WO2017030452A1 - Método para la eliminación de sal del agua de cola de pescado medíante electrodiálisis - Google Patents

Método para la eliminación de sal del agua de cola de pescado medíante electrodiálisis Download PDF

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Fernando Ricardo RIBAUDO BERNALES
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Ribaudo Bernales Fernando Ricardo
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    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23J—PROTEIN COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS; WORKING-UP PROTEINS FOR FOODSTUFFS; PHOSPHATIDE COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS
    • A23J1/00—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites
    • A23J1/04—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from fish or other sea animals

Definitions

  • the present invention relates to a method for removing as much salt as possible from the fishtail water by the application of electrodialysis, which is an electrically actuated membrane separation process, which allows the salt or other ions contained in aqueous solutions
  • the raw material fresh anchovy
  • the raw material fresh anchovy
  • a pressing process obtaining a broth from which the fat fraction (fish oil) is separated by centrifugation, remaining at Final a liquid called cola water.
  • Fishtail water mainly contains a large amount of soluble proteins, insoluble solids, vitamins and minerals (including salt) and traces of fat.
  • the amount of cola water that is produced depends basically on the composition of the
  • the total solids content in this liquid normally varies between 6-9%, its fat content being variable between 0.3-1.0%, depending on the raw material, its freshness and the centrifugal equipment available.
  • the salt content is also variable, although it is common to find concentrations that exceed 1% (w / w).
  • the tail water is subjected to an evaporation process in a tail water plant (PAC), in which a concentration occurs of solids ranging from 6-9% to a final concentration that can vary between 35-45%, depending on the operational parameters and the additives used in this process.
  • PAC tail water plant
  • This concentrate is usually incorporated into the Fishmeal production process, before the drying process, providing a large amount of soluble protein and other nutrients with attractive and binding properties and reflecting a greater volume of product produced, whose increase is of the order of 25% approximately.
  • tail water concentrate derived from the CAP has been the production of wet products with a solids concentration of 70-75%, which is achieved by applying a second concentration stage, in a vacuum evaporator.
  • the product is of a pasty nature and although difficult to handle it is used in shrimp or shrimp feed, in which they perform attractive and probiotic actions (increase natural defenses, in addition to feeding).
  • the new streams of use of the tail water is to subject the concentrate from the CAP to a dehydration process through the use of spray drying systems (spray drying towers) that take the product to approximately 5% humidity levels.
  • This product with the highest possible protein content, is an important additive of high biological value in the specialized formulation of food for direct or indirect consumption.
  • the tail water concentrate provides, among other components, a series of nucleotides and genetic material that participate in biochemical processes of attractiveness, immunostimulation and vital energy, as well as free amino acids, vitamins and minerals, among which - according to Recent research - the unknown growth factor that has been attributed to fishmeal in general would be found.
  • a new method is proposed for the removal of salt from the fishtail water, by electrodialysis, which is an electrically actuated membrane separation process, which allows the removal of salt or other ions contained in aqueous solutions, so that the cola water concentrate that is obtained can reach a higher level of protein percentage and then be applied to the different processes or products without affecting its quality.
  • This process is performed by transferring the sodium (Na + ) and chlorine (CI " ) ions through the above-mentioned anionic and cationic membranes that transport them to another channel (step 2) through which a weak brine that receives permeated ions
  • the driving force of the process is an
  • the Method for salt removal of fishtail water by electrodialysis is described in detail below; The method comprises the following steps:
  • tail water Refine the tail water to separate undesirable compounds (insoluble solids and traces of grease) contained in the tail water, through a centrifugation process at speeds between 4000 and
  • the operating conditions of the salt water removal process contained in an electrodialysis cell are as follows:

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Abstract

La presente invención se refiere a un método para la eliminación de sal del agua de cola de pescado mediante electrodiálisis, el cual es un proceso de separación de membrana accionado eléctricamente, que permite retirar sal, de manera que el concentrado de agua de cola que se obtenga pueda alcanzar porcentualmente un mayor nivel de proteínas y ser luego aplicado para diferentes procesos o productos sin que afecte su calidad.

