HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DE LA SANGRE BOVINO GENERADA DEL FAENAMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE CONCENTRADO
PROTEICO
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No 1, Enero/Abril, Ecuador (p. 17-36) 17
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No 1, Enero/Abril, 2022, Ecuador (p. 17-36). Edición continua
https://revistas.utm.edu.ec/index.php/Basedelaciencia/index
revista.bdlaciencia@utm.edu.ec
Universidad Técnica de Manabí
DOI: https://doi.org/10.33936/revbasdelaciencia.v7i1.4183
HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DE LA SANGRE BOVINO GENERADA DEL
FAENAMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE CONCENTRADO PROTEICO
Richard Marcelo Montanero-Zambrano
1*
, Genessis Dayana Moreira-Bravo
1
, Ernesto
Alonso Rosero-Delgado
2
1
Carrera de Ingeniería Química, Facultad de Ciencias Matemáticas, Físicas y Químicas, Universidad Técnica de
Manabí. Ecuador. E-mail: rmontanero1371@utm.edu.ec
2
Departamento de Procesos Químicos, Facultad de Ciencias Matemáticas, Físicas y Químicas, Universidad Técnica de
Manabí. Ecuador.
*Autor para la correspondencia: rmontanero1371@utm.edu.ec
Recibido: 23-11-2021 / Aceptado: 30-12-2021 / Publicación: 01-01-2022
Editor Académico: Laura Soto Arrieta
RESUMEN
La industria del ganado bovino satisface una gran demanda de productos y genera una elevada cantidad de residuos. Uno
de los principales residuos es la sangre bovina, que tiene un potencial en la producción de concentrados proteicos. El
objetivo de esta investigación es evaluar la hidrólisis enzimática de la sangre bovina para la obtención de un concentrado
proteico. La sangre residual de bovino provino del Camal municipal de Portoviejo. Los parámetros para la caracterización
de la sangre fueron proteína, grasa, ceniza, humedad y pH. El proceso para la obtención del concentrado proteico consistió
en etapas de recolección/estabilización, purificación y filtración, ajuste del pH, hidrólisis, secado y molienda. La
estabilización de la sangre empleó ácido etilendiaminotetraacético 0,018N y ajuste de pH con ácido clorhídrico 2M. El
proceso hidrolítico empleó la enzima Corolase7089 con un diseño de experimento 3
3
, evaluando el efecto de la
temperatura (30-50-65°C), pH (2-3-4) y concentración enzima/sustrato (2-4-6%). Se determinó la concentración de
aminoácidos en la sangre y en el concentrado. La optimización del contenido proteico se obtuvo mediante el método de
superficie de respuesta. Las pruebas experimentales reflejaron que el pH, temperatura y concentración enzimática tuvieron
un efecto significativo, obteniéndose un rendimiento óptimo de proteína en el concentrado proteico de 87,12±4,3%, a pH
2, temperatura de 47,7°C y relación enzima/sustrato de 6%. En conclusión, el concentrado proteico contiene un elevado
valor nutricional y un aumento significativo en la concentración de aminoácidos, que oscila entre 49% y 2841% para
metionina y arginina, con respecto a la materia prima.
Palabras clave: sangre bovina, hidrólisis enzimática, parámetros operacionales, proteínas, aminoácidos.
ENZYMATIC HYDROLYSIS OF BOVINE BLOOD GENERATED FROM
SLAUGHTERING TO OBTAIN PROTEIN CONCENTRATE
ABSTRACT
Artículo de Investigación
Ciencias Químicas
Artículo de Investigación
Richard Marcelo Montanero-Zambrano, Genessis Dayana Moreira-Bravo, Ernesto Alonso Rosero-Delgado
18
The cattle industry satisfies a great demand for products and generates a high amount of waste. One of the main wastes
is bovine blood, which has a potential in the production of protein concentrates. The aim of this research is to evaluate
the enzymatic hydrolysis of bovine blood to obtain a protein concentrate. The residual bovine blood came from the
municipal slaughterhouse of Portoviejo. The parameters for the characterization of the blood were protein, fat, ash,
humidity and pH. The process for obtaining the protein concentrate consisted of collection/stabilization, purification and
filtration, pH adjustment, hydrolysis, drying and grinding. Blood stabilization used 0.018N ethylenediaminetetraacetic
acid and pH adjustment with 2M hydrochloric acid. The hydrolytic process employed Corolase7089 enzyme with a design
of experiment 3
3
, evaluating the effect of temperature (30-50-65°C), pH (2-3-4) and enzyme/substrate concentration (2-
4-6%). The amino acid concentration in blood and concentrate was determined. Optimization of protein content was
obtained by the response surface method. Experimental tests showed that pH, temperature and enzyme concentration had
a significant effect, obtaining an optimum protein yield in the protein concentrate of 87.12±4.3%, at pH 2, temperature of
47.7°C and enzyme/substrate ratio of 6%. In conclusion, the protein concentrate contains a high nutritional value and a
significant increase in the concentration of amino acids, ranging from 49% to 2841% for methionine and arginine, with
respect to the raw material.
