vegetal y consisten principalmente en una mezcla de aminoácidos (los 20 aminoácidos esenciales que las plantas sintetizan de novo) y péptidos bioactivos de cadena corta(6,7).
Estos aminoácidos y péptidos están altamente disponibles en las plantas y son reconocibles, debido a su origen similar. Además, no se han descrito síntomas de fitotoxicidad
con hidrolizados de proteínas vegetales, incluso a dosis muy superiores a las recomendadas por los fabricantes.
El hidrolizado de proteínas vegetales de Agri Technovation
Gracias a una intensa labor de investigación y desarrollo a lo largo de varios años, Agri Technovation ha producido su propia gama de hidrolizados de proteínas vegetales asistidos por enzimas.
El beneficio del cambio es evidente en la respuesta fisiológica de las plantas que observamos al incorporar estos extractos a nuestros productos, así como en su uso como extractos puros de proteínas. La flexibilidad de la hidrólisis de proteínas asistida por enzimas abre la puerta a enfoques específicos para producir extractos para respuestas fisiológicas concretas o reacciones específicas de los cultivos. También permite utilizar diversos materiales de partida,
lo que facilita la expansión de este proceso para seguir desarrollando otros hidrolizados vegetales especializados.
Producción del hidrolizado de proteínas vegetales
Los hidrolizados de proteínas vegetales de Agri Technovation (AT) se han sometido a pruebas exhaustivas y se han caracterizado para garantizar una calidad constante. El proceso patentado incluye una serie de enzimas especializadas y el esquema general de procesamiento y las variables del proceso se han optimizado a escala de laboratorio, piloto y comercial. Este proceso produce extractos que contienen tanto aminoácidos libres como péptidos bioactivos, identificados por espectrometría de masas.
incluyendo altos niveles de arginina, triptófano, fenilalanina y leucina (Imagen 2; Tabla 1).
Pruebas de eficacia del hidrolizado de proteínas vegetales
Se ha observado una elevada bioactividad evaluando los beneficios de la germinación de los cultivos y la producción de biomasa en respuesta a la aplicación de hidrolizados de origen vegetal.
Se realizó un seguimiento diario de la germinación de las semillas durante 7 días, en el que la germinación total acumulada fue mayor con la aplicación de nuestro hidrolizado de origen vegetal en comparación con el hidrolizado de proteína de pescado convencional (Imagen 3a).
Las plántulas también mostraron resultados favorables cuando el hidrolizado proteico de origen vegetal se formuló en productos foliares AT. Las plántulas de lechuga y tomate acumularon más biomasa seca que las que recibieron un producto foliar AT formulado con aminoácidos de pescado (Imagen 3b).
Conclusión
Los hidrolizados de proteínas vegetales están ganando popularidad como bioestimulantes vegetales debido a sus altos niveles de bioactividad, bajo riesgo de fitotoxicidad, mejor respuesta de las plantas, renovabilidad y sostenibilidad. Son mezclas complejas de aminoácidos libres, con péptidos pequeños y grandes que desempeñan un papel importante en la actividad final del extracto.
Los hidrolizados de proteínas vegetales de Agri Technovation son muy eficaces para estimular el crecimiento de las plantas y favorecer la germinación, en comparación con los hidrolizados tradicionales a base de pescado. La fuente de proteínas, la extracción y las condiciones de procesamiento garantizan una calidad constante de los extractos producidos, mientras que la formulación de los hidrolizados de proteínas vegetales en nuestros productos existentes mejora aún más su rendimiento y calidad.
Referencias:
1. Hubbarao, SB., Aftab Hussain, IS., Ganesh, PT. 2015. Bio Stimulant Activity of Protein Hydrolysate: Influence on Plant Growth and Yield. J Plant Sci Res. 2015;2(2): 125.
2. Colla, G., Hoagland, L., Ruzzi, M., Cardarelli, M., Bonini, P., Canaguier, R., Rouphael, Y. 2017. Biostimulant Action of Protein Hydrolysates: Unravelling Their Effects on Plant Physiology and Microbiome. Frontiers in Plant Science 8.
3. Malécange, M., Sergheraert, R., Teulat, B., Mounier, E., Lothier, J., Sakr, S. 2023. Biostimulant Properties of Protein Hydrolysates: Recent Advances and Future Challenges. International Journal of Molecular Sciences 24(11):9714.
4. Czelej, M., Garbacz, K., Czernecki, T., Wawrzykowski, J., Waśko, A. 2022. Protein Hydrolysates Derived from Animals and Plants-A Review of Production Methods and Antioxidant Activity. Foods 11(13):1953.
5. Olantoni, A., Recchia, L., Bernabei, G., Cardarelli, M., Rouphael, Y., Colla, G. 2017. Analyzing the Environmental Impact of Chemically-Produced Protein Hydrolysate from Leather Waste vs. Enzymatically-Produced Protein Hydrolysate from Legume Grains. Agriculture 7.
6. Colla, G. 2014. Biostimulant Action of a Plant-Derived Protein Hydrolysate Produced through Enzymatic Hydrolysis. Frontiers in Plant Science, 2014.
7. Colla, G., Cardarelli, M., Bonini, P., Rouphael, Y. 2017. Foliar Applications of Protein Hydrolysate, Plant and Seaweed Extracts Increase Yield but Differentially Modulate Fruit Quality of Greenhouse Tomato. HortScience 52(9): 1214.
8. Colla, Giuseppe, et al. 2015. Protein Hydrolysates as Biostimulants in Horticulture. Scientia Horticulturae 196: 28.