ES2311990T3 - Producto de proteina marina hidrolizada, procedimiento para su produccion y aplicacion. - Google Patents
Producto de proteina marina hidrolizada, procedimiento para su produccion y aplicacion. Download PDFInfo
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Abstract
Un producto de proteína marina hidrolizada, que comprende un nivel reducido de iones monovalentes y grupos amina biogénica (NPN) y otros restos de productos de degradación enzimática, cocinado, ácidos, y microbiana o cualquiera de sus combinaciones, en el que el nivel de iones monovalentes y aminas biogénicas se reduce al combinar las etapas de UF y NF.
Description
Producto de proteína marina hidrolizada,
procedimiento para su producción y aplicación.
La presente invención se refiere a un producto
de proteína marina hidrolizada y un método para la producción de
dicho producto. Además la invención se refiere a un producto de
alimentación para animales, que incluye seres humanos, y un medio
de cultivo que comprende el producto de proteína marina
hidrolizada.
El producto de proteína puede ser hidrolizado
por actividad enzimática, actividad bacteriana, ácidos, cocinado o
cualquiera de sus combinaciones. El producto de proteína puede
incluir también una fracción de péptido del agua de cola que
contiene péptidos bioactivos. El producto de alimentación podría ser
cualquier producto nutricional consumible por cualquier animal que
incluye seres humanos.
Los subproductos de la pesca, explotación animal
y acuicultura marina son fuentes de proteína, carbohidratos, aceite
y grasa. El volumen de subproductos del procesado de pescado, de la
industria de los productos alimenticios y láctea es enorme, y crece
según p. ej. se desarrolla más la acuicultura. Esto presenta retos
medioambientales y logísticos. Usar grandes cantidades de
subproductos tradicionales del pescado para animales de explotación
doméstica es prácticamente difícil a medida que se producen grandes
volúmenes de harina y ensilado a partir de productos que cuando
tienen varios días podrían dar sabor a los productos y podría
afectar la salud de los animales. La producción de LT (harina de
baja temperatura) o harina de mayor grado a partir de pescado
fresco, sin estos problemas, ha demostrado mejorar la calidad del
alimento y los rendimientos del crecimiento. Ya se ha reivindicado
el valor de hidrolizados como productos saludables. (Journal of Food
Science - Functional properties of Herring protein hydrolysate. In
the dairy field Maubois et al Patente de EE.UU. 4427558 -
Hydrolysis of whey proteins - describe el uso de alimentos como
medicinas: Animal Feed Sci. Technology July 1996 - Outlet D. R. Se
han tenido en cuenta las proteínas hidrolizadas en la nutrición de
rumiantes, como un medio para mejorar la producción de leche y
limitar la pérdida de nitrógeno a través de la excreción).
El uso de suero como alimento para animales está
bien establecido basado en las propiedades funcionales de las
proteínas y de la energía suministrada por la lactosa. La harina de
pescado estándar se añade a menudo aproximadamente en un 5% para
mejorar el rendimiento. La alimentación de cerdos jóvenes con esto
es especialmente beneficiosa. También se usa suero para suplementos
para terneros, reemplazantes de la leche en terneros y para vacas
lecheras. Adicionalmente se han usado extensamente las proteínas de
plasma porcino y bovino como un alimento para mejorar la salud,
crecimiento y rendimiento general. El uso de proteínas de plasma ha
terminado ahora en la Comunidad Europea siguiente al reconocimiento
de que alimentar especies animales con sus propias proteínas puede
causar mayores riesgos en la salud.
Se cree que los problemas de BSE (Encefalopatía
espongiforme bovina, por sus iniciales en inglés) han sido causados
por esta práctica. El uso de proteínas de mamíferos (a no ser que
sea leche) en la alimentación animal (excepto carnívoros) está
ahora prohibida por la Comunidad Europea. La excepción es la
proteína de pescado que viene de un género completamente diferente
que puede usarse para alimentar animales, incluidas aves, mamíferos
y seres humanos.
A medida que se ha incrementado la demanda de
proteínas de suero en todo el mundo, se han añadido proteínas
sustitutivas, principalmente harina de soja, para preparar
sustitutos de suero. Estas proteínas están principalmente en su
estado nativo, bruto o como harina de soja y tienen problemas
asociados con la digestión y absorción de estas proteínas. La
tripsina, una enzima proteolítica natural en el intestino, está
inhibida por algunos sitios de aminoácidos presentes en las
proteínas de soja. Esto afecta la digestión p. ej. en cerdos jóvenes
que tienen niveles bajos de tripsina.
Las proteínas del pescado y la harina de pescado
se han usado también históricamente como una buena fuente de
proteína y minerales para las industrias avícola, porcina y láctea.
Son buenas fuentes naturales de los aminoácidos esenciales lisina y
metionina. También son ventajosas trazas de elementos de yodo y
selenio. Esto lleva camino de continuar y la demanda crecerá si los
temas técnicos de pureza, contenido de sal y niveles de compuestos
de nitrógeno no deseable se resuelven.
La mezcla de proteína marina hidrolizada
combinada con el dulzor natural de la lactosa y la calidad mejorada
está todo basado en retirar cualquier amina biogénica no deseada
mediante tecnología de membrana tal como se ha sugerido en este
texto.
La disponibilidad de hidrolizado de proteína
marina clarificado y fracción de péptido del agua de cola que
contiene péptidos bioactivos, ahora permite el reemplazamiento de
proteínas de suero de valor en el permeado de ultrafiltración a
partir de productos lácteos. La alimentación de cerdos con estas
proteínas marinas beneficiosas se comparó en ensayos con proteínas
de plasma de mamíferos y mostró que mejoraba el rendimiento
(solicitud de patente europea EP 09512 837 A1). Es especialmente
rica en los aminoácidos esenciales lisina y metionina. La lisina es
particularmente importante en la dieta de los cerdos. Otros ensayos
han mostrado que el valor nutricional del hidrolizado de pescado al
usar una hidrólisis controlada de ensilado acidificado puede mejorar
el crecimiento pero el grado de la hidrólisis también afecta la
amargura. (Enzymatic Hydrolisis of by products from fish processing
- Journal of Science Food & Agriculture
80-:581-589 (2000)).
