- - 1 Inf. Técn. Inst. Inv. Pesq. 1 108 1 1983 1

Modificación de las propiedades funcionales y organolépticas de concentrados de proteína de pescado

Por

G. SAMPEDRO, M. LÓPEZ-BENITO y L. PASTORIZA *

INTRODUCCIÓN

Aprovechamiento de proteínas de pescado. Problemática actual

La investigación en el campo del aprovechamiento de proteínas, el ais- lamiento de las mismas del tejido muscular del pescado, la fabricación de concentrados e hidrolizados o la utilización de subproductos, se basa en el hecho de que el 25 O/O del total de las descargas procedentes de las captu- ras mundiales de pescado (FAO, 1978) no se utiliza en el consumo humano.

Este 25 O/O, formado por determinado tipo de pescado industrial, si bien no es apto para el consumo humano directo, contiene una proteína de buena calidad que constituye la materia prima sobre la que el tecnólogo tiene que operar para la obtención de alimentos más elaborados, competitivos y de elevado valor nutritivo.

Un objetivo científico, desde hace años, ha sido la utilización de la pro- teína de pescado para la fabricación de alimentos directos o de ingredien- tes capaces de enriquecer otros alimentos convencionales.

Por otra parte, las líneas generales de investigación en este campo coin- ciden siempre en dos direcciones:

a) Obtención de concentrados de proteína. b) Aprovechamiento del músculo del pescado como materia prima para

Instituto de Investigaciones Pesqueras de Vigo. Muelle de Bouzas. Vigo. Recibido el 14 de febrero de 1983.

el desarrollo de una tecnología específica, mediante el empleo de sabori- zantes, colorantes o texturizantes que conduzcan a la obtención de alimen- tos similares a los que habitualmente utiliza el consumidor.

A pesar de todo, y por lo que se refiere a los concentrados de proteína de pescado, su empleo ha presentado y sigue presentando problemas: la oxidación de Iípidos, la rancidez o la desnaturalización proteica durante el secado se encuentran entre los más importantes.

Ocurre as¡ mismo que todas las características de la materia prima ori- ginal, como son la apariencia, color, aroma o gusto, se pierden durante el proceso, permaneciendo únicamente un producto final, la proteína.

En cualquier caso, los productos secos en polvo, tal como se presentan los concentrados de proteína, pueden carecer de las propiedades funcio- nales necesarias para su utilización en la reconstitución de alimentos co- merciales. Citaremos entre ellas la capacidad de retención de agua, de for- mación de geles y de emulsificación.

Ahora bien, la carencia de estas características limita sin duda la comer- cialización del concentrado proteico y su amplia aceptación para el con- sumo alimenticio.

Fabricación de concentrados de proteína con capacidad de comercialización

El problema que aborda en la actualidad la investigación tecnológica en el campo que nos ocupa, no radica ya tanto en la capacidad de sumi- nistrar a la industria alimentaria una proteína útil desde el punto de vista nutricional, como en poder elaborar con estas proteínas alimentos de carac- terísticas similares a los empleados habitualmente por el consumidor. Éste es sin duda un tema de investigación primordial en la línea de trabajo de la que se ocupan los equipos de reconstitución de alimentos en los cen- tros de investigación tecnológica.

Por todo ello y partiendo de la base de que la funcionalidad es una cualidad específica de aceptación, recientes estudios de mercado han puesto de manifiesto que los consumidores están actualmente preparados para aceptar en su dieta diaria un suplemento proteico a base de concen- trados de proteína. En cualquier caso, ello exige unos niveles mínimos de calidad y funcionalidad de tal forma que el concentrado actúa como con- trolador de dicha calidad en el proceso de la producción. Los parámetros que resultan afectados por la utilización de estos concentrados proteicos son: la emulsificación, gelificación, viscosidad y en general la textura final del producto elaborado.

OBJETO DEL PRESENTE TRABAJO

En estudios anteriores (LÓPEZ-BENITO y SAMPEDRO, 1977; SAMPEDRO y LÓPEZ-BENITO, 1979; PASTORIZA et al., 1982) hemos determinado, y par- tiendo de nuestra materia prima, jurel (Trachurus trachurus L.), vísceras de clupeidos, etc., en qué condiciones influía la intensidad del tratamiento pre- vio enzimático sobre las características finales del producto terminado.

