SUBPRODUCTO ALCACHOFA DEMOSTRACIONES
1. INTRODUCCIÓN La alcachofa es una hortaliza, fruto comestible, de una planta cultivada en muchos lugares del mundo y muy abundante en el mediterráneo. Su color es verde y se trata de un receptáculo floral con alto contenido en fibra. A nivel industrial se suele aprovechar su corazón mayoritariamente y por ello las hojas externas y sus tallos son desechados. Por todos es conocido que la parte comestible de la alcachofa contiene numerosas sustancias beneficiosas para la salud, pero en los últimos años también destacan estudios sobre las propiedades saludables que pueden presentar la fracción desechada en casa y la industria de transformados vegetales. 1.1. OBJETIVO En este informe se muestran los procedimientos desarrollados y los resultados obtenidos para obtener un aprovechamiento económico del subproducto de la industria de transformado de alcachofa, mayoritario en las empresas de conservas y congelados vegetales. El objetivo de las demostraciones es la obtención de un extracto de alcachofa, susceptible de ser utilizado en alimentación como un aditivo con propiedades antioxidantes. 1.2. ESTADO DEL ARTE Actualmente, y gracias a la información facilitada por las empresas de transformados vegetales de la Región de Murcia para el proyecto LIFE+AGROWASTE, podemos indicar que el subsector de conservas, mayoritariamente generador de desechos de alcachofa, tiene que gestionar un gran volumen de este subproducto, procedente de la etapa de cortado y adecuación del tamaño antes o después del proceso de escaldado, incluyendo partes del tallo y hojas, como ya se ha indicado anteriormente. Se habla de subproductos porque el desecho de la industrialización de la alcachofa se gestiona como alimento animal, y por lo tanto tiene un destino posterior que lo excluye como residuo (aquel material que está destinado al abandono porque es inutilizable). Debido al gran volumen generado de este subproducto, cerca del 60% del peso de la materia prima procesada, las empresas requieren de una salida continua de camiones de sus fábricas que no les aportan beneficio alguno. En la mayoría de los casos se emplean gestores externos que establecen a su vez contacto con ganaderos, actuando así de intermediarios; o bien estableciendo directamente contratos con ganaderos que se convierten en gestores finales. La comodidad de actuar legalmente para la gestión de los subproductos hace que no se apueste fácilmente por nuevas alternativas que abran nuevos nichos de mercado y mejoren 1
los beneficios de las empresas obteniendo un valor añadido de sus subproductos al aprovecharlos económicamente. Es en este marco donde el desarrollo de proyectos de demostración, como LIFE+AGROWASTE, se presenta como un recurso para el sector agroalimentario. Por lo tanto, en nuestra planta piloto se han desarrollado procesos que den valor a los subproductos mayoritarios que generan las empresas de frutas y hortalizas de la Región y que contienen algún compuesto de interés con propiedad antioxidante, como es el caso del subproducto de alcachofa generado en la industria de conservas vegetales, aunque también de congelados. Se puede decir que este subproducto contiene compuestos fenólicos, entre los que destaca la cinarina, con propiedades antioxidantes, además de otras como propiedades vinculadas a otros compuestos de interés. 2. PREMISA En las demostraciones realizadas, se ha partido de la premisa que incluye el empleo de técnicas económicas asociadas a tecnologías que ya estén implantadas en las empresas del sector de transformados vegetales. Se busca plantear una visión fácilmente adaptable a las empresas que pueda aportar un valor añadido con el mínimo riesgo para el personal interesado. 3. PROCEDIMIENTO El procedimiento seguido para desarrollar las demostraciones ha incluido tareas de gestión, de laboratorio y de planta piloto, lo que ha llevado asociado semanas de trabajo. Las etapas se indican y detallan a continuación. 3.1. APROVISIONAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA Y ESTUDIO DEL DIAGRAMA DEL PROCESO Cada demostración se ha iniciado con la búsqueda de empresas colaboradoras que nos aprovisionasen del subproducto de alcachofa. Posteriormente se ha gestionado la recogida y transporte de la materia prima hasta la planta piloto del CTC, donde se ha almacenado en refrigeración hasta ser procesada. A continuación se estudió el diagrama del proceso a realizar utilizando maquinaría típica de la industria alimentaria. 2