Altos niveles de histamina pueden causar
envenenamiento escombroide. Los síntomas de esto después de un
período corto de incubación incluye un sarpullido, un rubor facial,
vómito, diarrea, disnea (respiración difícil o dificultosa),
dolores de cabeza y sabor en la boca metálico/picante. Se absorben
altos niveles de aminas tóxicas en el intestino, y normalmente son
destoxificadas por el hígado y luego se eliminan por los riñones,
pero una exposición prolongada provoca finalmente un desorden en
las células de los órganos, llevando al fallo renal y del hígado.
De acuerdo con la FDA en América el pescado con más de 50 ppm de
histamina se considera estropeado, aunque el envenenamiento ocurre
generalmente a más de 200 ppm. El uso de pescado estropeado, desecho
y la combinación de un mal manejo lleva generalmente a niveles
altos de histamina en harina y otros productos.
En la industria láctea y en una menor extensión
la industria del pescado, el uso de la tecnología de membrana ha
permitido a los procesadores separar proteínas de subproductos
tradicionales. El suero es el subproducto de la manufactura del
queso y la caseína. Se ha usado durante siglos como un producto de
alimentación para animales, especialmente vacas lecheras y cerdos.
Contiene todas las proteínas solubles de la leche como albúminas e
inmunoglobulinas, y agentes antimicrobianos tal como lactoferrina y
lactoperoxidasa. Estos son medios naturales de protección para
animales jóvenes. El desarrollo de la filtración por membrana ha
permitido a las compañías lácteas explotar el valor de estas
proteínas altamente nutricionales para fórmulas infantiles,
productos de panadería, alimentos sanos y han mejorado la calidad
de los productos lácteos. Sucesivamente esto ha creado un excedente
de permeados de ultrafiltración (UF) que frecuentemente han
dificultado disponer de ello.
Estas proteínas constituyen solamente
10-12% del material seco en el suero. El restante
90% está compuesto por lactosa y minerales, especialmente
macrominerales fisiológicamente importantes tal como magnesio,
calcio, fósforo, y potasio, más nitrógeno no proteico. Los
minerales presentes en el permeado de UF son utilizados más
eficazmente por el cerdo que los minerales en alimentos vegetales.
(Principles of Swine Nutrition - Texas A&M University).
La lactosa forma aproximadamente el 75% de la
materia seca restante en el suero y es la fuente de energía
principal para infantiles en especies mamíferas. Los esfuerzos se
han hecho para combinar lactosa refinada producida comercialmente
con aminoácidos sintéticos para sustituir suero en dietas de
guardería (USA Animal and Dairy Science - Dove 1998) y han mostrado
que el rendimiento es similar al suero. Se ha demostrado que en
estos ensayos en los que la lactosa y aminoácidos pueden ser
sustituidos por suero en las dietas de cerdos destetados
tempranamente para todos excepto el 5% del suero en la dieta. Al
reducir el suero en la dieta los productores de cerdos pueden
disminuir los costes de las dietas para cerdos destetados
tempranamente. En estos ensayos un nivel de harina de pescado del
5% puede también estar presente en todos los ensayos.
Algunos estudios han mostrado (J Food Sci Vol 64
No. 6 1999. Functional Poperties of Fish Hydrolysate from Herring
[Clupea Harengus]) que cuando se usan métodos enzimáticos
similares produce un hidrolizado con buena estabilidad emulsionante
y capacidades de expansión de la espuma adecuadas. Comparado con la
producción de harina estándar se incrementó el contenido de
proteína de hidrolizado en la fracción acuosa mientras el contenido
de lípido disminuyó sustancialmente, permitiendo una mejor
separación de la grasa.
También se han desarrollado algunos métodos
nuevos para producción de alimento seco - Dry Feed for fish Patente
de EE.UU 6168815 Alfa Laval y Patente de EE.UU 6036983 NovoNordisk
AS.
El reto es producir un derivado de proteína de
alta calidad a partir de estos subproductos que tiene niveles bajos
de minerales, especialmente sodio y cloro, y niveles bajos de
compuestos de amina indeseables y otros restos de productos de
degradación enzimática y microbiana de aminoácidos.
El uso de UF en proteínas de pescado
hidrolizadas ha sido tratado comercialmente en diversas ocasiones
pero siempre ha fallado debido a las ineficacias del proceso, los
costes, el sistema de membranas y los materiales de membrana
disponibles.
Un segundo reto existe por el amargor causado
por la producción de peptona. La técnica anterior describe el
control del sabor establecido mediante el endulzamiento de
fracciones de peptonas y de proteína por incubación con
lactobacilos. La patente de EE.UU. 6214585 describe que los
lactobacilos pueden utilizar lactosa como sustrato por lo que la
adición de permeado de UF de proteína de leche que contiene lactosa
podría mejorar enormemente este proceso. Este proceso de acuerdo
con la presente invención reduce los problemas de sabor al reducir
el contenido de aminas biogénicas. Por ello la lactosa añadida se
mantendrá y bajará la necesidad de adición de lactobacilos.
La solicitud de patente WO 01/28353 describe un
hidrolizado de proteína para consumo humano, alimentación de
animales y cosméticos, producido mediante el uso de proteasas
marinas, y que tiene buenas propiedades organolépticas. La solución
de hidrólisis puede tratarse opcionalmente usando sedimentación,
filtración o centrifugación.
