NUEVO MÉTODO PARA LA OBTENCIÓN DE PROTEÍNA ANIMAL A BASE DE PESCADO DE
BAJO VALOR COMERCIAL.
Ing. José Igor Hleap Z., Ph.D1.
RESUMEN
El presente trabajo es el resultado de investigaciones realizadas con especies hidrobiológicas de bajo valor
comercial, con el fin de obtener un método mas adecuado y menos costoso para la extracción de proteína
animal libre de grasa (aislados proteicos). El fin primordial de estos aislados es darle un mayor valor nutritivo
a los productos alimenticios, principalmente ricos en carbohidratos, a los cuales se les agreguen en pequeñas
cantidades. Para lograr una buena calidad de los productos finales, se estudiaron las propiedades físicoquímicas, organolépticas y funcionales de los productos obtenidos. En el trabajo se hace énfasis en el proceso
de eliminación de la grasa, proceso éste, que hasta ahora se ha tratado desde el punto de vista químico, es
decir con la ayuda de disolventes orgánicos. Aquí se ha estudiado un nuevo método basado en el principio
físico de la precipitación de las grasas por centrifugación, lo cual ha dado resultados óptimos en cuanto a la
calidad de los aislados finales. El trabajo se desarrolló con especies no comerciales de la costa pacífica de
diferentes características físicas y diferente composición química pero de alto valor proteico. Como
conclusión final se presenta el proceso tecnológico para la elaboración de dichos aislados proteicos.
INTRODUCCIÓN
En Colombia, como en muchos países del mundo, en el momento actual se nota una gran desproporción en
productos alimenticios con suficiencia de sustancias proteicas, que tengan la cantidad necesaria de
aminoácidos esenciales. Además de la carne de animales de abasto, la leche, los huevos y otros productos,
como es sabido, el pescado es una fuente rica en proteínas, grasas, minerales, vitaminas y demás sustancias
primordiales para la vida. Sin embargo, la utilización de proteína de pescado, en nuestro país, está cercana
según datos del Instituto Nacional de Pesca y Acuicultura (INPA) (Boletín Estadístico Pesquero, 1996) a los
5,0 - 5,2 Kg/persona año. Cifra esta, que se encuentra muy por debajo de la norma establecida por la FAO (20
- 25 Kg/persona año). Esto se explica debido a que el pescado en Colombia no es un producto básico en la
alimentación, sobre todo en los sectores populares.
Por otro lado, Colombia tiene grandes condiciones para el desarrollo de la industria pesquera: la superficie de
las aguas internas sobrepasa un millón de kilómetros cuadrados y la superficie de las aguas territoriales es de
más de 100 millones de hectáreas, repartidas en los dos océanos. Sin embargo, esta industria está por debajo
en relación a otros países del mundo y en especial de América Latina, en los cuales no se tienen condiciones
similares.
En los últimos años Colombia ha comenzado a interesarse en el desarrollo de la industria pesquera, siendo uno
de los puntos de mayor interés el aprovechamiento industrial de los ejemplares capturados tanto en las aguas
marítimas territoriales como en los principales ríos y vertientes interiores del país. Para evitar la pérdida de
gran parte de las capturas, es necesario optar por la búsqueda de nuevos procesos tecnológicos efectivos para
el procesamiento de los pescados, los cuales tengan relación directa con las necesidades del país, es decir, que
tengan demanda entre la población colombiana, fáciles de transportar a regiones apartadas de Colombia, que
no sean caros en su producción y que permitan conservar el valor nutritivo durante largo tiempo.
En consecuencia, ante el país aparece como tarea primordial el aprovechamiento de estas fuentes de proteína
con el fin de resolver uno de los problemas más importantes como es el problema de la subalimentación, la
malnutrición y el hambre de muchos de sus habitantes.