3.2. ANÁLISIS PREVIO Una vez recibida la materia prima se ha analizado su posible contaminación por patógenos y plaguicidas, además de determinar su ph y contenido en agua. 3.3. DESARROLLO DEL PROCESO. DIAGRAMA DE FLUJO Siguiendo el diagrama propuesto se llevaron a cabo las demostraciones. En primer lugar se llevó a cabo etapas de pretratamiento o acondicionamiento, como son el lavado y adecuación de tamaño de la materia prima. Posteriormente se realizó el proceso propiamente dicho de extracción. El proceso consiste en la utilización de agua como disolvente para la obtención de un extracto enriquecido en compuestos antioxidantes. Posteriormente dicho extracto será concentrado, llevado a sequedad y molido para obtener un extracto en polvo. Extracción con disolventes: hace referencia a la separación de compuestos de interés, de aquellos que no interesan dentro de una matriz, haciendo uso de un disolvente seleccionado y de un proceso de extracción adecuado. En cada extracción se obtiene una mezcla rica en sustancias activas (metabolitos), pero también otras que pueden no importar. En resumen, una 3
extracción consiste en una separación por disolución, donde se obtiene una solución extraída en un disolvente (extracto) y un residuo (matriz). Concentración: etapa de evaporación para quitar agua del extracto obtenido. Secado: consiste en la deshidratación del material utilizando un secadero con aire caliente (del tipo rotatorio o túnel) o bien una estufa sin sobrepasar los 55ºC para reducir la humedad hasta cerca del 10%. Molienda: proceso que reduce el tamaño de partícula a un diámetro inferior a 5 20 mm. Finalmente el producto seco es almacenado en tarros a temperatura ambiente hasta su utilización para la fabricación de nuevos productos. Por otro lado, una vez separada la materia prima agotada del disolvente, se obtuvo una crema o polvo ricos en fibra. En este caso, el proceso consiste en la adecuación del tamaño de partícula mediante trituración húmeda, seguido de una etapa de refinado para retirar los sólidos de mayor tamaño; o bien un secado del material y su posterior molienda. Trituración húmeda: transformación física de un material, en medio acuoso, que busca reducir el tamaño de partícula, llegando a diámetros de mayor o menor medida. Refinado: etapa de purificación al pasar el material a través de un tamiz o malla, donde se retienen en un lado las partes más gruesas. El producto fresco es congelado en bolsas hasta su utilización en la elaboración de nuevos productos, mientras que el producto seco es almacenado a temperatura ambiente hasta su utilización para la fabricación de nuevos productos. 3.4. EVALUACIÓN DEL RENDIMIENTO A lo largo de las demostraciones se ha llevado un control de los pesos más significativos que nos han permitido determinar el rendimiento del proceso. 3.5. ANÁLISIS DE LOS PRODUCTOS Una vez extraída la materia prima se ha procedido al análisis microbiológico del extracto antes de concentrarlo y a la materia prima agotada para asegurar la ausencia de patógenos en el producto. Además, a nivel físico químico se ha analizado el ph y la humedad de las muestras, y también se ha cuantificado la presencia de plaguicidas. Por otro lado, se ha determinado su concentración en fenoles totales y cinarina, del que se conoce como mayoritario, para evaluar sus compuestos de interés con capacidad antioxidante. 4
Finalmente, al extracto también se le ha medido su actividad antioxidante por diversos métodos: impedancia eléctrica, reducción de metales (FRAP) expresado como μmol Fe2+/g extracto y reducción del catión ABTS en comparación con el análogo hidrofílico de la vitamina E TROLOX (ABTS) expresado como μmol eq TROLOX/g. 3.6. ELABORACIÓN DE NUEVOS PRODUCTOS ALIMENTICIOS Una vez obtenido el extracto de alcachofa, se procedió a la elaboración de productos alimenticios con este nuevo aditivo. 3.7. ANÁLISIS DE LOS NUEVOS PRODUCTOS ALIMENTICIOS Los productos alimenticios elaborados fueron analizados en cuanto a su contenido nutricional, y sometidos a análisis sensorial por un panel de catadores. En el análisis sensorial se puede evaluar el grado de aceptación de un producto alimenticio en base a sus características organolépticas: color, olor, sabor y textura. En este caso se ha utilizado un producto blanco para realizar un análisis comparativo de la muestra y poder además determinar la preferencia del consumidor. Por otro lado, se llevó a cabo un seguimiento microbiológico de las muestras para garantizar su consumo. Finalmente se realizó un seguimiento al índice de peróxidos en los productos alimenticios ya que la presencia de antioxidantes en alimentos permite inhibir la oxidación de los ácidos grasos insaturados a peróxidos, evitando así el enranciamiento de las grasas y el mal sabor que aporta al alimento. La determinación del índice de peróxidos permite valorar dicho estado de oxidación. 