Abstract
The effluent produced by the seafood industry especially stickwater is the main source of pollution in seas where these industries have been established. Therefore, there are currently several processes for treatment, which covers physical, chemical and biological methods. Currently, efforts are being made in both: stickwater treatment as well as the recovery of solids from it that can be reinstated to the fishmeal, or from which, bioactive compounds can be extracted. This paper gives an overview about the pollution that these effluents cause when discharged directly into the sea without prior treatment, and made a synthesis of studies aimed at the treatment and use of solids in the effluents produced by the seafood industry.
El agua residual producida por la industria alimentaria pesquera en especial el agua de cola es la principal fuente de contaminación sobre los cuerpos de agua en donde estas industrias se han establecido. Debido a lo anterior en la actualidad existen varios procesos para su tratamiento, los cuales abarcan métodos físicos, químicos y biológicos. Actualmente algunos de estos métodos se aplican en el tratamiento de las aguas de cola así como en la recuperación de sólidos de la misma, los cuales pueden ser reincorporados a la harina de pescado, o bien se pueden extraer compuestos bioactivos de ellos. El presente trabajo da un panorama acerca de la contaminación que provocan estos efluentes al ser descargados directamente al mar sin tratamiento previo alguno y hace una síntesis de los estudios encaminados al tratamiento y la utilización de los sólidos presentes en los efluentes producidos por la industria pesquera.
Palabras clave:
Introducción
Los problemas ambientales en ecosistemas marinos han sido causados principalmente por la actividad de las pesquerías de camarón y sardina que han tenido la capacidad de crear una infraestructura integrada con astilleros, plantas procesadoras y congeladoras, catalogándose como puntales del desarrollo económico en la región donde se han asentado (Sonora, principalmente), al generar fuentes de empleo. Una de las consecuencias de la instalación de plantas industriales, en particular de las reductoras, ha sido la contaminación de bahías, debido a la descarga de sus desechos (agua de cola, agua de descarga y desechos del corte principalmente) sobre las aguas marinas. El entorno de la industria se convierte en un ecosistema particular, por la adición de residuos orgánicos, como lo son escamas, sanguaza, agua de cola, combustible y grasas, que generan la formación de sedimentos negruzcos con olores sulfurosos, lo cual genera alteraciones en el sedimento y en el agua de mar, causando un desequilibrio en las propiedades físicas, químicas y biológicas. Estas propiedades, se ven afectadas por cambios en la salinidad, disminución del oxígeno disuelto, incremento de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), incremento de los nutrientes, alta carga de sulfuros y amonio en sedimentos e incremento de la temperatura, lo cual puede llevar a un proceso de eutrofización, evitando así la rápida oxigenación del fondo y posterior muerte de organismos vivos (Cabrera, Citation1999). En consecuencia, la adición continua y sin tratamiento, de descargas con alto contenido orgánico afecta tanto a las formas de vida presentes en estos ecosistemas como a los ciclos bioquímicos de las diferentes especies. Los organismos inmediatamente afectados por estas aguas de desecho son de lento o nulo movimiento, como almejas, ostiones y callo de hacha, principalmente. Posteriormente son los bentónicos con desplazamiento limitado como jaibas, camarones, caracoles y pulpos (López-Ríos & Lechuga-Anaya, Citation2001; Irlanda-Francis, Citation2002).
Es evidente la actual contaminación que existe debido a los desechos generados por la industria reductora, por tal motivo las autoridades gubernamentales han establecido normas que regulan las características de los efluentes que pueden ser descargados directamente al mar. En México las Normas Oficiales Mexicanas establecen límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales, con el objeto de proteger su calidad, y es de observancia obligatoria para los responsables de dichas descargas. Los niveles máximos que permite la reglamentación mexicana para los efluentes industriales (Diario Oficial de la Federación, 1997) establecen un limite máximo de 400–800 mg/L y 200–400 mg/L para demanda química de oxígeno (DQO) y demanda bioquímica de oxígeno al quinto día (DBO5) respectivamente, en consecuencia los efluentes deben recibir un tratamiento previo con la finalidad de reducir los sólidos presentes.
Actualmente, las industrias reductoras de México se están enfocando en cumplir con dichas regulaciones; sin embargo, la investigación reciente se dirige hacia el estudio de los componentes de esta agua de desecho con la finalidad de encontrar aplicaciones a los sólidos presentes en ella, lo anterior es de gran importancia debido a los altos volúmenes de agua de cola que se producen anualmente en una planta reductora. En el pasado, el agua de cola se consideraba un desperdicio y simplemente se descargaba al mar, pero actualmente las plantas la están utilizando en su proceso, reduciendo con ello sus residuos y aumentando sus ganancias. De hecho, ésta práctica ya no se ve como un lujo, sino como una necesidad para cualquier planta que desee ser competente en el mercado actual y así permanecer en operación bajo las actuales condiciones de regulación de la industria. Asimismo, el aporte que significa la recuperación de los sólidos contenidos en el agua de cola, se refleja en una mayor producción de harina de pescado bajo ciertas condiciones inocuas (Ahumada, Rudolph, & Contreras, Citation2004).