Description

MÉTODO PARA LA ELIMINACIÓN DE SAL DEL AGUA DE COLA DE PESCADO MEDÍANTE ELECTRODIÁLISIS
Campo Técnico
La presente invención se refiere a un método para eliminar la mayor cantidad posible de sal del agua de cola de pescado mediante la aplicación de electrodiálisis, que es un proceso de separación de membrana accionado eléctricamente, el cual permite retirar la sal u otros iones contenidos en soluciones acuosas.
Antecedentes
Durante el proceso de fabricación de Harina de Pescado HP, la materia prima (anchoveta fresca) es sometida a cocción y luego a un proceso de prensado, obteniendo un caldo del cual se separa por centrifugación la fracción grasa (aceite de pescado), quedando al final un líquido que se denomina agua de cola. El agua de cola de pescado contiene principalmente una gran cantidad de proteínas solubles, sólidos insolubles, vitaminas y minerales (incluida sal) y trazas de grasas. La cantidad de agua de cola que se produce, depende básicamente de la composición de la
r
materia prima, y de un adecuado proceso de cocción y prensado, pudiendo ser entre un 55-70% de la pesca procesada. El contenido de sólidos totales en este líquido, varía normalmente entre el 6-9%, siendo su contenido graso variable entre 0,3-1 ,0%, dependiéndo de la materia prima, su frescura y los equipos centrífugos disponibles. El contenido de sal es también variable, aunque es común que se encuentren concentraciones que superan el 1% (w/w).
¿Qué usos se le da al agua de cola?
Normalmente, el agua de cola es sometida a un proceso de evaporación en una planta de agua de cola (PAC), en la que se produce una concentración de sólidos que van desde 6-9% hasta una concentración final que puede variar entre 35-45%, dependiendo de los parámetros operacionales y los aditivos que se utilicen en este proceso. Este concentrado es usualmente incorporado al proceso de producción de Harina de Pescado, antes del proceso de secado, aportando una gran cantidad de proteína soluble y otros nutrientes con propiedades atractantes y ligantes y reflejando un mayor volumen de producto producido, cuyo incremento es del orden del 25% aproximadamente. De ahí que la recuperación del agua de cola, además de resolver una problemática ambiental, es altamente rentable desde el punto de vista económico.
Otra d las alternativas para el uso de concentrado de agua de cola derivada de la PAC ha sido la producción de productos húmedos con una concentración de sólidos de 70-75%, la cual se consigue mediante la aplicación de una segunda etapa de concentración, en un equipo evaporador al vacío. El producto es de naturaleza pastosa y aunque difícil de manipular es utilizado en alimentación de camarones o langostinos, en la que cumplen acciones atractantes y probióticas (aumentan las defensas naturales, además de alimentar).
Algunos productores de Harina de Pescado, han desarrollado también algunos mercados para el uso directo de estos concentrados en la agriculturá, como abonó orgánico, el cual al no tener la presencia de sustancias químicas hacen que el consumidor perciba a los cultivos alimentados con esta base, como más saludables. Se ha reportado que en
México, variás émpresas venden el producto concentrado base 50-52%, estabilizado con ácido a pH 3-3.5, a valores mayores que la HP.
Las nuevas corrientes de uso del agua de cola es someter al concentrado proveniente de la PAC a un proceso de deshidratación mediante el uso de sistemas de secado por atomización (torres de spray drying) que llevan al producto a niveles de 5% de humedad aproximadamente. Este producto, con el mayor contenido de proteínas posible, es un importante aditivo de alto valor biológico en la formulación especializada de alimentos de consumo directo o indirecto.