Keywords: bovine blood, enzymatic hydrolysis, operational parameters, proteins, amino acids.
ENZYMATIC HYDROLYSIS OF BOVINE BLOOD GENERATED FROM
SLAUGHTERING TO OBTAIN PROTEIN CONCENTRATE
RESUMO
The cattle industry satisfies a great demand for products and generates a high amount of waste. One of the main wastes
is bovine blood, which has a potential in the production of protein concentrates. The objective of this research is to
evaluate the enzymatic hydrolysis of bovine blood to obtain a protein concentrate. The residual bovine blood came from
the municipal slaughterhouse of Portoviejo. The parameters for the characterization of the blood were protein, fat, ash,
humidity and pH. The process for obtaining the protein concentrate consisted of collection/stabilization, purification and
filtration, pH adjustment, hydrolysis, drying and grinding. Blood stabilization used 0.018N ethylenediaminetetraacetic
acid and pH adjustment with 2M hydrochloric acid. The hydrolytic process employed Corolase7089 enzyme with a design
of experiment 33, evaluating the effect of temperature (30-50-65°C), pH (2-3-4) and enzyme/substrate concentration (2-
4-6%). The amino acid concentration in blood and concentrate was determined. Optimization of protein content was
obtained by the response surface method. Experimental tests showed that pH, temperature and enzyme concentration had
a significant effect, obtaining an optimum protein yield in the protein concentrate of 87.12±4.3%, at pH 2, temperature of
47.7°C and enzyme/substrate ratio of 6%. In conclusion, the protein concentrate contains a high nutritional value and a
significant increase in the concentration of amino acids, ranging from 49% to 2841% for methionine and arginine, with
respect to the raw material.
Palavras chave: sangue bovino, hidrólise enzimática, parâmetros operacionais, proteínas, aminoácidos.
Citación sugerida: Montanero, R., Moreira, G. Rosero, E. (2022). Hidrólisis enzimática de la sangre bovino generada del
faenamiento para la obtención de concentrado proteico. Revista Bases de la Ciencia, 7(1), 17-36. DOI:
https://doi.org/10.33936/revbasdelaciencia.v7i1.4183
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PROTEICO
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1. INTRODUCCIÓN
La industria agroalimentaria abarca una serie de procesos químicos, físicos y biológicos relacionados
directamente con la cadena alimenticia, que incluye las etapas desde la recepción hasta el
procesamiento, conservación y los servicios de alimentación (Varelis et al., 2018), que evidentemente
son parte de sistemas de mejora continua. Sin embargo, Tutu y Anfu (2019) indican que uno de los
principales desafíos que enfrentan las agroindustrias es el manejo de residuos y desechos que acarrean
altas tasas de contaminación. Con frecuencia las estrategias para tratar los residuos de las
agroindustrias son rudimentarias y proporcionan un bajo valor económico y ambiental. Los desechos
alimentarios contienen numerosos productos químicos con una amplia gama de posibles aplicaciones
comerciales que permitirán generar valor agregado, lo que hace que estos materiales puedan
revalorizarse (Garcia-Garcia et al., 2019; Morone et al., 2019). Las tasas de desechos agroindustriales
son muy significativas a escala global, oscilando entre el 19-39% del desperdicio total en las cadenas
de suministro de alimentos (European Commission, 2010; Stenmarck et al., 2016). Por su parte,
Kinyua et al. (2016) reportan que dentro de la industria alimentaria, la agricultura y ganadería son
actividades de alto interés por la cantidad de residuos generados, lo que puede comprometer la
sostenibilidad de los recursos medioambientales.
La industria del ganado bovino es muy representativa en la esfera global, fundamentalmente por el
alto consumo de los productos y subproductos generados, de modo que los productos de esta
agroindustria se pueden categorizar en 4 sectores. En esta clasificación ocupa el primer lugar los
componentes de alto valor para la industria (carne); seguido de los componentes con usos en la
industria no alimentaria (pieles, huesos, pezuñas y sangre); componentes de bajo valor (despojos y
harina de carne) y artículos sin utilidad (barbotina de lana, contenido del tracto digestivo) que se
eliminan como residuos (Parrón et al., 2018).
La sangre es un subproducto inevitable de la industria cárnica que representa hasta el 4% del peso del
animal vivo o del 6 al 7% del contenido de carne magra, destacándose como un componente de uso
no alimentario, aunque con la aplicación de un tratamiento biotecnológico puede convertirse en un
alimento funcional para la nutrición animal (Lecrenier et al., 2016), puesto que la sangre de los
bovinos está compuesta por 80,9% de agua, 17,3% de proteínas, 0,62% de minerales, 0,23% de grasas
y 0,07% de carbohidratos (Alencar, 1983). Además, la sangre bovina es un residuo biodisponible que
frecuentemente se descarga junto a las aguas residuales generadas por este sector agroindustrial (Bah
et al., 2013).
