Análisis y Evaluación de Ciclo de Vida y Riesgos para el Diseño y Optimización de Procesamiento Sustentable de Lípidos

Abstract

Los lípidos constituyen una parte importante de la dieta y participan en numerosas funciones biológicas vitales. Particularmente, el aceite de pescado es un valioso producto rico en ácidos grasos poliinsaturados Omega-3, que en la actualidad se considera atractivo por sus efectos benéficos a la salud humana. Los aceites marinos a menudo se descartan como desecho en muchas industrias pesqueras, principalmente debido a la falta de implementación de procesos innovadores de recuperación y refinado de estos recursos de forma lucrativa y sustentable.

En este trabajo se aborda dicha problemática al proponer una metodología sistemática con el objetivo de integrar los aspectos económicos, ambientales y sociales en las decisiones de diseño de procesos de una refinería de aceite de pescado crudo, enfocado en la producción de concentrados de Omega-3 a partir del aceite residual de una planta procesadora de harina de atún en México. Esto puede realizarse mediante la formulación y solución de un problema de optimización multi-objetivo que incluye opciones de procesamiento convencionales, así como intensificadas dentro una superestructura. El problema MINLP (Mixed Integer Non-Linear Programing) resultante es solucionado con una combinación de métodos lexicográfico y de restricción épsilon (ε-constraint), para luego someter a una evaluación comparativa las soluciones obtenidas en forma de frente de Pareto utilizando Análisis de Ciclo de Vida y Análisis de Riesgos con la asistencia de un software de simulación de procesos (SuperPro Designer®).

La metodología de búsqueda del diseño de proceso óptimo sustentable arrojó tres configuraciones factibles, destacando la selección de procesos intensificados como nano-neutralización, destilación molecular, transesterificación con ultrasonido y cromatografías argentométrica y con CO2. De los cuales, el proceso utilizando cromatografía con CO2 supercrítico resultó tener mejor desempeño en términos de indicadores de Análisis de Ciclo de Vida y seguridad industrial.

A su vez, este trabajo proporciona una base de datos de propiedades de los compuestos lipídicos y técnicas de procesamiento que puede ser implementada en futuros proyectos. Además, ayuda a demostrar que la revalorización de los aceites marinos, así como de los desechos de la industria alimentaria en general, es importante para lograr un modelo de economía circular dentro del desarrollo productivo sustentable.

Lipids constitute an important part of the diet and participate in numerous vital biological functions. Fish oil, in particular, is a valuable nutritious product, mainly due to its Omega-3 polyunsaturated fatty acids content that is currently attractive for its beneficial health effects. Marine oils are often discarded as waste in many seafood industries, primarily due to the lack of implementation of innovative resource recovery and oil refining processes in a lucrative and sustainable way.

This work tackles this issue by proposing a systematic framework with the objective to integrate the economic, environmental and social aspects together in the process design decisions of a crude fish oil refinery focused on the production of Omega-3 concentrates from waste oil of a tuna processing plant in Mexico. This is addressed by the formulation and solution of a multi-objective optimization design problem that includes conventional and intensified processing options in a superstructure. The resulting MINLP (Mixed Integer Non-Linear Programing) problem is solved with a combination of lexicographic and ε-constraint methods. Then, the solutions provided in the form of a Pareto front are subject to benchmarking with a Life Cycle Assessment and risk analysis methodology with the assistance of a process simulation software (SuperPro Designer®).

The search methodology of the sustainable optimal process design resulted in three feasible configurations, highlighting the selection of intensified processes such as nano-neutralization, molecular distillation, ultrasound assisted transesterification, and argentometric and CO2 chromatography. Among these, the process using supercritical CO2 chromatography has the best performance in terms of Life Cycle Assessment and industrial safety indicators.

At the same time, this work provides a database of lipid compound properties and processing techniques that can be implemented in future projects. In addition, it helps to demonstrate that the revalorization of marine oils, as well as other waste from the food industry in general, is relevant to achieve a circular economy model within sustainable productive development.