De manera general, el concentrado de agua de cola aporta entre otros componentes una serie de nucleótidos y material genético que participán en procesos bioquímicos de atractabilidad, inmunoestimulación y energía vital, así como aminoácidos libres, vitaminas y minerales, entre lo que - de acuerdo con recientes investigaciones - se encontraría el factor de crecimiento desconocido que se han atribuido a las harinas de pescado en general.
¿Qué problemas acarrea el uso del agua de cola?
Más allá de las ventajas ambientales y económicas que trae consigo el uso de este subproducto, el proceso de evaporación del agua de cola, además de concentrar la proteína soluble presente, concentra excesivamente otros compuestos sólidos, entre los que destaca la sal, la cual genera una serie de problemas de calidad en las diferentes aplicaciones y alternativas de uso, arriba mencionadas.
Por ejemplo, al agregar este concentrado a la harina de pescado incorporamos un alto contenido de sai en niveles que superan muchas veces el estándar establecido por los usuarios para este compuesto (3,5%), impactando negativamente sobre la calidad del producto final.
El problema se acentúa aún más cuando el concentrado de agua de cola es deshidratado directamente y en el producto final se alcanzan nivéles de sal de hasta 15% (base seca), haciendo que el contenido porcentual de proteínas sea relativamente bajo (67%), lo cual no es deseable porque le resta competitividad al producto, cuando se compara con concentrados proteicos pesqueros de otros orígenes que se ofrecen con contenidos proteicos mayores a 80%. Ocurre igual también con las aplicaciones agrícolas, en donde no es deseable la presencia en exceso de sal, pues algunos iones como el sodio podrían afectar los cultivos debido a un desbalance de los nutrimentos que inducen a deficiencias y contribuyen con el aumento de la presión osmótica y la consecuente falta de humedad.
¿Existe alguna técnica para eliminar la sal del agua de cola de pescado?
En la industria pesquera, las plantas de agua dé cola son técnicamente plantas evaporadoras y por tanto tienden a concentrar los compuestos contenidos en este subproducto, incrementando el contenido de sal en los concentrados deshidratados obtenidos; es decir, no existe técnica alguna para eliminar sal del agua de cola de pescado.
Breve descripción de la invención
Para resolver estos inconvenientes, mediante la presente invención se propone un nuevo método para la eliminación de sal del agua de cola de pescado, mediante electrodiálisis, el cual es un proceso de separación de membrana accionado eléctricamente, que permite retirar sal u otros iones contenidos en soluciones acuosas, de manera que el concentrado de agua de cola que se obtenga, pueda alcanzar porcentualménte un mayor nivel de proteínas y ser luego aplicado para los diferentes procesos ó productos sin que afecte su calidad.
Descripción Detallada del Invento
Seguidamente se describe en forma general el proceso de la eliminación de la sal contenida en agua de cola de pescado mediante electrodiálisis: Se proporciona una cantidad de agua de cola con el contenido de sal original. Posteriormente, se le retiran los sólidos insolubles y trazas de grasa mediante un proceso de centrifugación a velocidades entre 4000 y 6000 xg por un tiempo de 5 minutos. El agua de cola refinada, es alimentada a un equipo de electrodiálisis que consiste de una pila o batería de membranas de intercambio aniónico y catiónico que se disponen alternadamente y se separan por espaciadores, los cuales conforman un primer paso o canal que permite el flujo continuo del agua de cola que va ser desmineralizada (paso 1). Este proceso se realiza mediante la transferencia de los iones sodio (Na+) y cloro (CI") a través de las membranas aniónicas y catiónicas antedichas que los transportan a otro canal (paso 2) por donde circula continuamente una salmuera débil que reciben los iones permeados. La fuerza impulsora del proceso es una í
corriente continua entre ánodos y cátodos alojados en los dos finales de la pila o batería, dentro de placas de electrodos.
