Utilización de residuos agroindustriales de maíz (Zea mays L.) y berenjena (Solanum melongena L.) como fuentes de fibra : extracción de biocompuestos, caracterización química y fun...

• Autores: Higuera Coelho, Ricardo Alejandro
• Año de publicación: 2024
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Rojas, Ana María Luisa; Fissore, Eliana Noemí
• Materia: RESIDUOS DEL MAIZ; RESIDUOS DE BERENJENA; EXTRACCION ASISTIDA POR ULTRASONIDO; EXTRACCION ENZIMATICA; EXTRACCION ALCALINA; PECTINA; ANTIOXIDANTES; AGENTE GELIFICANTE; AGENTE VISCOSANTE; ADITIVO FUNCIONAL; CORN WASTE; EGGPLANT WASTE; ULTRASOUND-ASSISTED EXTRACTION; ENZYMATIC EXTRACTION; ALKALINE EXTRACTION; PECTINS; ANTIOXIDANTS; GELLING AGENT; THICKENING AGENT; FUNCTIONAL ADDITIVE
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Existe una importante generación de residuos postcosecha provenientes de la producción del maíz y de la berenjena, con componentes de interés que justifiquan la valorización avanzada de los mismos. Las brácteas del maíz desechadas en la cosecha, industrialización y consumo, así como el cáliz, cáscara y pulpa de la berenjena descartados como residuos y/o por no cumplir con los estándares de comercialización, fueron aplicados a la obtención de compuestos funcionales útiles como aditivos en la formulación de alimentos. Los tejidos mencionados fueron primero sometidos a secado y molienda para la obtención de polvos, de manera de asegurar la estabilidad de los componentes, mejorar los rendimientos y el proceso de extracción (menor relación líquido:sólido). En la valorización avanzada de las brácteas del maíz, durante la extracción secuencial de los biopolímeros mayoritarios, se pudieron aislar pectinas novedosas (MP y MP-US) a partir del residuo insoluble en etanol hirviente (RIA-PB) obtenido del polvo de las brácteas del maíz (PB). Se implementaron tratamientos sustentables para la extracción de MP y MP-US, utilizando hidrólisis alcalina seguida de extracción enzimática con celulasa. La aplicación de un pretratamiento con ultrasonido de alta potencia (US) aumentó el rendimiento de extracción (MP-US). Las pectinas MP y MP-US fueron identificadas como homogalacturonano (HG) con bajo grado de metilesterificación (DM) y de acetilación, donde MP tenía un peso molecular promedio y una polidispersidad mayor que la de MP-US, siendo MP-US casi instantáneamente soluble en agua. Ambas pectinas fueron sensibles a los iones calcio, formando geles termo-irreversibles, mientras que en presencia de iones Fe(II) formaron sistemas termo-reversibles del “tipo gel-débil”. Estas pectinas serían útiles como modificadores de la textura en alimentos y productos farmacéuticos y con potencial bioactividad para la liberación de nutrientes esenciales [calcio, hierro (II)] en el intestino. En la valorización avanzada de los tejidos descartados de la berenjena, cáliz y exocarpio o cáscara (P-CC) y pulpa (P-P), recuperados separadamente como polvos (P-CC y P-P), fueron caracterizados física y químicamente. P-CC presentó un mayor contenido de pectinas y mayor actividad antioxidante, la cual se atribuyó a su contenido elevado de α-tocoferol, carotenoides y compuestos fenólicos extraíbles. Dichas propiedades antioxidantes hicieron que los polvos funcionaran de manera eficaz como preservador en un queso vegano untable de castañas de cajú, retrasando el aumento del índice de peróxido y de los equivalentes de malondialdehído (TBARS) durante su almacenamiento en refrigeración. Además, se evaluó la utilidad de P-CC y P-P como fuentes de pectina, aplicando métodos de extracción amigables con el medio ambiente. Se realizaron extracciones mediante pretratamiento con US seguido de agitación (1h) en solución de Na2CO3 0,1M, logrando mayores rendimientos de ácidos urónicos (AU) en las pectinas obtenidas con el tratamiento de US. Los HG extraídos presentaron bajo DM, pesos moleculares variados y capacidad antioxidante debido a la presencia de compuestos fenólicos, β-caroteno y luteína coextraídos. Las propiedades reológicas de las pectinas mostraron potencial como espesantes y gelificantes en presencia de iones calcio. Los antioxidantes coextraídos les dieron a las pectinas un valor tecnológico adicional, ya que las mismas funcionaron como aditivo antioxidante en leche al proteger de la fotooxidación por radiación UV-C al triptofano, la tirosina, las cadenas laterales alquílicas y el sulfhidrilo de las proteínas de la leche. Los residuos de las brácteas del maíz y de la berenjena pueden ser aprovechados para obtener productos con valor agregado tales como pectinas y polvos útiles como aditivos funcionales. Estas pectinas poseen aplicaciones potenciales como modificadores de la textura en la industria alimentaria y farmacéutica, con capacidad bioactiva por la presencia de antioxidantes, útiles también en la preservación de alimentos.
