Métodos de extracción de proteína de patexo

Transcripción

1 Métodos de extracción de proteína de patexo (Polybius henslowi Lea c h) Por M. LÓPEZ-BENITO, L. PASTORIZA y G. SAMPEDRO * INTRODUCCIÓN Las harinas de pescado en la alimentación animal, así como los concentrados de proteína de pescado en la alimentación humana, pueden constituir una importante materia prima para el sector de la industria alimentaria. Es conocido que la disponibilidad de especies de pescado no es un factor limitante en el desarrollo de esta industria, puesto que existen muchas de ellas que no se capturan o están subexplotadas por su escasa o nula aceptación en el mercado, a causa de los hábitos y preferencias del consumidor. El objetivo en la utilización de proteínas para la formulación de alimentos, para el consumo animal o humano, se centra en la posibilidad de suministrar a la industria productos más baratos que los empleados por ella habitualmente. Por este motivo resulta hoy más interesante, por ejemplo, sustituir la proteína de la carne por concentrados obtenidos del pescado, que utilizar procesos clásicos de enriquecimiento. Naturalmente, las propiedades funcionales reológicas y organolépticas, tanto de la proteína adicionada como del alimento terminado, son decisivas para su comercialización. Entre tales propiedades podríamos destacar la capacidad de hidratación, Instituto de Investigaciones Pesqueras. Muelle de Bouzas. Vigo. Recibido el 11 de junio de 1984.

2 la solubilidad en diferentes medios, capacidad de suspensión, esponjamiento, gelificación, viscosidad, coagulación por el calor, emulsificación, etcétera, que determinan el comportamiento de una proteína en el sistema alimenticio final. Planteado así el problema, la investigación tecnológica en este importante sector de la industria alimentaria está encaminada a incrementar la eficacia de los procedimientos, al objeto de poder alcanzar un aprovechamiento exhaustivo de las diferentes especies de pescado. En este momento, el interés de los laboratorios especializados se centra no solamente en la industrialización de especies subutilizadas, sino también en la investigación de nuevos métodos de recuperación y uso del material comestible. Por ello en el manejo y procesamiento de las capturas de pesca, y aun en el caso de especies de elevado valor comercial, el objetivo a alcanzar consiste en disminuir al máximo el volumen de residuos no aprovechables. Es evidente que están surgiendo nuevos campos y excelentes oportunidades para la investigación de la tecnología del pescado: especies más adecuadas para su industrialización y comercialización, métodos de conservación más aconsejables en cada caso, procedimientos industriales, materiales de empaque, redes de distribución, venta al detalle, métodos de abastecimiento más idóneos, predicciones referentes a los cambiantes gustos del consumidor, etc., son cuestiones a resolver por los centros de investigación tecnológica. En este trabajo abordamos el aprovechamiento del patexo (Polybius henslowi), una especie depreciada que no se comercializa habitualmente. El objeto de nuestro estudio consiste en determinar la posibilidad de que pueda constituir la materia prima para la fabricación de concentrados proteico~, teniendo en cuenta ciertos inconvenientes que presenta, tales como la elevada proporción de peso de caparazón con relación al peso de músculo en el crustáceo, las dificultades que se presentan en la separación del citado músculo y la fase triturada del caparazón, la imposibilidad de emplear ataques enérgicos ácidos o alcalinos para la separación de proteína debido a la presencia del material calcáreo, etc., factores todos ellos que se reflejarán en la composición final del concentrado obtenido, sus características funcionales y organolépticas y los rendimientos proteicos alcanzados. Estudiamos asimismo la influencia de los distintos tratamientos y métodos empleados por nosotros en trabajos anteriores (LÓPEZ-BENITO y SAMPEDRO, 1977; SAMPEDRO y LÓPEZ-BENITO, 1979; PASTORIZA et al., 1982) sobre los concentrados de proteína obtenidos a partir del patexo, especie ésta que, salvo excepciones (G. VARELA y A. PUJOL, 1956), ha merecido escaso interés por parte de los investigadores.

