Archivo de la categoría: Residuos y subproductos

Valorización de residuos procedentes de la elaboración de azúcar y aceite de oliva como biosorbentes

En esta entrada se describe el estudio realizado en Marruecos (Moubarik y Grimi, 2015) sobre la utlización de huesos de aceituna y de residuos de la obtención de azúcar de caña (bagazo) como materiales biosorbentes.

La biosorcion es una técnica alternativa para extraer metales pesados de aguas contaminadas mediante la sorción pasiva y la formación de complejos metálicos entre el biosorbente y los metales pesados.  Se basa en el conocimiento de que ciertos grupos funcionales presentes en componentes de la biomasa como la celulosa, la hemicelulosa, la lignina y el silicio pueden presentan zonas de unión capaces de atrapar estos metales. Uno de estos metales pesados es el cadmio, de gran toxicidad  y cuya eliminación es prioritaria pero especialmente difícil por la movilidad que tiene en el suelo.

La composición de los residuos derivados de la producción de azúcar de caña y del aceite de oliva sería en principio apropiada para su uso como biosorbente.

olives-1336032_1920Anualmente se generan 54 millones de toneladas de bagazo de caña de azúcar a nivel mundial. En cuanto a la producción de aceite oliva, los residuos que se generan se localizan en los países mediterráneos. Solo en España se produce una media de 1.215.798 t de aceite de oliva (http://www.magrama.gob.es); pero de cada aceituna solo se contiene un 20 %  de aceite de oliva, lo demás es residuo (http://www.agenciasinc.es). Esto da lugar a grandes cantidades de residuos, difíciles de manejar en una zona localizada. Actualmente se utilizan diferentes vías para valorizar estos productos (http://www.esenciadeolivo.es).

sugarcane-439880_1920Los autores secan y trituran cada uno de los subproductos estudiados, y a continuación analizan cuál es su comportamiento como biosorbentes (a escala de laboratorio) evaluando la diversos factores importantes en el proceso: pH del agua a tratar, concentración en cadmio, temperatura, tiempo de contacto.

Comprueban que el comportamiento óptimo como biosorbentes en ambos casos se produce a 25 ºC y pH neutro, y que el equilibro en el proceso de adsorción se alcanza a los 20-25 minutos, y que el porcentaje de cadmio adsorbido aumenta cuando mayor es la concentración inicial en el agua, hasta valores máximos de retención del 96 %.

Pese a tratarse de pruebas realizadas a pequeña escala en laboratorio, los autores señalan que los resultados obtenidos confieren al bagazo de caña y a los huesos de aceituna un gran potencial como biosorbentes de bajo coste para la reducción a bajas concentraciones de metales pesados de aguas, trabajando a pH neutro y una temperatura intermedia, condiciones aplicables a escala industrial,

Referencia:

Amine Moubarik and Nabil Grimi. 2015. Valorization of olive stone and sugar cane bagasse by‐products as biosorbents for the removal of cadmium from aqueous solution. Food Research International 73 169–175

 

 

 

Producción de enzimas por fermentación en estado sólido de residuos de la industria del vino y aceite

Este es un resumen de un artículo de Romo Sánchez y colaboradores (2015), que es un ejemplo del uso de residuos agroindustriales (vino, oliva) como sustrato de cultivo de microorganismos en condiciones de fermentación en estado sólido, con el objeto de obtener enzimas.

Las autoras señalan que la producción de aceite de oliva y vino ocupa un lugar destacado en el sector agro alimentario de Castilla la Mancha y generan aproximadamente tres millones de toneladas de residuos al año. Estos residuos no pueden ir a vertedero sin haber realizado un tratamiento, reutilización o aprovechamiento de los mismos. El estudio de posibles aprovechamiento de los  residuos es uno de los campos de investigación que más se están apoyando hoy en día y que más futuro tienen.

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En el artículo se da una visión de un posible aprovechamiento de subproducto industrial para la producción de enzimas capaces de degradar la celulosa, hemicelulosa y xilano compuestos principales de las paredes celulares del material vegetal.  Para la producción de estas enzimas se ha utilizado dos microrganismos, dos especies de mohos, Asperguillus niger y Asperguillus  fumigatus, caracterizadas por su alta actividad enzimática.

