Un sensor que hace visible la proteína

El suero lácteo ha dejado de ser un simple subproducto de la fabricación de queso para convertirse en una materia prima de interés para la industria alimentaria. Su aprovechamiento permite recuperar proteínas de alto valor y destinarlas a productos de nutrición deportiva, alimentación funcional y distintas aplicaciones biotecnológicas. Conocer con precisión su contenido proteico y controlar cómo varía durante los procesos de concentración resulta fundamental para garantizar la calidad del producto final.

Ese control requiere métodos de análisis que combinen precisión y rapidez. Las técnicas convencionales pueden implicar preparación de muestras, procedimientos de laboratorio y tiempos de respuesta que dificultan disponer de información inmediata durante un proceso industrial. Cuando se necesita comprobar sobre el terreno la composición de una muestra o verificar que un concentrado mantiene las características previstas, disponer de una medición directa puede agilizar el control de la producción.

En este punto se sitúa una investigación desarrollada por la Universidad de Burgos. El grupo POLYMERS ha trabajado en un sensor polimérico en formato film capaz de determinar la concentración de proteínas en suero y concentrado de suero lácteo mediante una lectura colorimétrica. La propuesta busca trasladar una medición que tradicionalmente requiere equipamiento y procedimientos de laboratorio a un sistema rápido y directo, con posibilidades de aplicación en el control de calidad.

Detrás de este desarrollo está Lucas Vallejo García, investigador del grupo POLYMERS de la Universidad de Burgos. Su trayectoria investigadora en la UBU comenzó en 2022, cuando inició su tesis doctoral bajo la dirección del Grupo de Polímeros, del área de Química Orgánica, y del grupo de Bioquímica y Biotecnología.

Formado en Biotecnología, Vallejo ha orientado su investigación hacia la combinación de esta disciplina con la ciencia de los materiales poliméricos. Su trabajo se ha centrado en el desarrollo de materiales funcionales, principalmente películas o films poliméricos, destinados a aplicaciones como sensores y soportes para la inmovilización de enzimas.

La idea del sensor surgió durante una investigación anterior de su tesis doctoral, centrada en el uso de materiales poliméricos para inmovilizar enzimas y utilizarlas posteriormente en procesos de catálisis. Durante aquellos estudios, Vallejo observó que el material adquiría diferentes coloraciones en función de la cantidad de enzima que quedaba unida a su superficie. La respuesta abrió una posibilidad distinta. Si el cambio de color estaba relacionado con la cantidad de proteína presente, el mismo material podía utilizarse no solo para inmovilizar proteínas, sino también para cuantificarlas.

A partir de esa observación, el equipo decidió aplicar el sistema al suero lácteo, una matriz con un importante valor industrial. Las proteínas del suero tienen un elevado interés comercial y son también la base de productos derivados como los concentrados de proteína de suero lácteo, conocidos como WPC y ampliamente utilizados en productos de nutrición deportiva, según Vallejo.

El sensor consiste en un pequeño film polimérico, de aspecto similar al de una lentilla, que presenta grupos amino libres en su superficie. Mediante una reacción química denominada diazotación en fase sólida, estos grupos se transforman en sales de diazonio capaces de reaccionar con determinados aminoácidos aromáticos presentes en las proteínas del suero lácteo. Como resultado, se forman enlaces azo, que son coloreados, y el film adquiere una tonalidad naranja-rojiza.

La intensidad del color depende de la cantidad de proteína presente en la muestra. A mayor concentración, mayor intensidad. El cambio químico se convierte así en una señal visual que puede medirse mediante análisis RGB y utilizarse para cuantificar las proteínas.

Una de las principales ventajas del sensor es su amplio rango de medida, que va de 0 a 120 mg/mL de proteína. Esto permite analizar directamente muestras de suero lácteo e incluso concentrados, mientras que los métodos espectrofotométricos convencionales trabajan generalmente a concentraciones más bajas y requieren diluciones previas de la muestra.

El trabajo también ha demostrado que pueden utilizarse dos canales de color para ampliar ese rango. En concentraciones de entre 0 y 20 mg/mL se utiliza principalmente el canal azul. A partir de ese nivel, este canal se satura, pero el canal verde continúa respondiendo y permite cuantificar concentraciones de hasta 120 mg/mL.

Evitar las diluciones simplifica considerablemente todo el procedimiento y reduce la manipulación de la muestra y las posibles fuentes de error asociadas, comenta Vallejo. El análisis consiste en introducir el film en la muestra, esperar 15 minutos, lavarlo y fotografiarlo con un smartphone. Esta sencillez abre la posibilidad de realizar controles de calidad in situ, directamente en las instalaciones de la industria, sin necesidad de disponer de un laboratorio especializado.

La empresa HSN de nutrición deportiva, se incorporó al proyecto aportando muestras de concentrados comerciales de proteína de suero. Esto permitió validar el sensor con productos reales disponibles en el mercado, además de las muestras preparadas en el laboratorio. La compañía también participó en la revisión y discusión del trabajo desde su experiencia en el sector. Su implicación se extendió a la publicación de los resultados, ya que miembros de HSN figuran como coautores del artículo científico resultante.

Además de la industria láctea, la tecnología podría tener interés en otros sectores en los que el contenido de proteína es relevante, como la alimentación funcional, para el control de suplementos, bebidas o alimentos enriquecidos en proteínas. También podría estudiarse su adaptación al ámbito biomédico para la determinación de proteínas en muestras biológicas. En todos estos casos sería necesario adaptar y validar el sensor específicamente para cada tipo de muestra.

La tecnología ya está protegida mediante patente, pero el desarrollo continúa. El siguiente paso será validar el sensor en un entorno industrial real, con un mayor número y variedad de muestras, y comprobar su reproducibilidad. Después será necesario optimizar su fabricación y desarrollar un formato sencillo y estandarizado que facilite su incorporación al uso habitual en la industria.

Las posibilidades de la tecnología van más allá de la detección de proteínas. La estructura química de los materiales poliméricos puede modificarse para incorporar distintos grupos funcionales y desarrollar sensores capaces de reconocer otras sustancias de interés, explica Vallejo. Es una línea que ya forma parte del trabajo del grupo, que investiga materiales poliméricos capaces de cambiar de color en presencia de diferentes analitos. El objetivo es que este concepto pueda evolucionar hacia una plataforma de sensores adaptable a distintas sustancias y aplicaciones.