DESARROLLO DE TÉCNICAS COMBINADAS DE SECADO CON AIRE CALIENTE Y MICROONDAS EN LA PRODUCCIÓN DE FIBRA ALIMENTARIA A PARTIR DE SUBPRODUCTOS CÍTRICOS

Abstract

[EN] Sustainability is nowadays an investment for the future of any economic activity. The current situation of crisis has had an adverse impact in most industries, including the agri-food sector. However, this industry has been relatively the least affected when compared with other industrial sectors. This is mainly attributed to the fact that food products continue to be basic for consumers despite the economic downturn. Therefore, the agri-food sector is a key element in the European economy and can play a crucial role in the achievement of the objectives set in the EU's strategy for 2020: ensuring a sustainable framework of growth of a more competitive economy. The European agri-food industry has focused on energy efficiency and on reducing greenhouse gases emissions, along with better management of their resources as a way to improve its industrial competitiveness. In this sense, the search for solutions to transform the by-products generated in high value-added ingredients, is a priority. In this context, the juice industry, as fundamental sub-sector within the food sector, and large waste generator, must exploit the opportunity to transform their by-products into useful and profitable products for society. This transformation presents some difficulties which impede the profitability of the process. These difficulties are associated with the by-product, such as its compositional variability and its seasonality, and current techniques of transformation as the high energy cost in dehydration processes. This thesis represents an innovative and sustainable solution for overcoming the disadvantages associated with the high costs of stabilization, turning this by-products into high value-added ingredients, from both, nutritional and technological, points of view. The aim is to develop a microwave coupled with hot air drying technique allowing maximizing profits by using the following strategy: reducing time and operational costs, producing a new ingredient rich in dietary fiber, with interesting technological properties for the development of healthy foods, studying the proposed comprehensive process and analyzing the new generated by-products. The methodological approach of the thesis been focused, on the one hand, on studying phenomena that govern the internal transport of water and energy through the orange peel during its dehydration applying thermodynamics. On the other hand, the energy consumption of the drying process, the technological and sensory properties of the fiber obtained and its potential use as a fat substitute have been compared with the conventional hot air drying method. Finally, the integrated process, including both the combined drying technique and the pretreatments needed for colour and bitter compounds extraction, is proposed as a new route of valorization, in which the new by-products obtained, polyphenols and carotenoid rich extracts, are analysed. This study has analyzed the microwave coupled with hot air process, developing tools that allow the adequate upscaling of the drying operation by adapting it to the best standards of quality of the final product. A monitoring system that ensures these standards has been designed. The quality and the energy consumption of the dietary fiber production process has been improved. The properties associated with its inclusion in food matrices have been optimized. An innovative and sustainable process for the stabilization of industrial by-products and for their further conversion into dietary fiber and other bioactive compounds, applying microwave coupled with hot air drying, has been developed.

[ES] La sostenibilidad es una de las apuestas de futuro en cualquier actividad económica. La situación de crisis ha tenido un impacto adverso en la mayoría de las industrias, incluyendo las de ámbito agroalimentario. Sin embargo, ésta ha sido relativamente la menos afectada cuando se compara con otros sectores industriales. Esto se atribuye al hecho de que los productos alimenticios continúan siendo básicos para los consumidores a pesar de la desaceleración económica. Por lo tanto, esta industria es un pilar fundamental en la economía europea y puede jugar un papel crucial en la consecución de los objetivos marcados en la Estrategia de la UE para 2020: asegurar un marco sostenible de crecimiento de una economía más competitiva. La industria agroalimentaria europea ha apostado por la eficiencia energética y la reducción de emisiones de gases invernadero, junto con una mejor gestión de sus recursos como vía para la mejora de su competitividad industrial. La búsqueda de soluciones para transformar los subproductos generados en ingredientes de alto valor añadido, es una de las prioridades. En este contexto, la industria productora de zumos, como subsector fundamental dentro del sector alimentario, y gran generador de residuos, tiene la oportunidad de transformar sus subproductos en productos útiles y rentables para la sociedad. Esta transformación presenta algunas dificultades que impiden la rentabilidad del proceso. Estas dificultades están asociadas al subproducto, como su variabilidad composicional o su estacionalidad, y a las técnicas actuales de transformación como el elevado coste energético en procesos de deshidratación. Esta tesis se plantea como una solución innovadora y sostenible para, más allá de superar los inconvenientes asociados a los altos costes de estabilización, transformar este subproducto en un ingrediente de alto valor añadido, tanto nutricional como tecnológico. Para ello se propone desarrollar una técnica de secado combinado por aire caliente y microondas que permita maximizar beneficios mediante la siguiente estrategia: reducir el tiempo y el coste energético de la operación, produciendo un nuevo ingrediente rico en fibra dietética con propiedades tecnológicas de interés para el desarrollo de alimentos más saludables, estudiando el proceso integral propuesto y analizando los nuevos subproductos generados. El enfoque metodológico de la tesis ha estado dirigido, por una parte, a estudiar los fenómenos que gobiernan el transporte interno de agua y energía a través de la piel de naranja durante su deshidratación, aplicando termodinámica. Por otra parte, el consumo energético del proceso de secado, las propiedades tecnológicas y sensoriales de la fibra obtenida y su potencial uso como ingrediente sustituto de grasa, se han comparado con el método de secado convencional por aire caliente. Finalmente, el proceso integrado, incluyendo tanto el secado combinado como las etapas previas de extracción de color y compuestos amargos, se propone como una nueva ruta de valorización, en la que se analizan posibles subproductos de interés tales como extractos ricos en polifenoles y carotenoides. En este estudio se ha analizado el proceso combinado de secado con aire caliente y microondas, desarrollando herramientas que permiten dimensionar adecuadamente la operación de secado adaptándola a los estándares óptimos de calidad del producto final. Se ha diseñado un sistema de monitorización que asegure dichos estándares. Se ha mejorado el proceso de obtención de fibra alimentaria respecto a su calidad y a su gasto energético. Se han optimizado las propiedades asociadas a su inclusión en matrices alimentarias. Se ha desarrollado un proceso innovador y sostenible para la estabilización de subproductos vegetales de origen industrial y para su posterior conversión en fibra dietética y otros compuestos bioactivos, aplicando la tecnología de secado por aire caliente y

