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Introducción
En los últimos años, la industria pesquera ha enfrentado varios problemas, uno de los más importantes surgió a raíz del incremento en la producción del pescado, lo que generó un considerable aumento de los residuos con graves daños al medio ambiente. Estos residuos son el resultado de varios procesamientos tradicionales de pescados y mariscos, como son: el congelado, el secado, el ahumado y el enlatado. Los organismos marinos son previamente eviscerados y según lo que se quiere obtener de ellos se elimina por ejemplo la cabeza y la piel, siendo el filete el producto de mayor interés para el consumo humano y con estas acciones se generan los subproductos (Gildberg, 2004; Rustad, Storro & Slizyte, 2011). En el caso de los efluentes, por lo general son descargados en el mar sin ningún tratamiento o valor agregado (Saidi, Saoudi, Amar & Ben, 2018). Aunque el contenido de los efluentes sean sólidos y su composición dependa de la especie utilizada y del tipo de proceso al que fueron sometidos para su transformación, es común que requieran de una alta demanda de oxígeno (Amado, Vázquez, González &Murado, 2013), de los procesos aplicados a los diferentes organismos marinos, el considerado de más utilidad es el enlatado en la elaboración de conservas (Amado, González, Murado & Vázquez, 2016; Massé et al., 2008), ya que favorece la comercialización y el consumo de los productos pesqueros. Sin embargo, durante las diversas etapas de este proceso se generan una gran cantidad de efluentes ricos en diferentes compuestos orgánicos, por ejemplo, durante la etapa de cocción, el agua residual contiene un 65% de ellos (Pacheco-Aguilar, Soto, Ruiz, Carreño & Ríos, 2009), y se ha reportado que aproximadamente el 80% de los mismos son proteínas, compuestos aromáticos, y ácidos grasos (García-Sifuentes et al., 2009a). Otra de las industrias pesqueras importantes es la reductora de pescado, presente en varias partes del mundo. Esta industria se ha expandido considerablemente gracias al incremento en el cultivo de los organismos acuáticos. Uno de los principales fines de la industria reductora de pescado es la producción de harina de pescado que sirve para la formulación de alimento en la acuicultura. Sin embargo, como en cualquier industria, implica varios pasos que generan grandes volúmenes de efluentes (aproximadamente 20-40 m3/h para una planta con capacidad de 100 ton pescado/h) (Afonso & Bórquez, 2003; Hadizadeh, Mehrgan & Shekarabi, 2020). En esta industria, después de la cocción de la materia prima se somete a una etapa de prensado donde se genera un líquido, posteriormente a una centrifugación que produce una emulsión de aceite en agua que va acompañada de proteínas y otros compuestos orgánicos, denominada agua de cola (AC) (Castillo, Rao & Liuzzo, 1987). Esta AC puede llegar a contener hasta un 10% de proteína (Goycoolea, Nieblas, Noriega & Higuera-Ciapara, 1997). Debido a lo anterior, existen una serie de regulaciones para implementar sistemas adecuados en el manejo y tratamiento de los productos desechados (Wang, Aulenbach & Shammas, 2010), con el fin de mitigar el deterioro ambiental que se presenta en las zonas costeras de muchos países. Ahora bien, debido a la heterogeneidad de los residuos presentes en las aguas residuales, se han desarrollado una diversidad de métodos para su tratamiento adecuado (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura [FAO], 2018).
Los tratamientos primarios realizados en las aguas residuales involucran la remoción de los sólidos suspendidos a través de un proceso de sedimentación, coagulación-floculación y flotación (Cristóvao et al., 2015a). Los sólidos, al poseer una alta concentración de proteínas pueden ser sometidos a diferentes tratamientos y ser aprovechados en diferentes tipos de industrias como la de los alimentos, la agroquímica o la farmacéutica (Amado et al., 2013; Sathivel et al., 2003).
En la última década, una de las tecnologías más empleadas para concentrar las proteínas presentes en las aguas residuales de las industrias pesqueras son los procesos de separación por membranas, principalmente la ultrafiltración (Amado et al., 2013; Shukla, Mazahir, Chaturvedi & Agarwal, 2020; Afonso & Bórquez, 2003). Este tipo de tecnología ha permitido obtener proteínas de mayor calidad, tradicionalmente destinadas al consumo animal. Sin embargo, existen varios reportes que mencionan la producción de compuestos con actividad antioxidante, antihipertensiva, antitumoral e hipolipodémica (Amado et al., 2016; Hung, Yang, Kuo & Hsu, 2014). Las ventajas de utilizar este tipo de procedimiento radica en su bajo costo y en la posibilidad de volver a utilizar la membrana por estar construida con materiales orgánicos, plásticos y cerámicos (Nunes et al., 2020).
Por ello, resulta importante examinar y discutir las diferentes técnicas que se utilizan para tratar el AC, y las que se han enfocado en recuperar proteínas y péptidos con propiedades funcionales. La idea central de esta revisión es también evaluar los retos y las oportunidades que hay en torno a la obtención de los productos de interés comercial a partir de las aguas residuales que se generan durante el procesamiento de las especies marinas para el consumo humano, así como de la industria reductora de pescado.
Generación de efluentes en la industria pesquera y su impacto en el medio ambiente
El impacto ambiental en las zonas costeras es muy alto al ser receptoras de diversos tipos de contaminantes. Sin embargo, los de mayor importancia son los residuos que poseen una alta carga orgánica y un alto nivel de nutriente proveniente principalmente de los desechos de la agricultura y la acuacultura (Lomas et al., 2005).
