Efecto de diferentes pretratamientos termofísicos y biológicos sobre las propiedades antioxidantes de ingredientes en polvo obtenidos a partir de residuos de zanahoria

Abstract

[ES] La transformación de frutas y hortalizas en ingredientes en polvo ha suscitado un notable interés en los últimos años y, en particular, la obtención de este tipo de ingredientes a partir de los residuos generados en la industria. La transformación de estos residuos en productos en polvo permite una valorización integral de sus componentes, posibilitando su reintroducción en la cadena alimentaria como ingredientes funcionales. Este enfoque permite dar valor a un producto de desecho que supone un problema medioambiental y de gestión para las empresas, obteniéndose productos de valor añadido que son estables, versátiles y ricos en nutrientes, por lo que, además de favorecer la circularidad de los sistemas alimentarios, contribuye al desarrollo de dietas más nutritivas y sostenibles. La obtención de productos en polvo se basa en tres operaciones unitarias sencillas tales como la desestructuración o triturado, la deshidratación y la molienda que permite obtener un polvo del tamaño de partícula deseado. En trabajos anteriores, el grupo de investigación en el que se lleva a cabo esta propuesta ha desarrollado el proceso de obtención de productos en polvo a partir de residuos de diferentes hortalizas, y ha estudiado el efecto de diferentes variables de proceso y almacenamiento sobre las propiedades fisicoquímicas, tecnológicas y funcionales de los productos obtenidos. En general, los procesos de obtención de ingredientes en polvo se han concretado en un triturado a trozos de entre 5-10 mm, una operación de secado por aire caliente (entre 50 y 70 oC) o liofilización, y una molienda final. Por otro lado, 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. Por un lado, el metabolismo microbiano durante la fermentación puede contribuir a la liberación de compuestos bioactivos ligados a la matriz celular. Otros pretratamientos clasificados como termofísicos también pueden modificar la matriz vegetal, induciendo cambios estructurales y bioquímicos que podrían dar lugar a productos en polvo con diferentes características. Entre estos pretratamientos se encuentran la aplicación de microondas, ultrasonidos o el tratamiento con vapor, los cuales pueden favorecer la liberación de los compuestos de interés, una mayor bioactividad de los compuestos, o una mayor biodisponibilidad. El presente trabajo tiene como objetivo principal evaluar el impacto de la fermentación (FERM) y diferentes pretratamientos termofísicos tales como el autoclavado (AUTO), la aplicación de microondas (MW) o el tratamiento con ultrasonidos (US), sobre las características fisicoquímicas y funcionales de productos en polvo obtenidos a partir de residuo de zanahoria de la línea de producción de IV gama. Para ello, se ensayarán diferentes niveles de potencia/tiempo en el residuo de zanahoria triturado, para el caso de las microondas, y diferentes relaciones de masa/tiempo, para el caso de la aplicación de ultrasonidos. Se estudiará el efecto de los diferentes pretratamientos sobre las propiedades fisicoquímicas y antioxidantes del residuo pretratado, así como la influencia los distintos pretratamientos sobre las características fisicoquímicas (humedad, actividad del agua y contenido en sólidos solubles totales) y antioxidantes (contenido en fenoles y flavonoides totales, capacidad antioxidante por los métodos de los radicales DPPH y ABTS, y contenido en compuestos fenólicos específicos analizados por cromatografía líquida de alta resolución, HPLC) de los productos en polvo obtenidos mediante liofilización.

[EN] The transformation of fruits and vegetables into powdered ingredients has garnered significant interest in recent years, particularly in deriving these ingredients from industry-generated waste. This transformation allows for comprehensive valorization of waste, enabling its reintroduction into the food chain as functional ingredients. This approach not only adds value to a waste product that poses environmental and management challenges for companies but also produces value-added products that are stable, versatile, and nutrient-rich. Thus, in addition to promoting circularity in food systems, it contributes to the development of more nutritious and sustainable diets. The production of powdered products is based on three simple unit operations: disintegration or crushing, dehydration, and milling. In previous research, the team responsible for this proposal has developed processes to obtain powdered products from various vegetable residues generated in the initial stages of processing at cooperatives. Additionally, they have studied the effect of different processing and storage variables on the physicochemical, technological, and functional properties of the resulting products. Generally, these processes include chopping into 5-10 mm pieces, hot air drying (between 50 and 70 °C) or freeze-drying, and final milling. There is scientific evidence suggesting that certain pretreatments could enhance the characteristics of these powdered products. For example, microbial metabolism during fermentation can contribute to the release of bioactive compounds bound to the tissue. Other pretreatments, classified as thermophysical, can modify the plant matrix, inducing structural and biochemical changes that could result in powdered products with improved characteristics. These pretreatments include the application of microwaves, ultrasound, or autoclaving, which can promote the release of compounds of interest, increase the bioactivity of compounds, and improve their bioavailability. The primary objective of this work is to evaluate the impact of fermentation (FERM) and different thermophysical pretreatments, such as autoclaving (AUTO), microwave application (MW), or ultrasound treatment (US), on the physicochemical and functional characteristics of powdered products obtained by hot air drying or freeze-drying from carrot residues from a fresh-cut production line. For this purpose, the following pretreatments were applied: fermentation with Lactobacillus salivarius spp. salivarius at 37 °C for 24 hours, autoclaving at 120 °C for 5 minutes, microwaving at a power of 3 W/g for 4 minutes, and ultrasound treatment in a bath at 40 kHz for 15 minutes. Subsequently, the pretreated residues were subjected to hot air drying (60 °C) or freeze-drying, followed by milling to obtain a fine powder. As a result, powders with different characteristics were obtained depending on the drying and treatment applied. Notably, ultrasound was effective in releasing antioxidant compounds, and autoclaving was beneficial for removing water from the sample, aiding in its preservation. Additionally, hot air drying resulted in higher antioxidant values compared to freeze-dried powder, making it a better dehydration method for the residue.