Extracción de Ácidos Grasos insaturados y obtención del Omega 3 de los residuos industriales pesqueros utilizando tecnologías mas limpias

Universidad Ricardo Palma Facultad de Ciencias Biológicas

Extracción de Ácidos Grasos insaturados y obtención del Omega 3 de los residuos industriales pesqueros utilizando tecnologías mas limpias

JORGE MIGUEL SANCHEZ HORNA

2006

ÍNDICE

I. Resumen

II. Introducción

III. Antecedentes

3.1 Ácidos Grasos 3.1.2 Ácidos Grasos Saturados 3.1.3 Ácidos Grasos Insaturados 3 .2 Propiedades de los ácidos grasos 3.2.1 Propiedades físicas. 3.2.1.1 Solubilidad. 3.2.1.2 Punto de fusión. 3.2.1.3 Punto de ebullición 3.2.1.4 Isomerismo 3.2.2 Propiedades químicas. 3.2.2.1 Reacciones del Grupo Carboxilo 3.2.2.1.1 Saponificación 3.2.2.1.2 Hidrólisis 3.2.2.1.3 Esterificación 3.2.2.2 Reacciones de la cadena de ácidos grasos 3.2.2.2.1 Auto- oxidación de las cadenas olefinicas 3.2.2.2.2 Polimeración térmica de las cadenas Olefinicas 3.2.2.2.3 Sulfonación de las cadenas olefinicas 3.3. Ácido Graso Esencial (AGE)

3.3.1 Ácidos grasos esenciales de la familia omega 3.3.1.1 Metabolismo de los ácidos grasos esenciales 3.3.2 Funciones de los ácidos grasos esenciales 3.3.3 Funciones específicas de los ácidos EPA y DHA 3.4 Ácidos grasos en especies marinas 3.4.1 Composición de ácidos grasos en el músculo de la anchoveta fresca IV.Materiales y Métodos

4.1 Lugar de ejecución 4.2 Materiales 4.3 Muestras, Procedencia 4.4. Metodología 4.4.1 Método de Acidulacion Directa 4.4.1.1 Variables estudiadas 4.4.2 Método Biológico Enzimático 4.4.2.1 Obtención del Extracto Enzimático 4.4.2.2 Proceso de Hidrólisis Enzimática 4.4.2.3 Variables Estudiadas 4.4.3 Métodos Analíticos 4.4.3.1 Análisis Organolépticos 4.4.3.2 PH 4.4.3.3 Determinación del índice de acidez (ácidos grasos libres) 4.4.3.4 Ácidos Grasos totales y Oxidados 4.4.3.5 Aceites neutros 4.4.3.6 Determinación del índice de saponificación 4.4.3.7 Determinación del índice de yodo 4.4.3.8 Materia insaponificable 4.4.3.9 ricinolipasa

Medición de la

actividad

enzimatica de la

4.4.4Composición de ácidos grasos V. Resultados

5.1 Características organolépticas y físicas de la sanguaza 5.2 Características Químicas de la Sanguaza 5.3 Método de acidulación directa: 5.3.1 Volumen de Ácido Sulfúrico necesario: 5.3.2 Determinación de la temperatura y rendimiento de la acidulación directa 5.3.3 Determinación de tiempos de procesos y decantación de la acidulación Directa 5.3.4 Rendimiento de Ácidos Grasos por el método de acidulación directa a diversos tiempos de decantación 5.4 Extracción De Ácidos Grasos

Método Enzimático

5.4.1 Actividad de la Lipasa del Ricino 5.4.2 Hidrólisis enzimatica de la Sanguaza 5.4.2.1Determinación de Temperatura y PH de la Hidrólisis enzimatica. 5.4.2.2 Determinación del volumen del extracto y definición de PH optimo. 5.4.2.3Rendimiento de Ácidos Grasos por el Método Enzimático 5.4.3 Rendimiento de los Ácidos Grasos 5.4.4 Composición de los Ácidos Grasos

VI. Discusión

VII. Conclusión

VIII. Recomendaciones

IX. Referencia Bibliográfica

I.

Resumen

Se ha efectuado análisis de 3 muestras de sanguaza provenientes de la bahía de Ferrol ( Chimbote), entre los meses de Abril y Octubre del 2005, los cuales fueron recogidos siguiendo la técnica de muestreo de verificación del agua de bombeo del manual de recolección de efluentes del Ministerio de Pesquería del año 2001, las 3 muestras se trabajaron con máximo de 28 días, para sus análisis fueron separados por centrifugación en dos partes, la parte liquida superior y la parte sólida inferior, dando los siguientes resultados:

Con respecto a los parámetros físicos el ph en la parte liquida vario entre los 6.92 y 6.98, es decir posee un ph neutro, mientras la parte sólida su ph es ligeramente alcalino ya que este fluctúa entre 8.92 y los 8.96.