Se ha señalado la responsabilidad de la industria pesquera en más de la mitad de la contaminación ambiental en las costas cercanas a las plantas de procesamiento del pescado, por desechar efluentes que provienen del lavado, el deshielo, el enjuague y la cocción. Estos efluentes presentan una diversidad de componentes químicos, que terminan por contaminar el medio ambiente en donde son descartados (Chowdhury, Viraraghavan & Srinivasan, 2010; Parvathy, Jeyakumari & Zynudheen, 2017). Cabe resaltar que según el tipo de tratamiento post-captura, que por lo general es el tradicional, y los procesos industriales aplicados a los residuos para su transformación se obtiene entre un 20 a un 60% de ellos (FAO, 2018; Rustad, Storro & Slizyte, 2011). En la Figura 1 se muestra el esquema de la obtención del agua de harina de pescado en el que los productos finales son la harina y el aceite de pescado, además del agua de cola.
(Modificado de Gómez et al., 2022)
Figura 1 Esquema del proceso para la obtención de la harina y el aceite de pescado, además del agua de cola.
Las distintas tonalidades que puede tomar el efluente (coloraciones intensas amarillo-verdoso o crema) y el fuerte olor que poseen las aguas residuales de la industria procesadora de pescados, son por las variaciones de las propiedades biológicas y las fisicoquímicas de este residuo (salinidad, oxígeno disuelto, demanda bioquímica del oxígeno y nutrientes, entre otros) (Afonso & Bórquez, 2003). Se ha observado que en las columnas de agua y los sedimentos donde las aguas residuales son arrojadas, la concentración de la materia orgánica y la turbidez es mucho mayor que en los lugares libres de este residuo. El problema radica en que este contaminante no es degradado y permanece por un largo tiempo formando parte de los problemas más comunes en las zonas donde se ubican estas empresas (Castro, Álvarez, Gómez & López, 2020; Chowdhury et al., 2010; García-Sifuentes, Pacheco-Aguilar, Carvallo-Ruiz, Lugo-Sánchez & García Sánchez, 2014).
En cuanto a los principales componentes identificados en los efluentes se encuentran las proteínas, los lípidos y la sal. Generalmente, los residuos de la cocción en la industria pesquera contienen entre 10-20 g/L de la demanda química de oxígeno (DQO), residuos de carbohidratos (en menor concentración) y 20-30 g/L de sal (Massé et al., 2008). En la Tabla I se muestra un resumen de los principales contaminantes detectados en los efluentes generados por diferentes plantas procesadoras de productos pesqueros y se aprecia que los niveles de materia orgánica, medida a través de la demanda química y biológica del oxígeno (DQO y DBO) son sumamente altos. En los efluentes de sardinas, se observa que la DQO y la DBO son de hasta un 15.76 g/L mayor que la reportada para los efluentes del hervido de sepia de la industria reductora de sardina y de la cocción del camarón. En cuanto a los contaminantes el más común es la proteína insoluble con 11 g/L y presencia de sólidos muy variables, algunos investigadores afirman que el agua de cola se comporta como un fluido no newtoniano (Goycoolea et al., 1997) cuyos sólidos se encuentran entre un 6 y 44%. El comportamiento de este fluido se asemeja a un pseudoplástico por la modificación en su viscosidad, la alteración en su salinidad y el contenido nutrimental del sedimento, así como el agua de mar de la zona (García-Sifuentes et al., 2009a).
Tabla I Demanda Química y Biológica del Oxígeno (DQO, DBO) en función del contenido de la materia orgánica en los efluentes del procesamiento de las especies pesqueras
| Fuentes | Contaminantes | DQO | DBO | Referencias |
|---|---|---|---|---|
| Jugo de la cocción del camarón | Materia orgánica 1 g/L | 1.14 g /L | - | (Bourseau et al., 2014) |
| Aguas residuales de la industria del pescado enlatado | Proteína 0.70-0.84 g/L | 2.90-4 (g/L) | 1.10-1.30 (g/L) | (Castro et al., 2020; García-Sandá, Prieto & Lema 2004) |
| AC de la industria reductora de la sardina | Totales de sólidos 9.2% Proteína 5.8% | 131.2 (g/O2/L) | 48.5 (g /O2 /L) | (Garcia-Sifuentes, Aguilar, Gisela & Ruiz, 2011) |
| Efluente de hervido del procesamiento industrial de la sepia (Illex argentinus) | Proteína soluble 3.45 (g/L ) | 3.22 (g/O2/L) | (Amado et al., 2013) | |
| Aguas residuales de la cocción del camarón (Penaueus vannamei) | Proteína soluble 3.09 ± 0.16 (g/L) | 0.767 (g/ O2/L) | - | (Amado et al., 2016) |
| Efluente del procesamiento de la sardina (Sardinella sp.) | Nitrógeno Kjeldahl total 0.13 (g/L) Sólidos totales 2.27 (g/L) | 6-15.76 (g/L) | 2.12 (g/L) | (Ramírez-Duarte, Jin, Kurobe & Teh, 2016) |
| Salmueras del marinado del arenque (Clupea harengus) | Total de sólidos suspendidos 16 (g/L) | 124 (g/L) | 23 (g/L) | (Gringer et al., 2014) |
| Efluentes de la industria procesadora de atún en conserva | Total de sólidos suspendidos 5 (g/L) | 2.56 (g/L) | 2.29 (g/L) | (Leal et al., 2015) |
| AC de la sardina crinuda (Sardinops sagax) y de la sardina Monterrey (Opisthonema libertate) | Sólidos totales 11.2 ± 0.05 g/L Proteína 5.2 ± 0.34 g/L | 0.09 ± 0.004 (mg/ O2/L) | 0.04 ± 0.0031 (g/ O2/L) | (Valdez-Hurtado, Goycolea-Valencia & Márquez-Ríos, 2018) |
Tratamientos para las aguas residuales
Son varias las metodologías que han sido descritas en la literatura para el tratamiento de los efluentes derivados de la industria procesadora de pescado. Sin embargo, las más aplicadas son los procesos de ultrafiltración, el sistema de flotación por aire disuelto, la evaporación al vacío, la centrifugación, la precipitación fisicoquímica y el tratamiento aerobio. El pretratamiento y el tratamiento primario comprenden la incorporación de agentes químicos, biológicos y fuerza mecánica (cribado, ajustes de flujo, neutralización, flotación por aire y sedimentación).
