Archivo de la categoría: Residuos y subproductos

Obtención de enzimas a partir subproductos de patata

La patata es uno de los vegetales más consumidos del mundo. Segun la FAO, la producción mundial de patata ronda las 341 millones de toneladas anuales, con Asia y Europa a la cabeza, con un 80% de la producción mundial de este tubérculo.

Una parte de la patata se consume en fresco, y otra se procesa para la obtención de diversos productos (chips, purés deshidratados, patatas congeladas, conservas, almidón, etc.).

Se estima que el nivel de desperdicios se situa entre el 5 y el 20%, por lo que el aprovechamiento de estos como subproductos es de gran interés, por su gran cantidad y su bajo coste.

En la publicación que se toma como referencia evalúan el empleo del subproducto de la industria patatera como una fuente de carbono para de enzima glucoamilasa gracias a un proceso de fermentación en estado sólido, empleando como microorganismo de cultivo un moho, el Aspergillus niger.

Para poder obtener cantidades suficientes de glucosa y de la enzima como para poder llevar a cabo este proceso a nivel industrial hay que seguir una serie de pasos:

  • Elección de la mejor depa de A. niger: el «puré» o subproducto obtenido de la industria de la patata se esteriliza y filtra y es inoculado por diferentes cepas de este moho. De ahí se elige la cepa que mejores resultados de generación de glucosa y actividad enzimática ha dado, que en este caso ha sido la cepa A. niger van Thiegem.
  • Estudio del mejor medio para el cultivo: se realizan diferentes medios con ingredientes distintos para poder medir cuáles son los más productivos y de mejor rendimiento económico. Se obtiene que, para A. niger, los ingredientes que más rendimiento aportan son el extracto de malta, el FeSO4.7H2O y el CaCl2.2H2O en diferentes proporciones.
  • Optimización del medio: tras una serie de tratamientos estadísticos mediante el método del compuesto central de análisis de superficie-respuesta se obtienen las cantidades óptimas de cada ingrediente para el mejor funcionamiento del moho en el medio. Los resultados finales son que el medio idóneo estaría compuesto por 50 g/L de puré de patata (base seca), por 51,82 g /L de extracto de malta, 9,27 g/L de CaCl2.

Referencia:

Izmirlioglu G y Demirci A. (2016). Strain selection and medium optimization for glucoamilase production from industrial potato waste by Aspergillus niger. Journal of Sciencie of Food and Agriculture, 96, 2788-2795.

Producción de proteínas hidrolizadas a partir de vísceras de pescado

En los últimos años se ha producido un crecimiento en la producción de pescado por lo que, como es lógico, la generación de residuos orgánicos procedentes de esta industria también ha aumentado. Sin embargo, solo se revalorizan el 30% como productos de bajo valor añadido como, por ejemplo: pienso para animales, agentes fertilizantes y ensilajes.

La producción de proteínas hidrolizadas a partir de estos residuos es tendencia en diversas industrias como la cosmética, farmacéutica o alimentaria, debido a su composición, funcionalidad y elevado valor añadido.

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Pero primero, ¿Qué son las proteínas hidrolizadas ?

Las proteínas hidrolizadas proceden de proteínas que han sido sometidas a una hidrólisis en donde se ha producido una rotura de los enlaces peptídicos y para generar así aminoácidos libres o péptidos de bajo peso molecular.

Estos productos son una fuente nutricional excelente ya que contienen todos los aminoácidos esenciales y no esenciales. Además, presentan una funcionalidad mejorada con respecto a las proteínas nativas en diversos aspectos como:

  • Mejor solubilidad
  • Mejor capacidad de retención de agua
  • Mejor capacidad emulsificante

Esto es debido a que las proteínas nativas presentan una funcionalidad limitada al pH del alimento. Sin embargo, cuando se someten a hidrólisis este rango de pH se amplia.

¿Por qué vísceras de pescado?

Las vísceras de pescado es uno de los residuos orgánicos generados que mayor interés presenta debido a su composición, ya que:

  • Las vísceras son ricas en lípidos y proteínas
  • Contienen gran cantidad de enzimas con interés en la industria como: pepsina, tripsina, quimotripsina, colagenasa y elastasa
  • La fracción lipídica contiene otros compuestos atractivos como el omega-3, fosfolípidos, colesterol y vitaminas liposolubles

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¿Cómo se producen estas proteínas hidrolizadas?

