ecológico

En el Atlántico canadiense, el cangrejo de las nieves (Chionoecetes opilio) es la especie comercial más importante para la pesquería y la economía rural, con un valor de exportación de ~1.300 millones de dólares canadienses en 2021 (960 millones de dólares estadounidenses) y desembarques anuales de 76.828 toneladas métricas (TM). . El cangrejo de las nieves se procesa principalmente como secciones cocidas congeladas rápidamente individualmente (IQF), lo que genera entre un 25 y un 30 por ciento (~20 000 TM por año) de desechos compuestos por el caparazón (cáscaras del cefalotórax), vísceras y hepatopáncreas, hemolinfa, carne residual y branquias.

Los descartes del procesamiento de crustáceos contienen productos valiosos que incluyen proteínas, lípidos, astaxantina, ácidos orgánicos, aminoácidos esenciales, quitina y calcio. En el Atlántico canadiense, los descartes del procesamiento del cangrejo de las nieves actualmente no se utilizan comercialmente, pero podrían recuperarse de las estaciones de matanza de las plantas procesadoras como subproducto y convertirse en bioproductos intermedios (harina de cangrejo, proteínas, lípidos, cenizas, quitina, pigmentos) o transformarse. en bioproductos de mayor valor (quitosano, péptidos, omega-3, astaxantina y calcio marino).

Estos bioproductos tienen una amplia gama de aplicaciones en varios campos como la agricultura, la acuicultura, la biofarmacia, la biomedicina, la cosmética, el medio ambiente, la ciencia y tecnología de los alimentos, y la salud y la nutrición. Si bien la mayoría de los descartes del procesamiento de cangrejos se depositan en vertederos o se vierten al mar bajo permiso, las restricciones ambientales se están volviendo más estrictas, lo que hace que sea más difícil y costoso para los procesadores continuar con este tipo de eliminación de desechos (comunicación del personal con las partes interesadas de la industria).

Además, muchos de los procesos utilizados para la valorización de los crustáceos requieren tratamientos químicos peligrosos que utilizan ácidos inorgánicos como el ácido clorhídrico (HCl), soluciones cáusticas fuertes y disolventes orgánicos como el hexano y el etanol, lo que plantea otras preocupaciones medioambientales como la contaminación del aire y del agua y preocupaciones sobre la salud y seguridad de los trabajadores.

Este artículo – resumido delpublicación original(Burke, HJ y F. Kerton. 2023. Extracción secuencial de bioproductos valiosos del cangrejo de las nieves (Chionoecetes opilio) Procesamiento de descartes utilizando métodos ecológicos. Mar. Drugs 2023, 21(6), 366) – evaluó algunos simples verdes tecnologías para la extracción de bioproductos intermedios a granel a partir de descartes no separados del procesamiento del cangrejo de las nieves.

Los descartes del procesamiento de cangrejo se recolectaron en mayo de 2021 en una planta procesadora en Bay de Verde, Terranova, Canadá. Tras la preparación y estabilización de los descartes de cangrejo, esta materia prima se utilizó mediante una combinación de tratamientos mecánicos, enzimáticos y químicos verdes para extraer carotenoides, proteínas y quitina.

Los objetivos clave eran evitar el uso de solventes químicos peligrosos y realizar una extracción lo más cercana posible al 100 por ciento verde para la valorización de los descartes del procesamiento del cangrejo de las nieves. En este sentido, el ácido clorhídrico inorgánico se reemplazó por ácido cítrico de calidad alimentaria para la desmineralización de la cáscara, el hidróxido de sodio se reemplazó por enzimas proteasas de calidad alimentaria para la desproteinación de la cáscara y los disolventes orgánicos (p. ej., etanol, hexano, acetona) se sustituyeron por enzimas de calidad alimentaria. aceites vegetales y peróxido de hidrógeno biodegradable para la recuperación de pigmentos y decoloración de quitina, respectivamente.

Para obtener información detallada sobre la recolección, el procesamiento y el análisis de muestras, consulte la publicación original.

Los subproductos del mar atraen a una nueva ola de innovadores

En este estudio, se intentó la extracción secuencial de pigmentos carotenoides, proteína en polvo pigmentada y quitina de subproductos del procesamiento de cangrejo no separados para facilitar la recolección de materia prima, lo cual es una consideración importante para la industria. Los resultados del contenido de proteínas, cenizas, lípidos y quitina de nuestros descartes de procesamiento de cangrejo de las nieves son comparables a los informados en otros estudios de investigación. Sin embargo, el contenido de astaxantina de nuestras muestras no separadas es mucho menor que el informado para los subproductos de cangrejo separados, como los caparazones de cangrejo. Esto sugiere que puede ser necesaria la separación de los subproductos del cangrejo en la planta procesadora, particularmente si la recuperación de pigmentos es una prioridad.