Los tratamientos preliminares tienen como objetivo eliminar las grasas, proteínas y sólidos (huesos, carne, escamas y otros residuos de materia orgánica), porque aumentan significativamente la DBO y dificultan la eficiencia de posteriores tratamientos con agentes biológicos (Graciano-Verdugo et al., 2014; García-Sifuentes et al., 2009b). En la Tabla II se ven los estudios efectuados para el tratamiento de aguas residuales provenientes del procesamiento de los productos de la pesca. El diseño de un tratamiento específico para aguas residuales de la industria pesquera tiene sus inconvenientes, ya que varían considerablemente por hora, por día, semana, temporada de pesca y el organismo en proceso, por ende, lo primero es realizar un muestreo y un análisis fisicoquímico del agua. Para el muestreo se sugiere hacerlo cada hora durante un lapso de 24 horas con el fin de identificar los picos de carga contaminante, así como el flujo y duración de éstos (Caseres, 2012; Vázquez-Burgos et al., 2019). En cuanto a la caracterización, (concentración de sólidos, materia orgánica y nutrientes) es conveniente el análisis del pH y temperatura del efluente porque los principales parámetros operacionales seleccionados para la aplicación de cualquier tratamiento dependen del pH, temperatura y el tiempo de retención hidráulico del agua residual (Guerrero, Omil, Mendez & Lema, 1998). Reducir la contaminación no es un reto fácil, la eliminación y disposición de los desechos provenientes de la industrialización de productos de la pesca, no solo plantea problemas ambientales, sino también económicos y logísticos, en algunos casos no se cuenta con la infraestructura necesaria para realizar el tratamiento de manera adecuada (Cristóvao et al., 2015b).
Tabla II Tratamiento a los efluentes de la industria pesquera.
| Estudios | Sistemas | Métodos | Resultados | Referencias |
|---|---|---|---|---|
| Efluentes de la industria harinera | Ultrafiltración por membranas | Físico |
|
(Afonso, Ferrer & Bórquez, 2004) |
| Proteínas de pescado en aguas residuales | Ajuste del pH al punto isoeléctrico por adición de los ácidos | Fisicoquímico |
|
(Genovese & González, 1998) |
| AC del arenque | Ajuste del pH con los ácidos y el tratamiento térmico por aplicación de calor | Fisicoquímico |
|
(Castillo et al., 1987) |
| Aguas de desecho de la industria del atún | Biorreactores aerobios y anaerobios | Biológico |
|
(Achour, Khelifi, Bouazizi & Hamdi, 2000) |
| AC de la industria pesquera | Tratamiento enzimático (Alcalasa y Neutrasa) | Químico |
|
(Jacobsen, 1985) |
| AC de la industria reductora de la sardina | Centrifugación, Ajuste del pH y la Ultrafiltración, | Fisicoquímico |
|
(Garcia-Sifuentes et al., 2011) |
| Aguas residuales de la industria harinera de pescado | Floculación y aplicación de los biopolímeros | Fisicoquímico |
|
(Arias-Lizárraga & Méndez-Gómez, 2014) |
| AC de la industria reductora de la sardina | Centrifugación y ajuste del pH en la zona ácida y alcalina | Fisicoquímico |
|
(García-Sifuentes et al., 2014) |
| Aguas residuales del pescado enlatado | Reactor biológico con lodos activados | Biológico |
|
(Cristóvao et al., 2015a) |
| AC de la sardina crinuda (Sardinops sagax) y de la sardina Monterrey (Opisthonema libertate) | Centrifugación complementaria | Físico |
|
(Valdez-Hurtado et al., 2018) |
| AC de la industria sardinera | Centrifugación suplementaria y el uso de las enzimas de las vísceras de la sardina | Fisicoquímico |
|
(Pacheco-Aguilar et al., 2018) |
| AC de la industria harinera de la anchoveta (Engraulis mordax y Cetengraulis mysticetus) | Ultrafiltración por membranas, Ajuste del pH y adición de los ácidos y los pulsos ultrasónicos | Fisicoquímico |
|
(Cadena-Cadena et al., 2022) |
Efluentes de la industria reductora
En México, las pesquerías industriales de mayor generación de residuos son las del camarón, el atún y la sardina, cuyas aguas residuales tienen una gran cantidad de partículas contaminantes disueltas (Leal, Panta, Ferrín, Cabo & Rodríguez, 2015; Pacheco-Aguilar et al., 2009). Estas industrias han tenido la capacidad de crear una gran infraestructura en los puertos y convertirse en el pilar del desarrollo económico de la región. Sin embargo, una de las consecuencias de este crecimiento es la contaminación de las bahías. En Guaymas y Yavaros en el año 2000 se vertieron, en ellas, cerca de 120,000 t de AC con más de 8,700 t de sólidos disueltos (García-Sifuentes et al., 2009a). Se sabe que una empresa productora de harina de pescado puede llegar a producir más de 4,000 t de AC por año. Los desechos de pescado después del procesamiento alcanzan hasta 45 millones de toneladas lo que representa más del 65% del mismo y en la mayoría de las ocasiones no se dispone de un adecuado manejo de los subproductos (Gómez, Lara & Valenzela, 2022). Los residuos provenientes de la industria reductora de sardina (harina de pescado) son considerados los principales causantes del deterioro directo de los esteros y las bahías aledañas debido a la descarga de los efluentes como la sanguaza, las aguas de sentina, y el AC (García-Sifuentes et al., 2009a). Esta última genera mayor contaminación en los ecosistemas marinos porque representa entre el 50 y el 70% del peso de la materia prima antes del proceso de reducción para la elaboración de la harina (Bechtel, 2005).
