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AGRALCO: valorización total de residuos vinícolas

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Hace unos días, en el marco de la asignatura Valorización de Subproductos de la Industria Alimentaria, del Máster en Tecnología y Sostenibilidad en las Industria Alimentaria de la Universidad Pública de Navarra, tuvimos la ocasión de visitar la empresa Agralco S. Coop. Ltda., situada en Estella (Navarra).

Fundada en 1962, actualmente cuenta con 48 trabajadores en plantilla y factura anualmente más de 12 millones de euros. Es una sociedad cooperativa de la que son socios 250 bodegas y que da servicio a unas 450 (el 100 % de las bodegas de Navarra, y el 80 % de las de la D.O. Rioja), encargándose del tratamiento y valorización de unas 80.000 toneladas anuales de subproductos de vinificación (60.000 t de orujos y 20.000 t de lías).

Orujos almacenados al aire libre para su procesamiento

La empresa cuenta con un sistema integrado de gestión (ISO 9001 + ISO 14001 + OHSAS 18001), y realiza un aprovechamiento prácticamente completo de los subproductos que recibe, funcionando como una auténtica biorrefinería en la que se logra la obtención de diversos productos comercializables, la valorización energética de los residuos, y todo ello tratando de minimizar los impactos medioambientales de la actividad.

(1) PRODUCTOS OBTENIDOS

Alcohol (4.800 toneladas): se obtiene por destilación a partir de las lías, excedentes de vino, y sobre todo de las piquetas obtenidas al lavar los orujos. Mediante varias columnas de rectificación (1-Destrozadora, 2-Concentradora, 3- Hidroselectora, 4-Rectificadora, 5-Desmetilizadora) se obtienen alcoholes de distintas calidades: alcohol bruto (93,5 % vol.) destinado a la obtención bioetanol, alcohol rectificado (96,5 % vol.) parte del cual es deshidratado (alcohol 99,9 %) para su uso industrial o su uso en boca (bebidas espirituosas). Cuando la materia prima es un vino de cierta calidad también obtienen aguardientes (54-77 % en alcohol).

Tartratos (2.500 toneladas). Las vinazas desalcoholizadas resultantes de la columna de destilación 2 se someten a varios tratamientos (acidificación, neutralización, concentración por evaporación, y secado) para obtener tartrato de calcio (50 % de ácido tartárico).

Enocianina (200 toneladas). Este colorante rojo natural se obtiene únicamente en la época de vendimia, cuando se procesan de forma inmediata los orujos tintos frescos, por medio de un proceso de extracción (lavado con agua), y posterior concentración a vacío y desionización del extracto líquido obtenido. El resto del año no se obtiene enocianina, porque los pigmentos antociánicos de los orujos se degradan con facilidad en cuanto pasan uno o dos días de almacenamiento. El colorante obtenido, dada su alta concentración, tiene una estabilidad mucho más elevada.

Tras el lavado, los orujos que quedan son sometidos a prensado, secado y trillado para separar las pepitas (7 % de humedad, 17 % de materia grasa) y los hollejos deshidratados (14.700 toneladas, 7 % humedad).

A continuación las pepitas se muelen, se comprimen en forma de pellets y se someten a un proceso de extracción con hexano, que permite obtener un aceite bruto de pepita de uva (1.200 toneladas). Actualmente están diseñando la planta de refinado de dicho aceite. El aceite de pepitas de uva es un aceite con un perfil de ácidos grasos mayoritariamente polinsaturado (ácido linoleico, principalmente), sensorialmente muy neutro, y bastante resistente a la temperatura. Por estas razones es un aceite muy apreciado desde el punto de vista culinario en China y otras regiones de Asia. En este momento la empresa produce un aceite bruto, pero están acometiendo las obras para construir una nave de refinado para su purificiación (retirada de ceras, mucílagos, acidez libre, etc.).

(2) TRATAMIENTO DE EFLUENTES

Los procesos de valorización generan unos efluentes con una carga contaminante muy elevada. En la planta estos efluentes son sometidos a un doble proceso de depuración.

Primero un proceso de digestión anaerobia (biometanización) en el que producen biogás y un digestato líquido del cual a su vez se obtienen por espesamiento, filtración y secado unos fangos con aplicaciones agrícolas y, por otro, unos efluentes líquidos con una carga contamientante todavía elevada.

