Tecnologías emergentes para la producción de nutracéuticos de subproductos agrícolas

Tecnologías emergentes para la producción de nutracéuticos

de subproductos agrícolas: Una mirada de oportunidades

y desafíos

resumen

Los subproductos agrícolas fueron considerados durante muchos años como sustratos infravalorados debido a su eliminación de los alimentos

línea de producción y los complicados problemas derivados de su tratamiento y eliminación en el medio ambiente. Hoy en día,

las urgentes demandas de sostenibilidad en los sectores agroalimentario llevaron a su valorización como fuente de

nutracéuticos. Los últimos se producen típicamente utilizando tecnologías convencionales con tecnologías y

límites de escalamiento, que reducen su eficacia y rendimiento de producción. Las tecnologías emergentes prometen superar

estos problemas, pero ¿es esto cierto? El punto de vista actual está tratando de responder a esta pregunta explorando la posibilidad

de adaptar las últimas tecnologías en el proceso de recuperación aguas abajo. Oportunidades y desafíos en el campo

también se discuten con el objetivo final de inspirar a los investigadores a investigar los parámetros críticos que impiden la

momento la amplia implementación comercial de tecnologías emergentes en la aplicación particular

1. Introducción

Los subproductos agrícolas se consideran hoy en día como una fuente

de ingredientes funcionales como antioxidantes y fibras dietéticas

(Galanakis, 2011; Patsioura et al., 2011). Estos últimos están incluidos

en el término general “nutracéutico”, que indica un producto alimenticio (aditivo alimentario o suplemento dietético) que proporciona salud

beneficios (Ramaa et al., 2006; Tapas et al., 2008). El Renacimiento

de nutracéuticos a partir de subproductos agrícolas se realiza debido

a la existencia de metodologías, que permiten no sólo la

recuperación, pero también su reutilización en el interior de los alimentos. Producción

se lleva a cabo principalmente en 5 pasos: pretratamiento macroscópico,

separación, extracción, purificación y formación de nutracéuticos de macro y micromoléculas (Galanakis, 2012). De este modo,

tecnologías de procesamiento clásicas y metodologías específicas

han sido desarrollados para cumplir con los objetivos de cada paso de recuperación.

Por ejemplo, la molienda húmeda, el prensado mecánico y la microfiltración son eficientes para el pretratamiento macroscópico y la

separación de sólidos, grasas y/o agua de las corrientes residuales

(Oreopoulou y Tzia, 2007). Precipitación de alcohol, isoeléctrica

la solubilización y la ultrafiltración pueden eliminar macromoléculas (es decir, proteínas, pectina, etc.) (Galanakis et al., 2010a,b;

Tahergorabi et al., 2011). Las metodologías de extracción de fluidos supercríticos y solventes separan moléculas más pequeñas (es decir, fenoles

o azúcares) de los sustratos resultantes (Herrero et al., 2010;

Galanakis et al., 2013). Asimismo, la adsorción de resina, la cromatografía y la nanofiltración aíslan y purifican los compuestos objetivo.

previa su encapsulación con spray convencional o congelación

secado (González et al., 2008; Soto et al., 2011).

Todas estas tecnologías están bien documentadas y establecidas, aunque generalmente se supone que son seguras debido al hecho de que

que han sido utilizados en diferentes sectores de la industria alimentaria

durante muchas décadas. Entonces, ¿hay alguna necesidad específica de investigar su reemplazo con tecnologías más modernas? Como

nuevos equipos representan un desafío y cada innovación

en desarrollo requiere pruebas exhaustivas. lo último es

traducido en costosas inversiones y riesgos industriales. Sin embargo, dependiendo de la aplicación, la respuesta podría

ser positivo por dos razones. En primer lugar, las tecnologías convencionales.

