Towards waste valorizationRecovery of valuable compounds from animal by-products and opportunities of application

Resumen

La industria cárnica genera enormes cantidades de desechos, que deben tratarse y gestionarse adecuadamente para evitar problemas ambientales y de salud. El reciclaje de residuos y subproductos animales en productos de valor añadido podría ayudar a revertir este problema. Por lo tanto, diversos enfoques han sido adaptados por la ciencia y la tecnología, acoplándolos con los conocimientos del mercado, la legislación y los consumidores para la valorización exitosa de estos residuos en el marco de la Economía Circular. Esta Tesis Doctoral se centra en un residuo subestimado y sin explotar que se produce durante el proceso de tratamiento de subproductos cárnicos, llamado finos. Dado su alto contenido en lípidos y proteínas, aproximadamente del 37 y 46% respectivamente, la investigación se focalizó en la recuperación de estos componentes para futuras aplicaciones. Se establecieron tres etapas principales: 1.a recuperación de la fracción lipídica, 2.a recuperación de proteínas en forma de hidrolizados de proteínas y 3.a aplicaciones potenciales de los hidrolizados de proteínas. En primer lugar, los finos se sometieron a cinco métodos diferentes para extraer la fracción lipídica: método de Soxhlet, método de Folch, extracción con ciclopentil metil éter, extracción acuosa y extracción enzimática acuosa. Después de la evaluación de las metodologías empleadas en términos de rendimiento y la asignación de puntos de penalización en base al Eco-Scale, se eligió la extracción acuosa como el método más ecológico. Este método permite superar los principales inconvenientes de los métodos clásicos, como la generación de gran cantidad de residuos y las emisiones de vapores orgánicos. Dado que el agua no es un solvente peligroso, la grasa se extrajo con éxito mientras se obtuvieron finos parcialmente desgrasados (PDF) para la siguiente fase. Por último, la consistencia de la grasa extraída se optimizó, obteniendo un producto semisólido, listo para su aplicación como ingrediente en la alimentación animal. En segundo lugar, se utilizaron dos proteasas disponibles comercialmente, Alcalasa 2.4L y Neutrasa 0.8L, para recuperar la proteína presente en los PDF. Se optimizaron las condiciones de hidrólisis con el objetivo de maximizar el grado de hidrólisis (DH) y el proceso se monitorizó mediante el reactivo o-ftalaldehído (OPA). El DH máximo alcanzado con la enzima Alcalasa 2.4L fue 21,4 % en las siguientes condiciones óptimas: ratio E/S 5%, pH 8, temperatura 55 °C y tiempo 24 h. La enzima Neutrasa 0.8L exhibió una menor eficiencia en la hidrólisis de las proteínas presentes en los PDF y, por consiguiente, una menor recuperación de proteína. Después de la optimización de cuatro variables (ratio E/S, pH inicial, temperatura y tiempo) a través de la metodología de superficie de respuesta (RSM), el DH máximo alcanzado fue 7,2% en las siguientes condiciones: ratio E/S 15%, pH inicial 8, temperatura 40 °C y tiempo 10,5 h. Los perfiles peptídicos de las hidrólisis se determinaron mediante electroforesis (SDS-PAGE) y cromatografía de exclusión molecular (SEC), mostrando el predominio de los péptidos < 5 kDa en los hidrolizados obtenidos. La hidrólisis enzimática tuvo un gran impacto en el perfil de los compuestos volátiles y los grupos funcionales. Sin embargo, se observaron similitudes entre los perfiles aminoacídicos de los hidrolizados y los PDF. Además, se determinaron los factores de conversión de nitrógeno a proteína (NPCF) para las diferentes fracciones obtenidas. Por último, el proceso se escaló (10 veces), realizando el paso de matraz a reactor exitosamente, demostrando la viabilidad del escalado. Finalmente, se evaluó la utilidad de los hidrolizados de proteínas producidos como fuente de nitrógeno de bajo coste. Los hidrolizados de proteínas se incorporaron como fuente de proteína en medios de cultivos para microbiología como substitutos de las peptonas, o como bioestimulantes para plantas. La capacidad de los hidrolizados de proteína para sustentar el crecimiento bacteriano fue excelente, incluso superaron la capacidad de las fuentes de nitrógeno comerciales en algunos casos. En el caso de la levadura, los efectos fueron dependientes de la cepa: una de las cepas probadas mostró un buen rendimiento mientras que la otra exhibió menor crecimiento y capacidad de fermentación en presencia de los hidrolizados de proteína de bajo coste. La suplementación con los hidrolizados de proteína obtenidos tuvo un efecto positivo para varias cepas de hongos, mejorando su capacidad para transformar el 5-hidroximetilfurfural cuando estos microorganismos se emplearon como biocatalizadores. Finalmente, los hidrolizados de proteína no mejoraron el crecimiento de las plantas de tomate y rábano. En conclusión, la presente Tesis Doctoral proporciona una visión de las oportunidades para extraer compuestos de valor añadido de los finos a través de prácticas sostenibles.