El objetivo principal del proceso es la solubilización de la fuente de proteínas para mejorar su valor biológico y nutricional para obtener productos de alto valor añadido e interés comercial. El proceso consta de tres etapas: un pretratamiento, hidrólisis y recuperación.

En primer lugar, en el pretratamiento se busca mediante diferentes técnicas (tratamientos térmicos, centrifugación o uso de solventes), la concentración de proteínas contenidas en las vísceras del pescado.

Una vez se obtiene el concentrado de proteínas se realiza la hidrólisis de estas. El objetivo de esta etapa es la rotura de los enlaces peptídicos para obtener aminoácidos libres o péptidos de bajo peso molecular mediante reacciones enzimáticas o químicas.

Por último, en la recuperación se purifican las proteínas hidrolizadas obtenidas con el fin de eliminar cualquier resto de otros compuestos. Esto se puede llevar a cabo mediante centrifugación, filtración o cromatografía de intercambio iónico.

Algunas aplicaciones

En la industria alimentaria se ha probado con éxito en cereales, galletas, postres y productos cárnicos como emulsificante.

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Además, también se está estudiando su uso como ingrediente bioactivo debido a sus propiedades antioxidantes y agente antihipertensivo.

Sin embargo, se necesitan más estudios para conocer el comportamiento de este producto en diferentes matrices alimentarias, su estabilidad en el procesado y su absorción gastrointestinal.

Información obtenida de:

Villamil, O; Váquiro, H; Solanilla, J; (2016). Fish viscera protein hydrolysates: Production, potential applications and functional and bioactive properties. Food Quemistry, 224 pp: 160-171

Extracción de antioxidantes de subproductos de alcachofa

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Las alcachofas (Cynara scolymus L.) son plantas perennes que pertenecen a la familia Asteraceae y es nativa de regiones subtropicales. La parte comestible es la cabeza de la inflorescencia inmadura. Es un producto consumido principalmente en las zonas del Mediterráneo, los principales productores son Italia, Egipto y España (FAOSTAT, 2014). Es un producto apreciado por los consumidores por sus propiedades organolépticas y por su alto valor nutritivo. Ya que es una fuente rica en inulina, fibra y minerales; además tiene una gran cantidad de compuestos fenólicos.

En el consumo en el hogar y en el procesado industrial de la alcachofa se descarta entre el 75-85 % de la biomasa (tallo y hojas internas y externas), ya que la parte principalmente consumible es el corazón. Residuo

Los usos habituales de estos subproductos son pienso para ganado, producción de compost o su eliminiación en vertedero.

Sin embargo, hay varias alternativas para revalorizar con un mayor valor añadido de estos subproductos. Entre ellas están:

  1. Extracción de inulina
  2. La recuperación de peroxidasa para su utilización en la eliminación de contaminantes fenólicos en agua residual.
  3. Producción de biocombustibles.
  4. Extracción de compuestos fenólicos, por sus características beneficiosas para la salud, con intención de añadirlas a alimentos.

Se va a comentar un poco más en profundidad esta última alternativa.

Los compuestos fenólicos son metabolitos secundarios de las plantas que se caracterizan por la presencia del grupo hidroxilo (-OH) que están unidos a un anillo aromático. Se está aumentando el interés de estos compuestos, ya que tienen beneficios para la salud como compuestos antioxidantes, antiinflamatorios, anti-carcinogénicos… Por otro lado, estos compuestos no son sintetizados por los seres humanos, así que han de ser ingeridos en la dieta.

Se está investigando en añadir estos compuestos fenólicos obtenidos de plantas a alimentos como ingrediente funcional o tecnológico.

Es interesante utilizar métodos no convencionales para la extracción, en el caso del artículo de Rabelo et al. utilizan la extracción asistida por ultrasonidos combinada con la nanofiltración. Estudian los diferentes parámetros de la extracción para desarrollar el método más eficiente.