La técnica anterior existe por el uso de
microfiltración con cerámica del agua de cola. Esto está en uso
comercial en Noruega, produciendo un permeado que se vende como
aditivo animal, para sopas de pescado, condimentos y como un
ingrediente. Las membranas usadas son membranas de óxido de titanio
de 0,2 micras fabricadas por Membralox (Francia). La solicitud de
aplicación europea EP 0951 837 A1 considera la producción de
péptidos bioactivos para mejorar el crecimiento de animales,
implicando la preparación y uso en composiciones para mejorar el
crecimiento de animales de cuerpo caliente y pescado. El sumario
presenta la invención como la fabricación de una composición de
péptido bioactivo usando hidrólisis enzimática usando enzimas
derivadas del estómago de bacalao atlántico. Esto se compara con la
proteína de plasma (sangre huevo suero) y se ofrece como una
proteína alternativa para la mejora del crecimiento de mamíferos de
sangre caliente. Como en la hidrólisis estándar, la presente
invención usa enzimas en tiempo y temperatura controlados para
producir un producto estándar. Ensayos comparativos muestran los
beneficios de usar estos péptidos como un sustituto para proteínas
de plasma.
Los productos de proteína hidrolizada habituales
usados p.ej. como un ingrediente en alimentación contienen un nivel
alto de iones monovalentes y aminas biogénicas que como se ha
descrito en otra parte son tóxicos y dan un sabor malo al producto
y es un problema.
Este problema se resuelve por la presente
invención. Se proporciona un nuevo producto de proteína hidrolizada
que comprende una reducción significativa en el nivel de nitrógeno
no proteico, aminas y iones monovalentes, reduciendo el efecto
tóxico de las aminas biogénicas y la concentración alta de sal.
Además existe un reto durante el procedimiento
de producción del producto de proteína hidrolizada para quitarse el
gran volumen de agua. Normalmente el agua se retira por evaporación
que es un procedimiento que consume mucha energía.
La presente invención resuelve este problema al
combinar UF y NF retirando más de 70% del agua. La energía que
consume la etapa de evaporación está por lo tanto casi
eliminada.
Tal reducción significativa de moléculas de peso
molecular pequeño y agua era inesperada ya que las propiedades
físicas del agua de cola y el ensilado los hace muy difíciles para
procesar con la mayoría de las membranas industriales.
El uso combinado de una UF con cerámica a alta
temperatura y la concentración controlada por NF dio una
concentración de producto final alta y con la retirada de los
compuestos indeseables un incremento significativo en la calidad
que convierte un material problema en un producto deseable.
Un objetivo de la presente invención es
proporcionar un producto de proteína hidrolizada o un agua de cola
purificado con un nivel mínimo de aminas biogénicas y iones
monovalentes a partir de NF.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un procedimiento rentable para la producción de dicho
producto.
Se describe la producción del producto de
proteína marina hidrolizada que comprende poca sal, pocas aminas
biogénicas y NPN (nitrógeno no proteico). Este producto se usa como
un ingrediente de alimentación para animales, seres humanos y
microorganismos p.ej. que mejora la calidad de toda la harina.
Además se utiliza cuando se mezcla con el permeado de
ultrafiltración (75% de lactosa) a partir de productos de la leche
como un ingrediente de alimentación para animales mejorado, para
sustituir el suero, leche, otros sustitutos de las proteínas tal
como soja, trigo y sus derivados, en fórmulas para alimentación.
La presente invención se refiere a una proteína
marina hidrolizada, un método para la producción de dicha proteína
y el uso de dicha proteína en alimento para animal y ser humano y
medios de cultivo. En particular la invención se refiere a un
producto de proteína marina hidrolizada que tiene un nivel reducido
de iones monovalentes y grupos amina biogénica y otros restos de
productos de degradación enzimática, de cocinado, ácidos y
microbiana o cualquiera de sus combinaciones.
El contenido en sal surge por el contenido en
sal del organismo usado y a partir del agua de mar usada en el
bombeo del pescado. Los compuestos de nitrógeno pequeños indeseables
(NPN y aminas biogénicas) se crean por acción hidrolítica de la
fuente de proteína.
El procedimiento de acuerdo con la invención
comprende las siguientes etapas
- -
- homogeneizar los subproductos del pescado y/u otras industrias/fuentes
- -
- hidrólisis controladas de dichas proteínas y/o separación del agua de cola del procesamiento de materiales de partida marinos
- -
- ultrafiltración para proporcionar un hidrolizado de proteína marina clarificado
- -
- nanofiltración del permeado UF clarificado para retirar iones monovalentes y aminas biogénicas
\newpage
- -
- secado del permeado NF y concentrado UF separadamente o una de sus combinaciones por vaporización, secado a vacío o cualquier otro método de secado.
La mezcla concentrada purificada resultante del
hidrolizado de proteína de pescado refinado que contiene péptidos
bioactivos puede recombinarse luego con los aceites y proteínas
cuando se retiren del agua de cola o se mezclen alternativamente
con permeados de ultrafiltración de suero o leche o productos de
leche que contienen niveles no significativos de proteína de leche.
Este último producto puede usarse para alimentación animal. Un
hidrolizado de proteína de pescado refinado puede preparase también
por degradación enzimática de una mezcla acidificada de
procesamiento de subproductos del pescado y procesamiento mediante
el mismo método.
En una realización estos dos productos se
combinan para formar un producto de alimentación con ambas fuentes
de proteína y carbohidratos necesarias. La presencia de lactosa en
el permeado de ultrafiltración del suero es especialmente
beneficiosa como fuente de energía para cerdos destetados
tempranamente. La adición de hidrolizado de proteína de pescado
tratado por UF o permeado de UF de agua de cola, proporciona todo lo
esencial, (particularmente lisina) y aminoácidos no esenciales.
Todos los aminoácidos esenciales, trazas de elementos y minerales
también están presentes. Cada uno tiene un papel específico en el
soporte del crecimiento y nutrición, que se combina con este
producto. En la producción normal de estos productos sin la etapa de
Nanofiltración (NF), la presencia de niveles altos de cloruro de
sodio, más la degradación bacteriana de proteína para crear
histamina, y los derivados, putrescina y cadaverina puede a niveles
bajos limitar la aceptabilidad y adición para alimentar cerdos
jóvenes y otros animales.