[CA] La sostenibilitat és una de les apostes de futur en qualsevol activitat econòmica. L'actual situació de crisi ha tingut un impacte advers en la majoria de les indústries, incloent les d'àmbit agroalimentari. No obstant això, la indústria agroalimentària ha sigut relativament la menys afectada quan es compara amb altres sectors industrials. Açò s'atribuïx principalment al fet de que els productes alimentaris continuen sent bàsics per als consumidors a pesar de la desacceleració econòmica. Per tant, esta indústria és un pilar fonamental en l'economia europea i pot jugar un paper crucial en la consecució dels objectius marcats en l'Estratègia de la UE per a 2020: assegurar un marc sostenible de creixement d'una economia més competitiva. La indústria agroalimentària europea ha apostat per l'eficiència energètica i la reducció d'emissions de gasos d'efecte hivernacle, junt amb una millor gestió dels seus recursos com a via per a la millora del seu vaig competirtu En este sentit, la busca de solucions per a transformar els subproductes generats en ingredients d'alt valor afegit, és una de les prioritats. En este context, la indústria productora de sucs, com subsector fonamental dins del sector alimentari, i gran generador de residus, té el deure i l'oportunitat de transformar els seus subproductes en productes útils i rendibles per a la societat. Esta transformació presenta algunes dificultats que impedixen la rendibilitat del procés. Estes dificultats estan associades al subproducte, com la seua variabilitat composicional o la seua estacionalitat, i a les tècniques actuals de transformació com l'elevat cost energètic en processos de deshidratació. Esta tesi es planteja com una solució innovadora i sostenible per a, més enllà de superar els inconvenients associats als alts costos d'estabilització, transformar este subproducte en un ingredient d'alt valor afegit, tant nutricional com tecnològic. Per a això es proposa desenvolupar una tècnica de'assecat combinat per aire calent i microones que permeta maximitzar beneficis per mitjà de l'estratègia següent: reduir el temps i el cost energètic de l'operació, produint un nou ingredient ric en fibra dietètica amb propietats tecnològiques d'interés per al desenvolupament d'aliments més saludables, estudiant el procés integral proposat i analitzant els nous subproductes generats. L'enfocament metodològic de la tesi ha estat dirigit, d'una banda, a estudiar els fenòmens que governen el transport intern d'aigua i energia a través de la pell de taronja durant la seua deshidratació, aplicant termodinàmica. D'altra banda, el consum energètic del procés de d'assecat, les propietats tecnològiques i sensorials de la fibra obtinguda i el seu potencial ús com a ingredient substitut de greix, s'han comparat amb el mètode d'assecat convencional per aire calent. Finalment, el procés integrat, incloent tant l'assecat combinat com les etapes prèvies d'extracció de color i compostos amargs, es proposa com una nova ruta de valoració, en la que s'analitzen possibles subproductes d'interés com ara extractes rics en polifenoles i carotenoides. En este estudi s'ha analitzat el procés combinat d'assecat amb aire calent i microones, desenvolupant ferramentes que permeten dimensionar adequadament l'operació d'assecat adaptant-la als estàndards òptims de qualitat del producte final. S'ha dissenyat un sistema de monitorització que assegure els dits estàndards. S'ha millorat el procés d'obtenció de fibra alimentaria respecte a la seua qualitat i al seu consum energètic. S'han optimitzat les propietats associades a la seua inclusió en matrius alimentàries. S'ha desenvolupat un procés innovador i sostenible per a l'estabilització de subproductes vegetals d'origen industrial i per a la seua posterior conversió en fibra dietètica i altres compostos bioactius, aplicant la tecnologia d'assecat por aire calent i microones.