En la presente revisión se abordan temas sobre la problemática actual que sufren los ecosistemas marinos afectados por las descargas de agua de cola, se habla también sobre tratamientos previos a la que esta se debe someter con la finalidad de que cumpla con las reglamentaciones sanitarias; asimismo, se mencionan las posibles aplicaciones que se le pueden dar a los sólidos recuperados de la misma.
El agua de cola y sus características
Los llamados solubles de pescado implican todos los subproductos de la industria pesquera, predominantemente hidrosolubles, aunque la mayoría de las veces se les menciona como solubles de pescado condensados, indicando con esto que la condensación o evaporación juega un papel importante en su producción. Estos solubles de pescado provienen por lo general del agua de succión (bailwater), sanguaza (bloodwater) y agua de cola (stickwater) las cuales son producidas por las plantas productoras de harina de pescado (Valdéz, Citation2006).
En varios países como Perú, Chile, Ecuador y España se encuentran en operación plantas productoras de harina de pescado. El proceso de producción sigue las mismas operaciones, es decir, se captura al pescado y se procesa en harina para múltiples propósitos (por ejemplo, para alimentación acuícola y de animales terrestres). Las especies que normalmente se capturan con esta finalidad son la sardina (Sardinops sagax caerulea); macarela (Scomber japonicus); anchoveta (Engraulis mordax, Cetengraulis mysticetus); y arenque (Clupea pallasii pallasii) (Guerrero, Omil, Méndez, & Lema, Citation1998).
El método más común de producción de harina y aceite de pescado básicamente consiste en el cocinado a vapor, prensado y secado (). El líquido obtenido durante el prensado pasa a través de un decanter para eliminar sólidos y posteriormente se somete a un proceso de centrifugación, de donde se obtiene aceite de pescado sin refinar y agua de cola (AC) entera (Bechtel, Citation2005).
Figura 1. Diagrama del proceso de fabricación de harina de pescado (modificado de FAO, 1986).
Figure 1. Diagram of fishmeal manufacturing process (modified from FAO, 1986).
El AC es una emulsión de aceite en agua, en la cual el aceite es acompañado de proteínas y otros compuestos orgánicos, su composición puede variar dependiendo de la especie de pescado, época de captura, estado fisiológico, condiciones de almacenamiento del mismo y del manejo operacional de la planta harinera (Castillo, Rao, & Liuzzo, Citation1987; Del Valle & Aguilera, Citation1991). Es rica en colágeno, un estudio realizado por García (Citation2007) reportó que el agua de cola de la industria sardinera de Guaymas, Sonora contenía el 10% de las proteínas totales, explicando sus resultados en función del colágeno presente en piel y escamas principalmente, por lo que se propone a los efluentes residuales como una fuente importante de este componente (Ockerman & Hansen, Citation2000).
En promedio el pH del agua de cola es de 6,5, con frecuencia es tratada químicamente para disminuir su pH a 4,5 y prevenir con esto su descomposición además de estabilizar el contenido de vitaminas. Es de color café y generalmente acumula material insoluble en la superficie (10–100 μm) si se le deja reposar (Del Valle & Aguilera, Citation1991). Es fuente de vitamina B12 (Fuller, Carrick, & Hauge, Citation1952) y de otras vitaminas hidrosolubles como riboflavina, niacina y ácido pantoténico (González, Citation1996).
Por lo general está químicamente conformada por un contenido de sólidos totales de 8–10%; proteína 5,6%; grasa 0,6%; cenizas 1,8%; y humedad de 92% (Goycoolea, Nieblas, Noriega, & Higuera-Ciapara, Citation1997). Valdéz (Citation2006) trabajando con AC de sardina crinuda (Ophystonema libertate) reportó valores de humedad, proteína, grasa y ceniza de 88,8%, 5,2%, 2,2% y 2,0% respectivamente, mientras que reportó también la composición proximal de AC de sardina monterey (Sardinops sagax cerulea) encontrando valores de 91,0%, 3,0%, 5,1% y 1,4% para humedad, proteína, grasa y cenizas, respectivamente. En términos generales sus resultados concuerdan con los publicados para AC de diferentes especies. García (Citation2007) estudió la composición proximal del AC producida por la industria sardinera de Guaymas, Sonora, en donde trabajó con AC proveniente de una mezcla de sardinas crinuda, monterey y anchoveta (Engraulis mordaz) encontrando valores de 9,5% de sólidos totales; 4,7% de proteína; 1,7% de cenizas y 1,8% de grasa.
El AC se comporta como un fluido no newtoniano en el rango de 6–44% de sólidos totales (Goycoolea et al., Citation1997). Presenta una viscosidad de nueve cP (0,009 Pa.s) y 0,39% de transmitancia (575 nm) en una dilución 10:2 (v/v) (Castillo et al., Citation1987). En la actualidad existen muy pocos estudios reológicos relacionados con el AC. Sobresalen los estudios realizados por Goycoolea et al. (Citation1997), donde se plantea un comportamiento reológico del AC a diferentes temperaturas y concentraciones. En este estudio señalan el comportamiento pseudoplástico del fluido y calculan el coeficiente de consistencia “K”, y el índice de flujo “n”, utilizando para ello el modelo de la ley de potencia o de Ostwald de Wale (τ = −Kγn).