Asi mismo, y a efectos de mejorar las técnicas de fabricación a escala industrial, nos hemos ocupado también de determinar la influencia de la temperatura de desecación sobre la solubilidad de la proteína, caracterís- tica ésta de importancia primordial para su utilización en la fabricación de alimentos comerciales (PASTORIZA et al., 1982).

En este trabajo, y continuando con la línea de concentrados e hidroliza- dos de proteína de pescado, tratamos de modificar los procedimientos de fabricación al objeto de mejorar las propiedades funcionales y organolép- ticas de dichos productos.

Ocurre que los concentrados de proteína que se obtienen por extracción de la grasa con disolventes orgánicos, tienen el inconveniente de no ser solubles. Por otra parte, los hidrolizados enzimáticos de proteína de pes- cado, si bien son solubles, presentan en cambio el inconveniente del desa- rrollo de indeseables sabores amargos que se originan durante el proceso.

Para obviar estas dificultades, nuestro trabajo aborda dos problemas:

a) Solubilizar los concentrados de proteína procedentes de la extrac- ción con disolventes orgánicos, sometiéndolos a la acción de distintas hidrólisis enzimáticas.

b) Suprimir o disminuir el sabor amargo de los hidrolizados enzimáti- cos por el tratamiento de extracción con etanol, isopropanol y butanol-agua.

De esta forma estaríamos incidiendo sobre las propiedades funcionales de los concentrados de proteína y sus características organolépticas fina- les, factores todos ellos decisivos para incrementar la capacidad de comer- cialización del producto alimenticio. Sin duda la posibilidad de fabricar productos procesados, utilizando músculo de jurel, Trachurus trachurus L., como materia prima, es factible, y el objetivo de tal intento sería producir alimentos reconstituidos con aceptables propiedades organolépticas.

El producto final, la proteína adecuada para la citada reconstitución, habría perdido por la tecnología del proceso todas las características no deseables de la materia prima original, tales como forma, apariencia, color, aroma, gusto y textura, y constituiría la base para la fabricación de los ci- tados alimentos. Es cierto que la complejidad de estos procesos encarece el producto comercial, pero esta condición se ve compensada con la ele- vada calidad del mismo.

PARTE EXPERIMENTAL

Solubilización del concentrado de proteína

La materia prima empleada en nuestras experiencias fue concentrado de proteína de pescado obtenido a partir de músculo de jurel, Trachurus trachurus (L.), por extracciones sucesivas con alcohol isopropílico a 60°C (LÓPEZ-BENITO y GIL, 1974).

La composición inicial de este concentrado es la siguiente:

Humedad 2,51 '10 Grasa 0,36 '10 Proteína 93,04 '10 Cenizas 1,61 '10

INSOLUBLE

A L M A C E N A M I E N T O

Fig. 1.-Procedimiento para la solubilización de un concentrado de proteína de pescado utilizando enzimas comerciales.

Como pudo comprobarse (LÓPEZ-BENITO et al., 1976), el producto pre- senta una deficiente capacidad de solubilización, lo que constituye un in- conveniente para su utilización como ingrediente o aditivo en la fabricación de alimentos comerciales.

Para obviar este problema realizamos una hidrólisis enzimática del con- centrado de proteína de baja solubilidad al que nos estamos refiriendo, al objeto de obtener un producto final que puede considerarse prácticamente soluble.

Los enzimas empleados fueron pronasa, papaína y pepsina, habiéndose estudiado la actuación de los mismos en las condiciones más idóneas (HALE, 1969, 1972) en cada caso para diferentes tiempos de hidrólisis.

El método seguido cuando se empleó papaína está descrito en un tra- bajo anterior (LÓPEZ-BENITO y SAMPEDRO, 1977); con la pronasa se trabajó a una concentración de 0,2 %, temperatura de hidrólisis de 50°C y pH = 7, y en el caso de la pepsina la concentración fue de un 2 %, temperatura 37°C y pH = 2-2,5 (fig. 1).

S A B O R E S A M A R G O S

I 1

1 D I S O L V E N T E 1 I - A G O T A D O

DESOLVENTIZACION A L M A C E N A M I E N T O

Fig. 2.-Procedimiento de extracción de sabores amargos en hidrolizados enzimáticos de pescado con disolventes orgánicos.