3 MATERIAL Y METODOS Utilizando como materia prima patexo (Polybius henslowi Leach) se ensayan diferentes métodos para la obtención de concentrados de proteína: - Coagulación de la proteína por el calor - Precipitación de la proteína a ph = 4,5 - Hidrólisis enzimática con diferentes enzimas: pronasa, papaína y pancreatina La materia prima sobre la que se ensayaron los diferentes métodos de obtención de concentrados de proteína objeto de este trabajo estaba formada en todos los casos por patexo que había sido triturado y homogeneizado en una picadora hasta un tamaño de orificio de 8 mm. Métodos de coagulación de la proteína por el calor Método A En un reactor se mezcla la materia prima con agua, proporción en peso 1 : 1, se agita a la vez que se calienta hasta 97"C, manteniéndose esta temperatura durante 5 minutos. Se centrifuga durante 30 minutos a 3500 r.p.m. y se separa el líquido sobrenadante de la fase sólida, formada a su vez por dos estratos: pulpa y caparazón triturado del crustáceo. Posteriormente el estrato formado por el caparazón triturado es sometido a sucesivos lavados con agua a través de un tamiz metálico de 0,8 mm al objeto de recuperar los restos de pulpa adheridos. Método A, Este método modifica el anterior en el sentido de tratar el liquido sobrenadante procedente de la centrifugación con CIH 1 N hasta ph = 4,5 buscando la precipitación de la fracción de proteína contenida en dicha fase Iíquida (LÓPEZ-BENITO y GIL, 1974). Métodos de precipitación ácida Métodos B y C Se utilizaron dos tipos de ensayos, uno empleando ácido clorhídrico 1 N y el otro con ácido fosfórico 1 N. En ambos casos se trató la materia prima con agua en proporción 1 : 1 en peso, se agitó manteniendo, durante dos horas por adición de ácido, el ph de toda la masa a 4,5 y se centrifugó para separar la fase Iíquida de la pulpa y fracción de caparazón triturado.

4 Métodos B, y C, Son métodos modificados de los anteriores en los que el Iíquido procedente de la centrifugación es sometido a un tratamiento por el calor (97 C) durante 5 minutos, al objeto de proceder a la separación por coagulación de la proteína residual contenida en dicha fase Iíquida. Métodos de hidrólisis enzimática Se ensayaron tres enzimas para alcanzar la solubilización de la proteína del patexo: pronasa, papaína y pancreatina (LÓPEZ-BENITO y SAMPEDRO, 1977). La proporción de materia prima/agua en peso era siempre de 1 : 1, y las condiciones de trabajo las siguientes: - Pronasa: ph = 7,O; temperatura de hidrólisis: 50 C; tiempo: 4 1/2 horas; proporción de enzima con respecto al peso de patexo triturado (materia prima): 0,05 %. - Papaína: ph = 6,5; temperatura de hidrólisis: 65 C; tiempo: 3 horas; proporción de enzima con respecto al peso de patexo triturado (materia prima): 1 %. - Pancreatina: ph = 8,5; temperatura de hidrólisis: 45 C; tiempo: 3 horas; proporción de enzima con respecto al peso de patexo triturado (materia prima): 1 %. En los tres procedimientos, una vez finalizado el tiempo de hidrólisis y al objeto de inactivar el enzima, se procede a elevar la temperatura de la masa hasta 85"C, permaneciendo en estas condiciones durante 15 minutos. Se centrifuga a 3500 r.p.m. durante media hora y se separan de esta forma tres fases: un Iíquido sobrenadante que contiene la proteína solubilizada, y una fase sólida que consta de dos estratos, uno superior formado por producto no solubilizado y otro inferior procedente de la trituración del caparazón del crustáceo. Finalmente la fase Iíquida se liofiliza a una temperatura de placas de 55 C para obtener el concentrado de proteína desecado. Características del producto terminado Se realizaron las siguientes determinaciones: - Humedad, grasa, proteínas y cenizas. - Propiedades funcionales: Solubilidad. Se determinó la solubilidad a diferentes ph de los concentrados de proteína obtenidos del patexo. Para ello, y partiendo de 1 g