Por lo general el AC tiende a acumular materia insoluble en la superficie cuando se le deja en reposo (Del Valle & Aguilera, 1991). Habitualmente está conformada del 8-10% de sólidos totales, 5.6% de proteína, 0.6% de grasa, 1.8% de cenizas y 92% de humedad (Goycoolea et al., 1997). En la Tabla III se muestra la composición proximal en base seca y húmeda del AC resultado del procesamiento de la harina de diversas especies de pescados. El análisis de la composición proximal del AC proveniente de una mezcla de sardina Monterrey (Sardinops sagax caerulea), anchoveta california (Engraulis mordax), anchoveta del Pacífico (Cetengraulis mysticetus) y macarela (Scomber japonicus) recolectada en Guaymas, Sonora, México reporta valores del: 9.2%, 5.8%, 1.6% y 1.4% para contenido de sólidos totales, proteína, ceniza y grasa, respectivamente (García-Sifuentes et al., 2014b). A partir de la mezcla de los subproductos del bacalao, del abadejo de Alaska y del salmón, se obtuvo un contenido de proteína del 86.16 y 82.07%, respectivamente (Bechtel, 2005). Estos resultados son más altos que los reportados para las aguas de cocción del camarón (53%) (Pérez-Santín, Calvo, López-Caballero, Montero & Gómez-Guillén, 2013), para los del AC del atún, la anchoveta y el pescado silvestre (65%) (Cadena-Cadena et al., 2022; Wu et al., 2018) y que para los del AC de la sardina y el jugo de cocción del atún (56%) (Martínez-Montaño et al., 2021), así como para los de Kilka clupeonella (70%). Esta variación puede ser atribuida a diversos factores como la formación de los complejos de proteína-quitina, proteína-lípidos o proteína-pigmentos, a la especie de pescado, a la época de captura, a las condiciones fisiológicas del organismo (el estado sexual de la población), a las condiciones de almacenamiento y de operación durante la elaboración del producto final, lo que resulta en un incremento de la concentración proteica (Bechtel, 2005; Mahdabi & Hosseini Shekarabi, 2018; Martínez-Montaño et al., 2021).
Tabla III Contenido proximal de los efluentes de la producción de la harina de pescado de diversas especies.
| Fuentes | Sólidos totales (%) | Humedad (%) | Proteína (%) | Grasa (%) | Ceniza (%) | Referencias |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AC de la sardina Monterrey, anchoveta california, anchoveta del Pacífico y macarela. | 9.2 | 5.8 | 1.4 | 1.6 | (Garcia-Sifuentes et al., 2011) | |
| AC de Sardinops sagax caerulea, Engraulis mordax, Cetengraulis mysticetus y Scomber japonicus | 9.5 | - | 4.7 | 1.8 | 1.7 | (García-Sifuentes et al., 2014) |
| AC de la sardina Monterrey (Opisthonema libertate) | 9 | 91 | 3 | 5.1 | 1.4 | (García-Sifuentes et al., 2009 b) |
| AC de la sardina crinuda (Sardinops sagax) | 11.2 | 88.8 | 5.2 | 2.2 | 2 | (Valdez-Hurtado et al., 2018) |
| Base seca | ||||||
| Sardinops sagax caerulea, Engraulis mordax, Cetengraulis mysticetus y Scomber japonicus precipitados con HCl | - | - | 69.7 | 13.9 | 8.2 | (Garcia-Sifuentes et al., 2009b) |
| Sardinops sagax caerulea, Engraulis mordax, Cetengraulis mysticetus y Scomber japonicus precipitados con TCA | - | - | 76.7 | 12.1 | 8.2 | (Garcia-Sifuentes et al., 2009b) |
| Bacalao y abadejo de Alaska | - | 3.41 | 86.16 | 2.59 | 13.92 | (Bechtel, 2005) |
| Salmón | - | 5.82 | 82.07 | 1.80 | 10.61 | (Bechtel, 2005) |
| Anchoveta (Engraulis mordax y Cetengraulis mysticetus) | 9.0 | 53.8 | 54.8 | 0.8 | 7.2 | (Cadena-Cadena et al., 2022) |
Recuperación de las proteínas en aguas residuales del procesamiento de pescado
La industria de los alimentos es una de las principales consumidoras de agua debido a que se utiliza como un ingrediente principal, hasta en los procesos de limpieza. La importancia de la huella hidríca dio lugar a que en el año 2013 se consumiera el 12% del agua que emplea la industria en el continente europeo con una tendencia al aumento en los años 2020 al 2022 debido a los efectos del COVID-19 (Lucas & García, 2018; Elmaslar-Özbas, Akın, Güneysu, Özcan, & Öngen, 2022). Se estima que en algunas industrias pesqueras el 60% del volumen del efluente corresponde al agua de lavado, que contiene más del 70% de las proteínas (6 g/L) del pescado (Bourseau, Massé, Cros, Vandanjon & Jaouen, 2014; Jaouen & Quéméneur, 1992). Estos efluentes pueden ser concentrados para obtener biomoléculas de interés presentes en ellos (García-Sifuentes et al., 2009a). Existen diversos métodos para concentrar las proteínas y su utilización, sin embargo, una de las mejores técnicas para recuperarlas es la ultrafiltración con membranas (UF). Esta metodología ha demostrado ser útil en su recuperación de aguas residuales de la producción de surimi (Tacharatanamanee, Cherdrungsi & Youravong, 2004). Además, se ha demostrado que estas proteínas obtenidas por lavado del surimi, con membranas, presentan propiedades funcionales similares a las recuperadas de la pasta del surimi (Lin, Park & Morrisey, 1995; Mameri et al., 1996). En otro estudio, se utilizó la técnica de nanofiltración y se pudo recuperar entre un 19 y un 70% de las proteínas del proceso de lavado de sardina con soluciones salinas, estas proteínas podrían ser reincorporadas en la producción de alimentos para aumentar el rendimiento (Dumay, Radier, Barnathan, Bergé & Jaouen, 2008; Yeong, Mohammad, Anuar & Rahman, 2002).