En otro estudio realizado por Del Valle y Aguilera (1991) se encontró que la viscosidad del AC es una función que depende directamente de la concentración de sólidos y temperatura. Además, intentaron sin éxito determinar su viscosidad usando las ecuaciones de Einstein (μ = [1 + 2,5φ]μo) y Tadros (μsf = [1 + 2,5φsf + 182,52(φsf)2 + 377,26(φsf)3]μo ± 0,09), exclusivas para fluídos newtonianos. Otro dato interesante encontrado en este estudio es la propuesta de la relación viscosidad–concentración que está directamente relacionada a la especie de pescado utilizada, incluso a las condiciones de operación de las plantas procesadoras. Ese estudio también hace hincapié en las interacciones de partículas insolubles con solubles para incrementar la viscosidad, por lo que proponen primeramente una eliminación del material no soluble para optimizar la recuperación de sólidos.
El comportamiento pseudoplástico del AC es importante desde un punto de vista tecnológico porque supone que durante la transformación es posible emplear menos energía mecánica que la esperada en un fluido newtoniano si se aumenta la velocidad de deformación, disminuyendo así la viscosidad (Fernández, Montero, & Gómez, Citation2003).
Historia del agua de cola
Todo producto capturado del mar no es aprovechado en un 100%. Se puede mencionar como excepción al cangrejo blando (Calinectes sapidus) y al calamar, que se consumen casi por completo (Aurrekoetxea & Perera, Citation2002). En el caso específico de los pescados, aquello que no cumplían con requisitos mínimos para consumo humano se descartaba, hasta que en Noruega en 1880, eso se empezó a destinar a la reducción, naciendo así la elaboración de harina de pescado y en consecuencia el AC. Esta actividad empezó a tomar importancia cuando inició la exportación de harina de pescado a una compañía inglesa instalada en la isla de Lofoten en Noruega. A medida que se perfeccionaba la técnica de elaboración, se incrementaba su producción y uso, lo que permitió que se produjera el llamado milagro peruano, llamado así debido a los incrementos de la industria, ya que en 1950 era de 5000 t, y en 1972 alcanzó más de 1,250,000 t por año, debido a la riqueza de anchoveta (Engraulis ringens) (Karrick, Citation1963).
Impacto ambiental de los efluentes de la industria pesquera
Los efluentes provenientes de la industria reductora pueden causar desequilibrio en las propiedades físicas, químicas y biológicas en el sedimento y agua de mar. Estas propiedades se ven afectadas por cambios en la salinidad, disminución de oxígeno disuelto, aumento de la DBO5, incremento de nutrientes como fosforo y nitrógeno, alta carga de sulfuros y amonio e incremento de la temperatura, lo cual pueden llevar a un proceso de eutrofización (Cabrera, Citation2001).
El AC generada en el proceso de reducción representa aproximadamente el 60% del peso total del pescado utilizado como materia prima. Esto es de suma importancia, puesto que además de poseer una gran cantidad de materia orgánica, en la mayoría de los casos se descarga directamente al mar, lo que ha llegado a provocar contaminación de bahías, como en Galicia, España (Wu, Mohammad, Anuar, & Rahman, Citation2002); en la Región VIII de Chile (Roeckel, Aspe, & Marti, Citation1996); en las bahías de Chancay y Ferrol en Perú (Cabrera, Citation2001); y en Ensenada, Guaymas y Yavaros, en México (Miller, Huptka, Niewiadomski, Flores, & Morse, Citation2001). Particularmente en la bahía de Guaymas, se vierten al año cerca de 8756 t de sólidos que corresponden aproximadamente a 120,000 t de AC (López-Ríos & Lechuga-Anaya, Citation2001; Irlanda-Francis, Citation2002).
Uno de los factores que influyen en el recurso pesquero es la contaminación causada por la actividad humana, donde como consecuencia, los organismos pelágicos son los más expuestos a los efectos negativos del deterioro ambiental. Si bien éstos, en su estado adulto se distribuyen en lugares alejados de la costa, la mayoría de estas especies utilizan la zona costera o entran a lagunas y esteros a reproducirse y desarrollarse (SAGARPA, Citation2004).
En lo referente al impacto en el hombre, éste se manifiesta por la aparición de enfermedades del sistema respiratorio y digestivo, así como enfermedades alérgicas, infecciosas y parasitarias y, aunque estos eventos podrían estar asociados a actividades industriales pesqueras, aún no hay estudios epidemiológicos que lo confirmen. No obstante lo anterior, se ha reportado un incremento en las patologías antes mencionadas cuando las fábricas pesqueras entran en actividad (Majluf, Barandiarán, & Sueiro, Citation2007).
En la actualidad existe la preocupación por la falta de entendimiento entre las comunidades científicas y técnico-ingenieriles, donde las interacciones y las transferencias cercanas del conocimiento son frecuente y altamente beneficiosas para el desarrollo y la operación de procesos prácticos. Sin embargo, el rápido desarrollo asociado a la complejidad de algunos métodos de los especialistas, pudiera ser una causa para la carencia de comunicación y de interacciones. Es por ello que urge hacer un puente que una estas dos comunidades y así aumentar la comunicación y cooperación entre los especialistas (Wilderera, Bungartz, Lemmerc, Wagnerd, & Wuertz, Citation2002). Esto indica una preocupación por la contaminación creciente de los océanos y abre una ventana para apoyar a los industriales en el tratamiento de residuos que generan en los procesos.