Foto tomada por Roberto J. Galindo, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2244921

Foto tomada por Roberto J. Galindo, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2244921

El crecimiento de los microorganismos anteriores se ha realizado mediante una fermentación en estado sólido, característica por desarrollar los microrganismos en ausencia de agua libre y  siendo el propio sustrato la fuente de carbono /energía.

El sustrato empleado para base del crecimiento del Aspergillus esta formad poro residuos de la industria del vino y del aceite  enteros, molidos  o suplementados  con trigo en una proporción de 1:1. Teniendo en cuenta estas variables y su combinación  se realizaron 8 experimentos.

Las fermentaciones se llevaron a cabo durante 15 días y  se recogieron muestras  después de 2, 4, 6, 8, 10 y 15 días para supervisar la actividad de las enzimas xilanasa, celulasa, beta-glucosidasa y pectinasa.  Los valores más altos de crecimiento de microorganismos se registraron después de 10 y 15 días de fermentación. El uso de Aspeguillus niger en la piel de la uva sin moler produjo los mejores resultados.

Con este experimento se demostró que la fermentación en base sólida proporciona un ambiente cerrado similar a su hábitat natural, que estimula el crecimiento de las enzimas hemicelulíticas. También  se pudo observar la idoneidad de la piel de la uva y orujo de oliva para la producción de enzimas y que el suplemento de trigo facilitaba el crecimiento por su contenido de nitrógeno asimilable.

El extracto multi-enzimático obtenido se purificó, se liofilizó e se inmovilizó en quitosano por absorción para evaluar las posibles ventajas proporcionadas por las diferentes técnicas de conservación. El proceso de liofilización produjo una inactivación muy imporante de la actividad enzimática por lo que quedó demostrado que en las circunstancias  apliadas en el experimento no es una buena técnica de conservación enzimática. Señalan las autoras que para futuros estudios habría que buscar técnicas para inmovilización de los extractos de enzimas  purificadas que no afecten a la actividad enzimática.

 

Referencia: Sheila Romo Sánchez, Irene Gil Sánchez, María Arévalo-Villena, Ana Briones Pérez. Production and immobilization of enzymes by solid-state fermentation of agroindustrial waste. Bioprocess Biosyst Eng (2015) 38:587–593

Valorización de subproductos del tomate

Este es un resumen del trabajo publicado por unos investigadores italianos (Zuorro et al. 2013), en el que desarrollan un procedimiento para la obtención de aceite de semillas de tomate enriquecido con licopeno extraído a su vez de las pieles de tomate.

Los autores señalan que en el mundo se procesan anualmente más de 30 millones de tomates para obtener zumos, salsas y otros productos. En este procesado se generan como residuos/subproductos alrededor de un 4 % de pieles y las semillas, lo que representa una producción mundial estimada de más de 1 millón de toneladas cada año.

https://www.youtube.com/watch?v=Rhu21aNUlxQ

Actualmente el orujo de tomate no tiene valor comercial, y se elimina como residuo sólido o se destina alimentación animal. Sin embargo, un examen cuidadoso de este material revela que es una rica fuente de nutrientes y fitoquímicos. Las semillas de tomate contienen un aceite de alta calidad nutricional (alto grado de insaturación) mientras que las pieles son ricas en carotenoides. Entre ellos, el licopeno ha atraído la mayor atención en los últimos años por sus beneficios potenciales para la salud.

Hay interés en recuperar por extracción el licopeno de las pieles, pero dicha extracción está limitada por la gran compacidad del tejido del piel de tomate. Una alternativa para mejorar dicha extracción es el uso de enzimas pectinolíticas (poligalacturonasa y pectina metil esterasa) que facilitan la degradación de las paredes celulares de las células de la piel, pudiendo reducir significativamente el tiempo y la temperatura de extracción, y aumentar el rendimiento en la extracción.

