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Upcycling de coproductos y residuos alimentarios, breve reseña científica

La recuperación virtuosa (upcycling) o reutilización de coproductos y desperdicios de alimentos -para producir nuevos alimentos, piensos e ingredientes para medicamentos y cosméticos- es la principal manera de minimizar la "pérdida de alimentos" y reducir a la mitad el "desperdicio de alimentos" a nivel mundial. 2030 (#ODS12, meta 12.3). (1)

El Departamento de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de Perugia (UniPG), bajo la dirección de las profesoras Luana Perioli y Cinzia Pagano, ha publicado y contribuido a numerosos estudios sobre el reciclaje y la reutilización de "materiales secundarios" en las cadenas de suministro agroalimentarias. Breve reseña a continuación.

1) orujo de manzana

pulpa de manzana, que sobra de la elaboración de zumos de frutas, es rico en nutrientes, micronutrientes, enzimas, pectinas y fitoquímicos con propiedades antioxidantes y antimicrobianas dignas de atención también como conservantes naturales. Con perspectivas prometedoras para su uso en productos alimenticios, medicamentos, cosméticos y más.

el orujo también pueden utilizarse para producir polímeros naturales, sustituyendo a los sintéticos (es decir, carboximetilcelulosa, polivinilpirrolidona) que constituyen fuentes de microplásticos cuyo uso en la Unión Europea está actualmente sujeto a algunas restricciones, como hemos visto a continuación. reforma del reglamento REACH. (2)

1.1) Espesantes

La combinación de diferentes métodos. El secado (es decir, al horno, liofilización), la posible homogeneización y la extracción hidroalcohólica apoyada por ultrasonidos han permitido obtener a partir del orujo de manzana diversos extractos ricos en polifenoles, con una excelente capacidad espesante debido a la capacidad de formar un hidrogel estable.

Los diferentes tratamientos influyen en la distribución y concentración de polifenoles y en las propiedades gelatinizantes. La mejor formulación se obtuvo con un polvo (250-400 μm) secado en horno sin homogeneización, ya que se encontró que este proceso tiene un impacto negativo sobre las pectinas y otras moléculas con función espesante. (3)

1.2) Mayonesa vegana

El mismo orujo de manzana se incluyó como ingrediente con función espesante, al 2-6%, en la fórmula de una mayonesa vegana. Con resultados tecnológicos apreciables, comparados con dos productos de la misma categoría en ambas versiones de mayonesa tradicional, con yema de huevo, y otra versión vegana. (4)

Los compuestos bioactivos con acción antioxidante presente en el orujo permitió prolongar la vida útil del producto, que fue preferido a los demás también desde el punto de vista organoléptico en una prueba de consumo. Con la ventaja nutricional, respecto a la mayonesa clásica, de la reducida cantidad de ácidos grasos saturados.

Codex Alimentarius y la legislación europea, además, no impiden que el producto se denomine «mayonesa vegana» (5,6). Y la legitimidad de las normativas nacionales de algunos Estados miembros (por ejemplo, Bélgica, Eslovenia, Eslovaquia) que lo impiden es dudosa, a la espera de una decisión del Tribunal de Justicia de la Unión Europea sobre caso análogo de 'sondeo de carne'.

2) Betaglucanos y proteínas de cepas de cebada

Betaglucanos son polisacáridos presentes en las paredes celulares de diversos alimentos como la cebada, la avena y las micoproteínas, como se vio. Formadas por cadenas de D-glucosa en la posición β-1,3, con algunos enlaces en las posiciones β-1,4 y β-1,6 según la especie, presentan diversas propiedades saludables (por ejemplo, inmunomodulación, reducción del colesterol en sangre ).

La microalga Euglena gracilis. y su peculiar paramilón, que se caracteriza por estar formado por una única cadena lineal (constituida únicamente por glucosa en posición β-1,3, que cristaliza formando gránulos insolubles), han demostrado la capacidad in vitro para activar las respuestas inmunes innatas (7)

Las trilladoras de cebada Los beneficios de la industria cervecera, tradicionalmente vendidos como materia prima para piensos, pueden aprovecharse aún mejor mediante la extracción tanto de betaglucanos como de proteínas. aprobado por EFSA qué candidatos a nuevos alimentos.