Uno de los caminos para la elaboración o transformación de pescados no comerciales en el momento actual es
la separación de las proteínas del tejido muscular, liberadas de las grasas y de los productos de la
1
Universidad Santiago de Cali - USACA - Apartado Aéreo 25194 Cali, Colombia.
transformación de éstas últimas, con el fin de utilizarlas como complemento en la producción de otros
alimentos principalmente de origen vegetal. Este producto se llama “aislado proteico” y para su elaboración
existen varios métodos, siendo el principal problema la separación de las grasas y las proteínas. En los
esquemas tecnológicos conocidos se utilizan soluciones orgánicas, las cuales son muy costosas y restringidas
para su uso en productos alimenticios para el ser humano.
El método propuesto, consiste en la disolución sucesiva de la pulpa de pescado en agua, solución ácida y
solución básica. Con la ayuda de una centrífuga de altas revoluciones, las proteínas se separan de los demás
componentes y en especial de las grasas. De las soluciones, las proteínas se precipitan por coagulación o por
cambio de pH del medio, obteniendo de esta forma los aislados en mención.
Este método es más viable en las condiciones actuales de la industria pesquera colombiana, debido a que los
gastos materiales son relativamente bajos, el producto obtenido contiene todos los aminoácidos esenciales y la
poca cantidad de grasa restante permite conservar el producto por mucho tiempo.
METODOLOGÍA DE TRABAJO
El fin primordial del trabajo realizado consistió en elaborar una tecnología para la fabricación de los asilados
proteicos con las características anotadas anteriormente. Esta tarea se resolvió por medio de la disolución por
etapas de los músculos triturados en agua y en soluciones de HCl y NaOH.
En los experimentos desarrollados se analizó:
- el rendimiento de proteína por fracciones dependiendo de la relación pulpa - solvente, la concentración de
las soluciones de HCl y NaOH, la temperatura de extracción y el tiempo para esta.
- el proceso de eliminación de grasa en los aislados.
- las propiedades físico - químicas, funcionales y organolépticas del producto final.
Se trabajó con base en el esquema tecnológico propuesto en el gráfico 1.
El pescado se descongeló al aire a temperatura ambiente (20°C), se fileteó manualmente y se pasó por una
máquina de moler eléctrica con diámetro de la rejilla de 2 mm. posteriormente se pasó por el cutter para
obtener una mejor desintegración de los tejidos musculares.
Al efectuar la extracción de los aislados proteicos en cada paso fue necesario estudiar las condiciones de las
cuales depende el rendimiento de la proteína y que corresponden a las siguientes:
- relación pulpa y líquido agregado (agua, soluciones de HCl y NaOH),
- concentración de las soluciones de HCl y NaOH,
- duración del tiempo de extracción,
- temperatura necesaria para realizar el proceso de extracción.
Inicialmente, se trabajó de una forma estadístico - experimental con el fin de encontrar los parámetros óptimos
de las cuatro variables anotadas anteriormente. Para esto se utilizó la metodología propuesta por Adler Y.P.
(1970). Luego se analizó cada uno de ellos para encontrar la dependencia definitiva entre las variables y el
rendimiento de proteína.
Al realizar la disolución de la pulpa por etapas en agua y en soluciones de HCl y NaOH, parte de las grasas en
forma de emulsiones se transfieren a la fase líquida y se separan por centrifugación posterior de las soluciones.
Con el fin de establecer las condiciones óptimas de centrifugación (tiempo del proceso y cantidad de
revoluciones por minuto), en las cuales se logra separar la máxima cantidad de lípidos, se realizó una serie de
experimentos. Cada fracción se analizó por separado de acuerdo al esquema del gráfico 1. La solución de cada
fracción de proteínas se dividió en tres partes para someterlas, cada una, a centrifugación a 6000, 8000 y
10000 r.p.m. Simultáneamente el tiempo de centrifugación varió de 5 a 20 minutos con intervalos de 5
minutos. Cada solución obtenida (12 en total) se precipitó, se secó por deshidratación directa hasta peso
constante y se determinó la cantidad de grasas en cada una.