La extracción asistida por ultrasonidos presenta varias ventajas:

  • Es un método simple
  • Barato
  • Permite el uso de varios disolventes
  • Temperaturas bajas (por lo que no se destruye la actividad biológica)
  • No tiene restricciones respecto a la polaridad de los compuestos de interés o la humedad de la matriz
  • Tiene una buena reproducibilidad
  • Alto potencial de utilizarlo a grandes escalas
  • Mayor eficiencia que los métodos tradicionales

Como aspecto negativo, hay que decir que no se obtiene un extracto puro, por lo tanto necesita un paso extra para eliminar el disolvente.

Las conclusiones que podemos sacar de todo esto son:

  1. Existen alternativas para la revalorización de los subproductos de alcachofa, que además, les suman valor añadido.
  2. Al extraer compuestos fenólicos se puede optar por métodos no convencionales, pudiendo conseguir mejores rendimientos.
  3. Sería interesante estudiar los posibles usos de la inulina en alimentos
  4. Producción de bioenergía: ya que tiene alto poder calorífico y un bajo contenido de cenizas. Incluso da mejor rendimiento después de extraer los compuestos fenólicos.
  5. Posibilidad de combinar procesos de valorización.

BIBLIOGRAFÍA

Rabelo et al. (2015) Ultrasound assisted extraction and nanofiltration of phenolic compounds from artichoke solid wastes. Journal of Food Engineering. 178, (170-180)

Zuorro et al. (2015) Reuse potential of artichoke (Cynara scolimus L.) waste for the recovery of phenolic compounds and bioenergy. Journal of Cleaner Production. 111, (279-284)

Subproductos del vino como probióticos

La uva es uno de los cultivos más extendidos a nivel mundial, se estima que anualmente se producen 63 millones de toneladas. La industria vitivinícola utiliza el 75% del total de uvas para la elaboración de vino. Pero durante el proceso de producción del vino se genera el orujo que es el producto que se obtiene después del prensado de la fruta y el vino y que está formado por las pieles y las semillas.

Este subproducto de la industria supone un 20%, en peso, de la producción mundial. Actualmente el orujo de uva se destina a alimentación animal o se utiliza para la obtención del alcohol que contiene, el aceite de sus semillas o de colorantes alimentarios. Sin embargo, estos subproductos tienen un alto valor, tanto para la industria alimentaria como para la farmacéutica o la cosmética. Esto se debe a la variedad de compuestos con los que cuentan, entre ellos los compuestos fenólicos, conocidos por su capacidad antioxidante.

Durante los últimos años la industria alimentaria ha querido revalorizar estos subproductos buscando alternativas para su utilización dentro de alimentación. La extracción de compuestos fenólicos ha sido una de las áreas más investigadas, con el objetivo de enriquecer alimentos con estos compuestos antioxidantes. También se ha estudiado la aplicación de extractos de orujos de uva en alimentos para evitar su deterioro, causado por la oxidación de las grasas o por la acción de los microorganismos.

Una investigación publicada en julio de 2016 estudia el efecto del extracto de orujo de uva sobre los microorganismos que se añaden a un producto como probióticos, ya que investigaciones anteriores han concluido que el subproducto tiene un efecto positivo en la estabilización de este tipo de microorganismos.

El extracto se añade en un producto de leche de cabra fermentada mediante Staphylococcus thermophilus, al que se le añaden dos tipos de microorganismos para dar lugar a un producto probiótico (Lactobacillus rhamnosus y Lactobacillus acidophilus). Este producto también lleva zumo de uva, y se elabora siguiendo el esquema de la ilustración 1. Una vez elaborado el producto se estudia el contenido total de polifenoles, la estabilidad de los microorganismos, la textura y la calidad sensorial del producto.

 

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Ilustración 1. Esquema de la elaboración de los productos estudiados (Elaborado a partir de datos de Dos Santos, K.M. et al., 2017)

El estudio concluye que al añadir el extracto de orujo de uva al producto el contenido total de polifenoles aumenta, aunque no se encuentran diferencias significativas entre las formulaciones con tipo u otro de Lactobacillus. El microorganismo responsable de la fermentación (Staphylococcus thermophilus) es estable durante los 28 días de estudio.

