Aprovechamiento de residuos agro-industriales : preparación de extractos, caracterización y uso en alimentos
Authors:   , Segovia Gómez Francisco José 
Published: September 2023

Vegetables and fruits are foods that have large number of compounds beneficial to health, as well as being essential in the diet. Its components include the phenolic substances. These compounds have a great antiradical activity and can be used to increase the stability of food, since they possess the ability to avoid the lipid peroxidation and can protect even against oxidation caused by metal cations. These cations favor the creation of reactive oxygen species, harmful to health and can participate directly or indirectly in the oxidation of lipids.
The food industry produces large amounts of by-products and waste, which can be used for substances with high added value, such as natural antioxidants to replace the synthetic ones. In addition, this type of waste has a significant environmental impact due to high organic load and costs due to handling, transport and storage, among other processes.
The present Doctoral thesis has obtained extracts rich in polyphenols, from three agro-industrial waste, natural: leaves of Borage, avocado seed and pericarp of pineapple. The conventional extraction by batch or continuous, has been applied to obtain polyphenols from these wastes. The conventional process has been optimized through the use of response surface methodology and equations of mass transfer: Fick law, theory of film, empirical, Peleg and speed law have been studied to establish a representative mathematical model. The diffusion coefficients were determined with the Fick law equation. Also have been applied new techniques, such as magnetic pulses and extraction assisted by ultrasound, to improve or accelerate the process of extraction, which has provided a 280% increase in the quantity of bioactive components obtained seed from avocado applying extraction assisted with ultrasound and a 520% of the leaves of Borage with extraction using magnetic pulses. In the kinetics of extraction, the studied equations had a adjustment, R2, between 0.99 and a 0.81.
The extracts obtained have been evaluated in different models of food: emulsions, mincemeat and cupcakes, to determine if they increase the stability and prevent or retard the oxidation of fats and oils. There has been a decrease in the formation of oxidation products, both primary and secondary : from 80 to 90% (hydroperoxides) in emulsions, up to a 90% in products of secondary oxidation in the minced meat with extracts of Borage and avocado seed; and between 50 and 90% in the muffins with pineapple extract. Therefore it is shown that has been prolonged useful life time and increased stability against oxidation.
Conclusion, in the study, was demonstrated that the use of by-products from agroindustry was useful to prepare natural extracts with antioxidants. These wastes represent a cost for industry and can be used to obtain compounds with high added value. Also, They slow down the oxidation of fats in different models of food. The by-products of the production industry of Borage (leaves), avocado (seeds) and pineapple (epicarp) contain large amounts of polyphenols and show a remarkable antioxidant capacity. In addition, these wastes may be material for the production of polyphenols such as acid rosmarinic and chlorogenic employing technologies appropriate for its refining.
Los vegetales y frutas son alimentos que poseen gran cantidad de compuestos beneficiosos para la salud, además de ser imprescindibles en la dieta. Entre sus componentes se encuentran las sustancias fenólicas. Estos compuestos poseen una gran actividad antiradicalaria y pueden ser utilizados para incrementar la estabilidad de los alimentos, ya que poseen la capacidad de evitar la peroxidación de los lípidos y pueden proteger incluso frente a la oxidación causada por cationes metálicos. Estos cationes favorecen la creación de especies reactivas de oxígeno, perjudiciales para la salud y pueden participar directa o indirectamente en la oxidación de los lípidos. La industria de los alimentos produce gran cantidad de subproductos y desperdicios, que se pueden utilizar para obtener sustancias de alto valor añadido, como antioxidantes naturales y sustitutos de los sintéticos. Además, este tipo de residuo posee un gran impacto ambiental debido a la gran carga orgánica y tiene un coste debido a manipulación, transporte y almacenamiento, entre otros procesos. En la presente Tesis Doctoral se ha estudiado la obtención de extractos naturales, ricos en polifenoles, a partir de tres desperdicios agroindustriales: Hojas de borraja, semilla de aguacate y epicarpio de piña. Se ha aplicado la extracción convencional, por lotes y en continuo, para obtener polifenoles a partir de estos residuos. Se han optimizado los procesos convencionales mediante el uso de la metodología de superficie de respuesta y se han aplicado las ecuaciones de transferencia de masa: Ley de Fick, teoría del film, empírica, Peleg y ley de velocidad, para obtener un modelo matemático representativo. La ecuación de la ley de Fick se ha usado para conseguir los coeficientes de difusión en las extracciones. Además se han aplicado técnicas novedosas, tales como, pulsos electromagnéticos y extracción asistida por ultrasonidos, para así mejorar y/o acelerar el proceso de extracción, lo que ha proporcionado un incremento de un 280% en la cantidad de componentes bioactivos obtenidos de la semilla de aguacate aplicando extracción asistida con ultrasonidos y un 520% de las hojas de borraja con la extracción mediante el uso de pulsos electromagnéticos. Con respecto a la cinética de extracción, el ajuste R2 de las ecuaciones estudiadas está entre un 0.81 y 0.99. Se han evaluado los extractos obtenidos en diferentes modelos de alimentos: emulsiones, carne picada y magdalenas, para determinar si aumentan la estabilidad y evitan o retardan la oxidación de las grasas y aceites. Se ha observado una disminución en la formación de los productos de la oxidación, tanto primaria como secundaria: entre un 80 y un 90% (hidroperóxidos) en las emulsiones, en un 90% los productos de oxidación secundaria en la carne picada con extractos de borraja y aguacate; y entre un 50 y un 90% en las madalenas con extracto de piña. Por lo tanto queda demostrado que se ha prolongado el tiempo de vida útil y ha aumentado la estabilidad frente a la oxidación. Como conclusión global, se ha demostrado que el uso de subproductos de la agroindustria es muy útil para la elaboración de extractos naturales que incorporan antioxidantes y es una materia prima importante que pasa de ser un residuo por el que se ha de pagar a ser un producto que permite obtener compuestos de alto valor añadido. Ralentizan la oxidación de las grasas en diversos modelos de alimentos. Los subproductos de la industria de la producción de borraja (hojas), aguacate (semillas) y piña (epicarpio) contienen gran cantidad de polifenoles y muestran una remarcable capacidad antioxidante. Además, estos desperdicios pueden ser material para la producción de polifenoles tales como el ácido rosmarínico y clorogénico empleando las tecnologías adecuadas para su refinación.