Hidrolizado proteico de pescado
1. Definición de hidrolizado proteico
Los hidrolizados de proteína de pescado (HPP) son
bioproductos obtenidos del aprovechamiento eficiente de los residuos generados
de la industria pesquera y/o acuícola, permitiendo la solubilización de la
fuente de proteína para mejorar su valor biológico y nutricional (Chalamaiah et
al., 2012; He et al., 2013; Quinto et al., 2018), siendo su presentación final
en polvo y de coloración blanco cremoso, aunque algunas veces puede ser en
forma líquida (He et al., 2013; Villamil et al., 2017).
Bioquímicamente, la hidrólisis de proteínas
consiste en la escisión de enlaces peptídicos para obtener aminoácidos libres y
péptidos de bajo peso molecular (conteniendo entre 2 – 20 aminoácidos) y cada
enlace roto consume una molécula de agua (Halim et al., 2016; Villamil et al.,
2017). Como resultado de este proceso, presentan mayor facilidad de absorción
por los enterocitos en comparación con las macromoléculas de alto peso
molecular, haciéndolos altamente digestibles (Mamauag et al., 2016; Quinto et
al., 2018).
2. Materia prima de HPP
Las materias primas para los HPP provienen de los
residuos del procesamiento pesquero, y éstas pueden provenir de tres
componentes principales del pescado.
Músculo: Está referido principalmente a la parte oscura
del pescado, rico en proteínas estructurales, miofibrilares y sarcoplasmáticas,
que contienen todos los aminoácidos esenciales, entre los que predominan
lisina, fenilalanina y valina. No obstante, tiene un valor limitado debido a su
oxidación potencial, pudiendo causar inconve-nientes en el consumidor, por lo
que presenta un bajo valor de mercado (Chalamaiah et al, 2012; Halim et al.,
2016). Representa entre el 15 – 20% de la materia prima cruda (Refstie et al.,
2004).
Piel y aletas: Es un subproducto del procesa-miento que
generalmente se elimina y es fuente rica en colágeno y gelatina (Chalamaiah et
al., 2012; Halim et al., 2016). Representa entre el 1% y 3% de la materia prima
cruda (Villamil et al., 2017).
Desperdicios: Subproductos que incluyen cabeza (9% –
12%), espinazos y huesos (9% – 15%), res-tos de carcasa, escamas (5%), vísceras
y gónadas (12% – 18%) (Halim et al., 2016;
Villamil et al., 2017).
3. Métodos de hidrolizados
Las proteínas pueden hidrolizarse mediante pro-cesos
químicos, reacciones enzimáticas, autolisis, hidrólisis térmica y fermentación
bacteriana, obteniéndose diferentes calidades (Halim et al., 2016; Wisuthiphaet
y Kongruang, 2015). La producción de un hidrolizado puede ser dividida en tres
procesos: pre-tratamiento, hidrolización y recuperación (He et al., 2013).
En el primer proceso, la materia prima se mezcla
con el agua en proporciones iguales para formar una suspensión homogénea (He et
al., 2013). Esta suspensión es hidrolizada según las condiciones propias del
método empleado, como temperatura, tiempo de hidrólisis, pH o grado de
hidrólisis (Costa et al., 2020). En la etapa de recuperación, el centrifugado
separa la suspensión hidrolizada en tres capas: una capa de aceite (parte
superior), una solución de hidrolizado de proteínas (parte media) y una capa
semisólida (parte inferior) (Siddick et al., 2021). Luego, la parte media es
retirada y secada por aspersión o liofilizada, dependiendo del nivel de
producción (Siddick et al., 2021).
En la producción de HPP, la hidrólisis química y
enzimática son los métodos más comunes de producción, sin embargo, los
investigadores mencionan que suelen utilizar la hidrólisis enzimática, porque
es rápida y controlable, además de conservar el valor nutricional del producto
(Halim et al., 2016; Wisuthiphaet y Kongruang, 2015). La caracterización del
producto final viene dada por el grado de hidrólisis (GH), definido como el
porcentaje de enlaces peptídicos rotos en relación con la proteína original
(Zamora-Sillero et al., 2018).
3.1 Método químico
Este método se realiza mediante una hidrólisis
ácida o alcalina, y se considera un método convencional para producir HPP. Se
utilizan ácidos fuertes o compuestos alcalinos para escindir enlaces peptídicos
a alta presión (100 kPa) y temperatura (120 °C). Este método demanda menos
costo y tiempo, sin embargo, la reacción de hidrólisis es de difícil control,
debido a la fuerte reacción química y la escisión de enlaces peptídicos
inespecíficos, afectando la calidad del producto (He et al., 2013; Wisuthiphaet
& Kongruang, 2015).