La proteína marina hidrolizada de acuerdo con la
invención puede usarse ampliamente como un componente de una
variedad de productos. Preferentemente la proteína marina
hidrolizada está prevista como un producto de alimentación
especialmente para especies porcinas y bovinas (vacas lecheras) pero
puede alimentar todo tipo de animales, donde la dieta de pescado es
tradicional (visón y zorro para producción de piel) y es igualmente
beneficiosa en animales tal como especies felinas y caninas
domésticas al igual que seres humanos.
La invención elimina sustancialmente el problema
de niveles altos de sales y aminas biogénicas y otros restos de
productos de degradación enzimática y microbiana de aminoácidos
mediante la producción de un producto de alta calidad basado en
nuevos métodos de filtración. Para todo el suero recombinado de los
sistemas UF y NF después de retirar el agua y el soluto significa
que la producción de un producto de harina de pescado que puede
ajustarse a los niveles LT de calidad. El uso de este procedimiento
para producir un concentrado NF que luego se combina con los
azúcares de la leche contenidos en el permeado de proteína de la
leche puede ayudar a mejorar el sabor y enmascarar cualquier
amargor asociado con las peptonas producidas a partir de las
proteínas hidrolizadas.
El hidrolizado de proteína, contiene niveles
altos de cloruro de sodio. La degradación bacteriana de proteínas
crea histamina, y sus derivados, putrescina y cadaverina que son
tóxicas. La invención se refiere también a la retirada
significativa de estos compuestos no deseables al usar membranas de
nanofiltración (NF) bien sobre el hidrolizado de proteína de
pescado o sobre los permeados del agua de cola que han sido tratados
por ultrafiltración. Al hacer esto el permeado UF se concentra por
NF a un nivel de 4 o 5 veces y la retirada de hasta el 80% de agua
que contiene una proporción similar de los solutos indeseables. Esto
da como resultado también un ahorro de energía significativo de
hasta 50% de los costes de la evaporación estándar.
Otra ventaja significativa del producto de
proteína marina hidrolizada de acuerdo con la invención y por lo
tanto del producto para alimentación, es que la cantidad de iones
monovalentes se reduce comparada con el alimento convencional para
animales. Se conoce que una nutrición alta de iones monovalentes
(sal) conduce a un incremento de consumo de agua y una falta de
agua suficiente causa una toxicidad seria en animales, especialmente
en los jóvenes. Los síntomas de la toxicidad son falta de dieta,
falta de balance, comportamiento errático y por último la muerte
(se encuentran típicamente lesiones en el cerebro). La reducción de
iones monovalentes y la disminución del contenido mineral por el
uso de nanofiltración de acuerdo con la invención mejora el perfil
mineral. Por lo tanto la nanofiltración proporciona una protección
de los animales jóvenes contra tales desórdenes y retiene los
compuestos divalentes importantes. El uso de la nanofiltración sobre
las proteínas hidrolizadas clarificadas revela adicionalmente una
reducción significativa en la cantidad de grupos amina, tal como
cadaverina, putrescina, histamina y otras aminas no deseadas que
pueden estar presentes como resultado de una degradación
microbiológica -a menudo debida a microorganismos que están
presentes normalmente en los subproductos como resultado de un mal
manejo, edad, y no procesar en la fuente. Las bacterias comunes
causantes son Clostridium, Salmonella Proteus y Escherichia
Coli y la contaminación ocurre antes de la acidificación del
ensilado. Los síntomas en animales para piel de excesiva histamina
en la dieta son diarrea, consumo disminuido de alimento, ganancia
de peso corporal reducida con respecto a la toma de alimento en
proporción directa al nivel de histidina encontrado, vómitos y
estómagos dilatados. (Nutrient requirements of Mink and Foxes 1982
National Academy Press).
Estos problemas se han resuelto ahora mediante
la presente invención. De acuerdo con la presente invención se
proporcionan mejores métodos de procesamiento. La invención usa
técnicas desarrolladas de los avances en la industria de
procesamiento de lácteos donde los grandes volúmenes (media de 1
millón de litros por día de líquido en una única factoría) han
conducido a reducción de costes, diseños eficaces, mejor tecnología
y construcción de membrana elástica. La membrana usada es similar a
la usada en separación de aceite y agua. Además, se usan materiales
específicos para membrana que se han usado en entornos de alto
contenido en sal, que ofrecen mejor resistencia contra la
contaminación por grasas y aceites, que son significativamente más
hidrófobos y dan una mejor protección mecánica contra pH bajo y las
altas temperaturas del agua de cola cuando se usa en estos
procedimientos. La selección de la mejor membrana y el mejor diseño
de equipos para optimizar las condiciones del flujo y presión
permiten para una escala mayor, un procedimiento más rentable de
hidrolizados de proteína marina o fracciones de agua de cola que
contiene péptidos bioactivos.
Más tradicionalmente, los subproductos del
procesado del pescado se ha hecho en ensilado con los restos de la
carcasa después de filetearse, usándose las vísceras, y esqueletos
para producir harina de pescado de bajo grado a partir del
ensilado. Todo el pescado tal como capelán y arenque se ha usado
también. El procedimiento estándar para el ensilado es colectar los
subproductos y acidificar con cualquiera ácido mineral u orgánico
hasta un pH por debajo de 4,0. Esto previene el crecimiento
bacteriano y parcialmente hidroliza las proteínas. La adición de
enzimas proteolíticas que pueden funcionar a pH bajo mejora más la
hidrólisis, al producir una mezcla de péptidos, aceites, pulpa,
huesos y escamas. A veces esto se homogeneiza para formar incluso
una mezcla. Se usan separadores por centrifugación para separar,
los aceites, y agua. La harina de pescado se produce a partir de
una mezcla de todo el pescado y/o ensilado que se cocina y se
esteriliza. Los subproductos líquidos acuosos resultantes pueden
evaporarse y los concentrados añadirse de nuevo al ensilado. Estos
productos a menudo contienen niveles altos de histamina y sus
derivados que crean olores.