Según la FAO (2012), aproximadamente 304 millones de bovinos fueron procesados para obtener su
carne en el 2010, obteniendo 15 litros de sangre por cada bovino, lo que generó un equivalente a 4560
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millones de litros de sangre, que representa un recurso trascendental y una interesante oportunidad de
desarrollo. Este desecho puede ser revalorizado mediante el fraccionamiento en plasma (65-70%) y
masa celular (35-30%, en volumen) (Lecrenier et al., 2016), a través de la aplicación de
anticoagulante. El plasma obtenido contiene 7,9% de proteína, con la presencia de proteínas
plasmáticas como albúminas (3,3%), inmunoglobulinas R- y β-globulinas (4,2%) y fibrinógeno
(0,4%) (Lafarga et al., 2016). El plasma deshidratado contiene, en promedio, 7% de humedad, 80%
de proteína, 7,9% de minerales y ~ 1% de grasa (Bah et al., 2013). No obstante, una de las limitaciones
reportadas en el aprovechamiento de la sangre de bovino como concentrado proteico en la
alimentación animal es su composición nutricional y el contenido de aminoácidos, puesto que
comúnmente se ha detectado la presencia de aminoácidos como leucina, valina, lisina, ácido aspártico
y alanina (O'Sullivan et al., 2017). En este sentido, la FAO (1989) y Khaksar y Golian (2009)
mencionan que los concentrados proteicos pueden utilizarse en la alimentación de pollos de engorde
y peces, respectivamente, garantizando el cumplimiento de los patrones y límites propuestos para la
concentración de proteínas y aminoácidos en función de la normativa de la FAO.
La hidrólisis enzimática es un proceso eficaz para extraer proteínas de subproductos cárnicos y
obtener ingredientes de alto valor agregado (Lafarga & Hayes, 2017). Sin embargo, un gran desafío
que puede afectar la aplicación de los productos a base de hidrolizado de proteínas son sus
características sensoriales y el cumplimiento de los patrones sugeridos en la normativa de
alimentación animal, principalmente en función del contenido de aminoácidos esenciales (FitzGerald
& O'Cuinn, 2006). En la actualidad, existen diversos métodos hidrolíticos que permiten mejorar la
calidad nutricional de residuos con bajo valor agregado, aprovechando su disponibilidad y
concentración proteica para obtener productos que puedan ser implementados por la industria
alimenticia (Liu et al., 2020; Procentese et al., 2017), sin embargo, existen pocos estudios que
aborden la eficiencia y optimización del proceso hidrolítico enzimático de la sangre bovina, como
mecanismo para optimizar su valor nutricional a partir de un incremento en la concentración de
aminoácidos y potenciar su aplicación como alimento funcional en la nutrición de animales de
consumo humano (Qi et al., 2007; Saha & Hayashi, 2001). Por consiguiente, el objetivo de la presente
investigación es evaluar la hidrólisis enzimática de la sangre bovina para la obtención de un
concentrado proteico, con la finalidad de aportar valor a la cadena productiva del faenamiento animal.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Muestra de sangre bovina
Las muestras de sangre bovina provinieron del Camal Municipal de la ciudad de Portoviejo, Ecuador.
Los recipientes para el almacenamiento de las muestras contenían un total de 8 litros de sangre de
faenamiento, junto con una solución de ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) al 0,018 N en una
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proporción de 163 mL/L de sangre bovina. El vertido de la sangre en recipientes cerrados
herméticamente y homogeneizados hasta alcanzar la mezcla completa de la sangre bovina con el
estabilizante (EDTA), siguió la metodología descrita por Narva y Romero (2008). Los recipientes
con las muestras permanecieron en refrigeración a temperatura de 3-4°C, hasta su procesamiento.
2.2. Procedimiento de obtención del concentrado proteico
La figura 1 muestra la metodología experimental utilizada para obtener el concentrado proteico.
Figura 1. Metodología del proceso experimental utilizado para obtener el concentrado proteico
Fuente: Elaboración propia.
Filtración
La filtración de la sangre bovina consistió en la eliminación de impurezas y sólidos de gran tamaño
a través de la metodología propuesta por Beltrán Fernández y Perdomo Robayo (2007). Para ello, el
filtro Cualitativo Grado F1002 (diámetro: 125 mm) CHMLab retuvo las partículas sólidas presentes
en la sangre bovina, con la aplicación de una bomba de vacío Welch modelo 2534B-01.
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Ajuste de pH
Debido a que el pH inicial de la sangre bovina osciló en el rango 7,5-7,6, el ajuste con ácido
clorhídrico (HCl) 2M permitió alcanzar un pH ácido (2, 3, 4), que según Fernández Alonso (2015) es
apropiado para el desarrollo del proceso hidrolítico con la enzima Corolase7089.