Aspecto económico
La pesca de la sardina ha tenido un crecimiento espectacular en el Golfo de California. En 1986 se capturaron cerca de 20,000 t en la temporada 1986–1987, las descargas efectuadas en Guaymas y Yavaros fueron de poco más de 300,000 t; en el período enero–noviembre del 2003, la captura total de sardina fue de 518,362 t, de las cuales aproximadamente el 65% (336,935 t) se destinó a la reducción, en donde de cada 100 kg que entraron al proceso de reducción, se generaron 60 kg de AC. Si en una temporada se producen 200,000 t de AC, se podrían recuperar aproximadamente 16,000 t de sólidos, tomando en cuenta que el AC contiene 8% de sólidos, esto representaría una producción complementaria de 17,777 t de harina. Si el costo por tonelada de harina es de alrededor de 1000 dólares entonces se estarían perdiendo o recuperando más de 17,777 millones de dólares en una temporada (Valdez, 2006); sin embargo, no existe información referente a los costos de recuperación de proteínas que nos ayude a estimar una ganancia neta real. Debido a lo anterior, actualmente se han implementado métodos para la recuperación de sólidos (proteínas), simultáneamente con el tratamiento del AC; algunos de éstos se describen en la siguiente sección.
Métodos utilizados en el tratamiento de agua de cola
Los procesos de recuperación de sólidos se dividen en unidades de proceso y operaciones unitarias. Las unidades de proceso comprenden la adición de sustancias químicas o biológicas, mientras que las operaciones unitarias son aquellas en las que predominan las fuerzas físicas. En la industria pesquera se emplean ambas para la remoción de sólidos suspendidos y disueltos (Tchobanoglous, Burton, & Stenzel, Citation2003). A continuación se presenta una descripción general de los métodos industriales que están documentados para la recuperación de sólidos.
Procesos físicos
Centrifugación
Esta operación utiliza la fuerza centrífuga para separar los diversos componentes como grasa, sólidos solubles e insolubles y agua, en razón a su diferencia de densidades. Para esta operación se emplean centrífugas horizontales (decanters) consistentes en un rotor cilíndrico en el cual el licor de prensa es tratado térmicamente (Karrick, Citation1963).
Evaporación
Consiste en la aplicación de calor para la eliminación de sólidos presentes. El factor que finalmente determina qué tanto va a concentrarse el agua de cola sin tener problemas operativos es su viscosidad, la cual aumenta en las etapas finales de la concentración. La concentración máxima de sólidos del AC en la etapa final de la evaporación puede ser del 30–50%. Esto eleva drásticamente la viscosidad del AC, llegando en algunos casos a valores superiores a los 500 cP, lo cual se asocia normalmente con problemas operacionales de taponamiento de tuberías y como consecuencia, la interrupción del flujo de fluidos. Por lo anterior, es importante la mayor eliminación posible de sólidos mediante procesos previos a la evaporación, o bien dar un tratamiento previo para la reducción de la viscosidad, como es el tratamiento enzimático del cual se hablará más adelante (Del Valle & Aguilera, Citation1990).
Sistemas por flotación
El sistema Bubble Accelerated Flotation (BAF) o sistema de flotación por burbujas de aire, tiene como base fundamental la tecnología tipo air sparged hydrocyclone (ASH). La flotación por aire disuelto se basa en el principio de la solubilidad del aire en el agua sometida a presión. Durante esta operación se eliminan no sólo el aceite o grasa, sino también sólidos suspendidos. Es muy común usar sustancias químicas para aumentar la eficiencia del proceso (González, Citation1996).
Este método has sido utilizado durante el procesamiento del salmón en Alemania, donde se han llegado a reducir en un 77% los niveles de DQO y en un 72% los niveles de DBO5 (Huber Technology, Citation1997). Esta tecnología ha sido también utilizada en Ensenada, México, lográndose disminuir hasta un 79% de la demanda química de oxígeno. Sin embargo, los contaminantes solubles y coloidales menores a un micrón no pudieron removerse eficientemente (Miller et al., Citation2001).
Sistemas a base de membranas
La filtración involucra la separación de partículas y materia coloidal de un líquido. El papel de la membrana es el de servir como una barrera que permita el paso de ciertos constituyentes y la retención de otros. Los procesos de separación por membranas incluyen la microfiltración (MF); ultrafiltración (UF); nanofiltración (NF); ósmosis reversa (OR); diálisis y electrodiálisis (ED) (Tchobanoglous et al., Citation2003).
La característica común de las aguas residuales del proceso de harina de pescado es su alto contenido proteínico que puede ser concentrado por un método conveniente que permita la recuperación y la utilización de materia prima valiosa, así como la reutilización de los efluentes generados. La MF y UF se han utilizado para recuperar proteínas del efluente proveniente del procesamiento del surimi. La producción de surimi puede verse incrementada hasta en 1,7% añadiendo la proteína recuperada por MF, sin la disminución de las propiedades funcionales de este material proteínico (Mameri et al., Citation1996). Por otra parte, la NF también se ha utilizado en efluentes del procesamiento de surimi, mostrando que esta tecnología es capaz de reducir la demanda química de oxígeno en un 93%, y los sólidos totales en un 87% (Wu et al., Citation2002). Una aplicación más de la MF y UF se dio en efluentes de industrias harineras en Chile, donde se observó que la UF redujo la cantidad de materia orgánica y permitió la recuperación de gran cantidad de material proteínico; sin embargo, el estudio recomendó el uso de nanofiltración (NF) con el fin de aumentar la recuperación de proteínas de esos efluentes (Afonso & Borquez, Citation2002).