4. COMPUESTOS DE INTERÉS La obtención de compuestos de interés a partir de fuentes vegetales utilizando extracciones con disolventes es una operación clásica aplicada en muchos procesos industriales, especialmente en la industria farmacéutica y de alimentos; sin embargo, el interés cada vez más creciente por sustancias de origen natural impone la necesidad de desarrollar métodos de extracción menos contaminantes, con un bajo costo y que permita obtener productos rentables para las empresas. 4.1. COMPUESTOS FENÓLICOS. ÁCIDOS FENÓLICOS Casi todas las frutas y vegetales frescos, así como los granos de cereales, contienen cantidades apreciables de fenoles naturales. El término polifenol o fenólico, define a una sustancia que 5
posee un anillo aromático con uno o más hidroxilos como sustituyentes, a los cuales se puede incluir derivados funcionales como ésteres, metil éteres, glucósidos, entre otros. Los ácidos fenólicos cuentan en su estructura química con un anillo aromático, que posee además una función carboxílica. Son compuestos que forman un grupo diverso que incluyen los derivados del ácido hidroxibenzoico y del ácido hidroxicinámico. Como derivado del ácido hidroxibenzoico se encuentra el ácido gálico, un ácido orgánico también conocido como ácido 3,4,5 trihidroxibenzoico. Ejemplos de los derivados del ácido hidroxicinámico son los ácidos p cumárico, cafeico y ferúlico. Generalmente están presentes en diversas formas conjugadas, siendo más frecuentes como ésteres que como glucósidos. El miembro más importante de este grupo, en los alimentos, es el ácido clorogénico, un éster del ácido cafeico con el azúcar ácido quínico, el cual es un sustrato clave para el empardeamiento enzimático de manzanas y peras. Otro derivado es el ácido 1,5 dicafeil quínico (conocido como cinarina), que se encuentra mayoritariamente en las alcachofas. 4.1.1. Cinarina Como ya se ha indicado la cinarina es un ácido fenólico, que se encuentra frecuentemente en las alcachofas. Se trata de una sustancia ácida con efecto colerético, es decir, con capacidad coletérica (aumenta la formación de bilis), colagoga (mejora la liberación de bilis), hepatoprotectora y regeneradora de la célula hepática, e hipocolesterolemiante. Presenta efecto antioxidante atribuido a su alto contenido en derivados del ácido caféico, especialmente mono y dicafeoilésteres (ácido clorogénico y cinarina), hecho demostrado en experimentos in vitro en homogenatos de hígado de ratón. Por lo tanto, la alcachofa, a través de su componente cinarina, presenta numerosas propiedades. Con el proceso planteado se pretende facilitar la extracción de ácidos fenólicos de la materia prima y conseguir así un extracto rico en compuestos bioactivos con capacidad antioxidante. 4.2. FIBRA ALIMENTARIA La fibra alimentaria incluye diferentes sustancias con una variada composición química, como polisacáridos, oligosacáridos, lignina, etc, que aportan diferentes beneficios en la salud humana e influyen en la composición de los productos alimenticios. Desde el punto de vista nutricional se puede clasificar en fibra soluble e insoluble. 6
Como fibra soluble se incluyen gomas, pectinas (las más conocidas son las de cítricos y manzana), mucílagos y algunas hemicelulosas; mientras que como insoluble nos encontramos a la celulosa, hemicelulosa y lignina. Las brácteas externas de la alcachofa presentan, en general, valores de fibra total muy altos, próximos al 60%, siendo un 52% fibra insoluble y un 8 % fibra soluble (la fibra soluble representa un 13% de la fibra total). El alto contenido de estos subproductos de alcachofa en fibra insoluble le hace aportar beneficios tales como que regula el tránsito intestinal motivado por la función de arrastre que este tipo de fibra realiza. Y como consecuencia, facilita las deposiciones y previene el estreñimiento sin tener efecto laxante. 5. RESULTADOS 5.1. MATERIA PRIMA UTILIZADA En las demostraciones se ha empleado tallos y brácteas de alcachofa de empresas de conservas vegetales de la Región de Murcia, generadas en las etapas previas a su transformado; es decir, durante la limpieza de la materia prima antes de convertirse en corazones, fondos, etc. y sin ser previamente escaldadas. Una vez recibida en las instalaciones del CTC es almacenada en refrigeración. 5.1.1. Análisis materia prima En la tabla 1 se muestran los resultados obtenidos en los análisis iniciales. Tabla 1. Resultados obtenidos brácteas y tallos alcachofa DETERMINACIÓN VALOR Patógenos Ausencia Plaguicidas (mg/kg) No detectados generalmente (excepto Imidacloprid: 0.029 0.056) ph 5.43 5.81 Humedad (g/100g) 83.00 86.91 Cinarina (mg/kg) 21.90 70.60 Fibra alimentaria (g/100g) 8.30 9.00 5.2. DIFERENTES PRODUCTOS 5.2.1. EXTRACTO ALCACHOFA 7