Hidrólisis enzimática
Las pruebas experimentales para la obtención del concentrado proteico mediante hidrolizado
enzimático fueron realizadas en el laboratorio de Química de la Universidad Técnica de Manabí
(UTM). El proceso de hidrólisis fue desarrollado en un biorreactor batch que operó durante 3 horas.
Este sistema consistió en un vaso de precipitación (500 mL) en la base de una placa calefactora
agitada magnéticamente (Thermo Scientific™ Cimarec). La enzima Corolase® 7089 fue utilizada
como medio enzimático para la hidrólisis de la sangre bovina, debido a que investigaciones previas
han demostrado la efectividad de esta enzima (Guan et al., 2020). La enzima Corolase® 7089 fue
suministrada por un proveedor comercial de insumos biotecnológicos en Ecuador.
El diseño del experimento consistió en un diseño factorial multinivel 3
3
(3 factores con 3 niveles cada
uno). Los factores evaluados fueron pH inicial, temperatura de hidrólisis, y concentración de la
enzima para establecer su efecto en las características del concentrado proteico. Los niveles evaluados
en el pH inicial fueron: 2, 3 y 4 (Arrutia et al., 2017; Fernández Alonso, 2015). En cuanto a la
temperatura, los niveles consistieron en: 35, 50 y 65 °C (Arrutia et al., 2017; Fernández Alonso,
2015). Por último, esta investigación propone como niveles para la concentración de enzima 2, 4% y
6%.
Secado
La disminución del contenido de humedad del concentrado proteico fue desarrollada mediante un
proceso de secado a 55°C durante 24 horas. En esta operación, la estufa Elos Heat fue utilizada a
partir del procedimiento reportado por Ockerman (2000).
Molienda
La etapa de molienda redujo el tamaño de partícula del concentrado proteico (Ockerman, 2000). El
molino empleado fue el High-Speed Multi-function Comminutor Grinder RRH-A1000, operado
durante 20 segundos. Por último, un tamiz aseguró que el tamaño de partícula fuera menor al pasar
el producto por un tamiz 300 µm.
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2.3. Análisis fisicoquímicos
La caracterización de las muestras de sangre bovina (materia prima) y concentrado proteico consistió
en el análisis comparativo de los parámetros humedad (%), cenizas (% masa seca), contenido de grasa
(% masa seca), contenido de proteína (% masa seca) y concentración de aminoácidos (mg/g), antes y
después del proceso expuesto en la figura 1. Los procedimientos para la medición de estos parámetros
están disponibles en el trabajo de Beltrán Fernández y Perdomo Robayo (2007).
La investigación evaluó el efecto de los parámetros operacionales temperatura, pH inicial y
concentración de la enzima sobre el comportamiento de la variable de interés, que consistió en el
rendimiento del proceso hidrolítico. El rendimiento del proceso evaluó el cambio registrado en la
concentración inicial y final de aminoácidos totales, así como en los principales aminoácidos
reportados en la sangre bovina y en el producto final.
2.4. Análisis estadísticos y optimización
El paquete informático Statgraphics Centurion XVI 2013 permitió analizar estadísticamente los datos
obtenidos, a través de un análisis de varianza y diagramas de Pareto que determinaron si existen
diferencias significativas entre las variables estudiadas. El proceso de optimización consistió en el
método de superficie de respuesta.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Caracterización de la sangre bovina
La sangre bovina presentó características similares a las reportadas en otras investigaciones, de modo
que los resultados obtenidos solo presentaron diferencias significativas en el parámetro %grasa. La
tabla 1 plantea los resultados obtenidos en la determinación de parámetros como proteína, grasa,
ceniza y pH final. En este sentido, Alencar (1983) reportó que la sangre de los bovinos contuvo un
80,9% de agua, 17,3% de proteínas, 0,23% de grasas. Se evidencia que la sangre bovina presenta un
alto contenido de humedad, lo que podría acelerar la degradación de la materia prima, por lo que el
agente antioxidante y estabilizante EDTA permitió la conservación óptima de la sangre hasta su
procesamiento hidrolítico (Barut et al., 2020). Así mismo, el contenido de grasas y cenizas en la
sangre bovina tiene estrecha relación con el perfil de aminoácidos, debido a que es un reflejo del
estado nutricional y de la alimentación del bovino. Por lo tanto, concentraciones de lípidos mayores
a las reportadas tradicionalmente pueden significar un desbalance en el contenido de proteínas y
aminoácidos en la sangre bovina; lo que en consecuencia afecta la calidad de los productos derivados
del aprovechamiento de la sangre (Dafferner et al., 2017).
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Del mismo modo, la tabla 1 evidencia un pH de la sangre bovina en la escala de 7,4; que confirma
los datos reportados en otros estudios, donde la caracterización reflejó un pH promedio de 7,5 (Barut
et al., 2020; Dafferner et al., 2017). Evidentemente, el pH es un parámetro importante en el equilibrio
proteico y nutricional de la sangre bovina, puesto que un pH neutro garantiza un metabolismo
adecuado para la producción de proteínas en el organismo bovino (Beltrán Fernández & Perdomo
Robayo, 2007).