Los microorganismos probióticos, en cambio, no tienen el mismo comportamiento. Lactobacillus rhamnosus (Lr) es estable con y sin extracto de orujo de uva durante los 28 días. Lactobacillus acidophilus, en cambio, va disminuyendo con el tiempo, lo que indica falta de estabilidad, aunque el extracto parece ejercer un efecto protector, ya que la disminución es menor. Por último, a nivel sensorial el extracto de orujo de uva mejora la textura, el color, el flavor y la impresión global del producto con Lactobacillus rhamnosus.

En resumen, este artículo muestra la posibilidad de revalorización de un subproducto que se genera en cantidades muy elevadas. Dando así lugar a un alimento probiótico estable y con propiedades antioxidantes proporcionadas por los polifenoles presentes en el extracto de orujo de uva. Sin embargo, se requiere más investigación, entre otras cosas para probar la biodisponibilidad de estos componentes antioxidantes al consumir el producto y así poder validarlo como alimento funcional.

En el siguiente enlace Blanca Viadel del Dpto. de Nuevos Productos del Centro Tecnológico AINIA explica una técnica avanzada para validar alimentos funcionales mediante una simulación de la digestión.

 

Bibliografía

  • Dos Santos, K. M., De Oliveira, I. C., Lopes, M. A., Gil Cruz, A. P., Buriti, F. C., & Cabral, L. M. (2017). Addition of grape pomace extract to probiotic fermented goat milk : the effect on phenolic content , probiotic viability and sensory acceptability. Journal of the Science of Food and Agriculture, 97(4), 1108–1115. https://doi.org/10.1002/jsfa.7836
  • García-Lomillo, J., & Gonzalez-SanJosé, M. L. (2017). Applications of Wine Pomace in the Food Industry : Approaches and Functions. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 16(Kliewer 1977), 3–22. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12238

Utilización de orujos de manzana en ingeniería de tejidos

¿Por qué utilizar los subproductos de manzana?

El uso insostenible de materias primas en los últimos años ha generado un  aumento de residuos agroalimentarios, estos  están directamente relacionados con las emisiones de gases de efecto invernadero que causan un grave problema medioambiental además, estas prácticas pueden llevar al agotamiento asociado de los recursos naturales, debido a una población mundial cada vez mayor.

La producción mundial de manzanas fue en 2015 de más de 70 millones de toneladas de las cuales la Unión Europea contribuyó con más del 15%, mientras que medio millón de toneladas proceden de España. Alrededor del 75% de las manzanas son empleadas en la elaboración de zumo y el resto, conocido como orujo de manzana, se utiliza principalmente como pienso o para compost. No obsante existen alternativas para su transformación en productos de alto de valor añadido.

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¿Cuáles son las posibilidades de revalorización de los orujos?

Los principales usos de los orujos de manzanas además de sus utilizaciones tradicionales (pienso compost y biocombustible) están encaminados a la valorización de las sustancias antioxidantes y neutraceuticos que están siendo estudiados en el desarrollo de  biomaterial para la ingeniería de tejidos duros y blandos a partir del material de desecho después de la extracción de nutracéuticos y pectinas.

La comunidad científica se ha interesado desde hace muchos años en diferentes estrategias para regenerar tejido que podrían emplearse en técnicas quirúrgicas y para guiar el crecimiento de nuevos tejidos.

Revalorización en ingeniería de tejidos

El trabajo realizado por Malcolm Yates y col (2017) utiliza el orujo de como materia prima para obtener materiales que puedan ser utilizados como “ladrillos” de diferentes células empleadas en ingeniería de tejidos. En particular para para osteoblastos (células del hueso encargadas de sintetizar la matriz ósea,) y condrocitos (tipo de célula que se encuentran en el cartílago). Estos materiales tienen valores mucho más altos que la materia prima original, multiplicando su valor por más de 100. Por lo tanto, existen claros incentivos ambientales y financieros para transformar estos residuos en sustancias y materiales valiosos.

El procedimiento seguido consiste en extracciones secuenciales de pectinas y antioxidantes,  y finalmente la preparación de un material biocompatible. En el siguiente diagrama se observa de forma resumida los pasos realizados en el artículo

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Esquema del procedimiento seguido en el artículo de Malcolm Yates y col., 2017

En otro artículo realizado por Martin Luengo y col. (2011) emplea el subproducto bagazo de cerveza como base para el estudio de biomateriales para el crecimiento de osteoblastos en terapias de reemplazo óseo.