La proteína hidrolizada proporcionada por el
método de acuerdo con la invención puede ser también adecuada para
uso en la industria farmacéutica como medio de crecimiento.
Al mezclar el hidrolizado de proteína marina con
permeados UF de leche que contiene un nivel alto de carbohidratos,
bajo condiciones controladas y controlando el grado de hidrólisis,
usando productos frescos, directamente en el punto del
procedimiento, también en el viaje en barco, y luego usando
tecnología de membrana en una operación de procesamiento central,
el procedimiento inventivo permitirá a los productores preparar un
alimento mejorado. Tal alimento mejorará el rendimiento en la
alimentación (crecimiento, energía, ganancia de peso, salud). El
nuevo procedimiento asegurará que el nivel de histamina y otras
aminas biogénicas están por debajo del umbral de deterioro. La
calidad total de toda la harina y la harina producida a partir del
ensilado será también significativamente incrementada.
Se acuerdo con la invención se proporciona un
alimento animal preparado mediante la combinación de un hidrolizado
de proteína marina clarificado derivado bien del agua de cola o
ensilado, y mezclado con permeado UF de proteína de leche. Otra
ventaja más del nuevo alimento animal es que no contiene per
se ningún organismo modificado genéticamente (GMO). El alimento
animal basado en GMO se ha usado durante los últimos años
extensamente debido a las dificultades para obtener proteína de
soja y otros materiales vegetales no- GMO.
Otras características y ventajas de la invención
serán evidentes a partir de la descripción detallada siguiente de la
invención.
El objetivo de la invención es proporcionar
- -
- nuevos productos saludables rentables mejorados con beneficios para seres humanos, animales y cultivos
- -
- mejorar el sabor del hidrolizado al controlar la reacción enzimática
- -
- producir una composición mejorada (proteína más digestiva con un mayor valor nutricional, mejor calidad, menos iones monovalentes, menos compuestos de amina biogénica)
- -
- añadir valor a la harina de pescado producida a partir de todo el pescado y/o ensilado al mejorar la calidad total cuando los componentes de juntan sin el agua y los solutos no deseados
- -
- reducir los costes energéticos al concentrar los péptidos mientras se retira el agua y los solutos no deseados contenidos en el permeado NF
- -
- un nuevo procedimiento de ultrafiltración, usando membranas de ultrafiltración de cerámica de alta densidad para membrana con una fuerza mecánica mejorada, a coste unitario y coste de producción más bajos que los obtenidos previamente con fibra hueca, o tubular, u otras cerámicas y una ventaja significativa en temperatura de operación por encima de 50ºC y hasta 90ºC con un pH de intervalo 1 a 14
- -
- una nueva nanofiltración, que retira selectivamente iones monovalentes para mejorar el balance mineral, y retira NPN no deseados incluidos compuestos de amina biogénica
- -
- una combinación de estos procedimientos de ultrafiltración y nanofiltración que produce un hidrolizado de proteína de pescado más puro y más apetecible, y cuando se usa sobre el agua de cola produce un producto de harina combinado de mayor calidad con respecto a la apetecibilidad y pureza
- -
- una mezcla de proteína de pescado de alta calidad y permeado UF de proteína de leche para proporcionar un valor nutricional mejorado con una fuente de energía alta.
Se muestra una representación esquemática de la
ruta industrial normal y la nueva ruta inventiva en la figura 1.
En un aspecto de la invención el nivel de iones
monovalentes, aminas biogénicas y otros restos de producto se
reducen al combinar las etapas de UF y NF, y el nivel se reduce
hasta al menos 40% del original. Adicionalmente los compuestos
solubles orgánicos volátiles se retiran causando un olor reducido y
un producto apetecible mejorado.
De acuerdo con la invención las proteínas
marinas hidrolizadas pueden obtenerse a partir de cualquier fuente
de pescado que incluye ensilado de pescado, subproductos de pescado
y agua de cola del procesamiento de harina de pescado o de
cualquier fuente de especies acuáticas que incluye cangrejo,
marisco, ensilado, subproductos y agua de cola y agua de cocinado
del procesamiento o cualquiera de sus combinaciones.
Además la invención se refiere a un método para
la producción de un producto de proteína marina hidrolizada, que
comprende las siguientes etapas:
- -
- homogeneizar el subproducto del pescado y/u otras industrias/fuentes marinas
- -
- hidrólisis controladas de dichas proteínas y/o separación del agua de cola del procesamiento por ultrafiltración de materiales de partida marinos para proporcionar un hidrolizado de proteína marina clarificado
- -
- ultrafiltración para proporcionar un hidrolizado de proteína marina clarificado
- -
- nanofiltración del permeado UF clarificado para retirar iones monovalentes y aminas biogénicas
- -
- secar el permeado NF y concentrado UF separadamente o una mezcla por vaporización, secado a vacío o cualquier forma de secado
La ultrafiltración puede llevarse a cabo
preferentemente mediante membranas cerámicas de alta densidad. La
nanofiltración puede llevarse a cabo preferentemente mediante
membranas altamente selectivas.
En un aspecto de la invención las etapas de
ultrafiltración y nanofiltración pueden operar sobre el agua de
cola y el agua de cocinado a temperaturas mayores de 60ºC.
Otro aspecto de la invención es un producto de
alimentación que comprende el producto de proteína marina
hidrolizada y cualquier fuente de carbohidrato, vitaminas, aceites,
grasas y trazas de elementos.
El alimento se usa preferentemente cuando se
necesita una dieta equilibrada para seres humanos y animales
especialmente cerdos jóvenes, vacas lecheras, visones, zorros,
animales domésticos y otras especies. Esto se logra mediante la
presente invención proporcionando un alimento de alta calidad que
contiene proteínas de pescado beneficiosas, y reduce niveles de
iones monovalentes y aminas biogénicas, y carbohidrato derivado de
cualquier fuente, preferentemente subproductos del procesamiento de
la leche.