Tabla 1. Composición de la sangre bovina (MS)
Parámetros
Determinados
Reportados en la
literatura
Proteína (%)
14,30 ± 0,77
17,3*
Grasa (%)
1,138 ± 0,12
0,23*
Ceniza (%)
0,81 ± 0,07
-
Humedad (%)
90,90 ± 0,55
80,9*
pH final
7,40 ± 0,00
7,5*
Fuente: Alencar (1983), Barut et al. (2020) y Dafferner et al. (2017).
3.2. Efecto del pH, temperatura y concentración de la enzima sobre los parámetros
fisicoquímicos de la sangre bovino
Los resultados del diseño de experimentos factorial (figura 2) indicaron una tendencia a mayores
rendimientos en la concentración de proteínas en el producto final en dependencia de incrementos en
la concentración de enzima y decrecimientos en la temperatura y pH del medio hidrolítico. Los
mejores rendimientos en la variable concentración de proteínas se presentaron en condiciones de pH
2, temperatura 35°C y concentración de enzima 6%. Asimismo, las condiciones de pH, temperatura
y concentración enzimática presentaron un comportamiento diferente en la concentración de grasa y
cenizas, denotando una escasa influencia de los parámetros evaluados sobre la concentración de grasa
y cenizas en el concentrado proteico.
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Figura 2. Efecto individual de los factores en estudio (pH, temperatura de hidrólisis y
concentración de la enzima) sobre las variables evaluadas.
Fuente: Elaboración propia.
Evidentemente, los cambios en el pH presentaron un efecto importante en la concentración de
proteína, debido a que a pH 2 la concentración de la proteína fue de 79,54%±1,5% y a pH 4 la
concentración de proteína alcanzó un máximo de 62,79%±0,9%. Las demás variables (grasa y
cenizas), no fueron afectadas en mayor medida por cambios en el pH del medio hidrolítico. Estudios
previos informaron que el pH generó un efecto significativo en el desarrollo del proceso hidrolítico
con la enzima Corolase7089 (Guan et al., 2020). En consecuencia, esta enzima tiene un punto
isoeléctrico relativamente bajo y presenta rangos estables de pH entre 2 y 3, por lo que pH superiores
al punto isoeléctrico generaron una carga neta negativa en la enzima y conducen hacia variaciones en
la velocidad de reacción del proceso bioquímico.
Por otra parte, la temperatura de hidrólisis y la concentración de la enzima generaron un efecto sobre
la concentración de proteína en el producto final. Sin embargo, el efecto es menor en comparación
con el que generó el pH, debido a que en el caso de la temperatura la concentración de proteína a 35
°C presentó un valor de 74,11%±0,25%. Mientras que, cuando la temperatura de hidrólisis fue 65 °C
la concentración de proteína fue de 67,72%±1,3%.
Así mismo, el valor más alto en la concentración de enzima (6%) reflejó una concentración de
proteína de 74,39%±0,9% y el valor más bajo de enzima (2%) determinó una concentración proteica
de 68,15%±1,5%. En conclusión, incrementos en la concentración de enzima reflejaron aumentos en
la concentración de proteínas y por consiguiente en el rendimiento del proceso hidrolítico.
Sobre esto, Lafarga y Hayes (2017) mencionaron que el parámetro con mayor incidencia en la
hidrólisis enzimática es la concentración de la enzima, seguido de factores como la temperatura y pH
(Mazloomi et al., 2021), efecto contrario al observado en la presente investigación. Esto puede
deberse a que los mencionados autores realizaron un proceso de tratamiento del sustrato para eliminar
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su contenido de grasa y además utilizaron enzimas proteasas que presentaron mejor rendimiento en
el proceso de hidrólisis.
3.3. Análisis de Pareto para las variables en estudio
El análisis de Pareto permitió la evaluación estadística en función de cada una de las variables en
estudio. Por lo consiguiente, la figura 3 muestra los diagramas de Pareto para los parámetros proteína
(3a), grasas (3b) y cenizas (3c), respectivamente.
3a Proteína
3b Grasas
3c Cenizas
Figura 3. Efectos significativos de las variables evaluadas sobre los factores en estudio (pH,
temperatura de hidrólisis y concentración de la enzima).
Fuente: Elaboración propia.
En el gráfico 3a se observa que el pH inicial, la concentración de la enzima y la temperatura de
hidrólisis, presentan un efecto estadísticamente significativo (α=0,05) sobre la variable concentración
de proteína, evidenciando que los tres factores mencionados influyen directamente sobre esta
variable, sin embargo, en diferente sentido, ya que cuando la temperatura y el pH de hidrólisis son
menores la concentración de la proteína es mayor. Caso contrario para la concentración de la enzima,
que a mayores valores generó un mayor valor de proteína en el concentrado final. Además, es evidente
un efecto significativo entre las interacciones del pH con la temperatura y con la concentración de la
enzima. En este sentido, Fenoglio et al. (2016) y Kawahara et al. (2005) comprobaron que la
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temperatura es una variable altamente influyente en la hidrólisis enzimática y que esta requiere un
control adecuado para garantizar el desarrollo óptimo del proceso bioquímico.