NOTA - El término "conductividad" se utiliza para determinar el contenido de sal en una solución.
A continuación se describe en detalle el Método para la eliminación dé sal del agua de cola de pescado mediante electrodiálisis; el método comprende los siguientes pasos:
Proporcionar una cantidad de agua de cola.
Refinar el agua de cola para separar compuestos no deseables (sólidos insolubles y trazas de grasa) contenidos en el agua de cola, mediante un proceso de centrifugación a velocidades entre 4000 y
6000 xg por un tiempo de 5 minutos.
i
Remover la sal del agua de cola refinada, mediante un equipo dé electrodiálisis; él agua de colá con sal transita y llega al área activa dé las membranas del equipo de electrodiálisis y el voltaje de corriente continua que se aplica hace que el catión cargado positivamente (Na+) migre hacia el cátodo, mientras que el anión (CI") lo hace hacia el ánodo del sistema. Cuando cualquiera de estos iones alcanza las membranas de intercambio iónico, las propiedades de las membranas determinarán si el ion es rechazado o aceptado a pasar a través de éstas. Los iones que pueden pasar a través de las membranas son retenidos en el siguiente compartimento, dado que la siguiente membrana será de la carga opuesta. En consecuencia, mientras que el flujo de agua de cola que corre por un canal se va desmineralizando, hay paralelamente otro flujo de agua o salmuera débil en otro canal que se va concentrando, formando una salmuera concentrada, según se evidencia con las conductividades descritas en el siguiente punto de condiciones operativas.
CONDICIONES OPERATIVAS
Las condiciones operativas del proceso de remoción de la sal contenida el agua de cola en una pila de electrodiálisis son las siguientes:
□ Caudal de agua de cola (circuito 1) 200 L/h
□ Caudal de salmuera (5g/L) (circuito 2) 200 L/h
□ Voltaje 14 V
□ Conductividad inicial del agua de cola 22.1 mS/cm
□ Conductividad inicial de la salmuera 12.5 mS/cm
□ Temperatura inicial del agua de cola 17.2°C
□ Intensidad 3.9 A
□ Densidad de corriente 19 mA/cm2
□ Voltaje/célula 0.8 V
□ Flujo 16.4 L/h.m2
□ Sólidos del agua de cola inicial 5.6% (sólidos secos)
□ Minerales del agua de cola inicial : 26.3% (respecto a ss)
□ Proteína del agua de cola inicial 66.7% (respecto a ss)
□ Tiempo de tratamiento 33 minutos.
DATOS FINALES DEL AGUA DE COLA TRATADA MEDIANTE ELECTRODIÁLISIS
Los datos finales del agua de cola tratada mediante electrodiálisis son: □ Conductividad final del agua de cola 1.78 mS/cm
□ Conductividad final de la salmuera 29.55 mS/cm
□ Temperatura final del agua de cola 24.1X
□ Sólidos del agua de cola final 3.8% (sólidos secos) □ Minerales del agua de cola final 6.95% (respecto a ss)
□ Proteína del agua de cola final 96.1% (respecto a ss)

Claims

REIVINDICACIÓN
Un Método para la eliminación de sal del agua de cola de pescado mediante electrodiálisis; el método se caracteriza porque comprende los siguientes pasos: a. Proporcionar una cantidad de agua de cola. b. Retinar el agua de cola para separar compuestos no deseables (sólidos insoluoles y trazas de grasa) contenidos en el agua de cola, mediante un proceso de centrifugación a velocidades entre 4000 y 6000 xg por un tiempo de 5 minutos. c. Remover la sal del agua de cola refinada mediante un equipo de é|ectrpdiálisis¡ el agua de cola con sal transita por un canal y llega al área activa de las membranas del equipo dé electrodiálisis, y el voltaje de corriente continua que se aplica hace que el catión cargado positivamente (Na+) migre hacia el cátodo, mientras que el anión (CP) lo hace hacia el ánodo del sistema. Cuando cualquiera de estos iones alcanza las membranas de intercambio iónico, las propiedades de las
i
membranas determinarán si el ion es rechazado o aceptado a pasar a
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débil en otro canal que se va concentrando, rmando una salmuera concentrada.
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