Aprèn - María Muñoz Núñez

The valorization of agri-food by-products is a key strategy to promote sustainability and the circular economy. The cultivation of artichoke (Cynara scolymus L.) generates significant amounts of unused waste, which contain bioactive compounds with potential applications in food preservation. The main objective of this work was to characterize the by-products obtained from artichoke cultivation to select the by-product with the highest radical-scavenging capacity and evaluate its antioxidant potential in fresh meat (specifically, hamburgers). For this purpose, the total polyphenol content of different parts of the plant (leaves, petioles, external bracts, mature inflorescence, internal bracts, and receptacle (heart)) was determined. The radical-scavenging capacity (using DPPH, ABTS, and FRAP methods) of their respective extracts (extraction with 50% ethanol (v/v)) was also evaluated, and the concentration of free and bound polyphenols, as well as the radical-scavenging capacity, was compared between extracts corresponding to the by-products and those of the internal bracts and receptacle (commonly edible parts). Due to the high polyphenol content (~10.97 mg GAE/g of dry product) and the radical-scavenging capacity demonstrated by the combination of leaves and petioles, their application in powder form (PHP) or freeze-dried extract (LHP) was evaluated as potential antioxidant ingredients in beef burgers stored for 7 days at 4 °C. Burgers with PHP (1%) and LHP (0.337%) showed higher oxidative stability (lower secondary lipid oxidation and fewer thiobarbituric acid reactive substances (TBARS)) than those without these ingredients (control samples). The formation of metmyoglobin was slower during the first days for PHP samples, while those containing LHP showed behavior similar to the untreated samples. Regarding color, both cases (PHP and LHP) showed changes compared to the control product and over time. The pH value decreased during the first 3-4 days of storage, followed by a progressive increase until the seventh day. During this time, in all samples, total mesophilic aerobic and psychrotrophic microorganism counts complied with regulations. The results of this study showed that the leaf and petiole by-product could be a potential candidate as a food ingredient with antioxidant properties, highlighting its application in the production of fresh meat products. The study also demonstrates the feasibility of valorizing artichoke by-products, improving the quality of formulated foods, and reducing waste in the agri-food supply chain, promoting innovative approaches in the food industry.

La valorització dels subproductes agroalimentaris és una estratègia clau per a promoure la sostenibilitat i l'economia circular. El cultiu de la carxofa (Cynara scolymus L.) genera quantitats significatives de residus no habitualment utilitzats, que contenen compostos bioactius amb possibles aplicacions en la conservació d'aliments. L'objectiu principal d'aquest treball va ser caracteritzar els subproductes obtinguts del cultiu de la carxofa per a seleccionar el subproducte amb major capacitat antiradicalària, i avaluar el seu potencial antioxidant en carn fresca (en concret, hamburgueses). Per a això, es va determinar el contingut total de polifenols de diferents parts de la planta (fulles, pecíols, bràctees externes, inflorescència madura, bràctees internes i receptacle (cor)). També es va avaluar la capacitat antiradicalària (mitjançant els mètodes DPPH, ABTS i FRAP) dels respectius extractes (extracció amb etanol al 50% (v/v)), i es va comparar la concentració de polifenols lliures i lligats, així com la capacitat antiradicalària, entre els extractes corresponents als subproductes amb el de les bràctees internes i el receptacle (parts habitualment comestibles). A causa de la gran quantitat de polifenols (~10,97 mg GAE/g de producte sec) i la capacitat antiradicalària demostrada pel conjunt de fulles i pecíols, es va avaluar la seva aplicació en format de pols (PHP) o extracte liofilitzat (LHP), com a possibles ingredients amb capacitat antioxidant en hamburgueses de vedella emmagatzemades durant 7 dies, a 4 °C. Les hamburgueses amb PHP (1%) i LHP (0,337%) van mostrar una major estabilitat oxidativa (menor oxidació secundària dels lípids, i quantitat de substàncies reactives a l'àcid tiobarbitúric (TBARS)) que les que no contenien aquests ingredients (mostres control). La formació de metamioglobina va ser més lenta en els primers dies per a les mostres amb PHP, mentre que les que contenien LHP, van mostrar un comportament semblant a la mostra sense aquests ingredients. Pel que fa al color, en ambdós casos (amb PHP i LHP), aquest va canviar respecte el producte control, i també al llarg del temps. El valor de pH va disminuir durant els 3-4 primers dies d'emmagatzemament, seguida d'un increment progressiu fins al setè dia. Durant aquest temps, i per a totes les mostres, els recomptes de microorganismes aerobis mesòfils i psicròtrofs totals van acomplir la normativa. Els resultats d'aquest estudi van mostrar que el subproducte de fulles i pecíols podria ser un candidat potencial com a ingredient alimentari amb propietats antioxidants, destacant-ne l'aplicació en l'elaboració de productes carnis frescos. L'estudi també demostra la viabilitat de valoritzar els subproductes de la carxofa, millorant la qualitat dels aliments formulats i reduint el malbaratament a la cadena de subministrament agroalimentari, promovent enfocaments innovadors a la indústria alimentària.