Las tecnologías tradicionales que utilizan disolventes orgánicos e inorgánicos, como se informa en otros lugares, para la extracción de bioproductos de crustáceos como la astaxantina pueden ser costosas e inflexibles y pueden causar cambios estructurales en compuestos valiosos que resulten en una pérdida de funcionalidad o una disminución del valor nutricional. Una alternativa prometedora para la extracción de astaxantina es el uso de aceites comestibles, ya que la astaxantina es soluble en aceite. Los aceites comestibles también pueden proteger el pigmento contra la oxidación y actuar como portador de pigmento y fuente de energía en los piensos para acuicultura. Sin embargo, estudios previos que utilizaron alternativas a los aceites vegetales informaron rendimientos más bajos de carotenoides a partir de desechos del procesamiento de crustáceos que aquellos obtenidos usando solventes orgánicos, lo que puede deberse a la alta viscosidad de los aceites vegetales, lo que resulta en una menor difusividad y apunta a una falta de estudios completos sobre la extracción efectiva. métodos y condiciones de procesamiento optimizadas utilizando solventes de aceite vegetal.

Para evitar la degradación de los pigmentos carotenoides, decidimos realizar una extracción directa de pigmentos, utilizando aceites vegetales, de los descartes del procesamiento de cangrejo antes de la extracción de proteínas y quitina. Utilizando un proceso de extracción de una sola etapa con una relación 1:1 (peso/volumen, p/v) de descarte-aceite y calentando a 60 grados-C durante 2 horas obtuvimos una recuperación de 24.85, 31.23 y 37.93 por ciento de astaxantina con aceite de girasol, aceite de canola. y aceite de maíz, respectivamente. En nuestro estudio la única variable evaluada fue el tipo de aceite vegetal utilizado para la extracción.

Sin embargo, muchos factores pueden afectar la optimización de la extracción de pigmentos (p. ej., tiempo, temperatura, viscosidad del disolvente, tamaño de partícula). Se recomiendan evaluaciones adicionales utilizando aceites de maíz y canola como solventes para la extracción y recuperación de pigmentos y deben centrarse en (1) optimizar la proporción de cangrejo:aceite; (2) comparar procesos de extracción de una sola etapa y de múltiples etapas; (3) determinar los efectos de la humedad, el tamaño de las partículas, el tiempo y la temperatura sobre la recuperación de pigmentos; y (4) determinar el efecto del uso de mezclas de cosolventes tales como aceite vegetal y etanol para reducir la viscosidad. El aceite de soja no estuvo disponible para este estudio, pero puede que valga la pena realizar una evaluación adicional debido al éxito anterior observado por otros investigadores en la extracción de astaxantina a partir de desechos de caparazones de cangrejo.

El alto contenido de proteínas (~51 por ciento), lípidos (~16 a 25 por ciento) y astaxantina (33,8 a 39,6 microgramos por gramo) más el bajo contenido de cenizas (<1 por ciento) de los polvos de pigmentos proteicos pueden hacerlos adecuados para su uso. en piensos para acuicultura y piensos para aves. Sin embargo, se necesita una caracterización adicional de las proteínas en polvo, incluido el contenido de quitina, los perfiles de aminoácidos y ácidos grasos y los metales pesados, para confirmar la calidad nutricional.

En un estudio anterior, determinamos que la harina de cangrejo en polvo tenía un bajo contenido de dos aminoácidos esenciales: metionina y lisina. Por lo tanto, es probable que la proteína de cangrejo en polvo tenga un bajo contenido de estos aminoácidos. También establecimos que la harina de cangrejo y los hidrolizados de proteínas obtenidos enzimáticamente tenían un alto contenido de arsénico, lo que excedía los límites regulatorios para su uso en piensos, alimentos y productos naturales para la salud. Por lo tanto, las pruebas de metales pesados ​​serán un parámetro de calidad clave que requerirá una evaluación adicional.