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6 de muestra, se trata con 50 cc de agua a temperatura ambiente y se ajusta el ph hasta alcanzar el valor convenido. Se macera durante 24 horas, se agita enérgicamente y se centrifuga durante 15 minutos a 4000 r.p.m., determinando la proteína en el Iíquido sobrenadante. Higroscopicidad. Se hizo un estudio comparativo de la higroscopicidad en los distintos concentrados e hidrolizados obtenidos por nosotros. Los valores correspondientes se calcularon en función del incremento de peso observado en las distintas muestras, apreciándose también los cambios de tonalidad en el color, el apelmazamiento del producto, así como en algunos casos la delicuescencia provocada por el agua de absorción. RESULTADOS Los concentrados de proteína que se obtuvieron por los diferentes métodos de fabricación antes reseñados -coagulación por el calor, precipitación ácida e hidrólisis enzimática- presentaban después de la trituración y desecado el aspecto de un polvo de color pardo oscuro. En la figura 1 se representan los métodos operativos seguidos para la obtención de los diferentes concentrados e hidrolizados de proteína de patexo (Polybius henslowi Leach], cuya composición inicial era la siguiente: O10 Humedad 74,39 Grasa 1,39 Proteínas (N X 6,25) 10,75 Cenizas 8.13 En dicha figura se indica asimismo el peso de proteína que se obtiene en cada una de las etapas de que constan los procesos. En el cuadro I se expresan los resultados referentes al contenido en proteína obtenida del patexo, así como también los rendimientos alcanzados empleando diferentes métodos de precipitación; coagulación por el calor y en medio ácido a ph = 4,5. Por otro lado, hemos ensayado otros métodos modificados a partir de los anteriores operando de la siguiente forma: cuando se había empleado la precipitación por coagulación con aporte de calor, el Iíquido sobrenadante procedente de la centrifugación se trataba con ácido clorhídrico 1 N para aprovechar la proteína que este Iíquido todavía contiene. En el caso del tratamiento ácido, el citado Iíquido procedente de la centrifugación se trató por el calor para coagular la proteína contenida en el mismo. De esta forma los valores totales de proteína obtenidos son más elevados. Así, por ejemplo, mientras en los métodos de coagulación por el calor y precipitación ácida los rendimientos son 33,94 %, 34,14 O/O y 20,lO O/O,

7 CUADRO I Contenido en proteína obtenida del patexo [Polybius henslowi Leach.1 y rendimientos, empleando diferentes métodos de precipitación: A, coagulación por el calor; A,, ídem seguido de acidificación de la fase líquida; B, con ácido clorhídrico 1N; B,, ídem seguido de coagulación por el calor de la fase Iíquida; C, con ácido fosfórico 1N; C,, ídem con coagulación por el calor de la fase Iíquida. Materia prima Peso Proteina Método (9) (91 Concentrado de proteína obtenido Rendimiento proteico con Peso seco Proteina relación a la proteína de (9) (9) (%) la materia prima (%) en los mismos métodos modificados aprovechando la proteína del líquido sobrenadante éstos alcanzan valores del 39,73 O/O, 39,07 O/O y 31,lO O/O respectivamente. En el cuadro II se indican los valores del equivalente en proteína (N x 6,25) y rendimientos de los hidrolizados obtenidos al tratar la materia prima con diferentes enzimas: pronasa, papaína y pancreatina. CUADRO II Equivalente en proteína [N x 6,251 obtenida del patexo (Polybius henslowi) y rendimientos, empleando diferentes métodos enzimáticos: D, con pronasa 0,05 '10; E, con papaína 1 '10; F, con pancreatina 1 '/O. Materia prima Hidrolizado liquido Equivalente en proteina (N x 6,251 en el liquido Rendimiento proteico con Peso Proteína solubilizado relación a la proteina de Método (9) (9) [S) ( O10 la materia prima (%)

8 Los valores de los rendimientos referidos al equivalente en proteína del producto final con relación a la proteína de la materia prima son los siguientes: 69,35 O/O para la pronasa, 52,58 O/O para la papaína y 55,12 O/O para la pancreatina. Se determinó también la composición de los concentrados e hidrolizados de proteína (cuadro III), realizándose la calificación organoléptica (color, olor, sabor y apariencia) del producto final una vez liofilizado (cuadro IV). CUADRO III Resultados de los análisis realizados en los concentrados e hidrolizados de proteína obtenidos a partir del patexo (Polybius henslowi). Humedad Grasa Proteínas Cenizas Método 1 O10 1 ( 1 O10 1 Coagulación por el calor 0,59 8,66 51,69 17,89 Acido [CIH) 1,lO 5,62 59,05 11,28 Acido [PO,H,I 1,54 9,29 54, Enzimático [pronasa) 3,79 0,17 62,96 23,54 Enzimático [papaína) 1,O5 0,lO 56,79 29,36 Enzimático [pancreatina) 2, ,Ol 20,67 CUADRO IV Calificación organoléptica (color, olor, sabor y apariencia) de los concentrados e hidrolizados de proteína obtenidos a partir del patexo [Polybius henslowi) después de haber sido desecados por liofilización. Calificación organoléptica Método Color Olor Sabor Apariencia Concentrado de proteína Coagulación por el calor beige claro a harina pescado a pescado Acido [CIH) beige oscuro a salado Acido [PO,H,) marrón amargo polvo homogéneo D, Hidrolizado enzimático Pronasa beige oscuro a marisco ligeramente amargo polvo homogéneo Papaína anaranjado amargo Pancreatina beige claro fuertemente amargo,,