Fracción soluble
en H2O
|---------------|
Lavado con agua |
|
Secado
|
|
Molido
|
Conservación
Materia Prima
|
Descongelación
|
Pelado
---Parte sólida
|
|
Elaboración de
Disolución en
la pulpa
NaOH
|
|
Disolución en agua
Extracción
|
|
Extracción
Centrifugación
|
|
Centrifugación-----Parte sólida
Proteínas no
|
|
solubles
Parte líquida
Disolución en
|
HCl
----------|
|
|
Precipitación
Extracción
Parte líquida
|
|
|
Filtración
Centrifugación--- Precipitación--|
|
|
Parte líquida
Parte líquida
Filtración
|
|
|
|
Precipitación
Parte líquida
|
|
|
Fracción soluble-------Filtración
Fracción soluble
|
en HCl
|
en NaOH
|
|
|
|
|---------------|
Parte líquida
|
|----------------------------------------------------- |
|---
Gráfico 1. Esquema tecnológico para la obtención de aislados proteicos por fracciones.
Después de establecer los regímenes óptimos de centrifugación se estableció el balance de las grasas en la
producción de aislados para lo cual se determinó el contenido de grasas en la pulpa inicial, en la masa restante
después de la centrifugación de cada fracción, en los aislados recibidos y en los desechos finales.
Los parámetros óptimos obtenidos por método de Adler Y.P. no caracterizan la cinética del proceso, por eso
para establecer una dependencia funcional de salida de producto en comparación con las condiciones
respectivas se realizó un estudio de cada una de estas separadamente. Para cada parámetro se realizaron tres
experimentos paralelos de los cuales se sacó el término medio. La cantidad de nitrógeno total se determinó por
el método de Kjeldahl. El nitrógeno no proteico por medio del método de precipitación con ácido
tricloroacético (TCA). Por diferencia de estos dos se determinó la cantidad de proteína (nitrógeno proteico).
Se estudiaron las condiciones de precipitación de las proteínas a partir de sus soluciones. Para la fracción
soluble en agua a través del cambio del pH del medio hasta las zonas ácida (pH 6,0) y básica (pH 8,0) y
también por medio del calentamiento hasta 100°C. Para la fracción soluble en ácidos fue tomado el cambio
del pH con NaOH. Además fueron probados la posibilidad de utilización de hidrocarbonato sódico NaHCO 3 y
el calentamiento. Para la fracción de proteínas solubles en bases se analizó tomando el cambio del pH con
CH3COOH, HCl y calentamiento.
La totalidad de la precipitación se definió por al cantidad de nitrógeno proteico (NT - NNP) en el filtrado
después de la separación del aislado de proteína a diferentes valores de pH. Estos se tomaron desde el
momento de la turbación de la solución con intervalo de 0,2 unidades. La medición se hizo en un pHmetro con electrodo de vidrio y la escala fue para la fracción soluble en ácido de pH 5,6 a pH 7,4 y para la
fracción soluble en álcali de pH 4,4 a pH 6,2.
Después de la precipitación de las proteínas y de acuerdo al esquema tecnológico planteado, los precipitados
se lavaron con agua para obtener la separación total de las partículas de nitrógeno no proteico para
posteriormente someterlos a los procesos de secado, trituración o molido y conservación en recipientes de
vidrio herméticos.
En cada fracción obtenida se definió la humedad por el método de secado hasta peso constante, la cantidad de
grasas por el método de Soxhlet, el nitrógeno total según el método de Kjeldahl y las cenizas por incineración
a 500°C. estas mismas determinaciones se efectuaron en la fracción de proteínas no solubles (desechos
finales).
Para caracterizar los aislados proteicos obtenidos, fueron estudiados los siguientes parámetros y propiedades:
humectación, asimilación por fermentos proteolíticos, composición de aminoácidos, capacidad de
emulsificación, capacidad de formación de espuma, resistencia de la espuma y valoración organoléptica de los
mismos.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El estudio matemático - experimental inicial arrojó los siguientes resultados (Tabla 1).
Tabla 1. Resultados del análisis matemático - experimental inicial.
Fracción de
proteínas
Solubles en agua
Solubles en ácido
Solubles en bases
Tiempo de
extracción, horas
8
26
6
Temperatura de
extracción, °C
23
13
23
Concentración, %
1
1,5
Relación solvente pulpa
4-1
5-1
2,5 - 1
Los datos presentados en la tabla anterior están discriminados según las tres fracciones de proteínas estudiadas
y se usaron para definir los mejores parámetros de centrifugación para la eliminación de las grasas.
