Extracción de antioxidantes de la paja de arroz. Aplicación de ultrasonidos con tratamiento térmico

Abstract

[ES] La paja de arroz es un residuo agroalimentario abundante y difícil de gestionar, cuya revalorización debe ser potenciada en el contexto de la economía circular generando productos de alto valor que compensen la conversión de otra parte de la biomasa en productos de menor valor añadido como biocombustibles, piensos para animales o compost. En este trabajo se analizan diferentes métodos de aprovechamiento de la paja de arroz, sus características composicionales y estructurales y la factibilidad de los procesos de extracción que permitan la obtención de productos de alto valor. La composición básicamente lignocelulósica de la paja de arroz la convierte en una fuente potencial de compuestos fenólicos ligados a la fracción de lignina y hemicelulosas, con actividad antioxidante y antimicrobiana de gran aplicación en alimentación, farmacia o medicina. El elevado contenido en sílice de la matriz vegetal y el fuerte ensamblado lignina-carbohidratos dificulta los procesos extractivos, por lo que es necesario un tratamiento eficiente para lograr una mayor ruptura celular en el tejido que favorezca la penetración del solvente en la matriz y aumente el rendimiento de extracción. La extracción acuosa, utilizando ultrasonidos y calentamiento a reflujo, se considera una alternativa ecológica a los procesos de extracción con solventes, evitando los residuos tóxicos y logrando tiempos de operación más cortos. Los resultados obtenidos reflejaron la eficacia del pretratamiento con ultrasonidos para favorecer la ruptura de la matriz vegetal y mejorar la penetración del solvente y el rendimiento de la extracción, a la vez que el tratamiento térmico con calentamiento a reflujo favoreció la liberación de los compuestos fenólicos de la matriz vegetal al medio acuoso, obteniendo un buen rendimiento sobre la capacidad antioxidante del extracto.

[EN] Rice straw is an abundant agricultural waste that is difficult to manage, whose revaluation must be enhanced in the circular economy's context by generating high-value products that compensate for the consersion of the another part of the biomass into lower value added products such as biofuels, animal feed or compost. This paper analyses different methods of harvesting rice straw, its compositional and structural characteristics and the feasibility of extraction processes that allow high-value products to be obtained. The basically lignocellulosic composition of rice straw makes it a potential source of phenolic compounds linked to the fraction of lignin and hemicelluloses with antioxidant and antimicrobial activity of great application in food, pharmacy or medicine. The high silica content of the plant matrix and the strong lignin-carbohydrate assembly make extractive processes difficult, so it is necessary an efficient treatment to achieve a greater cellular rupture in the tissue that favors the penetration of the solvent in the matrix and increases the extraction performance. Aqueous extraction, using ultrasound and reflux heating, is considered an ecological alternative to solvent extraction processes, avoiding toxic waste and achieving shorter operating times. The results obtained reflected the efficiency of ultrasonic pretreatment to promote the rupture of the plant matrix and improve solvent penetration and extraction performance, while the heat treatment with reflux heating favored the release of phenolic compounds from the plant matrix to the aqueous medium, obtaining a good yield on the antioxidant capacity of the extract.

[CA] La palla d'arròs és un residu agroalimentari abundant i difícil de gestionar, la seua revaloració ha de ser potenciada en el context de l'economia circular generant productes d'alt valor que compensen la conversió d'una altra part de la biomassa en productes de menor valor afegit com a biocombustibles, pinsos per a animals o compost. En este treball s'analitzen diferents mètodes d'aprofitament de la palla d'arròs, les seues característiques composicionals i estructurals i la factibilitat dels processos d'extracció que permeten l'obtenció de productes d'alt valor. La composició bàsicament lignocelulósica de la palla d'arròs la converteix en una font potencial de compostos fenòlics lligats a la fracció de lignina i hemicel·luloses, amb activitat antioxidant i antimicrobiana de gran aplicació en alimentació, farmàcia o medicina. L'elevat contingut en sílice de la matriu vegetal i el fort acoblament lignina- carbohidrats dificulta els processos extractius, per la qual cosa és necessari un tractament eficient per a aconseguir una major ruptura cel·lular en el teixit que afavorisca la penetració del solvent en la matriu i augmente el rendiment d'extracció. L'extracció aquosa, utilitzant ultrasons i calfament a reflux, es considera una alternativa ecològica als processos d'extracció amb solvents, evitant els residus tòxics i aconseguint temps d'operació més curts. Els resultats obtinguts van reflectir l'eficàcia del pretractament amb ultrasons per a afavorir la ruptura de la matriu vegetal i millorar la penetració del solvent i el rendiment de l'extracció, al mateix temps que el tractament tèrmic amb calfament a reflux va afavorir l'alliberament dels compostos fenòlics de la matriu vegetal al medi aquós, obtenint un bon rendiment sobre la capacitat antioxidant de l'extracte.