2.1) Películas bioadhesivas

Una suspensión acuosa compuesto por diferentes fracciones solubles e insolubles de β-glucanos, se utilizó para crear una formulación para uso cutáneo en forma de biopelícula, destinada a calmar y tratar las lesiones dérmicas.

El uso de excipientes. como el sorbitol y la goma de acacia han permitido mejorar las propiedades mecánicas del gel así obtenido, que puede utilizarse por colada en la preparación de películas.

La propiedad de estimular el crecimiento. de células epidérmicas (queratinocitos) también ha demostrado el doble potencial de uso de los betaglucanos, no sólo como excipiente sino también como ingrediente activo. (8)

2.2) Parche cutáneo

Un parche en la piel, también para el tratamiento de heridas, se creó utilizando β-glucanos en forma de una suspensión acuosa en un gel de almidón (almidón de maíz) elaborado con una impresora 3D, que contiene glicerol y agua.

La adición de alginatos en la formulación nos ha permitido aumentar su resistencia mecánica y facilidad de aplicación cutánea por un período de tiempo prolongado, útil para el tratamiento requerido. (9)

3) Pétalos de azafrán

Los preciosos estigmas del azafrán (Crocus sativus), se seleccionan manualmente a partir de flores individuales con altos costos y rendimientos mínimos, lo que explica su reputación como 'oro rojo'. Sus pétalos, que representan el 78% de las flores, se desperdician.

flores de azafránSin embargo, contienen nutrientes (por ejemplo, fibra, carbohidratos, proteínas, minerales, vitaminas, ácidos grasos poliinsaturados, es decir, ácido linoleico), pero sobre todo metabolitos secundarios como carotenoides, monoterpenos y flavonoides, que pueden utilizarse en diversos productos. (10)

3.1) Conservantes naturales

polifenoles contenidos en dos extractos hidroalcohólicos de pétalos de azafrán han demostrado interesantes propiedades bacteriostáticas y bactericidas contra diversos microorganismos patógenos y de deterioro que son causas frecuentes de contaminación de productos alimenticios, incluidos diversos clostridios como los peligrosos Clostridium botulinumC. perfrigens e C. difficile. (11)

Los dos extractos se obtuvieron por maceración y con ayuda de un baño de ultrasonidos, respectivamente, y ambos contienen al menos un 70% de ácido gálico y clorogénico, que han demostrado ejercer una apreciable acción bacteriostática y bactericida.

Estos extractos de pétalos de azafrán representan una alternativa al uso de antibióticos, además de poder utilizarse como conservantes naturales en diversas categorías de productos (por ejemplo, medicamentos, cosméticos).

3.2) Hidrogel para heridas

Tres extractos diferentes Se utilizaron hidroalcohólicos de pétalos de azafrán, preparados con 70% y 96% de etanol como solventes, para la preparación de un hidrogel utilizando almidón de maíz como soporte para facilitar la aplicación cutánea.

el extracto al 70% obtenido por maceración mostró la mayor actividad antioxidante y capacidad de estimular la regeneración de queratinocitos, gracias al contenido de ácidos fenólicos, mostrando excelentes propiedades para reparar daños superficiales de la epidermis.

La actividad antimicrobiana también es apreciable. in vitro hacia epidermis de estafilococo, un microorganismo nativo de la microbiota cutánea que puede volverse patógeno en presencia de heridas, y también desarrollar resistencia a los antibióticos utilizados. (12)

3.3) Acción sobre los macrófagos

Extractos alcohólicos de pétalos de azafrán han demostrado in vitro capacidad de prevenir la inflamación y la formación de osteoclastos, las células responsables de la destrucción del tejido óseo, durante los procesos de reconstrucción llevados a cabo por los osteoblastos que influyen en el proceso de diferenciación de los macrófagos (los glóbulos blancos responsables del proceso de fagocitosis).

La capacidad de prevenir la diferenciación. de los macrófagos es importante para prevenir la desregulación del eje macrófagos-osteoclastos, y determinar una posible aparición de problemas relacionados con procesos inflamatorios del tejido óseo y otros problemas, que pueden derivar en osteoporosis, artritis reumatoide y osteoartritis. (13)

4) Extracto de hoja de Moringa oleifera

las hojas de Moringa oleifera (planta conocida como 'árbol de la vida') se consideran alimentos tradicionales. Por lo tanto, su uso en la producción de alimentos y complementos alimenticios dentro de la UE no está sujeto a la autorización previa requerida en virtud del Reglamento (UE) n.º 2015/2283 sobre nuevos alimentos.