La valorización de los subproductos agroalimentarios es una estrategia clave para promover la sostenibilidad y la economía circular. El cultivo de la alcachofa (Cynara scolymus L.) genera cantidades significativas de residuos no habitualmente utilizados, que contienen compuestos bioactivos con posibles aplicaciones en la conservación de alimentos. El objetivo principal de este trabajo fue caracterizar los subproductos obtenidos del cultivo de la alcachofa para seleccionar el subproducto con mayor capacidad antirradicalaria y evaluar su potencial antioxidante en carne fresca (en concreto, hamburguesas). Para ello, se determinó el contenido total de polifenoles de diferentes partes de la planta (hojas, pecíolos, brácteas externas, inflorescencia madura, brácteas internas y receptáculo (corazón)). También se evaluó la capacidad antirradicalaria (mediante los métodos DPPH, ABTS y FRAP) de los respectivos extractos (extracción con etanol al 50% (v/v)) y se compararon la concentración de polifenoles libres y ligados, así como la capacidad antirradicalaria, entre los extractos correspondientes a los subproductos y los de las brácteas internas y el receptáculo (partes habitualmente comestibles). Debido a la gran cantidad de polifenoles (~10,97 mg GAE/g de producto seco) y a la capacidad antirradicalaria demostrada por el conjunto de hojas y pecíolos, se evaluó su aplicación en formato de polvo (PHP) o extracto liofilizado (LHP) como posibles ingredientes con capacidad antioxidante en hamburguesas de ternera almacenadas durante 7 días a 4 °C. Las hamburguesas con PHP (1%) y LHP (0,337%) mostraron una mayor estabilidad oxidativa (menor oxidación secundaria de los lípidos, y menor cantidad de sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico (TBARS)) que las que no contenían estos ingredientes (muestras control). La formación de metamioglobina fue más lenta en los primeros días para las muestras con PHP, mientras que las que contenían LHP mostraron un comportamiento similar a las muestras sin estos ingredientes. En cuanto al color, en ambos casos (PHP y LHP) este cambió respecto al producto control y también a lo largo del tiempo. El valor del pH disminuyó durante los primeros 3-4 días de almacenamiento, seguido de un incremento progresivo hasta el séptimo día. Durante este tiempo, en todas las muestras, los recuentos de microorganismos aerobios mesófilos y psicrótrofos totales cumplieron con la normativa. Los resultados de este estudio mostraron que el subproducto de hojas y pecíolos podría ser un candidato potencial como ingrediente alimentario con propiedades antioxidantes, destacando su aplicación en la elaboración de productos cárnicos frescos. El estudio también demuestra la viabilidad de valorizar los subproductos de la alcachofa, mejorando la calidad de los alimentos formulados y reduciendo el desperdicio en la cadena de suministro agroalimentario, promoviendo enfoques innovadores en la industria alimentaria.

