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Ejemplos de valorización de subproductos

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Las industrias alimentarias durante la transformación de las materias primas en productos procesados generan una serie de residuos/subproductos (por ejemplo, orujos de vinificación, lactosuero en queserías, restos vegetales en la producción de zumos de frutas y conservas vegetales, pieles y espinas de pescado, etc.). El destino de estos restos es diverso dependiendo de la naturaleza del residuo y de las posibilidades de aprovechamiento que existan en la zona en que se generan. La alimentación animal es el principal destino de muchos residuos vegetales por ejemplo.

La mayor parte de estos restos cuentan en su composición con compuestos interesantes desde el punto de vista nutricional o desde otro punto de vista, en alimentación humana, animal, o en otros terrenos como el cosmético y médico, o tienen propiedades fisicoquímicas que los hacen potencialmente interesantes para determinadas aplicaciones, o constituyen una buena materia prima para la obtención de nuevos compuestos o materiales.

Para la obtención de estos productos de mayor valor añadido a partir de residuos/subproductos alimentarios se pueden aplicar diversas tecnologías de transformación y conservación, que incluyen procesos físicos como la extrusión y el secado, procesos de extracción sólido-líquido, o procesos biológicos de fermentación, entre otros.

En el día de hoy hemos publicado en el blog 11 entradas en las que se describen algunos ejemplos de procesos y alternativas de valorización de residuos/subproductos de diferente naturaleza. Se trata de esumenes divulgativos realizados a partir de una selección de los cientos de articulos científicos existentes sobre estas temáticas. Las entradas han sido realizados por estudiantes de la asignatura «Valorización de subproductos de las industrias alimentarias», del Master en Tecnología y Calidad de las Industrias Alimentarias, de la Universidad Pública de Navarra.

Se puede acceder a dichas entradas a  través de los siguientes enlaces:

Quitosano de camarones para conservar huevos en ambientes tropicales

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Los huevos son uno de los alimentos más completos nutricionalmente hablando y de los más consumidos mundialmente. Su deterioro se inicia en el momento de la puesta y es continuo e irreversible, incluso en condiciones muy controladas.

Un factor muy importante para controlar el deterioro del huevo es la protección de su cáscara, ya que es a través de ella que pueden entrar los microorganismos, así como se produce la pérdida de peso (humedad), de aromas, etc. Esta protección se puede hacer mediante recubrimientos o films.

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Esta entrada es un resumen del trabajo publicado por unos científicos indios (Suresh et al. 2015), en el que emplean como material de recubrimiento un polímero biodegradable, el quitosano. El quitosano es un polisacárido obtenido a través de la desacetilización de la quinina, que es un elemento estructural del exoesqueleto de los crustáceos.

En este caso, a partir de pieles de camarones, los autores extraen quitina con un 97 % de pureza mediante un método de desmineralización y desproteinización (Niddheesh y Suresh, 2014). A continuación llevaron a cabo una desacetilación de la quitina con una solución de NaOH a 100 ºC, que posteriormente se secó para obtener un polvo.

animal-1297847_1280Este polvo es dispersado en agua para recubrir entre 1 y 3 veces huevos, que se mantuvieron a temperaturas cercanas a 30 ºC, simulando las condiciones tropicales propias de muchas zonas de la India. La calidad de los huevos se analizaron periódicamente a través de distintas medidas como:  grosor y dureza de la cáscara, pérdida de peso, cantidad de aire interno, diversos índices indicativos del frescor, pH, color, microbiología, etc.

Los autores observaronn los recubrimientos de quitosano son efectivos para conservar la calidad interna de los huevos a una temperatura de 32 ºC en climas tropicales, en mayor medida cuando el recubrimiento incluyó tres capas que cuando únicamente fue una.

Referencias

Suresh PV., Rathina Raj F., Nidheesh T., Kumar Pal G.K., Sakhare P.Z. (2015). Application of chitosan for improvement of quality and shelf life of table eggs under tropical room conditions. Journal of Food Science 52 (10), 6345 – 6354.

Nidhesh T, Suresh PV. (2014). Optimization of conditions for isolation of high quality chitin from shrimp processing raw byproducts using response surface methodology and its characterization. Journal of Food Science 52 (6), 3812 – 3823.

Información adicional sobre el quitosano

El quitosano, también se utiliza como una alternativa sostenible para el envasado de alimentos, debido a sus características biodegradables. Cabe decir que su proceso de producción aun no se ha optimizado, por lo que su impacto ambiental no se ha reducido al mínimo, lo cual se ve explica con algo más de detalle en el siguiente enlace:

http://www.interempresas.net/Envase/Articulos/131340-El-quitosano-una-alternativa-sostenible-para-el-envasado-de-alimentos.html

En el segundo enlace se ve un video sobre el crecimiento de una semilla plantada sobre una superficie de quitosano y explica su proceso de producción de forma breve y sencilla.

http://www.vidasostenible.org/informes/el-quitosano-sustituto-del-plastico-petroquimico/

 

Producción de bioplásticos mediante fermentación

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Plásticos convencionales vs plásticos biodegradables

Los plásticos derivados del petróleo están presentes en la vida cotidiana y son ampliamente utilizados en multitud de aplicaciones. Su uso ha crecido rápidamente en muy pocos años produciendo así millones de toneladas anuales por todo el mundo. Es por ello que ocasionan graves problemas medioambientales, debido a su alto peso y conformación molecular. También la acción de los microorganismos en los procesos degradadores es mínima, por lo cual pueden permanecer en el entorno durante amplios períodos de tiempo (aprox. 100 años) ocasionando como ya se ha mencionado serios problemas.