Como consecuencia, este proceso puede provocar la
conversión de L-aminoácidos en D-aminoácidos, que no pueden ser utilizados por
humanos ni animales (Wisuthiphaet y Kongruang, 2015). Algunos aminoácidos
esenciales como triptófano, metionina y cisteína disminuyen durante la reacción
o son destruídos (Villamil et al., 2017; Wisuthiphaet & Kongruang, 2015).
Además, durante la reacción de hidrólisis, los residuos hidrófobos generados
originan un amargor del HPP (Wisuthiphaet & Kongruang, 2015), limitando el
uso de los mismos en la alimentación animal. El HPP producido se suele utilizar
como aditivo en dietas balanceadas, medios de cultivo y fertilizantes para
plantas (Villamil et al., 2017).
3.2 Método biológico
Este método se basa en el uso de enzimas endógenas
o exógenas, del tipo peptídicas denominadas proteasas, proteinasas, peptidasas
o enzimas proteolíticas, las cuales hidrolizan los enlaces peptídicos
(Chalamaiah et al., 2012; Halim et al., 2016). Esta hidrólisis es más ventajosa
que el método químico, porque permite un mayor control y selectividad del
proceso, siendo menos drástico y generando un producto de mayor valor
nutricional (Zamora-Sillero, 2018). El perfil peptídico del producto final está
afectado por factores como: concentración de sustrato proteico, tipo de enzima,
concentración de enzima (0,01% – 5,0%), pH (1,5 – 11,0), temperatura (35 – 60 °C)
y tiempo (10 – 600 min), los cuales influyen en gran medida sobre la reacción
cinética de las enzimas (Siddik et al., 2021). Generalmente, existe una
combinación óptima de pH y temperatura en la que una enzima es más activa, y
también una combinación en la que una enzima puede desactivarse mediante la
desnaturalización (Zamora-Sillero, 2018).
4.
Composición proximal
Los HPP se caracterizan por presentar altos
tenores proteicos (60% – 90%) y niveles de lípidos por debajo del 5% (en la
mayoría de los casos) (Chalamaiah et al., 2012; Siddik et al., 2021). El
contenido de proteína es mayor debido a la solubilización de las mismas,
producto del retiro de material no proteico insoluble y eliminación de grasa
(Mamauag et al., 2016). Esta última explicaría el bajo contenido de grasas
(Chalamaiah et al., 2012), dando estabilidad a los HPP frente a la oxidación de
lípidos, aumentando la vida útil en condiciones de almacenamiento (Siddik et
al., 2021). En cuanto a la humedad, la mayoría de los estudios reportaron
niveles inferiores al 10%, dependiendo de la materia prima utilizada y de las
temperaturas altas empleadas durante el proceso de evaporación y secado
(Chalamaiah et al., 2012).
5. Perfil de aminoácidos y fracciones proteicas
Los HPP presentan variaciones en su composición de
aminoácidos y depende principalmente de varios factores, como la materia prima,
la fuente de enzimas y las condiciones de hidrólisis (Klompong et al., 2009).
Diversos estudios han reportado que los HPP (principalmente a partir de
músculo, cabeza, piel y vísceras) contienen todos los aminoácidos esenciales y
no esenciales (Siddik et al., 2021). Entre los aminoácidos, el ácido aspártico
y el ácido glutámico presentan los niveles más altos en la mayoría de los HPP
reportados (Chalamaiah et al., 2012).
En relación al grado de hidrólisis, cuanto mayor
es el valor, se tendrá una mayor ruptura de enlaces peptídicos, produciendo más
cantidad de péptidos en la solución, aumentando la solubilidad de la proteína y
su posibilidad de recuperación para ser utilizada como aditivo alimenticio
(Sheriff et al., 2014). De acuerdo a los diversos estudios, el grado de
hidrólisis es variable para permitir obtener el tamaño de las fracciones
proteicas apropiadas para el consumo animal, obteniéndose valores por encima de
35% y hasta debajo de 50%.
El HPP contiene compuestos de diferente peso
moleculares que oscilan de decenas a miles de Da, los cuales pueden afectar la
capacidad de absorción y la velocidad de paso de los nutrientes a través del
tracto gastrointestinal (Cai et al., 2015). Generalmente, los pesos moleculares
de los péptidos de los HPP están por debajo de 3000 a 5000 Da (Bui et al.,
2014), donde las fracciones proteicas se pueden distribuir de la siguiente
forma: < 200 Da (aminoácidos libres), 200 – 500 Da (di/tripéptidos), 500 –
2500 Da (oligopéptidos con más de tres residuos), y > 2500 Da (proteínas/ polipéptidos).
Algunos estudios han establecido que los HPP deberían contener una mayor
proporción de péptidos en el rango de 500 – 2500 Da, seguido de péptidos entre
200 – 500 Da (Kotzamanis et al., 2007). Asimismo, estudios en alimentación con
peces y crustáceos sugieren que los dipéptidos y tripéptidos tienen una mejor
absorción que los aminoácidos libres (Quinto et al., 2018).
