Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10400.14/10209
Título: Valorisation of codfish (Gadus morhua L.) salting processing wastewater through the extraction of high added value compounds
Autor: Ferraro, Vincenza
Orientador: Castro, Paula Maria Lima
Pintado, Maria Manuela Estevez
Data de Defesa: 22-Jun-2011
Resumo: Apesar do desenvolvimento de outros métodos de preservação, a salga do bacalhau (Gadus morhua L.) continua a ser uma realidade devido a um conjunto de factores, entre os quais a simplicidade e o baixo custo do processo bem como as características sensoriais do produto final, muito apreciadas pelos consumidores. Ao longo do processo de salga o bacalhau incorpora sal até 20% do seu peso e liberta concomitantemente cerca de 22% da sua água fisiológica; assim, aproximadamente 200 litros de água residual salgada são gerados para cada tonelada de bacalhau fresco. Esse efluente é actualmente tratado como resíduo tóxico devido ao alto teor de cloro, que pode atingir valores de concentração de cerca de 160 g/L. A libertação desta água trás como consequência alterações significativas na composição e na estrutura do tecido muscular do bacalhau, levando à perda de compostos bioativos importantes, entre os quais aminoácidos livres, peptídeos e proteínas, nutrientes que, embora não essenciais, podem ser benéficos em certas circunstâncias. Assim, a recuperação de compostos orgánicos e do sal marinho de grau alimentar utilizado no processo de salga pode contribuir para a gestão integrada da água residual em questão. Com este objetivo, o perfil químico da água libertada foi avaliado. No final do período de salga o conteúdo de matéria seca na água libertada atinge o valor de ca. 10 g/L. A concentração de aminoácidos livres aumentou de 3.5 g/L a 6.5 g/L em 6 dias, devido a fenómenos de proteólise. Creatina, ácidos aspártico e glutâmico, arginina, glicina, metionina, lisina, taurina e triptofano, foram os aminoácidos livres predominantes e cuja libertação demonstrou-se obedecer a uma cinética monomolecular ou de pseudo-segunda ordem, dependendo do aminoácido. Embora em menor escala, a concentração de proteínas miofibrilares também aumentou com o tempo – de 3 para 3.7 g/L – fenómeno este ainda atribuível à proteólise. A análise do azoto total e as suas fracções mostraram que, no final do processo de salga, 36.6% (w/w) de azoto total corresponde a peptídeos curtos com até 20 residuos e a aminoácidos livres, 14.7% (w/w) aos peptídeos com mais de 20 residuos e os restantes 48.7% (w/w) às proteínas. A concentração total de aminas biogénicas na água no final do processo de salga foi de ca. 100 mg/kg. Proteínas, peptídeos a aminoácidos foram recuperados com sucesso por meio de um processo de sorção em batch e após um pré-tratamento com etanol de grau alimentar de forma a reduzir a concentração de sal da água, cuja elevada concentração, ca. 4.3 M, demonstrou afectar negativamente o mecanismo de adsorção dos aminoácidos. A presença do sal em certas concentrações demonstrou-se no entanto ser positiva, devido ao efeito da força iónica sobre a adsorção de aminoácidos. A resina polimérica comercial Amberlite XAD16, uma resina neutra e não-polar, foi seleccionada para prosseguir com estudos de adsorção. Aminoácidos livres, proteínas e peptideos foram adsorvidos no mesmo estágio. O processo de recuperação foi efectuado recorrendo a solventes de grau alimentar. Foi efectuada uma análise paramétrica do processo de adsorção examinando o efeito de diferentes parâmetros, nomeadamente temperatura, pH, percentagem de etanol adicionado a água residual, agitação, força iónica da solução, quantidade de adsorvente. O volume de solvente eluente e a temperatura foram os parâmetros avaliados na etapa de desadsorção. Os resultados mostraram que o processo de adsorção é controlado pela temperatura e pela força iónica, a qual neutraliza os efeitos do pH, e que a desadsorção é controlada pela temperatura e pela natureza do solvente eluente. A acetona resultou como o melhor solvente para desadsorção de aminoácidos livres, com um rendimento de recuperação de aminoácidos hidrofobicos e neutros de 100 %. As proteínas foram desadsorvidas por uma solução básica de hidróxido de sódio em água ao 4% (w/v), com um rendimento de recuperação de 100 %. Os aminoácidos livres extraídos da água residual mostraram actividade antioxidante em geral e de proteção do DNA contra a oxidação em particular. Para os mesmos aminoácidos, a biodisponibilidade in-vitro foi estudada usando celulas Caco-2, medindo a taxa de transporte paracelular e a resistência elétrica transepitelial para verificar a integridade das células do epitelio intestinal. Os resultados mostraram que todos os aminoácidos livres extraídos permearam através da monocamada celular intestinal, embora em taxas diferentes e dependendo da sua concentração inicial; o transporte foi superior a 90 % para todos os aminoácidos livres, excepto a creatina, cujo transporte não passou de 6 %. A presença de sal na solução teve um papel positivo sendo o cloreto de sódio entre os mais importantes osmólitos de aminoácidos em seres humanos.