Las medidas correctoras o métodos que se han adoptado para solucionar el problema de acumulación de residuos plásticos engloban desde el reciclaje hasta la incineración de los mismos, las cuales no son soluciones muy viables debido a que los procesos son costosos, no abarcan todos los deshechos y generan emanaciones gaseosas nocivas para el ambiente, las cuales en los últimos años están siendo más restringidas por las nuevas legislaciones medioambientales.

Por lo tanto, una interesante alternativa para disminuir el impacto ambiental de estos plásticos es reemplazar los polímeros convencionales derivados del petróleo por polímeros biodegradables.

Una amplia variedad de polímeros son sintetizados a partir de materia viva, productos agrícolas y de procesos biotecnológicos. En este contexto, los polímeros de origen biológico tales como derivados del almidón, ácido poliláctico, polímeros celulósicos y polihidroxialcanoatos, juegan un papel importante. Además de ser biodegradables, tienen la ventaja adicional de ser producidos a partir de recursos renovables.

Teniendo en cuenta aspectos tales como las propiedades del material, los polímeros de base biológica podrían potencialmente sustituir a una parte de la producción de polímeros convencionales. No obstante, el mercado potencial de los biopolímeros dependerá en gran medida de su precio y del desarrollo de tecnologías eficientes para su procesado. El gran reto es reducir los costos de producción.

Así, el uso de determinadas materias primas de bajo coste (residuos y subproductos agroindustriales) tiene el potencial de reducir los costes de producción de PHA, ya que los costes de las materias primas contribuyen una parte significativa de los costes de producción en procesos de producción de PHA tradicionales.

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Polihidroxialcanoatos

Los polihidroxialcanoatos (PHAs) constituyen una familia de poliésteres compuestos de ácidos R-3 hidroxialcanoicos acumulados en forma de gránulos intracelulares por microorganismos procariotas (eubacterias y arqueas), representando hasta un 80% de la materia seca total, los cuales representan una alternativa biotecnológica para la producción de plásticos biodegradables y biocompatibles.

Los PHA poseen una amplia gama de propiedades que permiten su aplicación en diversas áreas. Son termoplásticos, insolubles en agua, no tóxicos, biocompatibles y biodegradables. Además estos polímeros están clasificados en dos grandes grupos dependiendo de su conformación: PHASCL (short chain length), los cuales están constituidos por monómeros de 3 a 5 carbonos; y PHAMCL (médium chain length) de 6 a 16 carbonos.

Los PHAs se producen principalmente a través de procesos fermentativos. La producción de PHAs por procesos de fermentación sumergida se ha estudiado intensamente en los últimos 30 años. En los últimos años, se han propuesto otras alternativas, tales como el uso de la fermentación de estado sólido o la producción de PHAs en plantas transgénicas. Así, el artículo revisado (ver referencia final) ofrece una visión general de los procesos de fermentación sumergida y de estado sólido para producir PHAs a partir de materiales de desecho y subproductos tales como melazas, materiales basados en almidón, materiales celulósicos y hemicelulósicos, medios de cultivo a base de suero, medios de cultivo basados en aceites, ácidos grasos y glicerol…

A la vista de los resultados obtenidos, se puede concluir que aunque los costos de producción son hoy en día demasiado elevados para competir con polímeros derivados del petróleo, los avances en estos procesos de fermentación (sumergida y en estado sólido) usando fuentes de carbono de bajo costo junto con los incrementos de los precios del petróleo, hacen que mejore la competitividad y se obtenga un amplio uso de estos biopolímeros.

Por tanto, los polímeros biodegradables y especialmente, los polihidroxialcanoatos desempeñarán más adelante un papel importante en el mercado de los plásticos debido a su biodegradabilidad y al uso de fuentes renovables para su producción.

En la siguiente tabla se puede ver una relación de empresas productoras de PHAs a nivel mundial, con los productos que comercialzan y sus links de acceso.

Nombre de la empresa País Productos Nombre comercial Link
Metabolix/ADM USA P(3HB); (3HO); P(3HB-co-3HV) Mirel www.metabolix.com
PHB industrial Brasil P(3HB); P(3HB-co-3HV) Biocycle www.biocycle.com.br/site.htm
Biomer Alemania P(3HB) Biomer http://biomebioplastics.com/
Mitsubishi Gas Japón P(3HB) Biogreen http://www.biogreen-energy.com/
Bio-on Italia PHA Miner-PHA http://www.minerv.it/index.php

Referencia del artículo:

Leda R. Castilho, David A. Mitchell, Denise M.G. Freire. Production of polyhdroxyalkanoates (PHAs) from waste materials and by-products by sumerged and solid-state fermentation. Bioresource Technology 100 (2009) 5996-6009.