En este enlace del National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (USA) aparece más información en castellano sobre la Ingeniería de Tejidos y Medicina Regenerativa,

Artículos de referencia:

Malcolm Yates , Milagros Ramos Gomez , Maria A. Martin-Luengo , Violeta Zurdo Ibañez , Ana Maria Martinez Serrano .2017. Multivalorization of apple pomace towards materials and chemicals. Waste to wealth. Journal of Cleaner Production 143 (2017) 847e853

Martin-Luengo, M.A., Yates, M., Ramos, M., Saez Rojo, M., Martínez Serrano, M.A., Gonzalez Gil, L., 2011. Biomaterials from beer manufacture waste for bone growth scaffolds. Green Chem. Lett. Rev. 4, 229e233.

TRASA – Producción de ensilados vegetales para alimentación animal

Hace unos días, en el marco de la asignatura «Valorización de subproductos de la industria alimentaria» del Master Universitario Tecnología y Sostenibilidad en la Industria Agroalimentaria, de la Universidad Pública de Navarra, tuvimos la oportunidad de visitar las instalaciones de la planta de procesado de subproductos vegetales de la empresa TRASA (Tratamiento Subproductos Alimentarios S.L.), situada en Milagro, en la Ribera navarra.

La planta es el resultado de varios años de investigación y desarrollo en la que TRASA realizó una completa caracterización de los subproductos generados por las industrias de conservas y transformados vegetales del valle del Ebro. Esta caracterización incluyó su cuantificación (estimada entre 80.000 y 120.000 toneladas de subproductos vegetales al año), y el conocimiento de su origen, tipos, formatos, variaciones estacionales, de sus características fisicoquímicas, funcionales e higiénico-sanitarias, y de su utilización actual.

En líneas generales se trata de residuos caracterizados por un contenido en agua muy elevado (85-90 % de humedad), altamente perecederos, ricos en fibra muchos de ellos, cuya generación es variable a lo largo del tiempo, que se presentan en formatos muy diversos (frutas enteras, pieles, purés, restos vegetales sólidos de diferentes tamaños, residuos individuales o mezclas de varios vegetales distintos, etc.). A continuación se ven tres ejemplos del tipo de materiales que se reciben en TRASA:

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Con respecto al uso habitual de estos residuos, tradicionalmente la mayor parte de los subproductos generados en las industrias de procesado de vegetales de la zona son gestionados de forma directa por ganaderos, que tienen acuerdos con las empresas para recogerlos y transportarlos hasta sus explotaciones. Esta forma de uso directo genera muchos problemas de diferente índole. Por un lado los ganaderos básicamente están recogiendo y transportando «agua» dada la gran humedad de los subproductos. Su variabilidad y escasa vida útil hacen que su aprovechamiento en muchas ocasiones no sea completo, por lo que generan un impacto medioambiental importante en las propias explotaciones.

TRASA investigó la viabililidad técnica y económica  del proceso de abastecimiento y procesamiento de estos subproductos, mezclados entre sí, y con otros materiales, para la obtención de productos para alimentación animal. Estos otros materiales son residuos vegetales de baja humedad «absorbentes» (maíz forrajero, pulpa de remolacha, cascarilla de cereales, harinas de girasol, etc.) que permiten reducir la humedad de las mezclas y equilibrar nutricionalmente los productos finales. Estos productos finales tienen así una mayor vida útil y unas características nutrionales y fisicoquímicas más estables.

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Ejemplos de materiales «absorbentes»

TRASA cuenta con una base de conocimiento amplia que le permite diseñar un amplio abanico de formulaciones en función de la tipología de subproductos disponibles en un momento determinado y de las necesidades de los clientes. La mayor parte de los clientes son explotaciones de ganado rumiante (ganado bravo, bovino de carne o de leche, ovino, equino, etc.).

La empresa ofrece dos tipos de productos: mezclas formuladas en fresco destinadas a un consumo rápido, y mezclas sometidas a ensilado en «balas». El proceso de ensilado dura entre 1 y 2 meses, tiempo durante el que procesos anaeróbicos de fermentación láctica dan lugar a productos finales de larga vida útil. La planta comenzó su actividad en el verano de 2016 y tiene las dimensiones y tecnología necesaria para producir hasta 40.000 t al año de productos finales.

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