Development of bioprocesses for the upgrading of fish by-products

Resumen

La industria pesquera genera una cantidad importante de sub-productos siendo los descartes la principal causa del mal uso de los recursos pesqueros (Davies et al., 2009). La generación de descartes, además de tener consecuencias económicas negativas, también conlleva un importante impacto ecológico sobre el hábitat marino (Bozzano y Sardà, 2002). Por ello, la reducción de los descartes así como su posterior aprovechamiento se manifiestan como medidas estrictamente necesarias a llevar a cabo (Kelleher, 2005). En este sentido, la Comisión Europea está en proceso de aprobar una reforma de la política pesquera común en la que se insta a una práctica de cero-descartes en todas las pesquerías europeas (EU, 2011). En la región surmediterránea o costa norte del mar de Alborán, las especies más descartadas son especies comerciales como la sardina (Sardina pilchardus), el jurel (Trachurus mediterraneus) y el aligote (Pagellus acarne). Estos descartes se deben a requerimientos de talla mínima, a restricciones de cuota y a prácticas comerciales como el ¿high grading¿. Otras especies como la pintarroja (Scyliorhinus canicula) y la boga (Boops boops), altamente presentes en la captura, son normalmente descartadas debido a su bajo valor comercial (Carbonell et al., 1997; CDPM, 2005; FROM, 2008). Tradicionalmente, estos residuos se han empleado para la obtención de harina de pescado, ensilados y/o fertilizantes, todos ellos productos de un bajo valor comercial. No obstante, estudios recientes ponen de manifiesto que sub-productos de la actividad pesquera pueden ser transformados en productos de un mayor valor añadido, tales como aceite de pescado e hidrolizados de proteínas los cuales presentan una serie de biomoléculas beneficiosas para la salud humana (Kristinsson, 2006). El aceite de pescado tiene un gran interés para la industria alimentaria y farmacéutica debido a su alto contenido en ácidos grasos poliinsaturados omega-3. Estos ácidos grasos, principalmente el ácido eicosapentanoico (C20:5n-3, EPA) y el ácido docosahexanoico (C22:6n-3, DHA), han sido científicamente reconocidos como promotores de numerosos beneficios sobre la salud (Simopoulos, 1991; Uauy & Valenzuela, 2000; Ward & Singh, 2005). Además, se han identificado una amplia variedad de hidrolizados de proteína de pescado que poseen un potencial nutracéutico por su contribución beneficiosa para la salud. Entre los compuestos bioactivos presentes en las proteínas de pescado destacan los péptidos que presentan una capacidad antioxidante y aquellos capaces de modular la tensión arterial (inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina, ACE) (Li et al., 2004; Guerard, 2006; Murray & FitzGerald, 2007; Laroque et al., 2008; Thorkelsson et al., 2009). Por tanto, el objetivo general de este trabajo de investigación es la valorización de las fracciones lipídica y proteica de 5 especies de descarte en el Mar de Alborán (S. pilchardus, T. mediterraneus, P. Acarne, B. boops, S. canicula). Particularmente, se ha estudiado la producción, refino, estabilización y emulsión de aceite de pescado rico en ácidos grasos omega-3 y la obtención de péptidos bioactivos con propiedades antioxidantes y antihipertensiva. Primeramente, se han caracterizado estas 5 especies de descarte a lo largo de un año. Los resultados obtenidos pusieron de manifiesto que la sardina y el jurel son las especies que presentan un mayor contenido en grasa, 13.6 y 6.2 wt% en verano, con un alto contenido en EPA+DHA (3000 y 1300 mg/100 g pez, respectivamente). Además, los aceites extraídos de las 5 especies mediante prensado presentan un contenido en EPA+DHA mayor del 23 wt%. Destaca el aceite de pintarroja, con un contenido en DHA de hasta el 20 wt% (García-Moreno et al., 2013a). Como consecuencia del alto contenido graso de la sardina, se evaluó la extracción de su aceite por prensado hidráulico, su decolorización con tierras