Teniendo en cuenta estos resultados, se realizó el estudio de la elección y fundamentación de los regímenes de
centrifugación. Estos resultados mostraron que en los procesos de disolución, centrifugación y precipitación
por etapas de los músculos triturados según la tecnología propuesta se logra un desengrase sustancial de los
productos finales (aislados proteicos). La cantidad de grasas en las fracciones en relación a la cantidad inicial
de grasas en la pulpa es respectivamente para las fracciones solubles en agua, ácidos y bases de 1,45 %, 4,59
% y 7,89 %, lo cual corresponde a una cantidad de grasa en los aislados respectivamente de 0,18 %, 0,57 % y
0,99 %.
El análisis final de los parámetros: relación pulpa y solución, concentración del HCl y el NaOH, tiempo de
extracción y temperatura de la misma arrojó los siguientes resultados.
Se pudo apreciar que al aumentar la relación pulpa y solvente, el rendimiento de proteína aumenta. Sin
embargo, el aumento no es proporcional al aumento de la cantidad de solvente; así, para la fracción soluble en
agua el crecimiento de la disolución termina en la relación 2 - 1, para la soluble en ácidos es de 5 - 1 y para
la soluble en bases es de 2 - 1. Algún pequeño aumento en la disolución a grandes relaciones de pulpa y
solvente puede ser despreciado debido a que este lleva a gastos suplementarios elevados. Con relación a la
concentración de las soluciones de HCl y NaOH, se observó que el máximo de rendimiento de proteína se
logra a concentraciones no muy altas. Es característico que si el cambio en la concentración del álcali
prácticamente poco influye en la cantidad de proteína obtenida (en los límites entre 0,6 % y 1,6 %, obtención
de cerca del 19 %), por el contrario la solución de HCl permite una obtención de proteína, a una
concentración del 0,6 %, de cerca del 43 %.
De la relación tiempo y rendimiento se puede concluir que las fracciones solubles en agua y en bases se
diluyen prácticamente en las dos primeras horas. Un contacto mayor con el solvente aumenta la cantidad de
proteína disuelta muy poco. Después de logrado el máximo, la disolución comienza a decaer. La obtención de
proteína en la fracción soluble en bases disminuye con el aumento
del tiempo de extracción. De los resultados obtenidos se ve que el tiempo para
la extracción de las fracciones solubles en agua y en ácido es un poco elevado, lo cual no es aconsejable
debido a que en la primera pueden desarrollarse procesos microbiológicos que llevan a la pérdida del
producto y en la segunda puede suceder una hidrólisis total de la proteína. Partiendo de esto se optó por tomar
como tiempo de disolución para la fracción soluble en agua 4 horas y para la fracción soluble en ácidos 14
horas ya que se comprobó que esto no influye en la cantidad de grasas en el producto final.
Con relación a la temperatura se puede observar que el rendimiento de proteína aumenta poco con el aumento
de la temperatura hasta un determinado nivel. Un aumento ulterior de la temperatura lleva a la disminución de
la salida de proteína como consecuencia de los cambios de desnaturalización. Como excepción se puede
apreciar la fracción de proteínas solubles en bases, donde la disolución crece constantemente aún después de
20°C, aunque el crecimiento de esta es insignificante.
El análisis de las condiciones de precipitación arrojó los siguientes resultados: para la fracción soluble en agua
los mejores resultados se logran por coagulación a 100°C, lo cual da un rendimiento del 94 % de la cantidad
total de nitrógeno proteico en la solución. Para la fracción soluble en ácido (HCl) se observó que el mejor
efecto se logra por cambio en el pH de la solución con NaOH. El mejor significado de pH se dio a pH 6,6 lo
cual da un rendimiento del 87,26 % de proteína precipitada. Para la fracción soluble en bases el máximo se
observó con un cambio de pH con ácido acético a un pH de 5,0, lo cual da una salida de proteína del 81,77 %.