Algunos de los aspectos más importantes que deben de ser tomados en cuenta una vez que se decide trabajar con membranas de filtración, es el corte del peso molecular y el material con el que ha sido fabricada la membrana. En un estudio llevado a cabo en el Fishery Industry Technology Center en Kodiak, Alaska, lograron recuperar aproximadamente el 80% de las proteínas de las aguas residuales de la producción de surimi empleando membranas de cerámica y poliméricas de la serie PAN M (nitrilo poliacrílico) con corte de peso molecular de 50 kDa y diferentes contenidos de humedad (Stine, Pedersen, Smiley & Bechtel, 2012).
Aplicación de los efluentes pesqueros en la agricultura y la acuicultura
A los subproductos que forman el sedimento después del tratamiento de las aguas residuales de la industria pesquera se les denomina lodos. En el caso de los alimentos cuando el tratamiento es mayor, el lodo resultante es más complejo. La producción de lodos es el resultado de la influencia de los microorganismos, de la acumulación de la materia en suspensión y de la acumulación de la materia orgánica no biodegradable (Liu, 2008; Pedreño, Herrero, Lucas & Beneyto, 1995). La cantidad de lodo acumulada alcanza la cifra de 4,000 toneladas anuales que van a parar al relleno sanitario o a la laguna de contención. Sin embargo, ya no es suficiente el retenerlos de esta manera por eso se han buscado alternativas para su utilización, el uso de este subproducto como fertilizante es una buena opción por ser un sedimento rico en minerales como N y P en mayor proporción y Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn y Mo, en cantidades menores, lo que indica una acertada opción como fertilizante (Ahuja, Dauksas, Remme, Richardsen & Loes, 2020; Pedreño et al., 1995). En el cultivo de tomate con la adición de 0.5 Kg/m2 se tuvo un efecto benéfico tanto en la producción como en la recuperación del suelo. La adición del 20% del lodo a los suelos produjo un efecto de estimulación en el crecimiento y la producción de la biomasa independiente de la fecha de aplicación (Liu, 2008). En otro estudio se encontró un aumento del 50 al 80% en la absorción de nitrógeno en la cebada en comparación con los fertilizantes minerales y el estiércol de lechería (Brod, Oppen, Kristoffersen, Haraldsen & Krogstad, 2017).
Entre las cualidades de los lodos que destacan al utilizarlos como sedimentos están la disminución de la densidad aparente, un incremento de la retención del agua, las propiedades químicas por el aporte de materia orgánica y nutrientes que mejoran la productividad del terreno con un incremento de los productos agrícolas y la reducción de sus costos por la disminución del consumo de fertilizantes químicos (Radziemska, Vaverková, Adamcová, Brtnický & Mazur, 2019). Sin embargo, todavía existe incertidumbre sobre las consecuencias de utilizar las aguas residuales como fertilizantes en los cultivos, principalmente por la presencia de metales pesados como el mercurio o el plomo. No obstante, parece que la cantidad de metales pesados provenientes de las aguas residuales de la industria alimentaria es reducido, lo que las hace ideales para este fin (Lucas & García, 2018) y aunque son una muy buena alternativa para ser reusados en el sector agrícola como fertilizante orgánico, estos varían dependiendo de varios factores como son el tipo de procesos que se realizan en las plantas de alimentos, en los tratamientos de aguas residuales y en la temporada de captura. Del mismo modo, existe una variación en los valores equivalentes de P y N en los fertilizantes, ya que no se conocen para todos los productos y tampoco se incluyen en las tasas de aplicación. Esto significa que las necesidades agronómicas y ecológicas no se optimizan a escala agrícola (Shi et al., 2021). Por otro lado, algunos autores mencionan que el uso de los lodos como fertilizante está condicionado, a un análisis periódico de metales pesados, esto debido a las secuelas que afectarían a la cadena alimenticia con su adición (Shoushtarian & Negahban-Azar, 2020; Sharma, Sarkar, Singh & Singh, 2017).