también tienen límites tecnológicos y de escalamiento bien conocidos

que restringen la eficacia de las metodologías propuestas y

en última instancia, su implementación comercial. Por ejemplo,

procesos de membrana (es decir, nanofiltración) requieren mayor

consumo de energía, mientras que otros, como la cromatografía, poseen un alto costo operativo. Procesos térmicos (es decir,

concentración, secado por aspersión) a veces causan daños

efectos sobre los compuestos objetivo, pérdida de funcionalidad debido a

sobrecalentamiento de la matriz alimentaria y generación descontrolada

de subproductos de Maillard (Galanakis et al., 2010c; Mujumdar y

Ley, 2010; Galanakis, 2012). Los solventes de extracción no siempre son

“amigable con los alimentos” y sensibilizar al público con respecto a su

utilización segura dentro de la cadena alimentaria. Finalmente, problemas adicionales

como la producción de nutracéuticos inestables (que son difíciles de conservar en el estante) puede surgir durante la encapsulación o

emulsión del producto final. La segunda razón es que

Los consumidores del siglo XXI poseen estándares organolépticos de alta calidad, mientras exigen una entrega precisa y rápida.

adsorción de los nutracéuticos muy publicitados dentro de su

cuerpo.

2. Tecnologías emergentes: la nueva tendencia

Por otro lado, las desventajas de las técnicas convencionales podrían superarse utilizando las nuevas tendencias, las denominadas

tecnologías emergentes. La última promesa:

(a) acortamiento de los tiempos de procesamiento y residencia,

(b) transferencia acelerada de calor y masa,

(c) control de las reacciones de Maillard,

(d) mejora de la calidad del producto,

(e) mejora de la funcionalidad,

(f) protección contra el estrés ambiental,

g) y conservación prolongada.

Las tecnologías emergentes se investigan hoy en la investigación

nivel y en algunos casos aplicado en la industria alimentaria, pero el

Aún quedan preguntas: ¿podrían adaptarse estas tendencias en el

recuperación del procesamiento posterior de nutracéuticos a partir de subproductos agrícolas? ¿Y cuáles son los desafíos específicos para

cada uno de ellos con el fin de ser aceptado de la industria alimentaria

y en última instancia, los consumidores? Dado que la producción de nutracéuticos a partir de subproductos es en sí misma un problema de riesgo en la ciencia de los alimentos debido a

a un alto costo de capital inicial y consideraciones de seguridad.

Las 10 tecnologías emergentes más populares aplicadas en el

amplio campo de la ciencia de los alimentos son:

i. Secado por radiofrecuencia,

ii. Deshidratación electroosmótica,

iii. Tratamiento con plasma a baja temperatura,

IV. Alta presión hidrostática,

v. Extracción asistida por ultrasonido,

vi. Ablación laser,

vii. Descarga eléctrica de alto voltaje,

viii. campo eléctrico pulsado,

ix. Aglomeración en lecho fluido pulsado,

X. Nanotecnología

3. Desafíos y oportunidades

El secado por radiofrecuencia es un proceso preciso que optimiza la transferencia de calor en comparación con el secado convencional con

aire caliente. En particular, evapora el agua in situ a temperaturas relativamente bajas (es decir, <80 ◦C) combinando mecanismos

de los efectos de rotación y conducción del dipolo que aceleran y

calentar uniformemente el material húmedo (Piyasena et al., 2003). El secado por radiofrecuencia promete reducción en el tiempo de procesamiento y

espacio, así como la mejora de la calidad del biomaterial, es decir,

dulzor de los derivados de la manzana en comparación con los convencionales

escaldado con agua (Manzocco et al., 2008). Frecuencia de radio

La calefacción también presenta otras ventajas, como la reducción de los requisitos de producción de espacio útil, así como la compatibilidad con

procesamiento automatizado por lotes y de flujo continuo (Zhao et al.,

2000). Pero, ¿cuál es el problema esencial para la aplicación?

de las radiofrecuencias en la industria alimentaria? la respuesta es para

asegurar la transferencia de energía del generador al producto.

Porque la eficiencia del generador alcanza como máximo un 60%

rendimiento en la práctica industrial (Orsat y Raghavan, 2005). Ya que

El secado por radiofrecuencia necesita un alto costo de inversión por

kilovatio utilizable, la mayor parte de la energía emitida debe

ser absorbida uniformemente por la matriz. esto es mucho mas dificil

en mezclas no uniformes como subproductos agrícolas de alto

variación de contenido. En otras palabras, cada una de las frecuencias de radio

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