(1081 7

Eliminación del sabor amargo en un hidrolizado enzimático por extracción con disolventes orgánicos

El segundo problema que abordamos en este trabajo es la eliminación del sabor amargo característico de los hidrolizados de pescado obtenidos con enzimas comerciales y que disminuye su capacidad de comercializa- ción. Para ello en primer lugar procedemos a la obtención de un producto por hidrólisis de músculo de jurel con papaína, y a partir de este producto ensayamos disolventes que actuarán como agentes hidrofílicos de pép- tidos y aminoácidos amargos, tales como butanol, isopropanol y etanol (LALASIDIS, 1978), que se utilizaron a distintas concentraciones y tempe- raturas. El procedimiento seguido se detalla en la figura 2. El producto final fue estudiado para determinar sus características funcionales y organo- Iépticas. Finalmente se calcularon los rendimientos del proceso en sus distintas fases.

RESULTADOS EXPERIMENTALES

En los cuadros 1, 2 y 3 se especifican los resultados de la solubilización por hidrólisis enzimática con pronasa, papaína y pepsina de concentrado de proteína de músculo de jurel, Trachurus trachurus (L.), obtenido por extracción con alcohol isopropílico. En ellos se resumen los valores de nitrógeno total, nitrógeno amínico, grado de hidrólisis y el valor de NX6,25 (equivalente a proteína) del líquido hidrolizado.

Los rendimientos referidos al mismo concepto N x 6,25 (equivalente a proteína) se especifican en el cuadro 4.

Cuando se compara el contenido en nitrógeno total y amínico en los diferentes hidrolizados obtenidos por distintos enzimas (fig. 3) se observa lo siguiente.

Nitrógeno total

En el caso de la pronasa, los valores de nitrógeno total a lo largo del proceso son más elevados que cuando se trabaja con papaína.

Si se emplea como enzima la pepsina, se presenta un máximo brusco de nitrógeno total al inicio del proceso.

Nitrógeno amínico

El valor de nitrógeno amínico cuando se emplea la pronasa es consi- derablemente superior al que se obtiene en las hidrólisis con papaína y pepsina.

CUADRO 1

Solubilización por hidrólisis enzimática con pronasa de concentrado de proteína de jurel, Trachurus trachurus (L.) obtenido por el método de extracción con alcohol isopropílico. Concentración de enzima 0,2 O/O; temperatura de hidró-

lisis 50°C; pH = 7.

Hidrolizado líquido Equivalente - - Grado de a proteína

Tiempo de Nitrógeno Nitrógeno hidrólisis (N. 6,251 en ataque aminico total el líquido (horas) O10 O10 N . aminico solubilizado

N. total O10

Solubilización de la proteína y grado de hidrólisis

En la figura 4 se representa el valor de N x 6,25 (equivalente a proteína) durante la hidrólisis realizada con los enzimas citados, así como los grados de hidrólisis correspondientes.

Se aprecia una marcada diferencia en los respectivos grados de hidró- l isis que es más elevado cuando se utiliza la pronasa que en el caso de la digestión con papaína o pepsina.

Por lo que se refiere al valor N x 6,25 (equivalente a proteína), éste es superior en los casos de la pepsina y pronasa.

Rendimientos

En la figura 5 se resumen los rendimientos referidos al peso y al equi- valente en proteína del producto final obtenido con relación a la materia

prima. Merece destacar la eficacia del tratamiento con pepsina (pH = 2-2,5), por el que se consigue en 1 hora un rendimiento en proteína del 97 %.

Cuando se trabaja con pronasa (pH = 71 son necesarias 47 horas para obtener un rendimiento similar. Por último, en el caso de la papaína (pH = 6), los valores del rendimiento son inferiores (58 %).

En este sentido hay que destacar que la eficacia de la pepsina a que nos acabamos de referir se ve contrarrestada con la elevada acidez del producto final y los inconvenientes que ello lleva consigo, así como tam- bién con el hecho de que el grado de hidrólisis es inferior al que se observa en el caso de la pronasa.