Otro aspecto de la invención es una nutrición
con microorganismo, donde el producto de proteína marina hidrolizada
se usa como un suplemento para medio de cultivo.
Otro aspecto es que el procedimiento de retirar
el agua UF y NF puede explotar el exceso de energía en el buque y
con ello reducir los costes e incrementar la duración y el radio de
operación del buque.
La Figura 1 es un diagrama de flujo que muestra
como la producción del producto de proteína marina hidrolizada de
acuerdo con la invención difiere del procedimiento industrial
normal.
La figura 2 es una curva que muestra la presión
de transmembrana a un caudal de 750 lpm
La figura 3 es una curva que muestra la presión
de transmembrana a un caudal de 850 lpm
La figura 4 es una curva que muestra la presión
de transmembrana a un caudal de 950 lpm
La figura 5 es una curva que muestra la presión
de transmembrana a un caudal de 1050 lpm
La figura 6 es un gráfico que muestra la
permeación UF con el tiempo para presiones diferentes de operación
y sólidos de alimentación.
La Figura 7 es un gráfico que muestra la curva
de flujo vs concentración de retenido del agua de cola a 80ºC.
La Figura 8 es un gráfico que muestra la
reducción en el caudal frente a la relación de concentración de
volumen retenido (VCR)
La Figura 9 es un gráfico que muestra la
concentración usando membranas NF de peptonas, producidas por
hidrólisis enzimática de ensilado de pescado y ultrafiltración
(permeado).
La Figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra
la retirada de sales y aminas biogénicas mediante UF y NF
combinadas.
Los siguientes ejemplos además describen la
invención y pretenden no limitar el alcance de la invención.
El material de partida del producto de proteína
marina hidrolizada de acuerdo con la invención puede ser cualquier
fuente de proteína marina tal como pescado, subproductos del
pescado, ensilado de pescado y agua de cola del procesamiento de la
harina de pescado. Para ilustrar el procedimiento se usó agua de
cola y ensilado.
El agua de cola a 80ºC contiene aceite,
proteínas, sales, aminas y agua. La primera etapa es retirar aceite
mediante cualquier técnica de separación adecuada en la técnica.
Seguido a la separación del aceite se usa la UF para separar las
proteínas y que permanezcan los aceites dejados después de la
separación de las proteínas hidrolizadas aminas y sales. El
retenido, es decir las proteínas concentradas y aceites contienen
las proteínas gelatinosas que pueden devolverse luego a la harina
para mejorar la aglutinación.
El permeado, es decir el líquido que pasa a
través de la membrana UF que es el alimento para la NF contiene
sal, aminas y agua. Algunas de las aminas en el permeado son
deseables, es decir péptidos y peptonas. Otras como las aminas
biogénicas no lo son. El contenido de aminas biogénicas se reduce
mediante la membrana de NF. Estos compuestos de bajo peso molecular
pasan a través de la membrana. Las aminas deseables más grandes son
retenidas en el retenido de NF. La retirada de sal también es
beneficiosa en la mejora de la calidad del producto. La NF permite
el paso de agua, aminas muy pequeñas y sales. El uso de NF también
concentra estas peptonas porque la mayoría del agua se pierde a
medida que las sales etc son retiradas como permeado.
Si las peptonas son producidas a partir del agua
de cola pueden añadirse de vuelta a la harina. Si las peptonas son
producidas a partir del ensilado pueden separarse y venderse como
Concentrado de Proteína de Pescado (FPC). En este caso el retenido
de UF puede usarse como un producto de enzima o añadirse a la
harina.
Parte
1
Los experimentos se llevan a cabo usando una
planta piloto SeparaTech CMF con un elemento Corning Ceramic que
tiene un tamaño de poro de 0,01 micras.
Cuando se construye un protocolo para ensayo
para membranas cerámicas se realizan una serie de ensayos iniciales
a diferentes velocidades de flujo cruzado. Esto permite al
experimentador determinar el caudal más adecuado a través de la
superficie de la membrana y la caída de presión resultante. La
membrana Corning se eligió por su estructura monolítica única. A
diferencia de todos los otros sistemas de membrana cerámica, la
membrana rellena el vaso que da un cambio de presión muy uniforme a
través del filtro para diferentes condiciones de flujo. Esto
permite la selección de los parámetros óptimos para la separación de
las proteínas, aceite y las peptonas.
La presión de transmembrana, TMP se define como
la media de la caída de presión a través de una membrana de un lado
a otro. Esto se calcula como sigue
Esto se calcula para una serie de caudales
diferentes para determinar las mejores condiciones de operación
para el producto. La caída de presión P1-P2 es
constante para un caudal dado. P1 y P3 se modifican para dar el
mejor y más consistente caudal de permeado. Se condujeron 4
experimentos a caudales de 750, 850, 950 y 1050 litros por minuto
(lpm) de flujo. Los resultados se muestran en las fig. 2, 3, 4 y 5,
respectivamente. El fabricante de la membrana recomienda un TMP
máximo de 4 bares y un caudal hasta de 1150 lpm.
Los resultados llevados a cabo confirman que el
flujo de permeado más consistente se obtuvo a caudales de entre 750
y 850 lpm. Como el flujo del permeado promedio era mayor de 850 lpm
este fue el caudal elegido para la evaluación de la separación de
peptonas y sal de la proteína. Para otros ensayos la temperatura fue
50ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
Parte
2
Usando el mismo caudal de recirculación de 850
lpm a través de la membrana, se llevaron a cabo 3 ensayos
diferentes.