Para el caso de la concentración de grasa, el único efecto estadístico fue el de la temperatura de
hidrólisis (efecto cuadrático), según el gráfico 3b. Esto podría explicarse debido a que, durante el
proceso hidrolítico, por efecto de la temperatura, los lípidos sufrieron cambios en su estructura
química. De manera que Arias et al. (2017) reportaron que, a temperaturas superiores a los 60 °C, las
grasas pueden sufrir transformaciones como la descomposición de hidroperóxidos de lípidos, que
ocasionaron una disminución en la calidad nutritiva y características organolépticas indeseables en el
concentrado proteico. Por ejemplo, Gao et al. (2017) evaluaron el efecto de la temperatura sobre la
calidad de los derivados de la producción con bovinos Holstein lactantes, demostrando que el stress
por calor provoca una serie de reacciones químicas como la descomposición de lípidos, lo que afecta
el metabolismo de proteínas y por consiguiente la concentración de aminoácidos en la leche y sangre
bovina.
Finalmente, en el gráfico 3c se observa que la interacción entre la temperatura y el pH, así como la
concentración de la enzima, presentan un efecto estadísticamente significativo sobre la concentración
de cenizas en el producto final, pero con sentido opuesto, respectivamente. Este comportamiento
puede deberse a que, en el proceso hidrolítico, mayores concentraciones de enzima producen una
mayor cantidad de proteínas y una disminución en la cantidad de cenizas; por lo que, al aumentar la
cantidad de proteínas en el concentrado, la proporción de cenizas disminuye significativamente. La
baja concentración de cenizas reportada con respecto a los demás parámetros evaluados (grasa y
proteína) puede asociarse a la generación de moléculas de agua en la hidrólisis enzimática. Esto
debido a que Muvdi-Nova et al. (2021) concluyen que la temperatura es un factor que puede incidir
en la evaporación del agua, lo que provocaría aumentos en la concentración de proteínas y una
disminución en la concentración de cenizas.
Si bien la sangre bovina presenta características estables en la mayoría de los parámetros evaluados
en la caracterización de la materia prima; se estableció durante el proceso hidrolítico con enzima
Corolase, parámetros como temperatura, pH y concentración de enzima pueden influir
significativamente sobre las características fisicoquímicas del concentrado proteico (producto final).
Sin embargo, Mazloomi et al. (2021) concluyen que además de los parámetros mencionados los
procesos hidrolíticos enzimáticos dependen de factores como la velocidad de agitación, tipo de
enzima, diseño de reactor. Adicionalmente, Zapata et al. (2019) proponen que intervalos de pH y
temperatura “estabilizados” en función de las características del proceso y de la enzima, así como
concentraciones elevadas de la misma, provocan altas velocidades de reacción durante los primeros
Richard Marcelo Montanero-Zambrano, Genessis Dayana Moreira-Bravo, Ernesto Alonso Rosero-Delgado
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60 minutos de hidrólisis. Asimismo, la estabilización de los parámetros mencionados puede generar
un mayor índice de enlaces peptídicos hidrolizados. En la presente investigación, el uso de la enzima
Corolase actuó específicamente sobre los enlaces del exterior de la cadena polipeptídica, lo que a su
vez permitió una mayor producción de aminoácidos libres en el concentrado proteico, tales como
ácido glutámico, histidina y arginina.
3.4.Optimización del proceso de hidrólisis de sangre bovina
La tabla 2 muestra la combinación de los niveles de las variables en estudio, que a su vez permiten
determinar el punto óptimo en función de las 3 variables en estudio (figura 4). Consecuentemente, el
análisis generó la ecuación de regresión (Ec.1) con los respectivos coeficientes. El ensayo refleja una
concentración de proteína en el orden de 87,12%.
Tabla 2. Optimización de respuesta del parámetro proteína
Variables en
estudio
Alto
Niveles óptimos
Concentración de
proteína final
Temperatura
65°C
47,7°C
87,12±4,3%
pH
4,0
2,0
Concentración
6,0%
6,0%
Fuente: Elaboración propia.
  

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(Ec. 1)
Figura 4. Superficie de respuesta para la optimización de la concentración de proteína en función
de la temperatura de hidrólisis y concentración de enzima (T=temperatura, C=concentración).
Fuente: Elaboración propia.
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PROTEICO
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3.5.Caracterización del concentrado proteico optimizado
Los parámetros experimentales obtenidos a partir de la optimización del proceso hidrolítico en
función de la superficie de respuesta, muestran la concentración de grasa, ceniza, humedad y proteína
en el concentrado proteico (tabla 3).