Los análisis organolépticos respeto a su apariencia, color y olor se puedo determinar que la parte liquida presentó una apariencia fluida de color caramelo, posiblemente debido a la presencia del croman 5-6 quinona y olor a pescado penetrante, mientras la parte sólida su apariencia fue viscosa y su

color marrón oscuro, posiblemente debido a la presencia de sangre con un claro su olor a pescado penetrante,

Los análisis químicos de las muestras dieron los siguientes resultados: Para la parte liquida se dio un índice de acidez promedio de 7.83, ácidos grasos totales de 2.75%, ácidos grasos oxidados de 1.66%, aceite neutro de 0.91%, jabón de 46.18%, índice de saponificación de 14.62, índice de esterificación de 6.80, índice de yodo 96.47, índice de peroxido de 49.17 y materia insaponificable de 3.84%

Para la parte sólida

se dio un índice de acidez promedio de 18.37, ácidos

grasos totales de 33.21%, ácidos grasos oxidados de 5.66%, aceite neutro de 10.51%, jabón de 49.13%, índice de saponificación de 68.75, índice de esterificación de 50.11, índice de yodo 136.23, índice de peroxido de 87.71 y materia insaponificable de 7.66%

Las metodologías usadas para la extracción de los ácidos grasos fueron: -Método de Acidulación Directa (Método Químico) -Método Enzimático de la Ricinolipasa (Método Biológico),

Los cuales dieron en el liquido un rendimiento de ácidos grasos, de 2,85% para el método químico y de 2,49% para el método biológico, asimismo del residuo de la sanguaza se recupero 31,79% para el método químico y 30,75% para el método biológico.

El método de mayor rendimiento fue el de acidulación directa, mientras que el método enzimático representó entre un 87,37% a un 96,73% del rendimiento obtenido por el método químico., sin embargo los ácidos grasos obtenidos por el método enzimático mostraron mejores características organolépticas como olor más atenuado y color mas claro.

La composición química de los ácidos grasos obtenidos no indicaron una diferencia entre los métodos de recuperación, pero se observo una relación de de 2 a 1 de los ácidos grasos insaturados respecto a los

ácidos

grasos

saturados

La mayor recuperación de los ácidos grasos omega 3 EPA ha sido en el sólido de la sanguaza (18.66%-18.16%), que en el liquido (15.84%-15.65%), sin que se encontrara una mayor diferencia en los productos obtenidos a través de los diferentes métodos de recuperación, asimismo la recuperación de los ácidos grados omega 3 DHA, ha sido mayor en el sólido de la sanguaza (9.74% 10.45%), que en el liquido (7.56%- 7.95%).

II.

Introducción

Los ácidos grasos provienen del desdoblamiento de las grasas y aceites, utilizando algunos métodos de procesamiento, siendo el más común el de ácido sulfúrico o acidulación directa.

La industria harinera

de pescado produce un efluente llamado sanguaza

originado por el amontonamiento de materia prima en las pozas de almacenamiento, donde la presión hace que los cuerpos de los pescados se dañen y dejen restos de carne, vísceras, sangre, escamas y aceite, que se depositan a través de tubería en el mar, afectando especialmente el nivel de oxigenación de las aguas costeras, la sanguaza también se produce a bordo de las embarcaciones durante la captura, asi como en el almacenamiento de estos durante el viaje de retorno a la fábrica.

La sanguaza es el resultado de la acción bacterial y la autólisis (auto digestión) de las enzimas existentes en el estómago del pescado y ingerido.

que éste haya

La calidad de los compuestos en la sanguaza variarán con la calidad de la materia prima en el momento en que ésta es descargada y de su deterioro durante el almacenamiento en la fábrica. Basados en los muestreos y análisis de la sanguaza conducidos en las plantas de Paracas como parte del proyecto USAID, los contenidos de sanguaza varían desde un 60% en el pescado malogrado hasta 4% en pescado muy fresco (1). Según los resultados de las pruebas de proteína y aceite, así como en otras fuentes de la industria, se puede asumir que, en promedio, la sanguaza contiene por lo menos 2OOg/l (2O%) de proteína y aceite (2). Factores tales como dilución con agua de mar y la frescura del pescado probablemente cuenten para tan alto grado de variabilidad. La data de Perú sugiere que la concentración proteína y aceite en la sanguaza es cerca del 4%(3). Un estudio noruego coloca esta cifra entre 10% - 15% para el capelan (4), mientras investigadores polacos han reportado que el volumen de sanguaza varia varía entre un 10 -15% del peso original del pescado (5).