En otras industrias, como en la de la acuacultura, se puede utilizar el AC como alimento de engorda, incluso hasta sustituir totalmente la dieta de los organismos acuáticos. La fracción soluble de las proteínas de origen marino tiene un papel importante en el rendimiento de los peces, especialmente en aquellos a los que se les suministran dietas con bajo contenido de harina de pescado y altas cantidades de proteínas de origen vegetal (Aksnes, Hope, Jönsson, Björnsson & Albrektsen, 2006). En la Tabla IV se mencionan algunos de los estudios efectuados en la implementación del AC para reemplazar parcial o totalmente la harina de pescado en la dieta de los organismos acuáticos. Esto, porque se ha documentado que la presencia de biomoléculas como los aminoácidos en el AC favorecen el desarrollo de los peces de cultivo (Kousoulaki et al., 2009). El uso del AC para la elaboración de ingredientes proteínicos hace más atractivo el alimento al mejorar su palatabilidad, por lo que es muy recomendable en la acuacultura (Sathivel & Bechtel, 2006). Algunos estudios demuestran que la incorporación de los preparados del AC en la dieta para animales de engorda influye de manera significativa en la ganancia de peso. De esta manera se pone en evidencia una solución al recuperar y encontrarles una aplicación a las proteínas de un efluente altamente perjudicial para el medio ambiente (Hulan, Proudfoot & Zarkadas, 1987).
Tabla IV Estudios de suplementación del agua de cola en la dieta de los organismos en cultivo
| Organismos | Tratamientos | Resultados | Referencias |
|---|---|---|---|
| Salmón del Atlántico (Salmo salar) | Adición al agua de cola de los subproductos de abadejo de Alaska, bacalao y salmón. |
|
(Bechtel, 2005) |
| Salmón del Atlántico (Salmo salar) | Adición del 5% de agua de cola en la dieta de los peces |
|
(Espe, Lemme, Petri & El-Mowafi, 2006) |
| Salmón del Atlántico (Salmo Salar) | Inclusión de diferentes niveles de agua de cola concentrada en la dieta |
|
(Kousoulaki et al., 2009) |
| Pez cabeza de serpiente rayada, Channa striata (Bloch) | Inclusión de diferentes niveles de condensado de agua de cola en la dieta |
|
(Wattanakul, Wattanakul, Thongprajukaew & Muenpo, 2017) |
| Bagre amarillo (Pelteobagrus fulvidraco). | Incorporación para dieta de los hidrolizados de agua de cola evaporada que provienen de los subproductos del atún, la anchoveta y las especies silvestres de pescado del este de China |
|
(Wu, Duangmanee, Zhao, Juntawong & Ma, 2016) |
| Tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) | Reemplazado de harina de pescado por diferentes niveles de agua de cola condensada en la dieta para peces |
|
(Wattanakul, Wattanakul & Thongprajukaew, 2019) |
| Anguila de campo de arroz (Monopterus albus) | Incorporación de los hidrolizados comerciales de agua de cola en la dieta para anguila |
|
(Shi et al., 2019) |
Solubles de pescado
El AC puede ser tratada y evaporada para elaborar solubles de pescado (SP) y reincorporarlos en la harina para incrementar el contenido de proteína y producir lo que se conoce como harina de pescado entera, que actualmente contienen entre un 8 a un 15% de SP (Jones, 2017) y alrededor del 30% son derivados del AC (Kousoulaki et al., 2009). Además, los SP pueden ser utilizados como ingredientes para mejorar las características sensoriales de la dieta en los peces (Hertrampf & Piedad-Pascual, 2000).
Con respecto al uso del AC en el suplemento para una dieta con fines acuícolas, se ha sugerido que, si una porción o todo el contenido de la harina puede ser reemplazado con otra fuente de proteína de alta calidad, contribuirá en gran medida a minimizar el impacto ambiental al mismo tiempo que se promueve el desarrollo de la industria acuícola de manera sostenible (Miles & Chapman, 2006). En este sentido, se comprobó que el AC de los subproductos de (cabezas y vísceras) de pescado de salmón rojo (Oncorhynchus nerka) puede ser una opción viable para la elaboración de SP, siempre y cuando se tomen en cuenta las elevadas concentraciones de aminas biogénicas presentes en las mismas (Wu, Nigg, Stine & Bechtel, 2011). Por otra parte, y con la finalidad de expandir el mercado al aumentar el valor agregado de este subproducto, se han propuesto a los SP como fuente proteica para la producción de hidrolizados de pescado (Nilsang, Lertsiri, Suphantharika & Assavanig, 2005). En las últimas décadas se ha estudiado la capacidad que tienen estos hidrolizados para mejorar las propiedades funcionales de los alimentos, así como de los diversos subproductos pesqueros que pueden ser utilizados como fuente para la obtención y recuperación de los compuestos bioactivos.
