Étude du fractionnement d’hydrolysats protéiques de co-produits de l’industrie de transformation du thon par ultrafiltration et nanofiltration

Resumen

La industria de transformación y conserva de atún constituyen un sector con un peso económico importante en Túnez, estimándose una capacidad de producción de 140 Tm/día de productos derivados del atún. La producción de conservas conlleva varias etapas mecánicas donde se desechan subproductos como cabeza, aletas, colas y vísceras de atún que pueden llegar a constituir un 50% de peso vivo del animal. Dentro del contexto actual de agotamiento de los recursos pesqueros y minimización de residuos en el procesado alimentario, este trabajo busca la valorización de las cabezas de atún para su transformación en hidrolizados enzimáticos y posterior fraccionamiento mediante tecnología de membranas. En una primera etapa, las cabezas de atún se sometieron a un tratamiento mecánico y se homogenizaron para obtener una suspensión acuosa con un 15% en peso de proteína. Dicho sustrato se alimentó a un reactor batch donde en una primera fase se realizó un screening con diversas proteasas comerciales (Alcalasa, Flavorzyme, Tripsina porcina, Protamex), estudiándose la solubilización del sustrato inicial y el grado de hidrólisis alcanzado. Como resultado de estos estudios preliminares se optó por utilizar una combinación secuencial de Alcalasa (enzima endoproteasa, Novozymes) y Flavorzyme (cóctel enzimático con predominio de exoproteasas, Novozymes). Mediante diseño experimental y tecnología de respuesta se estudió el impacto del pH, temperatura del medio reaccionante y duración relativa de las etapas con Alcalasa y Flavourzyme sobre el grado de hidrólisis y la distribución de pesos moleculares de los hidrolizados obtenidos. Más concretamente, este trabajo se centró en dos fracciones peptídicas, las de peso molecular entre 700 – 2500 Da (F2500) y la fracción de dipéptidos y aminoácidos libres, que presenta un peso molecular medio inferior a 250 Da (F250). Estudios anteriores resaltan el interés de estas fracciones para la acuacultura, concretamente la fracción F2500 proporciona péptidos de alta digestibilidad y valor biológico para el desarrollo larvario temprano. A nivel de nutrición humana, estudios previos han detectado una concentración significativa de péptidos con actividad antioxidante en las fracciones de hidrolizados de cabeza de atún con tamaño entre 1000 – 3000 Da. Por su parte, el suplemento de aminoácidos libres (F250) en los piensos acuícolas de individuos adultos aumenta su palatabilidad y el rendimiento zootécnico (ganancia en peso) de las especies. Mediante una técnica de optimización biobjetivo (-constraint method) se obtuvo un conjunto de soluciones óptimas intermedias (i.e. frente de Pareto) que satisficieron ambos objetivos (maximinar F2500 y F250) simultáneamente. Se concluyó que la reacción a 58.4ºC, un rango de pH entre 8 – 8.50 y un tratamiento con Alcalasa (4 h) y adición de Flavourzyme a los últimos 20 min de reacción proporciona una distribución de tamaños de péptidos equilibrada con porcentaje de péptidos F2500 entre 30 – 37% y entre 10-20% de aminoácidos libres. En una segunda etapa, los hidrolizados producidos mediante las condiciones óptimas determinadas anteriormente se sometieron a un proceso de fraccionamiento mediante tecnología de membranas. Dicha etapa se desarrolló en dos campañas experimentales: en la Universidad de Granada y en la Universidad de Sfax (Túnez). En la Universidad de Granada se ensayaron para el fraccionamiento membranas cerámicas con una capa activa de 2 m de óxido de titanio y tamaños de corte 8 kDa, 3 kDa y 1 kDa. Las membranas de mayor tamaño de corte se dispusieron inicialmente, de modo que los permeados obtenidos en dichas etapas se filtraron posteriormente sobre la membrana de 1 kDa. Para la campaña de Sfax se utilizaron inicialmente dos etapas paralelas de ultrafiltración sobre membrana orgánica o membrana nanocompuesta con recubrimiento de óxido de titanio, ambas con tamaño de corte 2 kDa. Los retenidos obtenidos se diafiltraron para arrastrar los péptidos pequeños que pudieran quedar en el retenido. El diafiltrado, junto con el permeado de las etapas de UF 2 kDa, se pasaron posteriormente por una etapa de nanofiltración frontal con membrana de poliamida. Para cada etapa se realizó un estudió la permeabilidad de las membranas, inicialmente y tras su operación, evaluándose la eficacia de un tratamiento de limpieza alcalina y ácida sobre las mismas. El estudio de limpieza concluyó que el tratamiento con ácido nítrico fue perjudicial para la restauración de la membrana, lo que se está de acuerdo con estudios previos. Por otro lado, la membrana de mayor tamaño de poro (8 kDa) necesitó dos etapas sucesivas de limpieza alcalina, posiblemente al verse afectada por fouling (i.e. ensuciamiento) interno en la pared de los poros, que es más difícil de eliminar. La caída de flujo durante las operaciones de ultra y nanofiltración se ajustaron satisfactoriamente (r2 > 0.98 en todos los casos) a un modelo de resistencias en serie (modelo de Suki). Las fracciones obtenidas se caracterizaron en cuanto a su distribución de pesos moleculares y la actividad antioxidante, concretamente actividad secuestrante de radicales DPPH y actividad quelante de iones metálicos. Los retenidos de las etapas iniciales de ultrafiltración sobre 8, 3 y 2 kDa presentan un contenido mayoritario (~ 40% en peso) de péptidos de tamaño superior a 6 kDa, seguido de la fracción entre 1 – 3 kDa (~ 20-25% en peso). Dichas fracciones presentan interés como ingredientes para la alimentación de larvas en acuacultura. Con respecto a la bioactividad, se ha detectado importante actividad inhibidora de DPPH (e.g. IC50 = 1.4 mg/mL para el retenido de 8 kDa). Por el contrado, la fracción entre 1 – 3 kDa, así como el permeado de 1 kDa y los retenidos de la etapa de nanofiltración con 300 Da presentaron los mayores contenidos en dipéptidos y aminoácidos libres, así como valores significativos de actividad quelante (e.g. IC50 = 1.2 mg/mL para la fracción 1-3 kDa). En conclusión, este trabajo demuestra que la hidrólisis enzimática de cabezas de atún, seguida de un procesado por membranas, permite una valorización de estos subproductos respetuosa con el medioambiente y capaz de obtener fracciones de alto valor añadido.