El proceso se planifica para obtener un extracto rico en compuestos antioxidantes, por lo que la materia prima agotada se puede derivar a un proceso de compostaje para la obtención de sustratos orgánicos aplicables en agricultura. También se obtienen otros productos como se verá en el apartado siguiente. En la imagen 1 se puede ver la etapa de extracción propiamente dicha y el aspecto del extracto producto obtenido. Imagen 1. Extracto de alcachofa 5.2.1.1. Análisis producto El extracto obtenido es un polvo de color pardo, que presenta un interesante contenido en fenoles totales, y donde destaca la concentración de cinarina con valores entre 2000 y más de 10000 mg /Kg según las demostraciones realizadas. En cuanto a su capacidad antioxidante, a partir del método de la impedancia eléctrica, se ha observado capacidad antioxidante desde concentraciones de 2g/L y mejorando según se incrementa dicha concentración. Esta capacidad antioxidante también se ha cuantificado con otros métodos ya indicados, destacando valores del orden de entre 7500 y 15500 μmol Fe 2+ /g extracto (FRAP) y entre 900 y 1300 μmol eq TROLOX/g extracto. Si se comparan estos valores con los obtenidos en el extracto de alcachofa se puede determinar que la alcachofa tiene una mayor capacidad antioxidante. Como ya se ha comentado también se han generado hojas y tallos de alcachofa agotadas con un ph cercano a 6, incrementando el mismo tras su contacto con el agua si se compara con el ph de la materia prima, mientras que la humedad no se ha incrementado relativamente. 5.2.1.2. Rendimiento En el proceso se obtiene un rendimiento de entre un 2 y un 4% de un extracto rico en antioxidantes. 5.2.2. CREMA Y POLVO ALCACHOFA La vía principal permite obtener un extracto rico en antioxidantes, como hemos visto en el apartado anterior, pero a partir del subproducto agotado y mediante otros tratamientos se 8
pueden obtener ingredientes o aditivos con aplicación en la elaboración de productos alimentarios, como son la crema de alcachofa y el polvo rico en fibra. En la imagen 2 se pueden ver estos dos productos. Imagen 2. Crema y polvo de alcachofa 5.2.2.1. Análisis producto En este caso se ha cuantificado el contenido en fibra alimentaria del polvo de alcachofa, que se encuentra en valores cercanos a los 70 g/100g. El caso de la crema de verduras se ha aprovechado como base de verduras conociendo su riqueza en fibra a partir de la materia prima, que es del orden de 8 9 g/100g. 5.2.2.2. Rendimiento A partir del material agotado en la etapa principal de extracción se puede obtener una crema de alcachofa apta para su uso como base de verdura con un rendimiento del 130% al incorporar agua en el proceso de elaboración, o bien un polvo de alcachofa rico en fibra con un rendimiento de entre el 10 y el 15%. 5.3. NUEVOS PRODUCTOS ALIMENTICIOS El extracto de alcachofa rico en cinarina y con capacidad antioxidante se empleó en una concentración de entre 1.5 y 6 g/l en la elaboración de cremas de verduras (gazpacho, berenjena, calabaza y calabacín, además de como aditivo en agua de cocción de pasta). Los productos elaborados fueron mantenidos en refrigeración, a pesar de que en algún caso recibieron tratamientos de esterilización y pasterización para incrementar su vida útil al destruir cualquier contaminación por microorganismos. En la Imagen 3 se pueden observar los productos elaborados. 9