La tradicionalidad del uso. está respaldado por su uso en numerosos preparados que han demostrado sus potenciales propiedades beneficiosas (por ejemplo, antidiabéticas, antibacterianas, anticancerígenas, antiinflamatorias, cardiovasculares y para el sistema nervioso central) debido a diversas sustancias como polifenoles, carotenoides y glucosinolatos, y por una presencia reducida de factores antinutricionales. (14)

4.1) Polímero de micropartículas

Un extracto de hojas de Moringa oleifera ha sido probado como ingrediente activo para la elaboración de una formulación destinada al tratamiento de heridas con exudado, en forma de micropartículas poliméricas bioadhesivas obtenidas con el método de secado por aspersión utilizando quitosano como polímero para favorecer la transición del sol. para gelificar y garantizar la liberación inmediata del extracto rápidamente después de la aplicación cutánea. (15)

La alta concentración de flavonoides (p. ej. quercetina en forma de glucósido) ha permitido demostrar una importante actividad antioxidante, eliminadora de radicales y antibacteriana, testada in vitro hacia Staphylococcus aureus, S. epidermidis, S. faecalis e S. pyogenes. La liberación inmediata permite acelerar el proceso de curación, gracias también a la estimulación del crecimiento de los queratinocitos, y proteger adecuadamente la zona lesionada.

5) Cáscaras de avellana

Cáscaras de avellana son el principal subproducto que se deriva del proceso de extracción de las semillas, también tras el tostado previo de los frutos. Las cáscaras y cáscaras de las semillas se utilizan para producir piensos, envases, reactivos químicos y energía mediante la combustión. (dieciséis)

Las sustancias de mayor interés En la cáscara y las cáscaras se encuentran ácidos fenólicos, flavonoides, taninos, polisacáridos, fibras (por ejemplo, hemicelulosa) y lignina, incluso en las avellanas tostadas.

5.1) Extractos antimicrobianos

Tres métodos de extracción (maceración, baño de ultrasonidos, ultrasonidos de alta potencia) fueron probados para obtener diferentes extractos de cáscara de avellana, con diversos parámetros de proceso (tiempo de extracción, temperatura, maceración previa). Los extractos se caracterizaron por una alta diversidad de sustancias fenólicas, de las cuales el ácido gálico fue el más abundante, junto con catequinas y otros ácidos fenólicos. (17)

Todos los extractos – especialmente los obtenidos después de la premaceración – han demostrado una buena capacidad para inhibir el crecimiento de diversos microorganismos como Bacillus cereus e Bacillus subtilis. Estos bacilos intervienen en procesos infecciosos mediante la capacidad de producir biopelículas y la aparición directa de infecciones cutáneas.

5.2) Parche cutáneo polimérico

Un ingrediente activo obtenido a partir de un extracto hidrosoluble de cáscara de avellana preparado con el método de fundición, se probó en la formulación de un parche cutáneo junto con quitosano desacetilado y arcilla verde como rellenos.

Yo ricercators han observado una interesante capacidad de estos extractos para estimular el crecimiento de los queratinocitos y el proceso de cicatrización de la piel, con inhibición del crecimiento de S. aureus. Además de las propiedades de tracción útiles para determinar la resistencia durante la extracción del embalaje y la aplicación cutánea. (18)

6) Cáscaras de cebolla (Allium cepa L.)

cáscaras de cebolla son un subproducto de gran interés por la abundancia de fitoquímicos con una importante actividad antioxidante capaz de aumentar la vida útil de diversos productos alimentarios y no alimentarios. Dependiendo del color también se pueden extraer sustancias con acción colorante (19)

la cáscara es particularmente rico en fenoles, taninos y flavonoides, especialmente quercetina, capaz de mitigar los efectos nocivos del estrés oxidativo. Los extractos, en función de las tecnologías y métodos utilizados, pueden variar en términos de eficacia y en cualquier caso valorarse en las fórmulas de:

  • alimentos como aceites, productos horneados, carnes (para aumentar la estabilidad microbiana),
  • embalaje activo, para aumentar la vida útil de los alimentos que contienen.