There is a large generation of post-harvest residues from corn and eggplant fruit, with components of interest that can justify their advanced valorization. The corn husks discarded after harvesting, industrialization, and consumption, as well as the calyx, peel, and pulp of the eggplant fruit discarded as waste and/or for not meeting marketing standards, were applied to obtain functional compounds useful as food additives. These tissues were first subjected to drying and milling to obtain powders as a way to ensure the stability of the components and improve the yields and the extractive procedure (lower liquid:solid ratio). In the advanced valorization strategy of the corn husks, during the sequential extraction of the major biopolymers, novel pectins were isolated (MP y MP-US) from the ethanol insoluble residue (RIA-PB) obtained from the corn husks’ powder (PB). Sustainable procedures were applied for the extraction of MP and MP-US by using alkaline hydrolysis followed by enzymatic extraction with cellulase. A pre-step of high-power ultrasound (US) increased the yield of extraction (MP-US). MP and MP-US were identified as homogalacturonan (HG) with a low degree of methylesterification (DM) and acetylation, where MP had higher average molecular weight and polydispersity than MP-US, and MP-US was highly and immediately soluble in water at room temperature. MP and MP-US were sensitive to calcium ions, constituting thermo-irreversible gels, while thermo-reversible “weak-gel” type systems were formed in the presence of Fe(II) ions. These pectins can be useful as texture modifiers in food and pharmaceutical applications, with potential bioactivity for delivering essential nutrients [Fe(II) and Ca2+] in the gut. In the advanced valorization of discarded eggplant tissues, calyx and exocarp or peel (P-CC) and pulp (P-P), recovered separately as powders (P-CC and P-P), were characterized physically and chemically. P-CC presented a higher content of pectins and greater antioxidant activity, which was attributed to its high content of α-tocopherol, carotenoids, and extractable phenolic compounds. These antioxidant properties made the powders efficient preservatives of a spreadable vegan cashew cream cheese by delaying the increases of the peroxide value and malondialdehyde equivalents (TBARS) during refrigerated storage. Besides, P-CC and P-P were evaluated as sources of pectin by applying environmentally friendly extractive methods. Extractions performed with the US-pretreatment followed by stirring in 0.1M Na2CO3 solution for 1h permitted to obtain higher yields in the uronic acid (UA) contents of pectins. The extracted HG presented low DM, varied molecular weights, and antioxidant capacity due to the presence of co-extracted phenolic compounds, β-carotene, and lutein. The rheological properties of pectins showed their potentiality as thickeners and gelling agents in the presence of calcium ions. The co-extracted antioxidants gave additional technological value to pectins since pectins functioned as an antioxidant additive in milk by protecting the tryptophan, tyrosine, alkyl side chains, and sulfhydryl groups of milk proteins from photo-oxidation by UV-C radiation. The corn husk and eggplant fruit residues can be applied to obtain value-added products such as pectins and tissue powders useful as functional food additives. These pectins can be used as texture modifiers in both food and pharmaceutical industries, with bioactive capacity due to the presence of antioxidant compounds, which are also useful in food preservation.
Fil: Higuera Coelho, Ricardo Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.