Desarrollo del proceso de obtención de polvos funcionales de uso alimentario a partir de residuos de las líneas de confección de hortalizas, caracterización funcional y evaluación de su respuesta a la digestión simulada in vitro

Abstract

[ES] La industrialización de frutas y hortalizas genera una gran cantidad de residuos orgánicos, que perjudican el medio ambiente, los cuales están infravalorados o no se utilizan. La eliminación de estos residuos mediante incineración o su almacenamiento en vertederos no es una opción sostenible, por lo que la industria debe dirigir sus esfuerzos a reducir su producción, y reintroducirlos en la cadena agroalimentaria. Estos residuos hortofrutícolas son ricos en compuestos bioactivos beneficiosos para la salud humana, por lo que presentan un gran potencial para su valorización. La reintroducción de estos productos de deshecho en la cadena agroalimentaria, como ingredientes en la formulación de alimentos más nutritivos, por ejemplo, permitiría generar un sistema de economía circular, además de contribuir al consumo de dietas saludables y sostenibles, en línea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible definidos por la FAO. En los últimos años, la fabricación de frutas y hortalizas deshidratadas en polvo ha suscitado un creciente interés al tratarse de productos estables, versátiles y concentrados. En línea con esta tendencia, el presente proyecto de tesis doctoral plantea la obtención de este tipo de productos en polvo a partir de los residuos de confección de hortalizas, en colaboración con la cooperativa Agrícola Villena Coop.V. Concretamente, el proyecto se centra en la valorización integral de residuos de zanahoria, col, apio, puerro y brócoli, mediante su transformación en ingredientes funcionales en polvo. Los resultados de esta tesis se presentan por compendio de artículos organizados en cuatro capítulos. En el primer capítulo se presentan los resultados de una revisión bibliográfica, la cual permitió esclarecer que las condiciones de proceso y las técnicas utilizadas definen las características y la funcionalidad de los productos en polvo, permitiendo identificar las operaciones unitarias más adecuadas para tal fin. En el segundo capítulo se recogen los trabajos realizados para evaluar el impacto del procesado (pretratamientos, secado y molienda) sobre las propiedades de los productos en polvo obtenidos a partir de residuos de zanahoria, col, apio, puerro y brócoli. Concretamente, se evaluó la influencia del procesado sobre las propiedades fisicoquímicas, tecnológicas y funcionales de los productos en polvo obtenidos, así como los cambios experimentados por éstos durante el almacenamiento de 4 meses en condiciones controladas. Como pretratamientos, se consideraron la congelación, la intensidad de disrupción del material vegetal y la fermentación con Lactobacillus plantarum (en tallos de brócoli); y como técnicas de deshidratación, el secado por aire caliente (50, 60 y 70°C) y la liofilización. Además de definir las propiedades fisicoquímicas y tecnológicas, la bioaccesibilidad de los compuestos bioactivos presentes en el polvo también queda determinada por el proceso y las características de los polvos obtenidos. En este sentido, se realizaron investigaciones dirigidas a evaluar el impacto del procesado sobre determinados compuestos bioactivos específicos (carotenoides y glucosinolatos), y sobre la respuesta de los productos en polvo a la digestión simulada in vitro. Todo ello queda recogido en el tercer capítulo de resultados. En el cuarto capítulo se describe una primera aproximación a la aplicación de los productos en polvo obtenidos como ingrediente alimentario en la formulación de productos de panadería sin gluten. Los resultados obtenidos en la presente tesis doctoral han demostrado el potencial de los residuos generados en la confección de bandejas y productos de IV gama de zanahoria, col, apio, puerro y brócoli para su valorización integral, habiéndose desarrollado un proceso de transformación de los mismos en productos deshidratados en polvo. Se prevé que esta aproximación pueda contribuir de manera efectiva al concepto de dietas saludables y sostenibles, y al desarrollo de un sistema alimentario más sostenible.