Tabla 3. Parámetros optimizados del concentrado proteico
Grasa (%)
Ceniza (%)
Humedad (%)
Proteína (%)
Error
Exp.
11,53±0,23
4,61±0,13
9,90±0,23
*
86,09±0,71
1,18%
87,12±4,30
*
Valor experimental
Fuente: Elaboración propia.
Por su parte, los parámetros físico-químicos del concentrado proteico obtenido experimentalmente
demostraron una concentración de proteína, grasa y ceniza que refuerza la calidad y el valor
nutricional del producto obtenido; puesto que al comparar estos parámetros con las características de
la sangre bovina (materia prima), la concentración de proteína aumenta 6 veces en relación al valor
inicial. Esto confirma que el proceso hidrolítico para la obtención del concentrado proteico genera
parámetros de calidad interesantes para la obtención de una materia prima de utilidad en la industria
alimentaria. Bajo este mismo enfoque, Lynch et al. (2017) concluyen que existe un gran potencial
para la obtención y purificación de proteínas a partir de la sangre bovina en el desarrollo de alimentos
funcionales como galletas, bebidas, batidos de proteínas, carnes simuladas, gelatinas y geles
(Hettiarachchy et al., 2012).
3.6.Perfil de aminoácidos del concentrado proteico final
La concentración de los aminoácidos en la sangre bovina y en el concentrado proteico obtenido
después del proceso hidrolítico, fue evaluada en función del perfil de aminoácidos como se muestra
en la tabla 4.
Richard Marcelo Montanero-Zambrano, Genessis Dayana Moreira-Bravo, Ernesto Alonso Rosero-Delgado
30
Tabla 4. Perfil de aminoácidos de la sangre bovina y concentrado proteico
Aminoácido
Sangre bovina
(mg/g)
Concentrado proteico
(mg/g)
Acido Aspártico
2174,42
11020,00
Acido Glutámico
1774,22
16040,00
Serina
1160,58
14560,00
Histidina
1093,88
16260,00
Treonina
1293,98
12220,00
Glicina
893,78
6600,00
Arginina
560,28
16480,00
Alanina
1293,98
6440,00
Tirosina
747,04
2440,00
Valina
1560,78
9280,00
Metionina
493,58
740,00
Fenilalanina
1440,72
3240,00
Isoleucina
186,76
3480,00
Leucina
2187,76
4800,00
Lisina
2387,86
13720,00
Aminoácidos Totales
19249,62
137320,00
Fuente: Elaboración propia.
Los aminoácidos que reflejaron una menor concentración en la sangre bovina fueron metionina
(493,58 mg/g) e isoleucina (186,76 mg/g), lo cual coincide con el reporte de la FAO (1989). La FAO
establece que la metionina es el primer aminoácido limitante en algunos alimentos proteínicos
elaborados a base de sangre; señalando que la sangre es una fuente importante de histidina, valina y
leucina. Lo cual fue corroborado en la presente investigación con la presencia de concentraciones
elevadas de estos aminoácidos en la sangre bovina: histidina (1093,88 mg/g), valina (1560,78 mg/g)
y leucina (2187,76 mg/g).
Según Taylor et al. (1977) en los subproductos y productos elaborados a partir de la sangre animal
existe un efecto antagonista entre la concentración de los aminoácidos leucina/isoleucina y
arginina/lisina, mismo que fue confirmado en los resultados obtenidos en esta investigación, debido
a las amplias diferencias reportadas entre las concentraciones de estos aminoácidos tanto en la sangre
bovina como en el concentrado proteico (tabla 4). Dentro del grupo de aminoácidos que presentaron
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PROTEICO
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un comportamiento antagonista, la enzima Corolase 7089 utilizada en esta investigación presenta
mayor afinidad en la conversión de proteínas que contienen elevadas concentraciones de isoleucina
y arginina, respectivamente.
Por otra parte, la comparación de las concentraciones de aminoácidos en la materia prima (sangre
bovina) y el producto final reflejan que el concentrado proteico presenta un incremento (613%) en la
concentración de todos los aminoácidos evaluados. Asimismo, con incrementos significativos entre
la concentración inicial y final de aminoácidos que van desde 50% para la metionina hasta 2841% en
la arginina. Los elevados incrementos en la concentración de aminoácidos como isoleucina, valina,
alanina, fenilalanina y leucina estuvieron asociados con la especificidad que presenta la enzima
Corolase 7089 por los aminoácidos hidrofóbicos o no polares como lo informa (Fernández Alonso,
2015). Además, la concentración de arginina alcanza un incremento notable con respecto a su
concentración inicial, lo cual se podría relacionar con la síntesis de este aminoácido que se desarrolló
favorablemente durante la hidrólisis con la enzima Corolase 7089. Así mismo, Acuña y Caiza (2010)
coinciden con este resultado, resaltando una concentración superior en arginina con respecto a los
demás aminoácidos, en procesos hidrolíticos enzimáticos.