9 En la figura 2 se incluyen las curvas de solubilidad en función del ph de los distintos concentrados de proteína obtenidos por los métodos de coagulación por el calor y de precipitación ácida, cuyos valores numéricos se indican en el cuadro V. Para valores de ph comprendidos en el rango 2-3, el concentrado obtenido por el método C (ácido fosfórico) presenta una solubilidad [expresada en gramos de proteína disuelta/100 g de concentrado de proteína de Fig Variación de la solubilidad de los diferentes concentrados de proteína con el ph. A: método coagulación por el calor; B: método ácido clorhídrico; C: método ácido fosfórico; A,: método de coagulación por el calor y tratamiento ácido; B, y C,: métodos de precipitación ácida y tratamiento posterior por el calor.

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11 ~p ; incremento de peso - pi; peso seco inicial C O O O Tiempo (horas) Fig Variación del peso [característica higroscópical experimentada en concentrados de proteína de patexo (Polybius henslowi), sometidos al medio ambiente (humedad relativa del aire: 60 %; temperatura: 13 C) y obtenidos por distintos tratamientos: A, por precipitación con calor; B, por precipitación con ácido clorhídrico; C, ídem con ácido fosfórico; D, por hidrólisis con pronasa; E, ídem con papaína; F, ídem con pancreatina. CUADRO VI Incrementos de peso, expresados en tanto por ciento (referidos al peso inicial del producto seco), de los concentrados de proteína de patexo (Polybius henslowi) obtenidos por diferentes métodos: A, por precipitación con calor; B y C, por precipitación con ácido clorhídrico y fosfórico respectivamente; D, por hidrólisis con pronasa; E, con papaína; F, con pancreatina. Humedad relativa del aire 60 O/O; temperatura ambiente 13 C. Concen- Tiempo de exposición al ambiente (horas) trado tipo

12 pescado) de 20,16, el obtenido por el método B (ácido clorhídrico) de 17,50, los obtenidos por los métodos B, y C, de 14,95 y 14,10, y finalmente el del método A (coagulación por el calor] de 10,58. En todos los casos los mínimos de solubilidad se presentan en el rango de ph = 4,5-5,O. En el intervalo de ph = 8-9, las solubilidades observadas son las siguientes: método C (ácido fosfórico), 48,33; método B (ácido clorhídrico), 23,92; métodos B, y C,, 16,58 y 15,73, y método A (coagulación por el calor), 10,13. En la figura 3, en la que se representa el incremento de peso de los distintos concentrados e hidrolizados de proteína de patexo mantenidos en condiciones ambientales y motivado por sus diferentes capacidades de higroscopicidad, se puede apreciar que los hidrolizados enzimáticos son considerablemente más higroscópicos que los concentrados de proteína, detalle éste de gran importancia práctica para su almacenamiento y conservación. Los valores de los incrementos de peso referidos al peso inicial del producto seco se indican en el cuadro VI. Por último, se han observado una serie de alteraciones físicas de estos productos, tales como el apelmazamiento y la licuación total o parcial de los concentrados e hidrolizados de proteína que se resumen en el cuadro VII. CUADRO VI1 Modificaciones apreciadas en los diferentes concentrados de proteína de patexo obtenidos por diferentes métodos: A, por coagulación; B, por precipitación con ácido clorhídrico; C, por precipitación con ácido fosfórico; D, por solubilización con pronasa; E, por solubilización con papaína; F, por solubilización con pancreatina, cuando están sometidos a condiciones ambientales: temperatura, 10-13"C, humedad relativa del aire, 60 O/O. Tiempo de exposición al ambiente, horas Concentrado tipo A,: apelmazamiento del polvo; L: licuado; PL: parcialmente licuado; P: pastoso húmedo.