6.1) Películas bioadhesivas

películas poliméricas de hidrogeles se elaboraron con un extracto hidroalcohólico rico en flavonoides de la piel de cebolla de la variedad roja Rojo Duro, sin los olores picantes característicos del bulbo. Se evaluó la solubilidad en agua. in vitro.

Yo evalúo han demostrado buenas propiedades antioxidantes y eliminadoras de radicales, antibacterianas y antiinflamatorias, seguras para las células epidérmicas y con acción farmacológica eficaz en el tratamiento de heridas superficiales. (20)

6.2) Aerosol termogel

El mismo extracto fue formulado con un polímero poloxámero/quitosano para obtener un termogel en spray destinado al tratamiento de la mucositis oral, una infección grave que puede provocar lesiones eritematosas dolorosas y, a largo plazo, dificultad para ingerir alimentos o hablar con fluidez. Con posibles infecciones secundarias de diversa índole. Los enfoques convencionales (es decir, protectores de las mucosas, antimicrobianos locales, analgesia) a menudo no son muy eficaces.

La formulación con extracto de cebolla Rojo Duro resultó eficaz para el tratamiento de la mucositis, gracias a sus propiedades termosensibles y mucoadhesivas, asegurando su permanencia en la cavidad bucal, y a la acción antimicrobiana activa contra diversos patógenos que favorecen la aparición de infecciones. La vida útil también está garantizada por la posibilidad de conservación en forma liofilizada, que mantiene las propiedades del termogel durante más tiempo. (21)

7) Perspectivas

Numerosos coproductos y residuos La industria alimentaria puede aprovecharse para obtener productos alimenticios y formulaciones medicinales y cosméticas de alto valor añadido. Los estudios mencionados anteriormente ofrecen evidencia concreta de la efectividad y viabilidad de las aplicaciones de la economía circular en diversas cadenas de suministro de alimentos.

Oportunidades Los métodos para mejorar los 'materiales secundarios' son casi infinitos, como lo demuestran los brillantes ejemplos de investigadores de la Universidad de Perugia. Su aplicación puede aumentar simultáneamente la rentabilidad de las empresas agrícolas y procesadoras y reducir los costos de gestión de residuos.

#Inútil (22)

Dario Dongo y Andrea Adelmo Della Penna

Note

(1) Darío Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Pérdida y desperdicio de alimentos, propuesta de revisión de la directiva marco sobre residuos en la UE. REGALO (Gran comercio de comida italiana). 6.7.23

(2) Kauser S. et al. (2024). Poma de manzana, un biorecurso de componentes funcionales y nutricionales con potencial de utilización en diferentes formulaciones alimentarias: una revisión. Avances en la química de los alimentos 4: 100598, https://doi.org/10.1016/j.focha.2023.100598

(3) Cossignani L. et al. (2023). Efecto de diferentes tratamientos de secado y tamizado sobre el orujo de manzana Royal Gala, un agente espesante con propiedades antioxidantes. Plantas 12: 906, https://doi.org/10.3390/plants12040906

(4) Mangiapelo L. et al. (2023). Papel de la manzana de pepita en la formulación de una novedosa mayonesa saludable. Investigación y tecnología alimentaria europea 249: 2835-2847, https://doi.org/10.1007/s00217-023-04331-9

(5) El 8.3.76, la Comisión Europea adoptó una propuesta de directiva destinada a regular la mayonesa, las salsas derivadas de ella y otras salsas emulsionadas para condimentos, que incluía el uso de yema de huevo en emulsión, así como la definición de sus características. v. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/IT/TXT/?uri=OJ:JOC_1976_054_R_0001_01

(6) La mayonesa estaba regulada por la norma del Codex Alimentarius CODEX STAN 168-1989. Sin embargo, tras la recomendación de su Comité Ejecutivo (49.ª reunión), tras la suspensión de su revisión, esta norma fue revocada. v. https://www.fao.org/3/X8537e/X8537e.pdf e https://www.fao.org/3/y8028e/y8028e.pdf

(7) Darío Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Microalgas, Euglena gracilis. Superalimento con exclusividad. REGALO (Gran comercio de comida italiana). 10.1.21

