Towards waste valorization: Recovery of valuable compounds from animal by-products and opportunities of application
Loading...
Access the documents
Date
2021-09-27
Authors
Cosovanu, Diana Gabriela
Other authors
Eras i Joli, Jordi
Villorbina Noguera, Gemma
Universitat de Lleida. Departament de Química
Impact
Export
Share
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Abstract
La indústria càrnia genera enormes quantitats de deixalles, que s'han de tractar i gestionar adequadament per evitar problemes ambientals i de salut. El reciclatge de residus i subproductes animals en productes de valor afegit podria ajudar a revertir aquest problema. Per tant, diversos enfocaments han estat adaptats per la ciència i la tecnologia, acoblant-los amb els coneixements del mercat, la legislació i els consumidors per a la valorització amb èxit d'aquests residus en el marc de l'Economia Circular.
Aquesta Tesi Doctoral s'enfoca en un residu subestimat i sense explotar produït durant el procés de tractament de subproductes carnis, anomenat fins. Donat el seu alt contingut en lípids i proteïnes, aproximadament del 37 i 46% respectivament, la investigació es va centrar en la recuperació d'aquests components per a futures aplicacions. Es van establir tres etapes principals: 1.a recuperació de la fracció lipídica, 2.a recuperació de proteïnes en forma de hidrolitzats de proteïnes i 3.a aplicacions potencials dels hidrolitzats de proteïnes.
En primer lloc, els fins es van sotmetre a cinc mètodes diferents per extreure la fracció lipídica: mètode de Soxhlet, mètode de Folch, extracció amb ciclopentil metil èter, extracció aquosa i extracció enzimàtica aquosa. Després de l'avaluació de les metodologies emprades en termes de rendiment i l'assignació de punts de penalització en base a l'Eco-Scale, es va triar l'extracció aquosa com el mètode més ecològic. Aquest mètode permet superar els principals inconvenients dels mètodes clàssics, com la generació de gran quantitat de residus i les emissions de vapors orgànics. Atès que l'aigua no és un solvent perillós, el greix es va extreure amb èxit i alhora es van obtenir fins parcialment desgreixats (PDF) per a la següent fase. Finalment, la consistència del greix extret es va optimitzar, obtenint un producte semi-sòlid, a punt per a la seva aplicació com a ingredient en l'alimentació animal.
En segon lloc, es van utilitzar dues proteases disponibles comercialment, Alcalasa 2.4L i Neutrasa 0.8L, per recuperar la fracció proteica present en els PDF. Es van optimitzar les condicions d'hidròlisi amb l'objectiu de maximitzar el grau d'hidròlisi (DH) i el procés es va monitoritzar mitjançant el reactiu o-ftalaldehid (OPA). El DH màxim assolit amb l'enzim Alcalasa 2.4L va ser 21,4 % en les següents condicions òptimes: ràtio E/S 5%, pH 8, temperatura 55 °C y temps 24 h. L'enzim Neutrasa 0.8L va exhibir una menor eficiència en la hidròlisi de les proteïnes presents en els PDF i, per tant, una menor recuperació de proteïna. Després de l'optimització de quatre variables (ràtio E/S, pH inicial, temperatura i temps) a través de la metodologia de superfície de resposta (RSM), el DH màxim aconseguit va ser 7,2% en les següent condicions: ràtio E/S 15%, pH inicial 8, temperatura 40 °C i temps 10,5 h. Els perfils peptídics de les hidròlisi es van determinar mitjançant electroforesi (SDS-PAGE) i cromatografia d'exclusió molecular (SEC), mostrant el predomini dels pèptids < 5 kDa en els hidrolitzats obtinguts. La hidròlisi enzimàtica va tenir un gran impacte en el perfil dels compostos volàtils i els grups funcionals. No obstant això, es van observar similituds entre els perfils aminoacídics dels hidrolitzats i els PDF. A més, es van determinar els factors de conversió de nitrogen a proteïna (NPCF) per a les diferents fraccions obtingudes. Finalment, el procés es va escalar (10 vegades), realitzant el pas de matràs a reactor amb èxit, demostrant la viabilitat de l'escalat.
Finalment, es va avaluar la utilitat dels hidrolitzats de proteïnes produïts com a font de nitrogen de baix cost. Els hidrolitzats de proteïnes es van incorporar com a font de proteïna en medis de cultius per a microbiologia com a substituts de les peptones, o com a bioestimulants per a plantes. La capacitat dels hidrolitzats de proteïna per sustentar el creixement bacterià va ser excel·lent, fins i tot van superar la capacitat de les fonts de nitrogen comercials en alguns casos. En el cas dels llevats, els efectes van ser dependents de la soca: una de les soques va mostrar un bon rendiment mentre que l'altra va exhibir menor creixement i capacitat de fermentació en presència dels hidrolitzats de proteïna de baix cost. La suplementació amb els hidrolitzats de proteïna obtinguts va tenir un efecte positiu per diverses soques de fongs, millorant la seva capacitat per transformar el 5-hidroximetilfurfural quan aquests microorganismes es van emprar com a biocatalitzadors. Finalment, els hidrolitzats de proteïna no van millorar el creixement de les plantes de tomàquet i rave.
En conclusió, la present Tesi Doctoral proporciona una visió de les oportunitats per extreure compostos de valor afegit dels fins a través de pràctiques sostenibles.