Caracterització de subproductes agroalimentaris

Bachelor thesis

Serrano Benito, Ruth

Tutor / Supervisor: Codina Torrella, Idoia; Muñoz Núñez, María

Publication date: 2024

Barcelona School of Agri-Food and Biosystems Engineering (EEABB)

View detail Access to the full text

The agri-food industry and crops generate large amounts of by-products that are discarded, and the majority of these are products with high quantities of bioactive compounds and nutritional interest. The aim of this study was to characterize by-products (from broccoli, white cauliflower, artichoke and wheat bran) provided by an agri-food company, as potential functional ingredients for the food and cosmetic industries. First, the most suitable preservation pretreatment of the fresh samples (drying or freeze-drying) was evaluated, aiming to preserve the maximum total polyphenol content present in the fresh product. Subsequently, the nutritional composition (water content, mineral matter, fat, protein, and carbohydrates) and bioactive compound content were determined, such as polyphenol content (Folin-Ciocalteu method, previously optimizing the extraction method) and glucosinolate content (only in Brassica, by spectrophotometry). Additionally, the radical scavenging capacity of the by-products was evaluated (by DPPH, ABTS, and FRAP methods). Regarding wheat bran, the different fractions of polyphenols (free, esterified, and bound) were separated, and the water and oil retention capacity of the sample was determined. The results showed that the most suitable preservation treatment was drying. The nutrient and bioactive component content of the by-products depended on the type of by-product. In artichoke, the leaf had the highest percentage of minerals, fat, protein, and carbohydrates, while in Brassica, the content of minerals, protein, and carbohydrates depended more on the different tissues of the plant (leaf, floret, stalk, and stem). In general, the radical scavenging capacity values of the leaf, floret, stalk, and stem were proportional to the amount of determined polyphenols, with optimal extraction at a 1:10 (m/v) ratio with a 50% ethanol solution, for 1 hour in agitation and 20 minutes in a centrifuge at room temperature. The radical scavenging capacity varied depending on the characterization method used (DPPH, ABTS, or FRAP), generally being higher in the leaf and floret. Regarding wheat bran, bound polyphenols were the majority fraction. In conclusion, the by-products of broccoli, white cauliflower, artichoke, and wheat have shown interesting results in terms of bioactive compounds, nutritional composition, and radical scavenging capacity. These could have potential interest as possible ingredients in the food and cosmetic industries, contributing to the valorization of agri-food by-products. Keywords: food by-products, bioactive compounds, polyphenols, radical scavenging capacity.

La indústria i els cultius agroalimentaris generen una gran quantitat de subproductes que es descarten i són en una gran majoria productes amb altes quantitats de compostos bioactius i d'interès nutricional. L'objectiu d'aquest treball va ser caracteritzar diferents subproductes del sector agroalimentari (procedents del cultiu del bròquil, la coliflor blanca, la carxofa, i el segó de blat), proporcionats per una empresa agroalimentària, com a potencials ingredients funcionals per a la indústria alimentària i cosmètica. Primer, es va avaluar el pretractament de conservació més idoni de les mostres fresques (assecat o liofilització), el qual permetés preservar al màxim el contingut de polifenols totals existents al producte fresc. Posteriorment, es va determinar la composició nutricional de tots els subproductes (contingut d'aigua, matèria mineral, greix, proteïna i carbohidrats) i també el seu contingut en compostos bioactius, com el contingut en polifenols (mètode Folin-Ciocalteu, optimitzant prèviament el mètode d'extracció) i el contingut de glucosinolats (només en Brassica, per espectrofotometria). A més, es va avaluar la capacitat antiradicalària dels subproductes (per DPPH, ABTS i FRAP). Pel que fa al segó de blat, es van separar les diferents fraccions de polifenols (lliures, esterificats i lligats a la matriu), i es va determinar la capacitat de retenció d'aigua i oli de la mostra. Els resultats van mostrar que el tractament més idoni de conservació va ser l'assecat. El contingut en nutrients i components bioactius dels subproductes depenia del tipus de subproducte. En la carxofa, la fulla va presentar el major percentatge de minerals, greix, proteïna i carbohidrats mentre que en les Brassica, el contingut de minerals, proteïna i carbohidrats depenia més dels diferents parts de la planta (fulla, cabdell, pecíol i tija). En general, els valors de la capacitat antiradicalària de la fulla, cabdell, pecíol i tija van ser proporcionals a la quantitat de polifenols determinats, l'extracció dels quals va ser òptima a la proporció 1:10 (m/v) amb una solució del 50% d'etanol, durant 1h en agitació i 20min en centrifuga a temperatura ambient. La capacitat antiradicalària va variar en funció del mètode de caracterització emprat, sent en general, superior a la fulla i el cabdell. Quan al segó de blat, els polifenols lligats van ser la fracció majoritària. En conclusió, els subproductes del bròquil, coliflor blanca, carxofa i blat han obtingut resultats interessants quant a compostos bioactius, composició nutricional i capacitat antiradicalària. Aquests podrien obtenir un potencial interès com a possibles ingredients en la indústria alimentària i cosmètica, contribuint en la valorització de subproductes agroalimentaris. Paraules clau: subproductes alimentaris, compostos bioactius, polifenols, capacitat antiradicalària.