(8) Por Michele A. et al. (2023). Formulación y caracterización de películas bioadhesivas sostenibles para el tratamiento de heridas a base de extracto de β-glucano de cebada obtenido mediante la técnica de ultrasonidos de alta potencia. Revista Internacional de Farmacia 638: 122925, https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2023.122925

(9) Pérez Gutiérrez C.L. et al. (2023). La optimización de los parámetros de impresión 3D de microjeringas asistidas por presión (PAM) para el desarrollo de parches sostenibles a base de almidón. polímeros 15: 3792, https://doi.org/10.3390/polym15183792

(10) Cerdá-Bernad D. et al. (2023). Flores de Crocus Sativus L. infrautilizadas: una fuente oculta de ingredientes sostenibles de alto valor añadido. Alimentos vegetales para la nutrición humana 78: 458-466, https://doi.org/10.1007/s11130-023-01065-7

(11) Primavilla S. et al. (2023). Actividad antibacteriana de Crocus sativus L. Extractos de pétalos contra microorganismos patógenos y de deterioro transmitidos por los alimentos, con especial atención a los clostridios. Vida 13: 60, https://doi.org/10.3390/life13010060

(12) Pagano C. et al. (2022). Hidrogel sostenible a base de almidón cargado con extracto de pétalos de Crocus sativus: un nuevo producto para el cuidado de heridas. Revista Internacional de Farmacia 625: 122067, https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2022.122067

(13) Orabona C. et al. (2022). El extracto de pétalo de Crocus sativus L. inhibe la inflamación y la osteoclastogénesis en el modelo celular RAW 264.7. Farmacia 14: 1920, https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14061290

(14) Kashyap P. et al. (2022). Avances recientes en compuestos bioactivos de las hojas de baqueta (Moringa oleifera): composición, beneficios para la salud, bioaccesibilidad y aplicaciones dietéticas. Los antioxidantes 11 (2): 402, https://doi.org/10.3390/antiox11020402

(15) Pagano C. et al. (2020). Preparación y caracterización de micropartículas poliméricas cargadas con extracto de hoja de Moringa oleifera para el tratamiento de heridas exudantes. Internacional Revista de Farmacéutica 587: 119700, https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.119700

(16) Zhao J. et al. (2023). Avellana y sus subproductos: una revisión integral de nutrición, perfil fitoquímico, extracción, bioactividades y aplicaciones. Química de Alimentos 413: 135576, https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.135576

(17) Por Michele A. et al. (2021). Cáscaras de avellana como fuente de principios activos: preparación y caracterización de extractos. Moléculas 26: 6607, https://doi.org/10.3390/molecules26216607

(18) Pérez Gutiérrez C.L. et al. (2023). Parches poliméricos a base de compuestos de quitosano/arcilla verde y extracto de cáscara de avellana como medicamento biosostenible para heridas. Farmacia 15: 2057, https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15082057

(19) Kumar M. et al. (2022). Cáscara de cebolla (Allium cepa L.): una revisión sobre la extracción de compuestos bioactivos, su potencial antioxidante y su aplicación como ingrediente alimentario funcional. Revisión concisa e hipótesis en ciencia de los alimentos 87 (10): 4289-4311, https://doi.org/10.1111/1750-3841.16297

(20) Pagano C. et al. (2020). Películas poliméricas bioadhesivas a base de extracto de piel de cebolla roja para el tratamiento de heridas: una formulación innovadora y ecológica. Moléculas 25 (2): 318, https://doi.org/10.3390/molecules25020318

(21) Loaded D. et al. (2021). Termogel en aerosol cargado con extracto de cebolla roja Rojo Duro como plataforma sostenible para el tratamiento de lesiones de la mucosa bucal. Revista de Ciencias Farmacéuticas 110: 2974-2985, https://doi.org/10.1016/j.xphs.2021.04.004

(22) Darío Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Wasteless, proyecto de investigación de la UE sobre economía circular y blockchain. REGALO (Gran Comercio de Alimentos Italianos). 5.9.22

Andrea Adelmo Della Penna

Graduado en Tecnologías y Biotecnologías de los Alimentos, titulado tecnólogo de los alimentos, sigue el área de investigación y desarrollo. Con especial atención a los proyectos de investigación europeos (en Horizonte 2020, PRIMA) donde participa la división FARE de WIISE Srl, una empresa benéfica.

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