CUADRO 4

Hidrólisis enzimática con pronasa, papaína y pepsina del concentrado de proteina de jurel: Rendimientos referidos a N x 6,25 (equivalente a proteína) del producto solubilizado.

Pronasa

Peso inicial del con- centrado de proteína

de 18.15 g [equivalente hidrólisis a 16.88 g de proteina) (horas)

Hidrolizado Rendi- N X 6,25 miento

(S) Yo

Papaina

Peso inicial del con- centrado de proteina 18,18 g (equivalente a 16,91 g de proteína)

Hidrolizado Rendi- N X 6.25 miento

(9) -

Pepsina

Peso inicial del con- centrado de proteina 18.12 g (equivalente a 16,85 g de proteina)

Hidrolizado Rendi- N x 6,25 miento

(SI O10

- -

CUADRO 6 [Continuación)

Baremo de calificación del sabor amargo

Sabor Puntos - --

No amargo O Débilmente amargo 1 Ligeramente amargo 2 Amargo 3 Fuertemente amargo 4 Extremadamente amargo 5

Eliminación del sabor amargo en los hidrolizados enzimáticos con disolventes orgánicos1

En el cuadro 5 se expresan los resultados por lo que se refiere al equi- valente en proteína y rendimiento proteico del hidrolizado de músculo de jurel extraído con diferentes disolventes orgánicos. Las calificaciones orga- nolépticas cuando se compara el grado de sabor amargo de los productos finales que resultan, se indican en el cuadro 6.

El jurado calificador estaba formado por cinco especialistas y fueron estudiadas todas y cada una de las muestras procedentes de ensayos dis- tintos.

La composición de los diferentes disolventes empleados, butanol, iso- propano1 y etanol fue distinta en cada experiencia y viene especificada en el cuadro 7.

En cualquier caso se observa que los valores de rendimiento proteico más elevados coinciden con el empleo de butanol-n azeotrópico (muestras 2 a 6), isopropanol (muestras 12 a 15) y este mismo disolvente utilizado a 60°C (muestras 24 a 26).

Por otro lado, se aprecia que el disolvente más eficaz para eliminar el sabor amargo del hidrolizado es el butanol (cuadro 6, muestras 2 a 12), ya que el producto que se obtiene por este tipo de extracción no presenta sabor en disoluciones acuosas del 10 %, valores éstos que disminuyen cuando se emplea isopropanol y etanol hasta un 5 O/O y un 2 O/O respectiva- mente. En cualquier caso, la acción del disolvente eliminando el sabor amargo se evidencia comparando estos resultados con los que hemos ob- tenido cuando se ensaya hidrolizado enzimático que no ha sufrido la acción extractora de los citados disolventes orgánicos. En este caso el sabor in- deseable es claramente apreciable en disoluciones acuosas a concentra- ciones del 1 %.

RESUMEN

Actualmente se ha desarrollado en los Centros más destacados y a nivel internacio- nal una tecnología de innovación en la utilización de proteínas que aborda los problemas que se presentan en su procesamiento y que condiciona el exhaustivo estudio de la ma- teria prima original. Debido al impresionante avance de las tecnologías de punta, ha sido necesario el conocimiento de las distintas fracciones proteicas constituyentes, de su interacción y de las propiedades finales que influyen en la calidad y aceptabilidad del producto terminado.

Dentro de este contexto, un objetivo actual consiste en la utilización de distintas fuentes proteicas no convencionales que sometidas a técnicas complejas son modificadas sustancialmente al sufrir una disgregación previa y una reestructuración posterior de SUS

componentes. Lo que está claro es que estos procesos son complicados y costosos aunque con

ellos se obtienen alimentos de elevada calidad y aceptación. Capítulo aparte, merece especial atención y tiene relevante importancia las propie-

dades de las proteínas dependientes de sus características moleculares, físicas y funcio- nales; por ejemplo, la solubilidad, gelificación, viscosidad y coagulación por el calor. Todo ello va ligado, como hemos apuntado, con el conocimiento de la influencia de las condiciones de procesamiento sobre las propiedades físicas y organolépticas del pro- ducto final.

En el presente trabajo abordamos dos problemas que se presentan en la fabricación de concentrados e hidrolizados de proteína de pescado relacionados con sus propiedades funcionales y organolépticas, la baja solubilidad del concentrado obtenido por el método de extracción con alcohol isopropílico, y los sabores indeseables que se observan en los hidrolizados enzimáticos.