Hidrolizados bioactivos
Ante la constante explotación de los recursos acuícolas, crecimiento demográfico, y problemas ambientales, surge la necesidad de maximizar el aprovechamiento de los recursos naturales mediante el diseño y optimización de procesos que permitan la utilización de fuentes alternas de proteínas de calidad y el reciclaje del agua como por ejemplo la reutilización de aguas de salmuera que aumentan la calidad y la producción de los compuestos bioactivos (Szymczak, Felisiak & Szymczak, 2018). Sin embargo, el creciente aumento en la generación de desechos pesqueros, también ha planteado nuevos retos en la reducción del impacto ambiental y seguridad alimentaria tanto en la comunidad científica, como en las industrias alimentaria y la farmacéutica; las cuales, en las últimas décadas han centrado el desarrollo científico y tecnológico en la obtención de hidrolizados proteicos de pescado con propiedades funcionales y bioactivas (Chalamaiah, Hemalatha & Jyothirmayi, 2012; Wu et al., 2018).
Los residuos con gran potencial de aprovechamiento son los efluentes generados durante el procesamiento de los organismos acuáticos. En ellos se encuentran desde vitaminas y péptidos hasta aminoácidos con actividad biológica de interés comercial (García-Sifuentes et al., 2009a). En algunos casos, tanto el volumen como la concentración de estas biomoléculas en los efluentes, van a depender de factores como la composición del organismo, los aditivos añadidos, la calidad del agua del proceso y las condiciones del mismo (Gringer, Osman, Nielsen, Undeland & Baron, 2014).
Actividad antioxidante y antihipertensiva
En los últimos años se ha visto un creciente interés en la identificación de nuevas fuentes alternativas de origen natural, para la obtención de biomoléculas antioxidantes y antihipertensivas con el fin de emplearlas contra la hipertensión que es el principal factor de riesgo de una enfermedad cardiovascular y prevenir la presión arterial alta a través de la dieta (Lira, 2015). Es por esto que, se han llevado a cabo diversos estudios para determinar las propiedades bioactivas de los compuestos recuperados mediante UF de aguas residuales, generadas durante el procesamiento de algunas especies pesqueras como: los cefalópodos, los crustáceos, y las variedades de pescado (Vildmyren et al., 2018; Wu et al., 2018). El uso de las membranas de filtración enriquece la concentración de las proteínas con una mayor cantidad de péptidos, con actividad antioxidante e inhibe a la enzima convertidora de angiotensina (ECA) (Amado et al., 2013). Otros estudios en los que se encontraron componentes antioxidantes y antihipertensivos con potencial de aplicación en la formulación y desarrollo de alimentos funcionales, se encuentran citados en la Tabla V.
Tabla V Actividad antioxidante y antihipertensiva de los hidrolizados proteicos de los efluentes residuales del procesado de las especies pesqueras
| Estudios | Sistemas | Resultados | Referencias |
|---|---|---|---|
| Jugo de la cocción del atún (Thunnus tonggol) | Hidrólisis enzimática con Orientasa de (Bacillus subtilis) |
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(Hsu, Lu & Jao, 2009) |
| Efluentes del descongelado, ablandamiento, hervido y gelación de sepia (Illex argentinus) | UF-Hidrólisis enzimática |
|
(Amado et al., 2013) |
| Agua de la cocción del camarón (Penaeus spp.) | Centrifugación |
|
(Pérez-Santín et al., 2013) |
| Salmueras del marinado del arenque (Clupea harengus) | Ajuste del pH-UF |
|
(Taheri et al., 2014) |
| Salmueras del marinado del arenque (Clupea harengus) | - |
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(Gringer et al., 2016) |
| Agua de la cocción del camarón (Penaueus vannamei) | UF-Hidrólisis enzimática |
|
(Amado et al., 2016) |
| Salmueras del marinado del arenque (Clupea harengus) | - |
|
(Gringer et al., 2016) |
| Agua de cola de la industria de la harina de pescado | Hidrólisis enzimática con alcalasa y novozymes |
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(Mahdabi, Hosseini & Shekarabi, 2018) |
| AC de la industria harinera de la anchoveta (Engraulis mordax y Cetengraulis mysticetus) | Auto-hidrólisis y pulsos ultrasónicos |
|
(Cadena-Cadena et al., 2022) |
Es importante enfatizar, que la diversidad de los compuestos encontrados en estos efluentes, no solo dependen del tipo de organismo sino del procesamiento que recibe para la obtención del producto final. Por tanto, es posible extraer proteínas y péptidos de bajo peso molecular, derivadas de la degradación de las proteínas de mayor tamaño y relacionadas con el proceso de producción aplicado y a la actividad proteolítica de las enzimas, que se puede ver incrementada por la presencia de los aditivos añadidos (Gringer et al., 2016).