Los autores desarrollan un método que consiste en: separar primero las pieles y las pepitas;  obtener un aceite a través del prensado mecánico de las pepitas previamente secadas (rendimiento de aproximadamente el 15 % de las pepitas en peso seco); extraer licopeno a partir de las pieles parcialmente deshidratadas. Para dicha extracción emplean hexano como disolvente. Aplican un diseño experimental en el que optimizan las condiciones de extracción (temperatura, tiempo de pretratamiento, tiempo de extracción, ratio disolvente/sólido, dosis de enzimas pectinolíticas). Obtienen así una oleorresina (alrededor de 20 kg por cada tonelada de pieles en peso seco) con cerca de un 6-7 % de licopeno.

Esta oleorresina la mezclan con el aceite de semillas, para obtener un aceite de tomate enriquecido con licopeno (50 a 500 mg de licopeno por kg de aceite). Los autores señalan que este aceite podria tener aplicacione alimentarias y cosméticas interesantes.

A continuación algunas referencias y enlaces que tienen que ver que ver de una forma directa o indirecta con la temática del artículo:

  • Zuorro et al. 2013. Enzyme‐Assisted Production of Tomato Seed Oil Enriched with Lycopene from Tomato Pomace. Food Bioprocess Technology 6:3499–3509.
  • Video: Científicos identifican propiedades preventivas de subproducto de tomate, enfermedades al corazón. http://www.24horas.cl/regiones/maule/en-talca-cientificos-identifican-propiedades-preventivas-en-subproducto-del-tomate-296252
  • Eller, F. J., Moser, J. K., Kenar, J. A., & Taylor, S. L. (2010). Extraction and analysis of tomato seed oil. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 87, 755–
  • Kelkel, M., Schumacher, M., Dicato, M., & Diederich, M. (2011). Antioxidant and anti-proliferative properties of lycopene. Free Radical Research, 45, 925–
  • Lavecchia, R., & Zuorro, A. (2008). Improved lycopene extraction from tomato peels using cell-wall degrading enzymes. European Food Research and Technology, 228, 153– Lazos, E. S., Tsaknis, J., & Lalas, S. (1998). Characteristics

Adición de supbroductos del tomate a productos cárnicos

Los carotenoides son un grupo numeroso de pigmentos muy difundidos, en los reinos vegetal y animal, producen colores que van desde el amarillo hasta el rojo intenso (Badui Dergal, 2006). Hay evidencias que los carotenoides aportan beneficios a la salud, esto se basa en su propiedad como antioxidante, protegiendo ante algunas enfermedades crónicas como cáncer o las enfermedades cardiovasculares (Calvo et al., 2008).

Los tomates y productos de tomate son fuente de licopeno, que es un tipo de carotenoide. La industria del tomate genera grandes cantidades de subproductos, que no se utilizan; las semillas y las pieles contienen grandes cantidades de compuestos activos, como los licopenos.

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A continuación, se muestran dos ejemplos de la utilización de subproductos de la industria del tomate directamente sobre productos cárnicos. En ambos casos el ingrediente añadido era un producto en polvo obtendio tras secado y molienda de las pieles de tomate.

Salchichón enriquecido con licopeno procedente de la piel del tomate (Calvo et al., 2008).

Vieron que al aumentar la cantidad de piel de tomate, la concentración del licopeno aumentó, aunque durante el tiempo de conservación, disminuye probablemente por las reacciones de oxidación del licopeno con los radicales libres. Las propiedades antioxidantes podrían ser buenas para inhibir la oxidación lipídica durante el almacenamiento de las salchichas. Sensorialmente, se vio que adicionar la piel de tomate modificó el color y aumentó la aceptabilidad. Por tanto, esta es una opción para aumentar la ingesta de este caroteno en la dieta.

Frankfurts con polvo de tomate como aditivo (Eyiler and Oztan, 2011).

Se estudió el uso del polvo de tomate como un posible aditivo en productos cárnicos, para reducir el nivel de nitritos que se emplean, que son los aditivos más universales en los productos cárnicos por su papel en el mantenimiento del color característico, su capacidad antioxidante y antimicrobiana, al inhibir el crecimiento de Clostridium botulinum. El polvo de tomate se puede utilizar en la producción de Frankfurts como colorante para obtener un color rojo, ya que aumenta la aceptabilidad. No obstante, se observó que en las cantidades añadidas no se lograba compensar el incremento de la oxidación lipídica derivado de la reducción de la cantidad de nitritos. Se sugiere que habría que incrementar la cantidad de producto en polvo para lograrlo.