\vskip1.000000\baselineskip
Parte
2.1
El primer ensayo se realizó con una presión de
entrada de 2 bares (presión baja) y las medidas se registraron para
el flujo del permeado, se corrigieron para los cambios de
temperatura, el volumen del lote que se incrementó con
diafiltración a medida que tenía lugar la concentración y la
relación de permeación se reducía, y la relación de
concentración.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Parte
2.2
Después del ensayo inicial a 2 bares se realizó
un segundo ensayo con una presión de línea base más alta para
determinar el efecto sobre el flujo de permeación y la extensión del
experimento. Los resultados resumidos en la tabla 2 muestran que
una presión de línea base más baja genera un flujo bajo pero la
pendiente de declive en el flujo es más alta cuando se usa una
línea base (presión de conducción) de 4 bares y la curva es más
brusca.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Parte
2.3
Finalmente, para ensayar la variación en la
corriente de alimentación, se usó un agua de cola con un contenido
en materia seca más alto para ver que efecto tendría sobre el
sistema. Los resultados se resumen en la tabla 3. La concentración
con el tiempo fue mucho más baja a medida que el flujo era también
más bajo.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Los resultados de las tablas 1, 2 y 3 están
representados en la figura 6 para mostrar el declive en el flujo
con el tiempo y la relación de concentración. La figura muestra que
hay un declive más rápido en el flujo de permeación a presión más
alta. El sistema UF se llevó a cabo a 2 presiones diferentes y con
sólidos de alimentación diferentes para determinar las
posibilidades para concentración de las proteínas gelatinosas,
fosfolípidos y aceites. El permeado de la membrana UF contiene
solamente los compuestos de peso molecular más bajo tal como
péptidos, peptonas, aminoácidos y sal que son bastante pequeños para
pasar a través de la membrana (< 50 000 punto de corte de peso
molecular). Es mejor que el sistema opere a una presión tan baja
como posible cuando los sólidos del agua de cola son el 4% para
obtener las mejores separaciones.
Parte
2.4
Después de la determinación de la presión de
operación de la membrana óptima y el caudal cruzado óptimo, se
realizó una producción de un ensayo de un lote continuo a 80ºC. Los
resultados fueron los que siguen.
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados en la tabla 4 y figura 10
muestran que el agua de cola después de la separación de aceite
contiene 4% de materia seca TS. Se muestra un cálculo de balance de
masas en la Fig. 10. Después de concentración por UF la materia
seca en el concentrado con un 5 x concentración volumétrica es
aproximadamente 11%. El contenido de materia seca del permeado es
aproximadamente 2,0% que contiene un 80% de las cenizas y las aminas
no deseables. El incremento en los sólidos del retenido afecta a la
viscosidad. Por encima de un 5x de la concentración se requirió una
presión de conducción más alta para mantener el flujo. El flujo fue
continuo a lo largo de la membrana, pero para mantener esto se
requirió una presión de conducción más alta. Esto se controló
automáticamente usando un inversor de frecuencia en el motor de la
bomba.
Se tomaron muestras a distintos puntos y se
analizaron para su materia seca. Los resultados se extrapolaron en
un balance de masas. Véase la fig. 10. Todo el permeado se colectó
para proporcionar una mezcla homogénea que sería lo mismo que el
permeado producido por una planta de membrana de UF continua. Esto
se alimentó luego a un sistema de nanofiltración para separar las
aminas no deseables e iones monovalentes (sales) que estaban
presentes. El concentrado de la NF se mezcló luego con el
concentrado de UF para producir un producto de agua de cola de
"harina total" sin la mayoría de las aminas no deseables y
sales.
Parte
2.5
La membrana de NF fue un elemento en espiral TFC
(Composite de capa fina, por sus iniciales en inglés) PTI Company
con 1,14 m^{2} de área.
Se usó una presión de operación de 25 bares. La
caída de presión a través de la membrana fue de 0,7 bares en línea
con las recomendaciones de los fabricantes. Esto fue equivalente a
un caudal de 22 lpm en el vaso de la membrana.
El caudal del permeado se registró y se tomaron
las medidas del volumen de retenido y materia seca. Estos valores
fueron usados para calcular el factor de concentración de volumen y
la materia seca final lograda en el retenido. La materia seca del
permeado se midió también por refractometría y se tomaron muestras
para analizar la cantidad de sal retirada y determinar las pérdidas
de nitrógeno no proteico y sal. Para el NPN (nitrógeno no proteico)
y proteína se usó un método Kjedahl estándar para determinar el
nitrógeno total. El análisis de la sal se llevó a cabo usando un
método de valoración de nitrato de plata estándar.
El nivel de aminas no deseables en el retenido
se midió usando HPLC que es el método estándar para determinar la
calidad de la harina de pescado y su clasificación en la industria
del pescado.
Los resultados se representaron en la tabla 5 y
se construyó el balance de masa teórico para mostrar las
proporciones de cada componente después de los procedimientos
combinados. Véase la fig. 10.
La ventaja añadida para los procedimientos de UF
y NF es que el permeado se diluye y el retenido se concentra. El
resultado de esto es que sobre el 70% del agua se retira (véase la
Fig. 10) antes de la evaporación, ahorrando costes sustanciales en
energía. En algunos casos donde el agua de cola es altamente
gelatinosa debido al tipo de pescado usado, se elimina la
evaporación, y se retira un poco más de agua usando los filtro
prensas.
Esto crea una ventaja financiera sustancial para
el que usa un sistema combinado de UF y NF y reduce costes de
energía.
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Estos resultados confirman que el permeado UF
diluido puede concentrarse hasta 10 veces usando un sistema de
membrana de nanofiltración.
Al concentrar a una VCR de 10 veces se consigue
una retirada de 90% de iones monovalentes y aminas no deseables
presentes en el permeado de UF. Al usar una combinación de UF y NF
la retirada de agua es 72% y hay un 31% de reducción en materia
seca. Sólidos totales 18,5% TS material gelatinoso, sólido a
temperatura ambiente, líquido
a 80ºC.
a 80ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
El factor de concentración volumétrico fue 10x
por lo que el balance de masas muestra una retirada de 90% de agua
que contiene un 66,5% de la sal y 71,4% del NH3/VN.
El permeado también contenía fracciones de
peptonas y de péptido. El contenido total de sólidos disueltos del
permeado fue de 2,0% de TS.