Se ha validado experimentalmente el tratamiento de AC por medio de UF, lográndose concentrar los sólidos totales hasta un 42%, con lo cual se demostró que esta tecnología puede competir con el evaporador de forma ventajosa, ya que la limpieza de la membrana es más fácil y rápida que la de éste (Hart & Souires, Citation1985).
Mameri et al. (Citation1996) investigaron la recuperación y concentración de proteínas de las aguas residuales de una planta de pescado usando dos módulos de UF equipados con una membrana de cerámica de varios canales porosos y ultrafinos de ZrO2 en un soporte de alúmina poroso y membranas Patterson Candy International (PCI). Encontraron que las condiciones óptimas de presión transmembranal fue de 2,2 x 105 y 3,8 x 105 Pa. Además reportaron que las velocidades óptimas de los flujos tangenciales fueron de 6,0 y 0,47 m/s para cartuchos de ceraver y PCI, respectivamente. Presentaron una recuperación de proteína de cinco a 35 g/dm3 y una disminución del 80% en la demanda bioquímica de oxigeno.
Estudios recientes de tratamientos de AC por UF fueron realizados por Afonso y Bórquez (2002), quienes primero realizaron una minuciosa explicación de los métodos físicos por medio de UF en el tratamiento de efluentes con carga orgánica y posteriormente trabajaron usando una membrana de NF de cerámica multi-canal utilizando un corte de peso de 1 kDa (Kerasep Nano1A) con una capa de ZrO2 y/o TiO2 sobre un soporte de Al2O3-TiO2, recuperando de 63–82% de la concentración de proteína presente.
En los procesos de separación de sólidos por medio de membranas es muy común el taponamiento de las superficies de las membranas, ya sean de MF, UF, NF u OR. En años recientes se han propuesto nuevas tecnologías de membranas, las cuales teóricamente no son susceptibles al taponamiento por partículas finas o moléculas orgánicas muy grandes. La Membrana Donnan o Diálisis Donnan es una de ellas, en donde se genera un gradiente de potencial electroquímico a través de una membrana intercambiadora de iones (Prakash & Sengupta, Citation2003).
Anteriormente, las membranas eran demasiado costosas para ser utilizadas extensamente en la limpieza de los efluentes. Sin embargo, en un futuro cercano se espera que tales técnicas solucionen problemas ambientales conforme a la cada vez más rigurosa legislación referente a la contaminación industrial en el mundo. La tecnología de membrana tiene un gran potencial para el tratamiento de los productos del mar, el uso de ésta en la industria de los productos marinos emergió en los años ochenta, pero un aumento en el número de estudios publicados y patentes registradas provocaron un desarrollo significativo en los siguientes años (Wintgens, Gallenkemper, & Melin, Citation2002).
Precipitación fisicoquímica
La precipitación fisicoquímica involucra la adición de sustancias químicas para alterar el estado físico de los sólidos disueltos y suspendidos y facilitar con ello su remoción. En este proceso, las interacciones electrostáticas de las sustancias añadidas juegan un papel fundamental al interactuar con moléculas cargadas, como las proteínas presentes en el agua de cola, formando así agregados proteínicos que pueden ser removidos posteriormente por un proceso de centrifugación (). Este fenómeno puede ser realizado por ajustes de pH o por la adición de sales como cloruro férrico y/o policationes como quitosano. Durante varios años se han utilizado diferentes sustancias como precipitantes. El grado de clarificación obtenida depende de la cantidad de químicos utilizados y del cuidado que se tenga en el control del proceso. Por medio de la precipitación es posible obtener un efluente claro y libre de materia en suspensión (Schaffeld, Bruzzone, Illanes, Curotto, & Aguirre, Citation1989).
Los ácidos y bases son agentes precipitantes muy efectivos en la recuperación de proteínas en solución acuosa. La acidificación no sólo precipita proteínas, sino también elimina las cargas negativas de los grupos carboxilos de moléculas grasas y con ello conduce a la reducción en la solubilidad del aceite de pescado (Del Valle & Aguilera, Citation1990).
Figura 2. Representación esquemática de la floculación (modificado de Colic et al., Citation2007).
Figura 2. Schematic representation of flocculation (modified from Colic et al., Citation2007).
Welsh y Zall (Citation1980) precipitaron proteínas de pescado en aguas residuales ajustando su pH al punto isoeléctrico, donde la solubilidad de las proteínas generalmente disminuye como resultado de la desnaturalización. En otro estudio, se colectó proteína precipitada a pH cuatro a partir de agua de desecho en la producción de almeja. Los resultados mostraron que la precipitación de proteínas con H2S04 10 N es relativamente simple y eficiente para reducir la carga orgánica del agua residual, además de recuperar una gran cantidad de proteína. No obstante, la proteína recuperada pudiera tener poco uso como ingrediente alimentario debido a las condiciones tan drásticas de recuperación.