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Estos son algunos ejemplos del uso de subproductos del tomate, pero se pueden encontrar más. La Universidad Computense de Madrid tienen un grupo de investigación que trabajan con subproductos del tomate obteniendo licopeno y fibra (Cámara). En la revista Ecotimes se muestran otras alternativas para utilizar los subproductos del tomate, como hacer pélets o emplearlo para alimentación animal (Marín, 2010).

En el siguiente video se habla de que es el licopeno y se presenta un aceite oliva virgen extra enriquecido con licopeno mediante extracción directa del licopeno de la pulpa de tomate al aceite sin utilizar disolventes.

Referencias

Calvo, M. M., M. L. García, and M. D. Selgas. 2008. Dry fermented sausages enriched with lycopene from tomato peel. Meat Sci. 80:167–172.

Cámara, M. Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación Universidad Complutense de Madrid. Available from: http://pendientedemigracion.ucm.es/info/otri/complutecno/fichas/tec_mcamara1.htm

Eyiler, E., and A. Oztan. 2011. Production of frankfurters with tomato powder as a natural additive. LWT – Food Sci. Technol. 44:307–311.

Marín, I. 2010. Ambientum. Ecotimes. Available from: http://www.ambientum.com/revista/2010/abril/valorizacion-residuos-industriales-tomate.asp

Obtención de productos valiosos a partir de residuos de pescado

Hoy en día existe una cierta preocupación sobre la utilización de productos sintéticos, no solo en alimentación sino en más campos industriales. La población dice preferir  compuestos naturales,  ya que los perciben como más “seguros”. Desde este punto de vista, los productos del mar, resultan muy interesantes por sus contenidos en: proteínas, ácidos grasos omega-3, aminoácidos, enzimas (proteasas), biopolímeros (colágeno, colágeno hidrolizado y gelatina) y biomateriales (hidroxiapatita). Todos estos se pueden extraer, de diferentes formas, de los residuos y subproductos generados en el enlatado de pescados azules. Según los autores de una revisión de este tema (Ferraro et al., 2013), este aprovechamiento de los subproductos puede generar incluso más valor que las propias conservas. Por tanto tenemos a nuestro alcance una mina de oro al tratarse  de materias primas tan baratas como lo que se consideran “deshechos”. ¿Lo vamos a dejar escapar?

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Según los autores la mayoría de estos residuos se han intentado gestionar de manera eficiente y sus principales salidas han sido: alimento para animales (siendo el principal la harina de pescado), fertilizantes para plantas (ya que son materiales con gran contenido en fosfatos)  e ingredientes para la fabricación de adhesivos. Sin embargo exite un mayor abanico de posibilidades, mediante la generación de diversos productos de elevado valor añadido.

Un grupo de estos compuestos revalorizados son los biopolímeros, los cuales pueden ser extraídos a partir de piel, escamas y esqueletos de estos peces, que se generan en diferentes etapas del enlatado como el salado, lavado y cortado- fileteado. Dentro de estos biopolímeros, el colágeno resulta de gran importancia puesto que actualmente su demanda mundial ha crecido de manera exponencial debido a su utilización en productos alimenticios, cosméticos, y biomateriales (por ejemplo pegamentos para heridas, por su baja respuesta inmune, quimiotacticidad y adherencia). Además, la utilización del colágeno de pescado frente al obtenido tradicionalmente del ganado porcino y bovino, parece una buena alternativa ya que tiene propiedades funcionales distintas, debido principalmente al entorno diferente en el que vive el animal: este colágeno tiene menor punto de fusión y es estable a temperaturas más bajas, lo que puede dar lugar a nuevas formulaciones. Otras ventajas residen en los brotes de encefalopatía espongiforme bovina y fiebre aftosa y en las razones socioculturales de ciertas comunidades en contra de la utilización de animales terrestres como fuente de estos biopolímeros.

