Subproductos agroindustriales, fuentes de compuestos bioactivos

Dra. Viviana Jofré

III Jornadas Internacionales de Investigación, Ciencia y Universidad y XII Jornadas I+D UMaza20 de octubre de 2020

En el mundo se producen

2100 millones de toneladas anuales de residuos

5% a 10% emisión gases invernadero

Generación diaria de residuos (per capita)

Argentina: Rango Medio

- Basura residencial

- Basura comercial

- Basura sanitaria

- Basura industrial

100 m

6960 m

20 millones de toneladas anuales

< 16% reciclado

Contexto

pérdida de biodiversidad contaminación de aguas contaminación ambiental proliferación de plagas emisión gases invernadero cambio climático

ODS 2015 Objetivos de desarrollo sostenible

METAS 2030

Norteamérica + Oceanía

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

Pé

rdid

as

(%)

p r o d u c c ió n

p o s t c o s e c h a

p r o c e s a m ie n t o

d is t r ib u c ió n

c o n s u m o

Europa Asia industrializada

Africa del norte+ Asia

occidental y central

Africasubsahariana

Asia del sur+ Sudesteasiático

América latina

producción + postcosecha + procesamiento 33% 38% 51% 58% 79% 68% 65%

Porc

enta

je

PERDIDAS - Los desechos producidos en cada etapa (desde producción hasta antes de distribución).

- Composición química coherente con la etapa de generación.

- Pueden superarse mediante estrategias de recogida y almacenamiento.

Pérdidas y desperdicios de alimentos (PDA)2015

DESPERDICIOS

Mezcla de materiales

(heterogénea y no segregada)

PERDIDAS Desechos de cada etapa del proceso de producción. Tienen composición química definida.

SUBPRODUCTOS (COPRODUCTOS)

INSUMOS(BIOINSUMOS) VALORIZACION

SECTOR AGROALIMENTARIO

OPORTUNIDADES

DESAFIOS

MATERIAS PRIMAS DEL SIGLO XXI

CERO PDA

gobierno

empresaciencia y técnica

PDA pérdidas y desperdicios de alimentos Establecer alianzas público-privadas, diálogos y redes de trabajo para

fortalecer marco de políticas requerida para reducción de PDA.

Financiar investigaciones básicas del potencial industrial de PDA

regionales.

Apoyar e incentivar desarrollo de nuevas industrias.

Intercambio y gestión de

conocimiento para

colección de evidencia

científicas para reducir

PDA.

Desarrollos tecnológicos

e innovación que

conduzcan a reducción de

PDA.

METAS 2050

¿Qué propiedades tienen?

Mecanismos fisiológicos sobre los que actúan

• Modulación de la expresión genética (y su repercusión en el metabolismo).

• Destoxificación de cancerígenos (activación de sistemas enzimáticos de fase I y II).

• Inducción de muerte celular (apoptosis/supresión de mitosis).

• Protección del ADN.

• Modificación del perfil hormonal (por ejemplo, niveles de hormonas esteroideas).

• Modulación del perfil lipídico.

• Estimulación del sistema inmunitario.

antihipertensivos antiinflamatorios

antimicrobianos antioxidantes

antitrombóticos hipocolesterolemiantes

hipoglucémicos inmunomoduladores

inhibidores de carcinogénesis

colorantes aromatizantes conservantes

¿Qué son los compuestos bioactivos? Son sustancias distintas de los nutrientes que están

presentes en pequeñas cantidades en algunosalimentos y que tienen la propiedad de actuar sobrelos mecanismos fisiológicos resultando beneficiosaspara nuestra salud.

Son compuestos esenciales y no esenciales que seproducen en la naturaleza, forman parte de la cadenaalimentaria y pueden tener efectos benéficos sobre lasalud humana.

¿Cuáles son los compuestos bioactivos?

carotenoides glucosinolatos glicósidos alcaloides

compuestos fenólicos terpenoides

Se encuentran

principalmente en

frutas y hortalizas.