Despite the development of other means of preservation, salt-cured codfish (Gadus morhua L.) continues to be widely produced due to the simplicity of processing, low operating costs, and the highly appreciated sensory characteristics promoted by salt. Codfish takes salt up to ca. 20 % (w/w) during the dry-salting and drains concomitantly ca. 22 % (w/w) of its physiological water. Approximately 200 L of heavy salted wastewater are generated for each ton of fresh codfish undergoing the dry-salting process, which drives important changes in composition and structure of the muscle tissue. Water drained away through the salting process is currently treated as an ecotoxic waste due to the high content of chlorine, which can reach values as high as 160 g/L, representing a strong impact to the environment. This residual water carries important bioactive compounds, ca. 10 g/L, such as free amino acids, peptides and proteins, which although not regarded as essential nutrients, can be considered beneficial under certain circumstances. As such, the recovery of organic compounds and of food-grade marine salt used in the salting process can be considered as valuable management options for that wastewater. In this study, the chemical profile of the salting process residual water has been thoroughly examined. During the salting period the content of dry matter in wastewater increased with time. Concentration of free amino acids increased from 3.5 g/L to 6.5 g/L within 6 days probably due to proteolysis. Myofibrillar proteins concentration also increased however at a lower extent, from 3 to 3.7 g/L, a phenomenon still related to proteolysis. Creatine, aspartic and glutamic acids, arginine, glycine, methionine, lysine, taurine and tryptophan were the dominant free amino acids, which release was successfully modelled through a monomolecular or pseudo-second order kinetic, depending on the amino acid. When total nitrogen and relative fractions have been scrutinised, results showed that, by the end of the salting process, 36.6 % (w/w) of total nitrogen corresponded to small peptides (up to 20 residues) and free amino acids, 14.7 % (w/w) corresponded to peptides and the remaining 48.8 % (w/w) represented proteins. Total biogenic amines concentration in wastewater at the end of the salting process was ca. 100 mg/kg. The organic load was successfully recovered by batch sorption on a polymeric resin after a pre-treatment aimed at reducing salt concentration in wastewater and whose elevated concentration – 4.3 M – negatively affected the mechanism of adsorption of amino acids. Food-grade ethanol was used for salt precipitation from wastewater. Investigation carried out revealed however the positive effect of ionic strength – up to certain molarities – on amino acids adsorption onto resin up to certain molarities. Amberlite XAD16, a commercial macroreticular polymeric resin, neutral and non-polar, has been selected amongst all resins tested. Free amino acids and proteins were adsorbed in the same stage but desorption has been performed selectively. Parametric analysis of the adsorption process has been carried out by studying the effect of six entities, namely temperature, pH, mixing rate, ionic strength, amount of ethanol in solution and adsorbent dose. Effect of temperature and solvent nature were examined for the desorption step. Results showed that the adsorption process is controlled by temperature and ionic strength, which neutralize pH effects, and desorption is controlled by temperature and by the nature of the regenerant solvent. Acetone resulted as the best solvent for free amino acids desorption with a yield of recovery of hydrophobic and neutral amino acids of 100 %. Proteins were desorbed by a strong basic solution of sodium hydroxide in water at a rate of 4 % (w/v), with a yield of recovery of 100 %. Free amino acids extracted from wastewater showed chemical antioxidant activity; they also demonstrated biological activity by preventing DNA oxidation. In vitro bioavailability of extracted amino acids was studied using Caco-2 cell line by measuring the paracellular transport of free amino acids extracted and the transepithelial electrical resistance to verify intestinal cell monolayer integrity. Results showed that all free amino acids were transported through the intestinal monolayer, however at different rates depending on initial concentration; transport has been higher than 90 % for all free amino acids except for creatine, whose transport has been not higher than 6 %. The presence of salt in solution contributed to the paracellular transport of free amino acids being sodium chloride among the most important amino acids osmolytes in human beings.
URI: http://hdl.handle.net/10400.14/10209
Aparece nas colecções:R - Teses de Doutoramento / Doctoral Theses
ESB - Teses de Doutoramento / Doctoral Theses

Ficheiros deste registo:
Ficheiro Descrição TamanhoFormato 
PhD Thesis Vincenza Ferraro.pdf5,06 MBAdobe PDFVer/Abrir


FacebookTwitterDeliciousLinkedInDiggGoogle BookmarksMySpace
Formato BibTex MendeleyEndnote Degois 

Todos os registos no repositório estão protegidos por leis de copyright, com todos os direitos reservados.