Estudio de la fermentación y de diversos pretratamientos termofísicos para la mejora de las propiedades antioxidantes de productos en polvo obtenidos a partir de residuos de zanahoria de iv gama

Abstract

[ES] La obtención de ingredientes vegetales en polvo a partir de residuos de la industria alimentaria ha suscitado un interés creciente en los últimos años. Los procesos de conversión de estos residuos en productos en polvo permiten la valorización integral de sus componentes, posibilitando su reintroducción en la cadena alimentaria como ingredientes funcionales. De este modo, se obtienen productos estables, versátiles y ricos en nutrientes, al tiempo que se da valor a un producto de desecho que supone un problema medioambiental y de gestión para la industria. Además de favorecer la circularidad de los sistemas alimentarios, este enfoque contribuye al desarrollo de dietas más nutritivas y sostenibles. El proceso de obtención de productos en polvo se basa en tres operaciones unitarias sencillas tales como la desestructuración o triturado, la deshidratación y la molienda final hasta obtener un polvo fino. Sin embargo, existen evidencias científicas de que la aplicación de determinados pretratamientos sobre el material vegetal podría mejorar las características de los productos en polvo obtenidos a partir de este tipo de residuos, debido a los cambios estructurales promovidos. De este modo, el objetivo general del presente trabajo consiste en incorporar diferentes pretratamientos termofísicos y biológicos al proceso de obtención de ingredientes en polvo a partir de residuos de zanahoria. Concretamente, se propuso estudiar el efecto de distintos pretratamientos biológicos como la fermentación (FERM) o pretratamientos termofísicos como la aplicación de microondas (MW), ultrasonidos (US) o autoclavado (AUTO), sobre las distintas propiedades fisicoquímicas y antioxidantes del residuo de zanahoria generado en una línea de producción de palitos de IV gama, para después poder obtener el polvo de residuo de zanahoria pretratado mediante secado por aire caliente. El trabajo consistió en una primera parte en estudiar el efecto de las variables del pretratamiento con US (tiempo y masa de residuo), MW (potencia y tiempo) y FERM (microorganismo y tiempo) sobre las propiedades fisicoquímicas y antioxidantes del residuo pretratado. El estudio de la fermentación incluyó la evaluación del residuo de zanahoria como sustrato para el crecimiento de distintos microorganismos del género Lactobacillus considerados probióticos mediante el recuento de viables y los cambios de pH a distintos tiempos de fermentación. Una vez seleccionadas los niveles de las variables, se procedió a la obtención del polvo mediante triturado del residuo, aplicación de los pretratamientos seleccionados, secado por aire caliente a 60 ºC durante 10 h y molienda final. Los polvos obtenidos se evaluaron en cuanto a sus propiedades fisicoquímicas y antioxidantes. Los resultados obtenidos pusieron de manifiesto que la combinación de los pretratamientos ensayados con los procedimientos de secado y molienda determinan las propiedades del polvo. El estudio inicial de los pretratamientos sobre el residuo de zanahoria triturado permitió la selección de las variables más adecuadas que fueron: en cuanto a la FERM, se seleccionó el microorganismo Lactobacillus salivarius spp. salivarius durante 24 h; con respecto a la aplicación de US, se seleccionaron 15 min de tratamiento a 40 kHz sobre 100 g de muestra; con respecto al uso de MW, se seleccionó una potencia de 3 W/g durante 4 min; por su parte, el autoclavado consistió en la aplicación de 120 ºC durante 5 min. Los resultados obtenidos mostraron cierta mejora en las propiedades antioxidantes y fisicoquímicas de los polvos pretratados mediante fermentación y ultrasonidos, mientras que se evidenció degradación de éstas en el caso de microondas y autoclave. En términos generales, se concluye que los polvos pretratados obtenidos a partir de residuo de zanahoria son una alternativa interesante para la reincorporación de estos desechos en la cadena alimentaria, así como para la mejora nutricional que suponen los pretratamientos y el secado por a

[EN] Obtaining powdered vegetable ingredients from food industry waste has garnered increasing interest in recent years. The processes of converting this waste into powdered products allow for the comprehensive valorization of is components, enabling heir reintroduction into the food chain as functional ingredients. This results in stable, versatile, and nutrient-rich products while adding value to a waste producto that poses environmental and management challenges for the industry. In addition to promoting the circularity of food systems, this approach contributes to the development of more nutritious and sustainable diets. The process of obtaining powdered products is based on three simple unit operations: deconstruction or grinding, dehydration, and final milling to obtain a fine powder. However, there is scientific evidence that the application of certain pretreatments on plan material could improve the characteristics of the powdered products obtained from this type of waste, due to the structural changes promoted. Therefore, the general objective of this work is to incorporate different thermophysical and biological pretreatments into the process of obtaining powdered ingredients from carrot waste. Thus, this study aimed to investigate the effect of various biological pretreatment such as fermentation (FERM) or thermophysical pretreatments such as the application of microwaves (MW), ultrasound (US), or autoclaving (AUTO) on the different physicochemical and antioxidant properties of carrot waste generated in a production line of IV range carrot sticks, to later obtain pretreated carrot waste through hot air drying. The work consisted of an initial study of the effect of the pretreatment variables with US (time and mass of residue), MW (power and time), and FERM (microorganism) on the physicochemical and antioxidant properties of the pretreated residue. The fermentation study included the evaluation of carrot waste as a substrate for the growth of different microorganisms of the genus Lactobacillus considered probiotics, by counting viable cells and changes in pH at different fermentation times. Once the variable levels were selected, the powder was obtained by grinding the residue, applying the selected pretreatment, drying with hot air at 60 ºC for 10 hours, and final milling. The obtained powders were evaluated for their physicochemical and antioxidant properties. The results showed that the combination of the tested pretreatments with the drying and milling procedures determines the powder s properties. The initial study of the pretreatments on the shredded carrot waste allowed for the selection of the most suitable variables, which were: for FERM, the microorganism Lactobacillus salivarius spp. salivarius was selected for 24 hours; regarding the application of US, 15 minutes of treatment on 100 g of sample were selected; regarding the use of MW, a power of 3 W/g for 4 minutes was selected; autoclaving consisted of applying 120 ºC for 5 minutes. The results showed some improvement in the antioxidant and physicochemical properties of the powders pretreated by fermentation and ultrasound, while degradation of these properties was observed in the case of microwaves and autoclave. In general terms, it is concluded that the pretreated powders obtained from carrot waste are an interesting alternative for the reintegration of this waste into the food chain, as well as for the nutritional improvement provided by the pretreatments and hot air drying, granting them interesting applications in food preparation and potentially incorporating them into different food matrices.