6. Uso en la alimentación acuícola
6.1 Efectos sobre el desempeño productivo de peces
El uso de hidrolizados como ingredientes en
alimentos balanceados de peces, puede mejorar su desempeño productivo, como el
crecimiento, la ganancia de peso, la eficiencia alimentaria y la reducción de
la mortalidad.
Este efecto promotor del crecimiento se puede
atribuir, en primer lugar, a las propiedades de atractabilidad o aromatizantes
de los HPP sobre los alimentos balanceados, explicado por la presencia de
aminoácidos libres (ácido glutámico, ácido aspártico, glicina, arginina,
alanina, prolina, leucina e isoleucina) y algunos nucleótidos (Chotikachinda et
al., 2013; Quinto et al., 2018). El sistema gustativo de los peces es sensible
a estos compuestos solubles y diluidos en el agua (Ha et al., 2019). Los
resultados de ésta inclusión han promovido un mayor consumo de alimento en
lubina asiática (Lates calcarifer) (Chotikachinda et al., 2013);
juveniles de salmón Chinook (Oncorhynchus tshawytscha Walbaum) (Ho et
al., 2014), larvas de lubina europea (Dicentrarchus labrax) (Kotzamanis
et al., 2007), post-smolt de salmón del Atlántico (Salmo salar) (Refstie
et al., 2004), juveniles de mero (Epinephelus fuscoguttatus) (Mamauag et
al., 2016) y juveniles de bagre sudamericano (Rhamdia quelen) (Ha et
al., 2019).
La suplementación de quimioatractantes y estimu-lantes
en dietas a base de proteínas vegetales, constituyen una estrategia alimentaria
para mejorar la aceptabilidad y la ingesta de alimentos principalmente en peces
marinos y carnívoros (Chotikachinda et al., 2013). La inclusión de HPP mejoró
el consumo del alimento en juveniles de bacalao del Atlántico (Gadus morhua)
(Akness et al., 2006a), lubina europea (Costa et al., 2020), turbot (Scophthalmus
maximus) (Xu et al., 2016) y trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss)
(Akness et al., 2006a).
Asimismo, dietas suplementadas con HPP presen-tan
alta digestibilidad, facilitando la rápida absorción de péptidos y aminoácidos
a través de la membrana intestinal, aumentando el crecimiento y mejorando la
eficiencia alimentaria en el lenguado japonés (Paralichthys olivaceus)
(Zheng et al., 2012) y en la trucha arco iris (Akness et al., 2006b). La misma
forma molecular de los HPP, dada por la presencia de aminoácidos libres o
péptidos peque-ños en las dietas, puede ayudar a reducir la inter-acción entre
enzimas y sustratos, particularmente de las endopeptidasas, siendo utilizados
direc-tamente por los peces (Córdova-Murueta y García-Carreño, 2002), e influenciando
en la asimilación de las proteínas contenidas en la dieta.
Del mismo modo, algunos estudios permiten sugerir
que las moléculas contenidas en los HPP (lisina, metionina, nucleótidos,
anserina y taurina) tienen la capacidad de estimular la producción de hormonas
de crecimiento similares a la insulina (IGF-I e IGF-II) (Li et al., 2018;
Martínez-Alvarez et al., 2015). Estudios realizados en juveniles de lenguado
japonés (Akness et al., 2006a) reportaron incrementos en el rendimiento del crecimiento,
los niveles plasmáticos de IGF-I y la expresión de ARNm de IGF-I, mientras que
estudios en bacalao del Atlántico (Akness et al., 2006b) y del turbot (Zheng et
al., 2013) alimentados con dietas con sustitución parcial y total de harina de
pescado, presentaron bajo consumo de alimentos y bajos niveles plasmáticos de
IGF-I, por lo que este grupo de hormonas está fuertemente influenciado con la
condición nutricional de los peces (Akness et al., 2006a; Martínez-Alvarez et
al., 2015).
