Valorization of residual strawberry extrudate througt obtaining high added value compounds and methane production by anaerobic digestion

  1. Cubero Cardoso, Juan
Supervised by:
  1. Fernando González Fermoso Director
  2. Rafael Borja Padilla Director
  3. Juan Urbano Baena Director

Defence university: Universidad de Huelva

Fecha de defensa: 16 December 2021

Committee:
  1. Bernabé Alonso Fariñas Chair
  2. María Angeles Fernández Recamales Secretary
  3. Julie Jimenez Committee member
Department:
  1. QUIMICA. PROF. JOSE CARLOS VILCHEZ MARTIN

Type: Thesis

Abstract

La fresa se utiliza no solo para su consumo directo por sus excelentes propiedades nutricionales, sino que también se emplea para la fabricación de otros productos derivados de la transformación del fruto, tales como mermeladas, yogures y otros derivados lácteos, bebidas refrescantes sin alcohol, helados, pasteles, sustancias aromatizantes, etc. Concretamente, alrededor del 21 % de la producción total de fresa es destinada a la obtención de estos productos. Durante el procesado industrial para la obtención de este concentrado, las fresas son prensadas y extrusionadas mediante un tornillo sin fin y tamices con diferentes luces de mallas. En este proceso, la pulpa y la parte líquida, que constituyen el concentrado de fresa, se separan de la parte fibrosa y los aquenios generando una fracción residual, que se denomina extrusionado de fresa. La fracción residual extrusionada de la fresa puede alcanzar alrededor del 7 % en peso de todas las fresas manufacturadas, las cuales deben ser procesadas y tratadas adecuadamente debido a su alta carga orgánica, y en definitiva a su alto poder contaminante. Para aprovechar los principales componentes del extrusionado de fresa (celulosa, hemicelulosa y lignina) y recuperar compuestos de alto valor añadido (compuestos bioactivos) se requiere un tratamiento previo que permita romper las barreras físicas y químicas de su complejo entramado estructural. Con este tratamiento previo se debería aumentar la accesibilidad a dichos compuestos, provocando la solubilización de los compuestos de interés, como son los compuestos fenólicos y los azúcares, posibilitando así la separación de las fases (sólida y líquida), obteniéndose una fácil recuperación de compuestos de alto valor añadido. Existen diferentes métodos de extracción entre los cuales se encuentra el pretratamiento hidrotérmico, ya sea a temperaturas y presiones bajas y/o medias, o con vapor a alta presión y temperatura y con descompresión rápida, llamado “steam-explosion”. En el caso del residuo resultante del prensado y extrusionado de la fresa, en esta Tesis Doctoral se ha realizado un estudio con diferentes pretratamientos hidrotérmicos, en distintas condiciones de presión y temperatura. Tras el posterior pretratamiento hidrotérmico, se genera una fase líquida, rica en carbohidratos fácilmente degradables, y compuestos fenólicos de alto valor añadido que, por su carácter antioxidante, podrían ser de interés para la industria farmacéutica y alimentaria. Tras la realización de estos pretratamientos hidrotérmicos y una posterior separación de las fases resultantes, se propone un proceso de purificación de compuestos fenólicos haciendo uso de una resina adsorbente ya utilizada por la industria alimentaria llamada Amberlite XAD 16. Los compuestos de alto valor añadido obtenidos tras los pretratamientos hidrotérmicos en distintas condiciones de presión y temperatura, podrían utilizarse como comonómeros para un proceso llamado vulcanización inversa. Recientemente, se han reportado en bibliografía varios estudios que demuestran la posibilidad de la utilización de algún residuo agroalimentario para su uso como comonómero en el proceso de vulcanización inversa. Usándose para la fabricación de dichos polímeros azufre elemental (S8) proveniente de los procesos de refino de petróleo. El uso de copolímeros de origen natural provenientes de residuos de la industria agroalimentaria conduciría a la obtención de un material polimérico que ofrecería un alto grado de biodegradabilidad, poder antioxidante y propiedades antimicrobianas. Para cerrar el ciclo de valorización del extrusionado de fresa, la biomasa resultante tras el pretratamiento hidrotérmico y la purificación de compuestos fenólicos, debe ser tratada adecuadamente ya que aún seguiría conteniendo una gran cantidad de materia orgánica. Los procesos biológicos anaerobios son unos de los procesos más efectivos para el tratamiento y aprovechamiento de residuos de carácter orgánico. En éstos la materia orgánica del sustrato se transforma en biogás, mezcla de dióxido de carbono (CO2, 30-40 %) y metano (CH4, 60-70 %), cuyo elevado poder calorífico (5000-6000 kcal/m3) permite su utilización como biocombustible o su uso para la generación de energía eléctrica y térmica mediante cogeneración. Todas estas razones han impulsado el estudio de la influencia de pretratamientos de hidrólisis hidrotérmica para así tratar de superar las dificultades que se podrían encontrar al procesar anaeróbicamente el residuo procedente del extrusionado de fresa sin tratamientos previos con un alto contenido en compuestos fenólicos.