Déficit de N, P, Fe- flavonoides- antocianinas- ácidos fenólicos

Bajas temperaturas- carotenoides- terpenoides- antocianinas

Radiación UV- carotenoides- antocianinas- flavonoides- esteres de ácidos fenólicos

Patógenos- flavonoides- estilbenos- cumarinas- auronas Heridas (daños

mecánicos, insectos)- ácido clorogénico- esteres de ácidos fenólicos- cumarinas

Metabolismo secundario

- carotenoides (carotenos y xantofilas)- terpenoides- compuestos fenólicos (flavonoides y no favonoides)- compuestos azufrados- ácidos grasos, fenólicos, etc.

Afectado por - factores bióticos- factores abióticos

Depende de - cultivar- variedad- estado fenológico- grado de madurez´- prácticas agrícolas- zona agroecológica

¿Cómo se originan los compuestos bioactivos?

Residuos/pérdidas

Productos de alto valor añadido procedentes de residuos de cultivos

Producción Tipo de residuo Compuestos bioactivos Propiedades

melón hojas y tallos xantanos modificadores reológicos, aditivos alimentarios y cosméticos

brócoli hojas y tallos glucosinolatos, vitamina C, flavonoides antioxidantes, anticancerígenos

zanahoria hojas y tallos antocianinas, ácidos hidroxicinámicos antioxidantes, colorantes

espinaca hojas flavonoides antioxidantes

pimiento hojas y tallos capsaicina antioxidantes, antiinflamatorios, anticancerígenos

pepino hojas y tallos saponinas, apigenina antioxidantes

tomate hojas y tallos solanesol antibacterial, antiinflamatorios

repollo hojas carotenoides hipotensivos, hipocolesterolemiantes, colorantes

lechuga hojas carotenoides, flavonoides hipotensivos, hipocolesterolemiantes, antioxidantes

papa hojas solanesol antibacterial, antiinflamatorio

olivo hojas y tallos polifenoles, secoiridoides glucosilados antibacterial, antioxidantes, colorantes

vid sarmientos flavonoides, carotenos, estilbenos hipotensivos, hipocolesterolemiantes, antioxidantes

Residuos/pérdidas

Producto de alto valor añadido a partir de residuos basados en el procesamiento

Producción Tipo de residuo Compuestos bioactivos Propiedades

manzanapiel, semilla, corazón, tallos

pectinas, catequinas, procianidinas, glicósidos hipocolesterolemiantes, antioxidantes, gelificantes

sandía cáscara, pulpa licopeno, citrulina, polifenoles antioxidantes, aditivos alimentarios, colorantes

limón piel, semillasflavonoides, saponinas, alcaloides, esteroides, terpenoides, ácido cítrico

antioxidantes, antimicrobianos, diuréticos, hipocolesterolemiantes, insecticidas, conservantes

cebollacatáfilas externas, descartes

flavonoides, fructanos, quercetina, derivadoscisteínicos

antioxidantes, fibra dietaria, colorantes

tomate piel, pulpa, semillacarotenoides, esteroles, terpenoides, glicoalcaloides, tocoferol

antioxidantes, antiinflamatorios, anticancerígenos, hipocolesterolemiantes

almendras cáscaras ácidos triterpénicos antioxidantes, anticancerígenos

arvejas vainas fibras, polifenoles antioxidantes, aditivos alimentarios

trigo salvado vitamina E, carotenoides, quinonas antioxidantes, conservantes, anticancerígenos

vinoorujos, hollejos, semillas

estilbenos, viniferinas, glicósidos, flavonoides, antocianinas, terpenoides, carotenoides

antibacterial, antiinflamatorio, colorantes, hipocolesterolemiantes, antioxidantes, aromatizantes

aceite olivaalpechín (líquido) alperujo (sólido)

oleuropeina, escualeno, tocoferol, triterpenos, polifenoles, cumarinas, apigenina

antibacterial, antioxidantes, hipotensivos, hipocolesterolemiantes

química verde“green solutions”