No se sabe si el alto contenido de lípidos de las proteínas en polvo es el resultado del tratamiento con aceite vegetal o el resultado del aceite de cangrejo presente de forma natural en la materia prima. El contenido de lípidos en los polvos representa entre el 26,68 y el 42,94 por ciento (peso/peso) del contenido de lípidos original en los subproductos de cangrejo, teniendo la muestra tratada con aceite de maíz el porcentaje más bajo. Una caracterización adicional de los polvos de proteínas pigmentadas será un factor clave para identificar más oportunidades para aplicaciones comerciales.

Plástico 2.Océano: Envases de marisco, elaborados a partir de mariscos.

El proceso de ácido cítrico de dos pasos utilizado en este estudio eliminó eficazmente entre el 94 y el 98 por ciento del contenido mineral de los caparazones de cangrejo; sin embargo, no se logró la desmineralización completa. Se necesitará una concentración ligeramente mayor de ácido, o un pH más bajo (pH < 3) y una proporción mayor de ácido a cáscara para reducir el contenido de cenizas de las cáscaras del cangrejo de las nieves a <1 por ciento. Los resultados preliminares son una buena indicación de que el ácido cítrico puede reemplazar eficazmente al HCl como disolvente verde para la desmineralización de las cáscaras de cangrejo. Por lo tanto, se recomienda realizar más investigaciones para optimizar un proceso de desmineralización de dos pasos con ácido cítrico para los subproductos del cangrejo de las nieves.

La comparación de la quitina extraída verde con la quitina extraída químicamente indica que el porcentaje de quitina (16 a 20 por ciento en peso seco, db), el porcentaje de nitrógeno total (6,19 a 6,55 por ciento db) y el porcentaje de nitrógeno de quitina (6,07 a 6,46 por ciento db) son similares independientemente del método de extracción utilizado. El contenido de proteína residual fue <1 por ciento en todas las muestras de quitina, pero fue ligeramente mayor en las muestras de quitina tratadas con proteasa frente a las muestras de quitina tratadas con hidróxido de sodio (NaOH). Con una mayor optimización de la etapa de desproteinación enzimática, se puede obtener un menor contenido de proteína residual. Por lo tanto, la extracción secuencial de quitina utilizando aceite vegetal y enzimas proteasas puede ser tan eficaz como el método químico, con el beneficio añadido de ser ecológico.

Los tres tratamientos de procesamiento (aceite, enzima y peróxido de hidrógeno) influyeron en las características de color de las muestras de quitina. Los resultados también sugieren que el peróxido de hidrógeno (H2O2) puede ser más eficaz como agente blanqueador cuando se elimina más astaxantina de las muestras antes del tratamiento con peróxido de hidrógeno. El tratamiento con peróxido de hidrógeno puede tener algún efecto en la eliminación del color, pero el tratamiento con peróxido por sí solo no fue eficaz para la decoloración completa de las muestras de quitina. Puede ser posible optimizar el tratamiento con peróxido de hidrógeno considerando los efectos de otras variables del proceso, como el tamaño de las partículas, la proporción de cáscara a líquido, tiempo y temperatura, además de los tratamientos con aceite y enzimas.

Los aceites comestibles, el ácido cítrico de calidad alimentaria y las proteasas de calidad alimentaria son alternativas prometedoras para la extracción verde de pigmentos carotenoides, proteína en polvo pigmentada y quitina a partir de los descartes del procesamiento del cangrejo de las nieves. Estos tratamientos químicos ecológicos tienen potencial para reemplazar los solventes orgánicos dañinos (p. ej., acetona, etanol) y reactivos inorgánicos (p. ej., HCl, NaOH) utilizados tradicionalmente para extraer bioproductos de crustáceos.

Los resultados de nuestros estudios de caracterización de bioproductos de cangrejo demuestran que con más estudios de optimización y ampliación, los métodos de extracción verde pueden ofrecer alternativas efectivas, ecológicas y más seguras a los enfoques tradicionales con uso intensivo de químicos para valorizar los descartes del procesamiento del cangrejo de las nieves. Sin embargo, persisten desafíos en términos de desarrollar tecnologías de decoloración de quitina respetuosas con el medio ambiente y esta área necesita más investigación.

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Heather J. Burke, Ph.D.

Autor correspondiente Centro para el Desarrollo de la Acuicultura y Productos del Mar, Instituto Marino y de Pesca, Universidad Memorial de Terranova, St. John's, NL A1C 5R3, Canadá

[97,99,46,110,117,109,46,105,109,64,101,107,114,117,98,46,114,101,104,116,97,101,104]

Francesca Kerton, Ph.D.

Departamento de Química, Memorial University of Newfoundland, St. John's, NL A1C 5S7, Canadá

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