Estos efluentes líquidos sufren un segundo proceso de depuración consistente en procesos biológicos aerobios de desnitrificación para obtener finalmente unas aguas en condiciones de ser vertidas para su  tratamiento en la depuradora de aguas de Estella.

(3) APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO

La planta es un ejemplo de optimización energética. Desde este punto de vista, realizan un aprovechamiento casi completo de los recursos disponibles.

En primer lugar, el biogás generado en la digestión anaerobia se utiliza como combustible en varios motores de cogeneración en los que se obtiene electricidad, agua caliente y gases de combustión que son aprovechados en el secado de orujos. Nada menos que 3/4 partes de la electricidad consumida en la planta proceden de esta fuente. Esto supone un ahorro anual de más de 2.600.000 kWh.

Por otro lado, los hollejos deshidratados (14.700 toneladas) y la harina de pepitas desengrasadas (8.000 toneladas) se someten a combustión en una caldera de biomasa.  Antes de ser evacuados, los gases de combustión generados son aprovechados para la generación de vapor, y también para el secado de los orujos.

Otro proceso de optimización es el de concentración de los efluentes en un evaporador de triple efecto. Con esto se obtiene agua caliente secundaria a la que se le da uso, y se disminuye notablemente el volumen de efluentes a depurar.

Finalmente, conviene señalar que, si bien el etanol producido no se aprovecha en la propia planta, como se ha dicho antes buena parte de él tiene un uso posterior como biocarburante (mezclas con gasolina).

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

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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

Antioxidantes naturales de residuos vegetales

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En la literatura científica existen numerosos artículos que tratan sobre la obtención de compuestos antioxidantes (sobretodo compuestos fenólicos) a partir de residuos agroindustriales, generalmente de origen vegetal.

Los autores de este artículo (ver referencia final) trataron de realizar una aproximación industrial a este tema. Realizan un proceso secuencial de selección de las mejores materias primas y de optimización de las condiciones de extracción (hasta escala de planta piloto) con vistas a obtener extractos con elevada capacidad antioxidante, susceptibles de ser empleados en alimentación y/o en cosmética.

El punto de partida son 13 materias primas: residuos de la producción de zumos de remolacha, manzana, pera y fresa, residuos de industrias conserveras de tomate, alcacachofa y espárragos, residuos de cosecha de achicoria, endivia,  pepino y crocoli, y dos hierbas medicinales tomadas como referencia por su riqueza en polifenoles: vara de oro (Solidago virgauterea) y hierba pastel (Isatis tinctoria).

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En una primera etapa realizaron 65 extracciones sólido-líquido con diferentes disolventes (agua, metanol, etanol, acetona, hexano) y 65 mediante CO2 supercrítico, analizaron el rendimiento de la extracción y la riqueza polifenólica de los extractos. En base a estos datos y a otros criterios (disponibilidad del material, necesidad o no de pretratamientos, criterios comerciales, etc.) descartaron 8 materias primas.

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Con las 5 materias primas seleccionadas (vara de oro, residuos de manzana, pera, tomato y alcachofa) obtuvieron 30 nuevos extractos (mediante extracción con etanol o acetona, ambas al 50%, y fraccionamiento posterior con agua, butanol o butanona). Ampliaron los análisis a la medida mediante tres métodos distintos de la actividad antioxidante de los extractos.

Seccionaron así la vara de oro y los residuos de manzana y alcachofa, con los cuales realizaron de nuevo extracciones. En esta tercera etapa dichas extracciones se realizaron a escala de planta piloto. Hicieron un profundo estudio de su actividad antioxidante.

Y además introdujeron los extractos en formulaciones (cremas) cosméticas, comprobando que el poder de conservación de los tres extractos fue similar al de antioxidantes comerciales.

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Referencia:

Peschel W., Sánchez-Rabaneda F., Diekmann W., Plescher A., Gartzía I., Jiménez D., Lamuela-Raventós R., Buxaderas S., Codina C. An industrial approach in the search of natural antioxidants from vegetable and fruit wastes. Food Chemistry 2006 97 137–150.