Las proteínas en solución acuosa también pueden precipitarse por medio de tratamiento térmico y ajuste de pH. En un estudio realizado en AC de arenque del Atlántico (Brevoortia tyrannus) se reportó la máxima recuperación de sólidos a pH 4 a temperaturas en el rango de 60–80 °C (Castillo et al., Citation1987), mientras que en AC proveniente de fábricas de harina pescado en Mar del Plata, Argentina, la mayor recuperación de sólidos fue a pH 5,8 a temperaturas entre 60–65 °C (Civit, Parín, & Lupín, Citation1982). Por otra parte, Del Valle y Aguilera (Citation1990) trabajando con AC proveniente de la elaboración de harina de pescado en Chile, reportaron una mínima solubilidad de sólidos a un pH 5 a una temperatura de 90 °C. En otro estudio realizado por Guerrero et al. (Citation1998) en AC de harina de pescado en Galicia, España, se obtuvo un 80% de remoción de sólidos a pH 8. De igual forma, No y Meyers (Citation1989a) trabajando con efluentes derivados del procesamiento de langostino, obtuvieron resultados favorables en la recuperación de sólidos a un pH 6, donde la concentración de sólidos suspendidos y turbidez disminuyeron en un 97% y 83% respectivamente, mientras que la disminución en la demanda química de oxígeno fue de un 45%.
Con el objetivo de recuperar la mayor cantidad de sólidos, se han propuesto una diversidad de agentes floculantes/coagulantes, como las sales catiónicas divalentes y trivalentes. Se han propuesto también polímeros cargados (polielectrolitos), incluyendo gomas y derivados polisacáridos de plantas (alginatos, carrageninas, carboximetilcelulosa) y de animales (quitosano) (Del Valle & Aguilera, Citation1990). En un estudio realizado con el efluente resultante del enlatado de camarón, se encontró la mayor eficiencia con dos sales utilizadas como agentes coagulantes: con cloruro férrico, se obtuvo un 87% de claridad (transmitancia) en el efluente después de 30 minutos de reposo a un pH 6,6; mientras que con sulfato férrico, se obtuvo un 63% en el mismo tiempo a un pH 5,8 (Toma & Meyers, Citation1975). Doce años más tarde, se utilizaron lodos activados (impact 150) con el fin de recuperar sólidos provenientes de AC de arenque del Atlántico (Brevoortia tyrannus), en este experimento, se logró recuperar una alta cantidad de sólidos obteniéndose transmitancias hasta de un 99% (Castillo et al., Citation1987).
La recuperación de proteína y grasa a partir de agua de desecho puede llevarse a cabo por medio de carboximetilcelulosa, el cual es un polímero comúnmente usado para tratamientos de aguas residuales. De igual forma, el empleo de quitosano mostró ser un excelente sustrato polimérico para una alta recuperación de proteínas y un gran número de aminoácidos (excepto alanina y cisteína) en efluentes provenientes del procesamiento de langostino a pH entre 8 y 10 (No & Meyers, Citation1989b). Guerrero et al. (Citation1998), recuperaron 97% y 75% de proteínas utilizado poliacrilato de sodio y quitosano respectivamente, en AC de la industria reductora en Galicia España. Hong y Meyers (1989) utilizaron quitosano en un sistema modelo para la recuperación de sólidos de aguas de desecho, reportando que su tratamiento a pH 6,0 redujo un 97% la concentración de sólidos suspendidos y un 83% la turbidez, además de un 45% la demanda química de oxígeno.
Procesos biológicos
Azad, Vikineswary, Ramachandran y Chong (Citation2001) lograron la reducción de la demanda química de oxígeno en un 69%, así como una disminución significativa en el contenido de proteína soluble y carotenoides totales en subproductos de sardina usando bioreactores con Rhodovulum sulphdophilum. Un método ingenioso desarrollado por Lim, Kim y Hwang (Citation2003) utiliza a los subproductos pesqueros como medio de cultivo para Candida rugopelliculosa, la cual a su vez será usada como alimento para Brachionus plicatilis. Bajo estas condiciones reportaron que el máximo crecimiento de C. rugopelliculosa coincidió con la máxima reducción de la demanda química de oxígeno.
Por otra parte, estudios realizados por Achour, Khelifi, Bouazizi y Hamdi (Citation2000), durante el tratamiento de aguas de desecho de la industria del atún mediante biorreactores aerobios y anaerobios, manifestaron que una digestión anaerobia antes de la aireación, reduce fuertemente la emisión de olor; además, los bio-procesos integrados consumen menos energía y una menor producción de sólidos, recomendando éstos para el tratamiento de las aguas residuales del atún en donde se ha reducido hasta un 90% la demanda química de oxígeno total.