Pero el contenido s no es tan útil como conocer el cantidad de proteína y aceite presentes, ya que estos dos componentes de la sanguaza son indiscutiblemente valiosos para un fabricante.

En el presente estudio, para la recuperación de ácidos grasos y extracción del omega 3 a partir de la sanguaza de pescado, se empleo el método enzimático y se comparó con el método de acidulacion directa o de desdoblamiento con ácido sulfúrico. La importancia del presente proyecto consistió en la recuperación y valoración de los ácidos grasos presentes en la sanguaza, que implicara dar un mayor

valor agregado al proceso de producción de harina de pescado y a la prevención de contaminación del mar por desechos arrojados

durante el

proceso de desembarco del pescado. Los objetivos principales desarrollados han sido:

1.- La obtención de ácidos grasos a partir de desechos de la industria pesquera, utilizando una tecnología mas limpia a partir de un método enzimático utilizando la enzima ricinolipasa proveniente de las semillas del ricino ( Ricinus comunis) 2.- La extracción de los Ácido graso poliinsaturado EPA y DHA (Omega 3) a partir de los ácidos grasos obtenidos.

3.- La comparación de los rendimientos de logrados de los ácidos grasos y del omega 3 a partir de los métodos químico y biológico.

4.- La evaluación de la calidad de los productos obtenidos mediante análisis organolépticos, químicos y cromatograficos.

III.

Antecedentes

3.1 Ácidos Grasos Los ácidos grasos son componentes simples de los lípidos también conocidos como ácido carboxílico, son moléculas

formadas por una larga cadena

hidrocarbonada de tipo lineal y con un número par de átomos de carbono que contiene dos regiones químicamente distintas: -una larga cadena hidrocarbonada ( - CH )n que es hidrofobica -un grupo carboxilo terminal ( -COOH ) que es polar. La mayoría de los ácidos grasos en la célula se encuentran unidos covalentemente a otras moléculas a través de su grupo carboxilo. Los ácidos grasos no existen en forma aislada en la naturaleza, generalmente se encuentran enlazados a alcoholes en forma de ésteres y se obtienen por hidrólisis ácida o enzimática de los lípidos saponificables.

En los seres vivos son generalmente ácidos carboxílicos no ramificados, saturados o insaturados, con un número par de átomos de carbono entre 12 y 24.

Se conocen unos 70 ácidos grasos que se pueden clasificar en dos grupos: ácidos grasos saturados y ácidos grasos insaturados.

3.1.1 Ácidos Grasos Saturados

Sólo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono. Desde el punto de vista químico, son muy poco reactivos. Por lo general, contienen un número par de átomos de carbono.

Los ácidos grasos saturados más abundantes son el palmítico (hexadecanoico, o C16:0) y el esteárico (octadecanoico, o C18:0). Los ácidos grasos saturados de menos de 10 átomos de C son líquidos a temperatura ambiente y parcialmente solubles en agua. A partir de 12 C, son sólidos y prácticamente insolubles en agua. En estado sólido, los ácidos grasos saturados adoptan la conformación alternada todo-anti, que da un máximo de simetría al cristal, por lo que los puntos de fusión son elevados. El punto de fusión aumenta con la longitud de la cadena.

Los ácidos grasos de cadena impar probablemente derivan de la metilación de un ácido graso de cadena par. En ellos, la simetría del cristal no es tan perfecta, y los puntos de fusión son menores. Ejemplos son el ácido propiónico (C3:0), valeriánico (pentanoico, o C5:0) y pelargónico (nonanoico, o C9:0).

Los lípidos ricos en ácidos grasos saturados constituyen las grasas. Conviene en este punto hacer una distinción entre los términos lípidos, grasas y aceites. Grasas son aquellos lípidos que son sólidos a temperatura ambiente, mientras

que aceites son aquellos lípidos que son líquidos a temperatura ambiente. Tanto los aceites como las grasas son lípidos

Figura 1. Ejemplos de ácidos grasos saturados 3.1.2 Ácidos Grasos Insaturados Tienen uno o varios enlaces dobles en su cadena y sus moléculas presentan codos, con cambios de dirección en los lugares dónde aparece un doble enlace. Los dobles enlaces entre los átomos de carbono pueden tener distintas configuraciones según la orientación espacial de los átomos de H enlazados a estos carbonos. Estas configuraciones son las llamadas Cis o Trans, de acuerdo a que los dos átomos de H estén del mismo lado ó de lados opuestos al plano delimitado por el doble enlace C = C.