El método propuesto de obtención de aislados proteicos por fracciones, permite la extracción de las grasas de
los aislados. Esto se ve mas particularmente en la fracción soluble en agua donde el porcentaje de grasa
extraída en relación a la grasa de la pulpa inicial es de 98,54 %. Para las fracciones ácida y básica, el
porcentaje es respectivamente de 95,4 % y 92,01 %. La masa principal de grasas queda concentrada en los
residuos finales no solubles, los cuales se pueden utilizar para la elaboración de productos para consumo
animal.
El estudio de las propiedades hidrofílicas de los aislados proteicos mostró que la fracción soluble en agua,
extraída de la solución por calentamiento, pierde completamente sus propiedades humectantes. En lo que
corresponde a las fracciones solubles en ácidos y bases no solamente aumenta su masa sino también su
volumen. La precipitación por medio del cambio del pH hasta el punto isoeléctrico no influye en las
propiedades hidrofílicas. La humedad final para la fracción soluble en ácidos después de 3 horas de
humectación es de casi 73 % que poco se diferencia de la humedad del tejido muscular inicial.
Por lo tanto las propiedades naturales de la proteína en la disolución, precipitación y secado no se alteran. La
fracción soluble en bases también es capaz de absorber agua, pero en 6 horas su humedad llega a cerca del 54
%. Se puede decir que el proceso de obtención de la fracción soluble en bases lleva a una pérdida parcial de
las propiedades iniciales y en particular se pierde la capacidad de humectación.
El estudio de la asimilación de las proteínas “in vitro” por fermentos proteolíticos mostró que se logra un
rendimiento del 90 % en término medio, lo cual se acerca bastante al estado ideal del 100 %. Por otro lado se
comprobó con el análisis de los aminoácidos que las tres fracciones contienen todos los aminoácidos,
incluidos los esenciales, en cantidades apreciables.
Las propiedades funcionales mostraron resultados bastante aceptables para las fracciones solubles en ácidos y
en bases. La fracción soluble en agua debido a la desnaturalización térmica a la que es sometida pierde toda
posibilidad de humectarse, razón por la cual no posee propiedades funcionales. La capacidad de
emulsificación, en porcentajes, para la fracción soluble en ácidos es de 48,6 % y para la fracción soluble en
bases es de 38,3 %. La capacidad de formar espuma es respectivamente de 125 - 133 % y 108 - 114 %. La
resistencia de la espuma después de 15 min. fue de 35 - 38 %, para la fracción soluble en ácidos y de 25 - 29
% para la fracción soluble en bases. Esto se explica debido a que la fracción en ácido posee mejores
propiedades hidrofílicas es decir la desnaturalización de las proteínas en ella es menor que en la fracción de
proteínas solubles en bases.
El análisis organoléptico presenta a los aislados como un polvo homogéneo finamente molido sin granos ni
presencia de partículas extrañas, sin olor ni sabor. El color varía según la fracción desde el crema claro hasta
el café. Se comprobó que se conservan en muy buen estado por espacio máximo de 18 meses.
Se recomienda utilizar los productos obtenidos como aditivos para aumentar el valor nutritivo de productos a
base de harinas vegetales. Se comprobó que un 5 % de aislados agregado a tortas de maíz, aumenta la cantidad
de proteína en estas en un 68,9 % y la cantidad de lisina (aminoácido esencial) en 194,7 %.
CONCLUSIONES
1.- Se elaboró un método para la obtención de aislados proteicos libres de grasa a base de pulpa de pescado de
bajo valor comercial por medio de la extracción por etapas de las proteínas y las grasas en agua, en soluciones
de HCl y NaOH y la separación subsiguiente de las grasas por centrifugación.
2.- Se estableció que el rendimiento máximo de proteína por fracciones con un contenido mínimo de grasas se
logra con los siguientes parámetros : tiempo de extracción en agua - 4 horas, en HCl - 14 horas y en NaOH - 2
horas, relación solvente y pulpa respectivamente para cada fracción 2 - 1, 5 - 1 y 2 - 1, temperatura de
extracción de la pulpa para todas las fracciones 20°C y concentración de HCl 0,6 % y NaOH 1 %.
BIBLIOGRAFÍA
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Editorial Nauka. Moscú. URSS. 279 p.
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Industria Alimenticia. Moscú. 696 p.
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