La gelatina constituye otro biopolímero que se puede obtener de estos subproductos, esta proteína funcional tiene un alto valor por su propiedad de formar geles característicos, y tiene gran interés en industrias como la alimentaria, farmacéutica, cosmética y fotográfica. La gelatina obtenida del ganado bovino y porcino (pieles) actualmente representa el 98% del total, y solo un 1% se extrae de los subproductos del sector pesquero, sin embargo esta también presenta ciertas ventajas frente a la obtenida de mamíferos, como: mejor liberación de aromas (al deshacerse en boca), mayor digestibilidad y que es ser soluble a temperatura ambiente.

Otro subproducto de obligada mención debido a su importancia es la hidroxiapatita. Este material de fosfato de calcio se puede obtener de las escamas y espinas de los peces. Uno de los usos principales es como biomaterial, más específicamente como un sustituto óseo. Esto es debido a que es el principal componente mineral del hueso humano, y por tanto puede reproducir la composición y el comportamiento del mismo. Además tiene alta biocompatibilidad y es osteoconductivo ya que favorece el crecimiento de células osteoblastos, promoviendo la formación de nuevo hueso, características que lo hacen idóneo. El segundo uso más importante de la hidroxiapatita es como intercambiador de iones, especialmente para cationes bivalentes tóxicos tales como plomo (II), cadmio (II), zinc (II) y cobre (II). Por lo tanto, constituye un material muy adecuado para la limpieza de aguas residuales y suelos contaminados con estos iones.

La grasa o aceite de pescado azul es rica en ácidos grasos poliinsaturados, en particular, el pescado azul es la principal fuente de los conocidos ácidos omega-3. Entre estos dos parecen tener un gran potencial para uso medicinal: el ácido ecosapentaenoico (EPA), con efectos inhibitorios en la cogaulación plaquetaria; y el ácido docashexaenoico (DHA), que es un ácido graso estrucutral en los tejidos nerviosos del cerebro y la retina, por ejemplo. El aceite de pescado es en estos momentos el tercer complemento dietético más consumido en EEUU.

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Los autores también revisan otras posibles vías de valorización de los residuos de pescados azules, como la obtención de aislados proteicos e hidrolizados de proteínas que pueden tener propiedades funcionales interesantes en las producción de alimentos (estructurantes, retención de agua, gelificantes, espumantes, emulsificantes), así como propiedades bioactivas (antioxidantes, anti-hipertensivas, anti-trombóticas, etc.); o ser útiles para su sus como medios de cultivo de microorganismos, o como nutrientes en procesos de fermentación. Incluso señalan que las vísceras de estos pescados pueden ser fuentes interesantes de determinadas enzimas, principalmente proteolíticas (pepsina, tripsina, quimotripsina, etc.) con múltiples aplicaciones industriales, de tipo alimentario y de otros tipos.

Referencia:

Ferraro et al. 2013. Extraction of high added value biological compounds from sardine, sardine-type fish and mackerel canning residues — A review. Materials Science and Engineering C 33 3111–3120.

 

Residuos y subproductos de la industria alimentaria en Navarra

En el siguiente documento se realiza una estimación de la cantidad de residuos más subproductos (R+Sb) generados en los principales sectores de la industria alimentaria en Navarra.

Para ello se buscaron datos estadísticos de distintas fuentes (Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, Gobierno de Navarra, MERCASA, etc.) sobre la producción de materias primas y/o productos procesados, a los que se les aplicó diversos coeficientes para calcular la cantidad de R+Sb. Estos coeficientes se obtuvieron a partir de referencias previas como AWARENET, PROBIOGAS, y otras.

La cantidad global obtenida ronda las 200.000 toneladas anuales, procedentes principalmente del procesado de cereales (harina, malta), hortalizas (sobre todo tomate, en menor medida alcachofa, espárrago, etc.), sacrificio de animales (sobre todo aves y porcino), y también del sector lácteo (queso), vinícola y del aceite de oliva.

Conviene señalar que una gran parte (que no se ha podido cuantificar con precisión) de estos R+Sb tienen un aprovechamiento inmediato, por lo que deben ser considerados como subproductos, y no como residuos (ver la distinción entre uno y otro en una entrada anterior).