Figura 2. Ejemplos de ácidos grasos insaturados

Con mucha frecuencia, aparecen insaturaciones en los ácidos grasos, mayoritariamente en forma de dobles enlaces, aunque se han encontrado algunos con triples enlaces. Cuando hay varios dobles enlaces en la misma cadena, estos no aparecen conjugados (alternados), sino cada tres átomos de carbono. La posición de los dobles enlaces se indica como un superíndice en el segundo múmero. Así, el ácido oleico (9-octadecenoico) se representa como C18:19, y el linoleico (9,12-octadecadienoico) como C18:29,12, y el linolénico (9,12,15-octadecatrienoico) como C18:39,12,15.

Por lo general, las insaturaciones de los ácidos grasos son del tipo cis. Esto hace que la disposición de la molécula sea angulada, con el vértice en la insaturación. Esta angulación hace que los puntos de fusión de las ácidos

insaturados sean más bajos que los de sus homólogos saturados. Los dobles enlaces en trans distorsionan poco la simetría cristalina, que es muy parecida a la de los ácidos grasos saturados.

La configuración en cis o en trans de un doble enlace en la cadena hidrocarbonada también puede indicarse en la nomenclatura abreviada. Así, el ácido

araquidónico

(5,8,11,14-eicosatetraenoico)

se

representa

como

C20:45c,8c,11c,14c ó C20:4 (5c, 8c, 11c, 14c).

Algunos ácidos grasos poliinsaturados (linoleico, linolénico y araquidónico) no pueden ser sintetizados por los animales superiores (incluído el hombre), y como su función biológica es fundamental, deben ser suministrados en la dieta. Por este motivo reciben el nombre de ácidos grasos esenciales.

Figura 3. Diferencias entre ácidos grasos insaturados

Los ácidos grasos insaturados manifiestan las propiedades inherentes al doble enlace:

- Reaccionan fácilmente con ácido sulfúrico para dar sulfonatos, que se emplean frecuentemente como detergentes domésticos.

- Los dobles enlaces pueden adicionar hidrógeno. La hidrogenación catalítica (completa) de los ácidos grasos insaturados constituye la base de la transformación industrial de aceites en grasas sólidas (la margarina es el resultado de la hidrogenación de aceites vegetales).

Los dobles enlaces pueden auto oxidarse con el oxígeno del aire. Es una reacción espontánea en la que se producen radicales peróxido y radicales libres,

muy

reactivos,

que

provocan

en

conjunto

el

fenómeno

de

enranciamiento de las grasas, que resulta en la formación de una compleja mezcla de compuestos de olor desagradable.

E str u c t u r a d e lo s á c id o s gr a s o s in s a t ur a d o s

 

A r a q ui d ó nic o

COOH  COOH L i n olé nic o

COOH L i n oleic o



COOH O l eic o

Figura 4. Estructura de los ácidos grasos insaturados

3 .2 Propiedades de los ácidos grasos

3.2.1Propiedades físicas.

3.2.1.1Solubilidad.

Los ácidos grasos poseen, una porción hidrofilica (el grupo carboxilo -COOH) y una hidrofóbica ( la cadena hidrocarbonada que presenta grupos metileno – CH2- y metilos –CH3 terminales ) por ser mas grande la porción hidrofóbica presenta baja o ninguna solubilidad en agua.

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - COOH + c baja solubilidad

La molécula que tiene mas carbones presenta muy baja solubilidad en agua, mientras que la otra molécula de pocos carbones presenta mayor solubilidad en agua. (6)

Por eso las moléculas de los ácidos grasos son anfipáticas, pues por una parte, la cadena alifática es apolar y por tanto, soluble en disolventes orgánicos (lipófila), y por otra, el grupo carboxilo es polar y soluble en agua (hidrófilo).

En solventes orgánicos, la solubilidad también decrece con el aumento de la longitud de la cadena; pero los ácidos pares e impares muestran alternancia. La solubilidad parece ser mayor en cloroformo y menor en nitroetano y actomitrilo, los ácidos están apreciablemente asociados a solventes no polares. La solubilidad decrece con el aumento de la cadena, pero se incrementa con la instauración (6).

3.2.1.2 Punto de fusión.

Los ácidos grasos saturados su punto de fusión aumentan debido al nº de carbonos, mostrando tendencia a establecer enlaces de Vander Walls entre las cadenas carbonadas. (7).

El punto de fusión de los ácidos grasos es mayor en los que presentan números pares de carbones que el del ácido de numero impar superior (8).

N° C

8

9

10

11

12

13

14

15

p.f °C

16.3

12.3

31.2

28.

43.9

40.5

543.1

51

El punto de fusión en compuestos que contienen doble enlace entre mas aumenten las dobles enlaces se reduce el punto de fusión. (8).El punto de fusión de los ácidos insaturados depende de su instauración y de su número, configuración y posición relativa. Así una serie de ácidos de la misma cadena se fusionan de acuerdo al siguiente orden:

ácido cis- olefinico