¿Cómo se extraen los compuestos bioactivos?

acetona

metanol

benceno

tetracloruro de carbono

diclorometano

1,2-dicloroetano

éter etílico

cloroformo

Metodologías extractivas (+alternativas/modificaciones)Sólido-Líquido Líquido-LíquidoContracorrienteFase sólida (SPE)Punto nube (CPE)

limonenop-cimeno

pineno

2-metil furano

triglicéridos

etanol

lactato de etilo

acetato de etilo

Solventes extractantes

ácido cítrico ácido láctico colina

solventes eutécticos profundos NADES(Natural Deep Eutectic Solvent)

Tritón-X 100surfactantes

lauril éter sulfato sódico

líquidos iónicos

Extracción con fluidos supercríticos

industrial laboratorio

Extracción asistida por ultrasonido

industrial

laboratorio

Extracción asistida por microondas

industrial

laboratorio

¿Cómo se identifican y cuantifican los compuestos bioactivos?

Cromatografía líquida Cromatografía gaseosa

Espectrofotometría

¿Qué importancia tienen esos procesos extractivos?

- identificar - cuantificar

- separar - purificar

- establizar

funcionalidad potencial de compuestos bioactivos

agregado de valor a subproductos

Industria agrícola

BiofertilizantesBioplaguicidasReguladores de crecimiento

Industria alimentaria

Alimentos fortificadosBiofilmsSuplementosColorantesEstabilizantes Conservantes

Industria farmacéutica

BiomoléculasBiofilmsSuplementos dietariosColorantesEstabilizantes

Industria cosmética

BiomoléculasBiofilmsColorantesEstabilizantes ConservantesAntialergénicos

Algunas aplicaciones

ácido cítricoácido acético

Acidulantes alimentarios

Suplementos dietarios

astaxantina

polifenolesprebióticos

brócoli

Colorantes alimentarios

betalaína

cartaminab-caroteno

clorofilas cebolla de verdeo

Alimentos funcionales

Café con inulina

achicoria

Gelatinas y bebidas con antioxidantes

antocianinas

granadaproteínas

fibra dietaria

Harinas enriquecidas arveja

maíz

café

fibra licopeno

Golosinas

tomate

xilitolmanitol

Edulcorantes hipocalóricos

Geles para impresión 3D

almidón + ácido cítrico

Biofilms

almidón

Películas antimicrobianas

gelatina alimentaria + mirceno

tomillo

Biocápsulas

50 ml H2Oalgas marinas

proteínas + carbohidratos

Envoltorios comestibles

almidón

PROCESOS BIOTECNOLOGICOS

Compuestos bioactivos

Prebióticosinulina

lactulosa

Alimentación animal

- Mejoras digestibilidad y fermentación ruminal- Incremento en la proteína del alimento

Compost

PROCESOS BIOTECNOLOGICOS

Extractos proteicosExtractos enzimáticos

- degradación ácidos grasos, proteínas

- eliminación manchas de sangre, comida

PROCESOS BIOTECNOLOGICOS

Biocompustiblesbioetanol, biogás

Biopolímeros

ácido poliláctico

ciclo de vida

PLA

Artículos científicos desde 2014 hasta 2020

o tro s (9 4 .3 9 % )

a g ro a lim e n to s (5 .6 1 % )

Otros: industrias maderera, tabacalera, química, cosmética, farmacéutica, etc.

Total documentos: 12981 (2014-2020)

(actualización 16/10/2020)

2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8 2 0 1 9 2 0 2 0

0

3 0

6 0

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1 2 0

1 5 0

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2 1 0

2 4 0

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ub

lic

ac

ion

es

Palabras claves: subproductos + compuestos bioactivos

Palabras claves: subproductos + agroalimentos + compuestos bioactivos

(actualización 16/10/2020) Artículos científicos desde 2014 hasta 2020

Muchas gracias

Dra. Viviana Jofré