activadas (Tonsil 278) y su estabilización con antioxidantes. La mayor temperatura de pre-tratamiento ensayada (55 ºC) utilizando dos etapas de prensado a 60 bar maximizó el rendimiento obtenido (12.47 kg aceite/100 kg sardina). No obstante, la formación de hidroperóxidos se minimizó (0.29 meq/kg aceite) al trabajar a la menor temperatura de pre-tratamiento (5 ºC). Con respecto a la decolorización, las condiciones óptimas para la eliminación de productos de oxidación resultaron ser: 130 ºC, 5 wt% de tierras y 60 min. Por otro lado, una mejor adsorción de pigmentos y compuestos coloreados se obtuvo a temperaturas medias (99-110 ºC). La optimización conjunta de totox, tono y croma permitió generar un espacio de decisión a partir del cual elegir las condiciones de operación dependiendo del grado de satisfacción deseado para cada variable (García-Moreno et al., 2013b). En cuanto a la estabilización, bajas concentraciones de alfa-tocoferol (50-207 ppm) combinadas con la adicción de antioxidantes secundarios como palmitato de ascorbilo (450 ppm) y ácido cítrico (50 ppm), minimizaron la formación de hidroperóxidos en el aceite de sardina estudiado. Sin embargo, concentraciones medias de alfa-tocoferol (478-493 ppm), las cuales podrían mejorar la conversión de hidroperóxidos a productos estables, redujeron el nivel de productos secundarios de oxidación. Posteriormente, se ha evaluado la pre-emulsión de aceite de pescado utilizando combinaciones de caseína y fosfolípidos como emulsionantes. En este sentido, la emulsión estabilizada con una combinación de caseína y lecitina resultó en la más estable físicamente, con el potencial zeta más negativo y el menor tamaño de gota. Además, esta emulsión fue la más estable oxidativamente hablando, tanto en términos de peróxidos como productos secundarios de oxidación tales como 1-penten-3-ol. Esto puede deberse principalmente a una reestructuración de la proteína en la interfase como consecuencia de la incorporación de la lecitina, dando lugar a un grosor y estructura mejorada de la capa interfacial de la emulsión. Además, se han optimizado las condiciones de transesterificación alcalina (1 wt% NaOH) con metanol para la producción de biodiesel a partir de aceite de pescado de baja calidad. Los resultados obtenidos indicaron que altas temperatura (60 ºC) junto con una alta relación molar metanol a aceite (9:1) y un tiempo de reacción largo (90 min) son requeridos para conseguir una alta pureza en FAME (95.39 wt%). Sin embargo, empleando una alta concentración de catalizador (1 wt% NaOH), la mínima temperatura (40 ºC) mejora el rendimiento en biodiesel (83.6 %). Valores aceptables de viscosidad fueron obtenidos (6.05-6.66 mm2/s medidos a 30 ºC), con un rango de fusión de las muestras de biodiesel entre -73.60 y 3.83 ºC. Por otra parte, el biodiesel obtenido presentó un baja estabilidad oxidativa (IP<2.22 h). En cuanto a la revalorización de la fracción proteica, los hidrolizados de sardina son los que poseen mejores propiedades antioxidantes: a) mayor actividad inhibidora de DPPH para el hidrolizado obtenido con tripsina (2h) y subtilisina (2h) (IC50=0.91 mg proteína/mL), b) mayor actividad quelante de Fe2+ (IC50=0.32 mg proteína/mL), y c) mayor poder reductor. Hidrolizados de otras especies también presentaron buenas propiedades antioxidantes. En este sentido, destacan los hidrolizados de jurel (T. mediterraneus) en la inhibición de DPPH (IC50=1.47 mg proteína/mL), los de pintarroja como quelantes (IC50=0.32 mg proteína/mL), y los de boga por su poder reductor. Por otra parte, la adicción simultánea de subtilisina y tripsina condujo a los hidrolizados finales con mayor propiedad antihipertensiva, jurel (IC50=279 microg/mL) y pintarroja (IC50=302 microg/mL). En el hidrolizado de pintarroja, se llegó a obtener una fracción purificada (58-470 Da) con un IC50 de 27 microg/mL. La alta actividad de esta fracción puede deberse a la presencia de péptidos pequeños conteniendo prolina en el C-terminal.