Para resolver el primero sometemos el concentrado a un tratamiento con diferentes enzimas, tales como pronasa, papaína y pepsina en las condiciones de actividad más adecuadas para cada uno de ellos, habiendo podido apreciar una rápida solubilización de dichos concentrados cuando se utiliza la pepsina, de tal forma que el rendimiento de la proteína hidrolizada alcanza un 97 O/O en la primera hora. Cuando se emplea la pronasa estos valores se obtienen a las 47 horas. mientras que en el caso de la papaína no se supera el 60 del rendimiento al final del proceso.

No obstante, y a pesar de la acelerada solubilización originada por el tratamiento con pepsina, los valores de nitrógeno amínico son notablemente inferiores a los obser- vados con el empleo de la pronasa, y por ello el grado de hidrólisis es más elevado en este último caso.

Para eliminar el sabor amargo característico de los hidrolizados enzimáticos, hemos utilizado distintos disolventes orgánicos a diferentes temperaturas.

El tratamiento con butanol resulta ser el más eficaz. obteniéndose un producto final que no presenta sabor a concentraciones acuosas del 10 %.

En las mismas condiciones sólo se puede llegar al 5 O/O y al 2 O/O cuando se emplea el isopropanol y el etanol respectivamente.

Finalmente, con hidrolizado enzimático no extraído con disolventes orgánicos se apre- cia ya el sabor indeseable a concentraciones del 1 % .

Los rendimientos proteicos son más elevados cuando se extrae con butanol e iso. propanol, alcanzándose valores del 90 %.

MODlFlCATlON OF THE FUNCTIONAL AND ORGANOLEPTICAL PROPERTIES IN THE FlSH PROTEIN CONCENTRATE. - Low solubility in the protein concentrate obtained by extraction with organic solvents, and undesirable tastes in the enzymatic hydrolyzates are studied in this paper.

To solve the first problem we treat the concentrate with pronase, papain and pepsin. We observe rapid solubilization when the pepsin is used, reaching a protein yield of 97 O/O

in the first hour. When the pronase is used, these values are achieved within 47 hours, and wi th papain the yield at the end of the process is not higher than 60 O/O.

However, and in spite of the quick solubilization produced by the pepsin treatment, the values of alpha-arnino nitrogen are lower than those observed using pronase, and because of that the hydrolysis degree is higher in this last case.

To remove the bitter taste, characteristic of the enzymatic hydrolyzates, different organic solvents and temperatures have been used.

The buthyl alcohol treatment is the most effective, and the final product is tasteless at 10 O/O aqueous concentration.

In the same conditions, only 5 O/O and 2 O/O can be reached when isopropyl and ethyl alcohol have been respectively used.

Finally, in enzymatic hydrolizate without organic solvent extraction, the undesirable taste already appears at 1 O/O concentration.

The protein yields are higher, up to 90 O ~ O . when buthyl and isopropyl alcohol are used in the extraction.

FA0 - 1978. ~Yearbook of Fisheries Statisticsn, 47: 2. HALE, M. B. - 1969. Relative activities of commercially available enzymes in the hydro-

lysis of fish protein. Food Technol., 23 (1) : 107-1 10. - 1972. Making fish protein concentrates by enzymatic hydrolysis. NOAA Technical Re-

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LÓPEZ-BENITO, M., y M. GIL. - 1974. Obtención de concentrado de proteínas a partir de especies de pescado de bajo precio. Inf. Técn. Inst. Inv. Pesq., 15: 3-20.

LÓPEZ-BENITO, M.; M. GIL y L. PASTORIZA. - 1976. Fabricación de concentrado de pro- teína de pescado por el método alcalino. Ibidem, 32: 3-15.

LÓPEZ-BENITO, M., y G. SAMPEDRO. - 1977. Fabricación de hidrolizados de proteína de pescado. Ibídem, 49: 3-23.

PASTORIZA, L.; G. SAMPEDRO y M. LOPEZ-BENITO. - 1982. El problema del sabor amargo en los hidrolizados enzimáticos de proteína de pescado. Ibidem, 93: 3-19.

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