El uso alternativo del sistema de UF y NF para
peptona produce diferentes resultados. La tecnología habitual
existe para el uso de membranas de UF para clarificar peptonas
producidas por hidrólisis ácida y enzimática. Al usar la
nanofiltración esto puede también mejorar más luego al retirar los
iones monovalentes y las aminas no deseables presentes,
habitualmente presentes como un resultado de usar desechos de
pescado degradado o viejo como material de partido para el
ensilado. Si esto se convierte luego en harina el producto es de
baja calidad a menos que se aplique la tecnología anterior.
Una fuerza de alimentación típica para la UF
cuando se hidroliza el desecho de pescado es aproximadamente 12% de
TS y el permeado resultante es aproximadamente 8% de materia
seca.
Debido a la naturaleza higroscópica de las
peptonas y la presión osmótica alta (la presión necesaria para
retirar el agua) es necesario realizar la NF a 30 bares y usar
diafiltración después de un 50% de retirada de agua para obtener la
concentración necesaria y retirada de sal y aminas. La relación de
diafiltración usada fue 1000 litros reducidos a 500 litros y luego
500 litros de agua añadidos para llevar el volumen a 100 litros. El
volumen se reduce luego hasta donde sea posible para tener el
producto requerido con sales y aminas reducidas. Los resultados
obtenidos estaban en la región de un factor de concentración 8x con
una retirada resultante de 87% de sal y aminas.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
El agua de diafiltración se añadió cuando la
relación de concentración en volumen fue de 3,0.
Los resultados confirman que los sistemas pueden
ser usados también para la producción de un ensilado de calidad
mayor o peptonas clarificadas preparadas a partir de materiales de
pescado de desecho.
Los resultados muestran que las proteínas
marinas que son hidrolizadas por cocinado, ácido, acción enzimática
o una combinación de cualquiera de ellas puede procesarse usando UP
y luego NF para producir un nivel reducido de amina y nivel
reducido de sal (iones monovalentes) comparado con los niveles
logrados por métodos convencionales sin UF y NF.
Para lograr estos resultados se debe usar una
temperatura mínima de 50ºC e idealmente 80ºC. A temperatura más
baja el flujo es demasiado bajo debido a la alta viscosidad de las
proteínas especialmente con algunas especies de pescado.
Las aminas y iones monovalentes se reducen hasta
aproximadamente 30% de la masa original en la corriente de
alimentación. Se retira más de un 70%.
El procedimiento combinado da como resultado una
concentración de aceites y proteínas (UF) y peptonas (NF) que
reduce el uso de energía en la evaporación ya que el agua acaba de
ser retirada. En algunos casos donde la concentración es bastante
alta y la proteína bastante gelatinosa, la evaporación se hace
innecesaria. Esto da como resultado ahorros altos de energía.
Claims (15)
1. Un producto de proteína marina hidrolizada,
que comprende un nivel reducido de iones monovalentes y grupos
amina biogénica (NPN) y otros restos de productos de degradación
enzimática, cocinado, ácidos, y microbiana o cualquiera de sus
combinaciones, en el que el nivel de iones monovalentes y aminas
biogénicas se reduce al combinar las etapas de UF y NF.
2. Producto de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dichas proteínas marinas se obtienen a partir de cualquier
fuente que incluye, ensilado de pescado, subproductos del pescado y
agua de cola del procesamiento de la harina de pescado.
3. Producto de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dichas proteínas marinas se obtienen a partir de una
fuente de especies marinas que incluye, cangrejo, marisco, ensilado,
subproductos y agua de cola y agua de cocinado del procesamiento o
cualquiera de sus combinaciones.
4. Producto de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el nivel de iones monovalentes y aminas biogénicas se
reduce hasta al menos un 40% del original.
5. Producto de acuerdo con la reivindicación 2,
en el que los compuestos solubles orgánicos volátiles se retiran y
el olor se reduce.
6. Procedimiento para la producción de un
producto de proteína marina hidrolizada de acuerdo con la
reivindicación 1, que comprende las siguientes etapas:
- -
- homogeneizar el subproducto de pescado y/u otras industrias/fuentes;
- -
- hidrólisis controladas de dichas proteínas y/o separación del agua de cola del procesamiento de material de partida marino;
- -
- ultrafiltración para proporcionar un hidrolizado de proteína marina clarificada;
- -
- nanofiltración del permeado de UF clarificado para retirar iones monovalentes, aminas biogénicas y agua;
- -
- secar el permeado de NF y concentrado de UF por separado o una de sus combinaciones por vaporización, vacío o cualquier otro método de secado.
7. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que la ultrafiltración se lleva a cabo
usando membranas de cerámica de alta densidad.
8. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que la nanofiltración se lleva a cabo usando
membranas altamente selectivas.
9. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que el procedimiento de retirada de agua por
UF y NF puede explotar el exceso de energía en los barcos al
reducir costes e incrementar el radio y duración de operación del
barco.
10. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 6, que reduce sustancialmente la necesidad de
evaporación de agua y energía.
11. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que dicha ultrafiltración y nanofiltración
pueden operar sobre el agua de cola y/o agua de cocinado a
temperaturas mayores de 60ºC.
12. Producto de alimentación, que comprende el
producto de la reivindicación 1 y cualquier fuente de carbohidrato,
vitaminas, aceites, grasas y trazas de elementos.
13. Producto de alimentación de acuerdo con la
reivindicación 12, en el que la fuente de carbohidrato se obtiene a
partir de suero de leche.
14. Producto de alimentación de acuerdo con la
reivindicación 12, que se necesita para una dieta equilibrada para
cerdos jóvenes, cabaña lechera, visón, zorro, animales domésticos y
otras especies donde la proteína de pescado es beneficiosa y donde
se necesita alta calidad especialmente iones monovalentes y aminas
biogénicas bajos, luego el carbohidrato puede derivar de
subproductos del procesamiento de la leche.
15. Uso del producto de acuerdo con la
reivindicación 1 como un suplemento para medios de cultivo.
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