[CA] La industrialització de fruites i hortalisses genera una gran quantitat de residus orgànics, que perjudiquen el medi ambient, els quals estan infravalorats o no s'utilitzen. L'eliminació d'aquests residus mitjançant incineració o el seu emmagatzematge en abocadors no és una opció sostenible, per la qual cosa la indústria ha de dirigir els seus esforços a reduir la seua producció, i reintroduir-los en la cadena agroalimentària. Aquests residus hortofructícoles són rics en compostos bioactius beneficiosos per a la salut humana, per la qual cosa presenten un gran potencial per a la seua valorització. La reintroducció d'aquests residus en la cadena agroalimentària, com a ingredients en la formulació d'aliments més nutritius, per exemple, permetria generar un sistema d'economia circular, a més de contribuir al consum de dietes saludables i sostenibles, en línia amb els Objectius de Desenvolupament Sostenible definits per la FAO. En els últims anys, la fabricació de fruites i hortalisses deshidratades en pols ha suscitat un creixent interés per tractar-se de productes estables, versàtils i concentrats. En línia amb aquesta tendència, el present projecte de tesi doctoral planteja l'obtenció de productes en pols a partir dels residus de confecció d'hortalisses, en col·laboració amb la cooperativa Agrícola Villena Coop.V. Concretament, el projecte es centra en la valorització integral de residus de carlota, col, api, porro i bròcoli, mitjançant la seua transformació en ingredients funcionals en pols. Els resultats d'aquesta tesi es presenten per compendi d'articles organitzats en quatre capítols. En el primer capítol es presenten els resultats d'una revisió bibliogràfica, la qual va permetre esclarir que les condicions de procés i les tècniques utilitzades defineixen les característiques i la funcionalitat dels productes en pols, permetent identificar les operacions unitàries més adequades per a tal fi. En el segon capítol es recullen els treballs realitzats per a avaluar l'impacte del processament (pretractaments, secat i molta) sobre les propietats dels productes en pols obtinguts a partir de residus de carlota, col, api, porro i bròcoli. Concretament, es va avaluar la influència del processament sobre les propietats fisicoquímiques, tecnològiques i funcionals dels productes en pols obtinguts, així com els canvis experimentats per aquests durant 4 mesos d'emmagatzematge en condicions controlades. Com a pretractaments, es van considerar la congelació, la intensitat de disrupció del material vegetal i la fermentació amb Lactobacillus plantarum (en tiges de bròcoli); i com a tècniques de deshidratació, el secat per aire calent (50, 60 i 70 °C) i la liofilització. A més de definir les propietats fisicoquímiques i tecnològiques, la bioaccesibilitat dels compostos bioactius presents en la pols també queda determinada pel procés i les característiques de les pols obtingudes. En aquest sentit, es van realitzar investigacions dirigides a avaluar l'impacte del processament sobre determinats compostos bioactius específics (carotenoides i glucosinolatos), i sobre la resposta dels productes en pols a la digestió simulada in vitro. Tot això queda recollit en el tercer capítol de resultats. En el quart capítol es descriu una primera aproximació a l'aplicació dels productes en pols obtinguts com a ingredient alimentari en la formulació de productes de panaderia sense gluten. Els resultats obtinguts en la present tesi doctoral han demostrat el potencial dels residus generats en la confecció d'hortalisses i productes de IV gamma de carlota, col, api, porro i bròcoli per a la seua valorització integral, havent-se desenvolupat un procés de transformació dels mateixos en productes deshidratats en pols. Es preveu que aquesta aproximació puga contribuir de manera efectiva al concepte de dietes saludables i sostenibles, i al desenvolupament d'un sistema alimentari més sostenible.

[EN] Fruit and vegetables industrialisation generates a large amount of environmentally damaging organic waste, which is either undervalued or not used. Disposal of these residues by incineration or storage in landfills is not a sustainable option, so the industry must focus on reducing its production as well as reintroducing them into the agri-food chain. These fruit and vegetable by-products are generally rich in bioactive compounds, which are responsible of beneficial health effects, presenting a great potential for their valorisation. The reintroduction of these waste products into the agri-food chain, as ingredients in the formulation of more nutritious foods, for example, would generate a circular economy system, as well as contribute to the consumption of healthy and sustainable diets, in line with the Sustainable Development Goals defined by the FAO. In recent years, interest in fruit and vegetable dehydrated powders manufacturing has been increased, as they are stable, versatile and concentrated products. In line with this trend, this doctoral thesis project aims to obtain this type of powdered products from vegetable waste, in collaboration with the cooperative Agrícola Villena Coop.V. Specifically, the project focuses on the integral valorisation of carrot, cabbage, celery, leek and broccoli waste, through its transformation into powdered functional ingredients. The results of this thesis are presented as a compendium of articles organised in four chapters. The first chapter presents the results of a literature review, which clarified that the processing conditions and techniques used define the characteristics and functionality of powdered products, allowing the identification of the most suitable unit operations for this purpose. The second chapter reports on the work carried out to evaluate the impact of processing (pre-treatment, drying and milling) on the properties of powdered products obtained from carrot, cabbage, celery, leek and broccoli waste. Specifically, the influence of processing on the physico-chemical, technological and functional properties of the obtained powdered products was evaluated, as well as the changes experienced by these products during 4 months of storage under controlled conditions. As pre-treatments, freezing, disruption intensity of plant material and fermentation with Lactobacillus plantarum (in broccoli stems) were considered; and as dehydration techniques, hot-air drying (50, 60 and 70°C) and freeze-drying. In addition to defining the physicochemical and technological properties, the bioaccessibility of the bioactive compounds present in the powder is also determined by the process and the characteristics of the powders obtained. In this regard, research was carried out to assess the impact of processing on specific bioactive compounds (carotenoids and glucosinolates), and on the response of the powdered products to simulated in vitro digestion. This is reported in the third chapter of the results. The fourth chapter describes a first approach to the application of the powdered products obtained as a food ingredient in the formulation of gluten-free bakery products. The results obtained in this doctoral thesis have demonstrated the potential of the waste generated in the preparation of trays and pre-prepared convenience food products of carrot, cabbage, celery, leek and broccoli for their integral valorisation, developing a process for transforming them into dehydrated powdered products. This approach is expected to contribute effectively to the concept of healthy and sustainable diets and to the development of a more sustainable food system.