La industria y los cultivos agroalimentarios generan una gran cantidad de subproductos que se descartan y son en una gran mayoría productos con altas cantidades de compuestos bioactivos y de interés nutricional. El objetivo de este trabajo fue caracterizar subproductos (procedentes del brócoli, coliflor blanca, alcachofa y salvado de trigo), proporcionados por una empresa agroalimentaria, como potenciales ingredientes funcionales para la industria alimentaria y cosmética. Primero, se evaluó el pretratamiento de conservación más idóneo de las muestras frescas (secado o liofilización), que permitiera preservar el máximo el contenido de polifenoles totales existentes en el producto fresco. Posteriormente, se determinó la composición nutricional (contenido en agua, materia mineral, grasa, proteína y carbohidratos) y también su contenido en compuestos bioactivos, como el contenido en polifenoles (método Folin-Ciocalteu, optimizando previamente el método de extracción) y el contenido de glucosinolatos (solo en Brassica, por espectrometría). Además, se evaluó la capacidad antiradicalaria de los subproductos (por DPPH, ABTS y FRAP). En cuanto al salvado de trigo, se separaron las diferentes fracciones de polifenoles (libres, esterificados y ligados), y se determinó la capacidad de retención de agua y aceite. Los resultados mostraron que el tratamiento más idóneo de conservación fue el secado. El contenido de nutrientes y componentes bioactivos dependía del tipo de subproducto. En la alcachofa, la hoja presentó el mayor porcentaje de minerales, grasa, proteína y carbohidratos mientras que en las Brassica, el contenido de minerales, proteína y carbohidratos dependía más de los diferentes tejidos de la planta (hoja, florete, peciolo y tallo). En general, los valores de la capacidad antiradicalaria de la hoja, florete, peciolo y tallo fueron proporcionales a la cantidad de polifenoles determinados, la extracción de las cuales fue óptima en la proporción 1:10 (m/v) con una solución del 50% de etanol, durante 1h en agitación y 20min en centrífuga a temperatura ambiente. La capacidad antiradicalaria varió en función del método de caracterización usado, siendo en general, superior la hoja y el florete. En cuanto al salvado de trigo, los polifenoles ligados fueron la fracción mayoritaria. En conclusión, los subproductos del brócoli, coliflor, alcachofa y trigo han obtenido resultados interesantes en cuanto a compuestos bioactivos, composición nutricional y capacidad antiradicalaria. Estos podrían obtener un potencial interés como posibles ingredientes en la industria alimentaria y cosmética, contribuyendo en la valorización de subproductos agroalimentarios. Palabras clave: subproductos alimentarios, compuestos bioactivos, polifenoles, capacidad antiradicalaria.