No obstante, otros estudios obtuvieron resultados que difieren con respecto a los obtenidos en esta
investigación, puesto que establecieron una reducción en las concentraciones de aminoácidos como
fenilalanina, treonina, valina, isoleucina y metionina (Elsohaimy et al., 2015; Quelal et al., 2019).
Entre los factores asociados con este comportamiento, el tipo de procesamiento, la alimentación de
la fuente que generó el sustrato y las condiciones climáticas que pueden afectar el contenido de
aminoácidos, son los más representativos.
La concentración de aminoácidos en el producto final superó significativamente los límites
propuestos en las normativas para suplementos e ingredientes proteicos en alimentación de pollos
(Creswell & Swick, 2001; Khaksar & Golian, 2009) y patrones para dietas alimenticias de peces
según la FAO (1989). En este sentido, Creswell y Swick (2001) y Khaksar y Golian (2009)
propusieron que los subproductos funcionales derivados de la sangre utilizados en la alimentación de
pollos de engorde deben respetar las siguientes especificaciones: concentración máxima de lisina
(73,1 mg/g), metionina (8,5 mg/g), treonina (34,03 mg/g), arginina (19,51 mg/g), isoleucina (12 mg/g)
y valina (48,16 mg/g). Por su parte, la FAO establece que los patrones de dietas alimenticias para un
nivel proteínico del 40% en peces oscilan en el rango de arginina (17,2 mg/g), histidina (7,3 mg/g),
isoleucina (11,2 mg/g), leucina (20,4 mg/g), lisina (23,7 mg/g), metionina (7,7 mg/g), fenilalanina
(11,6 mg/g), valina (13,3 mg/g). Es evidente, que existe una alta concentración de aminoácidos
esenciales y no esenciales en el concentrado proteico, lo cual guarda estrecha relación con la actividad
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32
biocatalítica de la enzima Corolase 7089 y otros factores operaciones del proceso como el pH y
temperatura.
Ante esto, y debido a que la finalidad del concentrado proteico es constituirse en un suplemento
alimenticio en dietas animales u otro proceso de la industria alimentaria, la aplicación de cantidades
bajas del concentrado o el mezclado con otros alimentos funcionales son alternativas para el
desarrollo de dietas para animales. Asimismo, es viable suministrar este producto como un
suplemento alternativo con otros alimentos, sin embargo, se debe considerar que una dosificación
muy elevada podría afectar los procesos metabólicos de los animales que consuman este producto.
4. CONCLUSIONES
Los parámetros operacionales pH, temperatura y concentración de enzima Corolase 7089, presentan
una incidencia significativa sobre la hidrólisis de la sangre bovina. El rendimiento optimizado en la
concentración de proteína (87,12±4,3%) refleja una afinidad por pH de 2, temperatura de 47,7°C a
una concentración enzima del 6%. En cuanto a la correlación de las variables respuesta en función
de los parámetros operacionales, la concentración de proteínas refleja una relación estadísticamente
significativa con todos los parámetros evaluados, la concentración de grasa tuvo como único efecto
estadístico la temperatura, mientras que la concentración de cenizas genera un efecto con la
temperatura y el pH.
El proceso hidrolítico implementado permite la producción de un concentrado proteico de alto valor
nutricional debido al aumento significativo en la concentración de aminoácidos esenciales y no
esenciales, con incrementos que van desde el 49% hasta el 2841% en la metionina y arginina,
respectivamente. El hidrolizado obtenido se muestra como una alternativa en el proceso de
producción de alimento animal y posiblemente humana, considerando requerimientos importantes
dentro de las normativas o reglamentaciones vigentes.
5. RECOMENDACIONES
Cabe señalar que cualquier proceso físico-químico que se implemente para modificar la composición
del concentrado proteico puede generar potenciales efectos en su calidad nutricional; por lo cual, se
recomienda evitar el calentamiento excesivo del concentrado, la mezcla o lavados con agua que
podrían disminuir hasta un 33% la concentración de aminoácidos (Wu et al., 2009), así como la
adición de ácidos o bases fuertes en cualquier tratamiento químico de las proteínas del producto.
6. DECLARACIÓN DE CONFLICTO DE INTERÉS DE LOS AUTORES
Los autores declaran no tener conflicto de intereses
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PROTEICO
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Contribución de autores
Autor
Contribución
Richard Marcelo
Montanero-
Zambrano
Concepción y diseño, redacción del artículo, metodología, revisión, desarrollo
del experimento, búsqueda bibliográfica, búsqueda de información.
Genessis
Dayana
Moreira-Bravo
Concepción y diseño, redacción del artículo, metodología, revisión, desarrollo
del experimento, búsqueda bibliográfica, búsqueda de información.
Ernesto Alonso
Rosero-Delgado
Diseño, revisión, validación, redacción del artículo.
Richard Marcelo Montanero-Zambrano, Genessis Dayana Moreira-Bravo, Ernesto Alonso Rosero-Delgado
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