Tratamientos enzimáticos
En México, el tratamiento enzimático del AC es muy incipiente y con un alto grado de empirismo. Aun no se genera la información suficiente por la industria que lo utiliza de manera que se puedan proponer esquemas de adecuación o eficientización del proceso. Con estos argumentos, es indudable que se requieren sistemas que optimicen el tratamiento del AC. Uno de ellos, sin duda, es el tratamiento enzimático previo a la evaporación, utilizando enzimas o concentrados enzimáticos disponibles comercialmente (Giorno & Drioli, Citation2000; Dijkstra, Gerard, Van, & Van-Koten, Citation2002). El tratamiento enzimático tiene su efecto debido a la digestión de las proteínas presentes en el AC, así el proceso de evaporación es favorecido y se ahorra energía (Asbjorn et al., Citation2004). Es un proceso desarrollado para reducir costos en la recuperación de agua en la industria harinera de pescado. Puesto que la remoción de agua por evaporación es más barata que por secado, es más conveniente evaporar el AC tanto como sea posible antes de secarse.
Aplicando la digestión mediante el uso de enzimas en el segundo paso de la evaporación a una temperatura de entre 40–55 °C, la concentración final de la materia seca se puede aumentar en un rango de 60–70%, aunque una digestión prolongada podría reducir el valor nutritivo de la proteína del AC (Gildberg, Citation1993). Se han propuesto tratamientos enzimáticos previos a la evaporación con el fin de reducir la viscosidad al hidrolizar las proteínas de alto peso molecular, utilizando proteasa de calabaza (Cucurbita fiscifolia) logrando reducir la viscosidad del AC y aumentando la concentración de sólidos por evaporación a más del 50% (Schaffeld et al., Citation1989). Resultados similares se obtuvieron con enzimas alcalasa y neutrasa (Jacobsen & Rasmussen, Citation1984). A nivel industrial, el uso de estas enzimas aumentó la capacidad de evaporación del AC en un 74% comparada con AC no tratada (Jacobsen, Citation1985). Este proceso ha mostrado ser mucho más eficiente que los métodos físicos y químicos manejados de forma aislada, a tal grado que la tendencia actual en la industria reductora es aplicar el tratamiento enzimático en sinergia con los métodos de evaporación y filtración (Giorno & Drioli, Citation2000).
Algunas proteasas se han explorado en la transformación de los alimentos, así como reductores de la viscosidad del AC, las cuales son el principal efluente contaminador producido en la generación de harina de pescado (An & Visessanguan, Citation2000). El uso de las vísceras de sardina para la recuperación de enzimas pudiera ser una solución al problema de la industria de la sardina en México. En estudios recientes realizados por Castillo-Yáñez, Pacheco-Aguilar, García-Carreño y Navarrete-Del Toro (Citation2004), se determinó la actividad de las enzimas proteolíticas de vísceras de sardina y se propuso a éstas como herramienta biotecnológica en el tratamiento del AC. De igual forma, Martínez y Serra (Citation1989) realizando estudios con vísceras de anchoveta, pusieron de manifiesto la gran actividad de las proteasas presentes en la especie, las cuales también pueden ser utilizadas para el mismo fin.
Las vísceras de la materia prima en la elaboración de harina de pescado son una fuente rica de enzimas hidrolíticas, y las preparaciones de tales enzimas pudieran ser utilizadas como herramienta biotecnológica en el sector alimentario. El uso de enzimas animales acuáticas como arma potencial en la transformación de los alimentos, tiene que ser estudiado con un énfasis más amplio ya que, comparado con el uso de otras enzimas en la transformación y producción de alimentos, éste todavía está en sus inicios. Por otra parte, se puede decir que la escala de recuperación industrial de enzimas marinas todavía es baja y está en etapa experimental. Además, se espera que la capacidad de ampliación de esta nueva área continúe y se dé una mayor importancia a las enzimas extraídas por la industria del pescado y de los crustáceos en el futuro. Sin embargo, se requiere investigación adicional para entender mejor las líneas de proceso y para desarrollar nuevas técnicas que se puedan adaptar a los requisitos específicos en la producción de varios productos alimenticios. Aunque la utilización del término “valor agregado” para estas enzimas es deseable en muchos usos del alimento, la viabilidad económica del proceso y los productos deben ser determinados realmente. Esto es principalmente porque el costo de extraer estas enzimas de sus fuentes naturales es una limitación para su uso extenso. Se requiere de una investigación más profunda para identificar las enzimas específicas más prometedoras, y con ello determinar las condiciones óptimas para su uso (Castillo-Yáñez, Pacheco-Aguilar, García-Carreño, Navarrete-Del Toro, & Félix-López, Citation2006).
Potencial de subproductos recuperados como ingredientes funcionales y suplementos nutricionales
Los subproductos se han visualizado como una fuente potencial de productos de valor agregado, en lugar de desechos. Dichos subproductos contienen fracciones de gran valor como: proteínas, péptidos, lípidos, vitaminas y minerales. La fracción mayoritaria de los subproductos es utilizada como alimento para ganado, mediante la producción de harina y aceite de pescado, no obstante, la mejor rentabilidad la brindan los productos destinados para consumo o uso humano como pueden ser: enzimas, péptidos bioactivos y biopolímeros para aplicaciones biotecnológicas o farmacéuticas (Rustad, Citation2003; Asbjorn, Citation2004).