Por consiguiente, el uso de membranas de UF en los efluentes para obtener productos escandinavos a partir del arenque marinado del que provienen las salmueras en el periodo final de su maduración da como resultado una intensa actividad antioxidante (Tabla V), atribuyendo la propiedad a su alto contenido de aminoácidos, péptidos, proteínas y compuestos fenólicos (Gringer et al., 2014, 2016; Taheri, Farvin, Jacobsen & Baron, 2014). La actividad antioxidante puede variar considerablemente, sin embargo, en la obtención de los péptidos de los calamares mediante la hidrólisis con tripsina se generó una mayor actividad antioxidante que con la hidrólisis de pepsina aumentada tras la incubación con las proteasas (Shavandi et al., 2017). Por otro lado, se sabe que las fracciones de los compuestos de bajo peso molecular y el contenido de los aminoácidos tienen un papel crucial en la potenciación de la actividad antioxidante (Gringer et al., 2014). En varios estudios se ha atribuido la actividad antioxidante al contenido de los aminoácidos libres como: Leu 6.9-11.6%, Isoleucina 2.7-4%, Lisina 7.4-11.4 % y Valina 2.9-6.3%. Así como una considerable cantidad de aminoácidos no esenciales como: la Alanina 2.9-12.1%, la Glicina 2.9- 10.3%, la Prolina 1.3-1.9% y el Ácido glutámico 5.6-12.7 %; con capacidad antioxidante en hidrolizados de arenque (Sathivel & Bechtel, 2006). Por lo que se concluyó que las salmueras producto del arenque marinado tienen un gran potencial para ser utilizados como de valor agregado en los suplementos dietarios, y como aditivos para prevenir la oxidación de los lípidos en los alimentos.
Otras aplicaciones
En años recientes se ha observado una prevalencia en el surgimiento de microorganismos altamente resistentes a los medicamentos, así como una creciente preocupación en el uso de preservativos alimentarios de origen sintético por sus posibles efectos adversos a la salud. Esto ha conducido a la búsqueda de nuevas fuentes y compuestos naturales con propiedades antimicrobianas capaces de ser implementadas en el control y eliminación de las bacterias patógenas y causantes del deterioro de los alimentos, que se traduce en pérdidas económicas y nuevos retos en materia de seguridad alimentaria. En este sentido, se ha propuesto aprovechar los subproductos pesqueros ricos en proteína para la obtención de los hidrolizados y las fracciones peptídicas que puedan ser útiles en el desarrollo de nuevos fármacos y aditivos alimentarios para el control de una gran variedad de microorganismos (Zamora-Sillero, Gharsallaoui & Prentice, 2018; Zhang et al., 2022).
Los desechos del pescado pueden ser utilizados para producir una gran variedad de productos de valor agregado, por ejemplo: pigmentos naturales, cosméticos e inclusive biodiésel, entre otros (Rahman, Islam, Hassan, Kim & Ahmad, 2019). Se ha demostrado que es posible obtener xantinas (pigmentos rosa-rojo) de efluentes de la industria pesquera mediante su adsorción de las escamas del pescado (Stepnowski, Olafsson, Helgason & Jastorff, 2004; Zhang et al., 2022). Por otro lado, ya se ha sugerido el uso de efluentes de las granjas de pescado para la producción del biogás (Lanari & Franci, 1998). Al mismo tiempo se ha estudiado el efecto de la combinación de las tecnologías de electrofloculación (EF), pulsos ultrasónicos y UF con una recuperación de más del 90% (Gringer et al., 2014; Zhang et al., 2022) de moléculas de interés comercial como: Zn, Fe, Mg, Ca, P y N, ácidos grasos esenciales O-3 y compuestos fenólicos.
En líneas anteriores se mencionó que el AC, entre otros efluentes de la industria procesadora de productos pesqueros contiene una gran cantidad de moléculas solubles y de tejido conectivo (Bechtel, 2005; García-Sifuentes et al., 2009; Wu & Bechtel, 2012), que pueden ser útiles para el diseño de nuevos materiales poliméricos. Actualmente existen una gran cantidad de efluentes de la industria pesquera que no han sido estudiados y pueden tener un gran potencial para la extracción de compuestos bioactivos y de interés comercial; así como para evaluar la actividad biológica de los compuestos derivados de estos fluidos con fines terapéuticos, desarrollo de fármacos, aplicaciones tecnológicas o aditivos naturales para los alimentos.
Conclusiones
Los efluentes de la industria procesadora de productos de la pesca especialmente la reductora, son las principales causas del deterioro ambiental en los cuerpos de agua y ecosistemas cercanos a las zonas de descarga. La tecnología de membranas de UF parece ser una opción viable en el tratamiento y concentración de los compuestos funcionales y bioactivos de los efluentes de la industria pesquera, ya que estas presentan una elevada tasa de recuperación de las proteínas, los aceites y los minerales de alto valor comercial y nutricional. Sin embargo, aún se necesitan estudios que investiguen la aplicación tecnológica o funcional de estos compuestos; así como evaluar su toxicidad para ser considerados como sustancias inocuas en la elaboración de fármacos, de cosméticos y de aditivos alimentarios, entre otros. Utilizar los efluentes de desecho de la industria pesquera como fuente de compuestos bioactivos puede ayudar a la preservación de otras especies o fuentes convencionales y con ello contribuir a la seguridad alimentaria. Además, es necesario hacer énfasis en el desarrollo de los procesos y las tecnologías que permitan un mejor aprovechamiento de los recursos de la pesca de una manera más responsable; así como aumentar el valor agregado de los desechos y minimizar el impacto ambiental que estos tienen, fomentar con ello una cultura de desarrollo sustentable que al mismo tiempo permitirá contribuir al tratamiento de las aguas de desecho industrial y reducir los costos que esto conlleva.