La inclusión de HPP como sustitutos parciales de
proteínas en dietas para larvas induce a cambios en la actividad de las
principales proteasas digestivas y promueve una maduración intestinal más
temprana, tal como se ha evidenciado en larvas de lubina europea (Kotzamanis et
al., 2007) y esturión persa (Acipenser persicus) (Ovossipour et al.,
2014). En post-larvas de halibut del Atlántico (Hippoglossus hippoglossus
L.), la mejora de la supervivencia estuvo evidenciada por un aumento de las
actividades específicas de las enzimas intestinales como aminopeptidasa N y
fosfatasa alcalina (AP), en detrimento de la actividad de la leucina-alanina
peptidasa (LAP), indicando la maduración intestinal para la digestión de nutrientes
(Kvåle et al.,
2009).
En relación a la supervivencia, dietas suplemen-tadas
con HPP permitieron un incremento de ese parámetro en larvas de tilapia
nilótica (Oreochromis niloticus) (Sary et al., 2017), larvas de lubina
asiática (Srichanun et al., 2014) y juveniles de turbot (Wei et al., 2019). Los
péptidos de bajo peso molecular presentan propiedades imnuno-estimulantes y
antibacterianas, activando el sistema inmunológico en los peces a través de la
mejora de las respuestas inmunes no específicas. Ciertos péptidos de tamaño
medio (500 – 3000 Da) son capaces de estimular la actividad de los macrófagos,
así como de las lisozimas (Costa et al., 2020; Khosravi et al., 2015; Sary et
al., 2017). Los HPP pueden ser una estrategia de sanidad acuícola, evitando así
ocurrencia de enfermedades y el uso de antibióticos.
Los beneficios de la suplementación de HPP en
dietas para peces, permite visualizar una mejora sobre los principales índices
del desempeño productivo para diferentes estadios estudiados (Tabla 1). Varios
estudios reportan que los beneficios de la incorporación de HPP es más evidente
en las larvas de peces que en juveniles. Esto puede ser explicado por la alta
demanda de aminoácidos que presentan para satisfacer los requisitos anabólicos
(Cai et al., 2015). Además, en la mayoría de larvas de peces marinos, el
estómago aún no se encuentra diferenciado, por lo que la tripsina tendrá la
responsabilidad de la digestión de las proteínas consumidas, haciéndose crítica
la disponibilidad de aminoácidos para la síntesis proteica en esa etapa (Cai et
al., 2015).
6.2 Efectos sobre el desempeño productivo de
crustáceos
Al igual que en los peces, dietas suplementadas
con HPP en crustáceos han permitido una mejora en el desempeño productivo y en
la supervivencia. Dentro de los crustáceos, la principal especie de cultivo es
el camarón blanco Penaeus vannamei, también conocido como langostino, y
es donde más trabajos se han desarrollado.
Ensayos con dietas suplementadas con HPP permitió
una mejora de la atractabilidad de la dieta y estimuló la alimentación en el
langostino (Grey et al., 2009). Los crustáceos son organismos quimio-sensoriales
primarios, por lo que los quimio-atractantes y estimulantes de la alimentación
(efectores de alimentación) son componentes importantes de sus presas o
alimento (Martínez-Alvarez et al., 2015). Ciertos aminoácidos (taurina,
glicina, arginina, ácido glutámico y alanina) han sido identificados como
potenciadores de la alimentación, los cuales se encuentran presentes en los
HPP, y provocarían respuestas conductuales, fisiológicas y electrofisiológicas
en el sistema olfativo y gustativo, permitiendo explicar los efectos positivos
en el crecimiento de los crustáceos (Grey et al., 2009).
El crecimiento y la supervivencia de los camarones
están estrictamente relacionados con la calidad del alimento suministrado, y
particularmente, con la fuente de proteínas y un buen equilibrio de aminoácidos
(Valle et al., 2015). Ejemplares de P. vannamei alimentados con dietas
suplementadas con HPP presentaron una mejora en el peso final, ganancia de peso
y tasa de crecimiento específico (Hernández et al., 2011; Quinto et al., 2013; Valle
et al., 2015). Asimismo, la forma molecular de los HPP reduciría la
interacción entre enzimas y sustratos (Córdova-Murueta y García-Carreño, 2002),
y los crustáceos utilizarían directamente los amino-ácidos para el transporte
de minerales, formación y mantenimiento de tejidos, y síntesis de hormonas y
enzimas (Valle et al., 2015), aumentando de esta forma la eficiencia
alimentaria tal como se ha observado en langostinos (Córdova-Murueta y
García-Carreño, 2002; Hernández et al., 2011; Nguyen et al., 2012). P. vannamei
alimentados con altos niveles de HPP presentaron baja actividad enzimática de
endopeptidadas en el hepato-páncreas, sugiriendo la capacidad de esta especie
para modular su secreción enzimática de acuerdo a la proteína consumida
(Córdova-Murueta y García-Carreño, 2002).
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