Estudios realizados en Alaska mostraron que los hidrolizados derivados del arenque (Cuplea harengus) son fuente potencial de péptidos y aminoácidos de calidad, con buenas propiedades antioxidantes, solubilidad, absorción de grasa y estabilidad de la emulsión (Sathivel et al., Citation2003). Las proteínas recuperadas se pueden utilizar como suplementos, aditivos en la producción de alimentos primarios (gelatina), o en productos bio-catalítico-biológicos (Shahidi y Janak, Citation2001). Las investigaciones en esta área han demostrado las bondades de los subproductos de origen marino, como es el caso de los polvos de proteínas solubles e insolubles de halibut (Atheresthes stomias) y arenque (Cuplea harengus) con potencial para utilizarse como ingredientes funcionales, complementos nutricionales y emulsificantes (Sathivel et al., Citation2004; Sathivel, Bechtel, Babbitt, Prinyawiwatkul, & Patterson, Citation2005). De igual forma, el AC proveniente de subproductos (cabezas, colas, vísceras y piel) de abadejo de Alaska (Theragra chalcogramma) y salmón (Onchorhynchus sp), posee características nutricionales y funcionales para poder emplearse como mejoradores de sabor en piensos para animales y acuacultura (Bechtel, Citation2005).
Sathivel y Bechtel (Citation2006) evaluaron polvos proteínicos provenientes de proteínas solubles de cabezas, colas, vísceras, piel y mezclas de recortes de abadejo de Alaska (Theragra chalcogramma). Los resultados mostraron que el contenido de aminoácidos de todos los polvos proteínicos excedían los requerimientos para humanos, concluyendo que este tipo de polvos pueden ser usados en la industria de alimentos debido a sus buenas propiedades funcionales y nutricionales. Actualmente no hay reportes que sostengan la utilización de proteínas originarias del AC; sin embargo, existen trabajos donde se proponen como una fuente importante (Aurrekoetxea & Perera, Citation2002).
Aunado a lo anterior, el colágeno ha demostrado poseer potencial en la industria farmacéutica y de alimentos, por lo que la demanda de éste y de la gelatina por parte de la industria alrededor del mundo es considerable y sigue creciendo. Al respecto, los subproductos del procesamiento de la industria pesquera son una fuente potencial de colágeno y la gelatina es empleada como aditivo para mejorar la textura, capacidad de retención de agua, capacidad de retención de aceite, estabilidad durante el cocinado, capacidad de emulsificación y espumeo en numerosos productos alimenticios. La calidad y aplicación específica del colágeno y gelatina extraídos, está altamente relacionada con sus propiedades funcionales y su pureza. No obstante, durante la extracción de colágeno de subproductos marinos se presenta abundancia de pigmentos y presencia de olores a pescado. Adicionalmente, se ha reportado que el colágeno de organismos marinos no forma geles fuertes, con lo cual se restringe su potencial de aplicación. Sin embargo, puede ser utilizado en aplicaciones industriales como micro-encapsulador en pegamentos de secado rápido y cubiertas sensibles a la luz. También hay mercado en la industria de cosméticos como ingrediente activo en champús con proteínas. El uso de colágeno y gelatina de pescado también ha generado nuevas aplicaciones en la industria de alimentos en culturas donde no se acepta este tipo de productos provenientes de mamíferos; además, debido al hallazgo de la encefalopatía espongiforme bovina, el consumidor se ha vuelto más exigente y consciente de su salud, por lo que se está aceptando de mejor manera la fuente de colágeno y gelatina proveniente de fuentes marinas (Kim & Park, Citation2004).
Otro componente muy importante derivado de fuentes marinas es la protamina, la cual es un péptido básico que contiene más de 80% de arginina. Ésta se ha encontrado en los testículos de más de 50 especies de pescado y se ha utilizado como agente antibacteriano en el procesamiento de alimentos. Se ha demostrado que muchas proteínas poseen actividad antioxidante y los hidrolizados de pescado no son la excepción (Kim, Yongsawatdigul, Park, & Thawornchinsombut, Citation2005). Por otra parte, se ha reportado que los péptidos de pescado son capaces de mejorar significativamente la disponibilidad de absorción del calcio en sistemas biológicos. Los subproductos de pescado son utilizados en muchas industrias y sus aplicaciones comerciales se han expandido año con año. Sin embargo, su aplicabilidad como compuestos bioactivos y valor nutracéutico no ha sido estudiada lo suficiente, por lo que hace falta investigación al respecto para dar una aplicación en la promoción de la salud humana.
Conclusiones
El AC es el principal efluente contaminante de la industria sardinera y tiene serias repercusiones en los ecosistemas marinos debido a las secuelas negativas de la contaminación. La tendencia internacional actual es reducir al mínimo posible la contaminación causada por la industria alimentaria. En consecuencia, los gobiernos han establecido normas centrando su atención en la disminución de la carga orgánica presente en las aguas de desecho; en este sentido, algunas industrias están buscando el cómo y donde utilizar la materia orgánica recuperada dándole así valor agregado a lo que usualmente se conocía como desperdicios de la industria reductora. En el AC se encuentran presentes una amplia variedad de sustancias que pueden ser utilizadas, como es el caso de las proteínas, que pueden reincorporarse a la harina de pescado, o bien pueden utilizarse como suplementos alimentarios; también pueden encontrarse péptidos, aminoácidos, compuestos bioactivos, vitaminas y polímeros como el colágeno, entre otras sustancias que pudieran ser de gran importancia.
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