13 Al objeto de poder utilizar el patexo (Polibius henslowi Leach), especie depreciada, que prácticamente no se comercializa, como materia prima para la obtención de proteína, y posteriormente pueda utilizarse como alimento para el ganado o consumo humano, se hace un estudio encaminado a ensayar los habituales métodos de obtención de concentrados de proteína que por su composición química inicial presenta especiales dificultades. El primer problema que se aborda es el de la separación del material calcáreo que constituye el caparazón del resto del músculo del patexo. Dado que no es rentable, si se trata de reproducir el proceso a escala industrial, la separación previa de estas dos fases, en nuestro trabajo recurrimos al sistema de triturar previamente con una máquina picadora el crustáceo entero, proceder a los diferentes tratamientos y separar a continuación el músculo de la totalidad de la masa. Entre los métodos de obtención empleados: coagulación de la proteína por el calor, precipitación de la misma a ph = 4,s e hidrólisis enzimática, este último da lugar a un producto final de mejor calidad, por lo que se refiere a su aspecto, color y menor contenido graso. Asimismo, los métodos enzimáticos dan rendimientos proteicos más elevados, si consideramos el contenido de proteína en el producto final y lo referimos a la proteína de la materia prima. Aparte del contenido graso, que como ya hemos señalado es elevado en los métodos de precipitación ácida y coagulación por el calor, el contenido de proteína de estos concentrados es muy aceptable, oscilando entre el 52 y el 63 por ciento, máxime si tenemos en cuenta el bajo precio de la materia prima. Sin embargo, la proporción de cenizas resulta elevada en todos los casos. Los caracteres organolépticos permitirían el empleo de estos concentrados como aditivo en procesos de enriquecimiento de alimentos. La solubilidad, como era de esperar, es mayor en los productos que han sido sometidos a un ataque ácido que en aquellos otros en los que solamente se ha empleado un método calorífico. Cuando se utilizan métodos enzimáticos, los hidrolizados que se obtienen son totalmente solubles. SUMMARY PROTEIN OF POLYBIUS HENSLOWI LEACH. - Polybius henslowi Leach., a low-priced species which is hardly commercialized, has been used as raw material to obtain protein as additive for animal or human food. The study was carried out in order to test the usual methods used to obtain protein concentrates in this crustacean, which, due to its chemical composition, presents special difficulties. The first problem consisted in the removal of the calcareous material which forms the shell, from the muscle. As the previous separation of these two phases is difficult in industrial scale, the system used was a previous grinding of the whole crustacean with a mincing machine, then proceeding to the different treatments and finally removing the muscle from the whole mass.

14 The methods used to obtain protein were: protein coagulation by heat; protein precipitation at ph = 4,5, and enzymatic hydrolysis; the last produces a final product of better quality, with regards to appearance, colour and lower fat content. Likewise, the enzymatic methods give higher protein yieldings, if we consider the protein content in the final product and compare it to the protein in the raw material. Apart from the fat content, which is high in the methods of acid precipitation and coagulation by heat, the protein content of these concentrates is very acceptable, ranging between 52 and 63 %, especially if we take into account the low price of the raw material. Yet, the proportion of ashes is high in al1 cases. The organoleptical characteristics will permit the use of these concentrates as an additive to enrich food. The solubility, as we expect, was higher in the products subject to acid attack than in those treated with caloric methods. When enzymatic methods are used, the hydrolyzates obtained are completely soluble. LOPEZ-BENITO, M. y M. GIL Obtención de concentrado de proteínas a partir de especies de pescado de bajo precio. Inf. Técn. Inst. Inv. Pesq., 15: LOPEZ-BENITO, M. y G. SAMPEDRO Fabricación de hidrolizados de proteína de pescado. Ibidem, 49: PASTORIZA, L.; G. SAMPEDRO y M. LOPEZ-BENITO El problema del sabor amargo en los hidrolizados enzimáticos de proteína de pescado. Ibidem, 93: SAMPEDRO, G. y M. LOPEZ-BENITO Concentrado de proteína a partir de residuos de pescado procedentes de la industria de transformación. Ibidem, 64: VARELA, G. y A. PUJOL Valor nutritivo del Patexo [Polybius henslowi Leach.). An. Brom., 8 (2) :