Imagen 3. Productos alimenticios con extracto alcachofa Por otro lado, también se ha elaborado una mermelada utilizando como base la crema de verduras obtenida del material agotado tras la etapa principal de extracción. Y se ha adicionado polvo de alcachofa rico en fibra como ingrediente en platos preparados de pasta. En la Imagen 4 se pueden ver estos productos. Imagen 4. Productos alimenticios con crema de alcachofa y polvo de alcachofa 5.3.1. Nutricional Los productos obtenidos presentan características similares a los platos preparados y cremas de verduras comerciales, a pesar de incluir el extracto de alcachofa como aditivo. En el caso de los productos con factor enriquecidos en fibra, se puede destacar que las concentraciones buscadas han sido de alrededor de 3.7 g/100g para seguir las recomendaciones dadas en una dieta equilibrada. 5.3.2. Aceptación del consumidor Existe diversidad de opiniones en base a la diferencia de productos alimenticios preparados. En el gazpacho y la pasta cocida con los extractos han sido gratamente valorados por el panel de catadores, mientras que las otras cremas de verduras no han sido tan aceptadas debido al atributo del color especialmente. Se puede decir que aquellos productos alimenticios que se asocian comúnmente a un color no han sido preferidos por el panel de catadores. Más concretamente, el panel de cantadores no ha preferido un producto elaborado con este extracto debido a que le ha aportado una leve 10
coloración. Además, hay que sumar que el proceso térmico ha incrementado aún más el color del producto al aplicar alta temperatura. Debido a la coloración que aporta el extracto se recomienda utilizarlo en productos de color amarillento marrón, como es la crema de berenjena. Por otro lado, como todo aditivo, no ha afectado a la textura del producto y este atributo ha sido más valorado. Finalmente, en el caso de los productos elaborados con la base de verdura y el polvo de alcachofa se ha de decir que la aceptación del producto ha sido interesante, aunque no ha superado a una referencia blanco. De todos los atributos, la textura ha obtenido una valoración positiva, algo que nos satisface en gran medida debido a que era el atributo objetivo por la fibra contenida. En el caso de los platos preparados con polvo de alcachofa rico en fibra podemos destacar que, no se observan diferencias significativas frente al blanco en el atributo olor, pero sí en el color y sabor, lo que nos indica que se ha de incluir una aclaración en el etiquetado que ponga de manifiesto su contenido en fibra, para que los usuarios asocien el producto a otros similares del mercado. 5.3.3. Microbiología Para garantizar el consumo de los productos elaborados se ha llevado a cabo un control microbiológico (test de estabilidad o recuento de aerobios mesófilos) y se ha observado que la adición del extracto de alcachofa, no influye en el desarrollo de microorganismos frente al blanco. Se ha de destacar que dependiendo del producto elaborado, se ha utilizado un envasado adecuado en base al sistema de comercialización de productos similares en el mercado y se han mantenido a temperatura ambiente o en refrigeración. Algunos productos elaborados han sido envasados en bandejas en atmósfera modificada para favorecer una vida útil superior a una semana al almacenarlas en refrigeración. En este caso se ha realizado el recuento de aerobios confirmando el periodo libre de contaminación microbiológica planteado. Además, otros productos elaborados, como las cremas de verduras, han recibido un tratamiento de esterilización o pasterización demostrando la estabilidad del mismo en su caso, y por tanto siendo aptos para su consumo; o bien, manifestando que los productos mantenidos en refrigeración tras la pasterización están libres de contaminación microbiológica en un periodo superior a un mes. 11
5.3.4. Índice peróxidos Finalmente, como la determinación del índice de peróxidos permite valorar el estado de oxidación de un alimento, se ha hecho un seguimiento a este índice observando desde el inicio valores mayores en las muestras sin adición de extracto de alcachofa. Se puede decir que este extracto disminuye el enranciamiento de las grasas y el mal sabor que aporta a un alimento, inhibiendo la oxidación de los ácidos grasos insaturados a peróxidos. 6. CONCLUSIONES En primer lugar podemos decir que existe un alto potencial de valorización en los subproductos generados por las empresas de transformados vegetales. De un material cuyo destino es la alimentación animal actualmente se pueden llegar a obtener nuevos productos considerados como aditivos o ingredientes que aporten un beneficio para las empresas agroalimentarias. Estos nuevos aditivos están regulados, por lo que su aplicación comercial exige que se cumpla con los requerimientos de calidad de la legislación vigente. En nuestras demostraciones se han elaborado productos agroalimentarios mediante el uso de buenas prácticas y verificando la ausencia de contaminantes en los materiales empleados. Las demostraciones se planificaron seleccionando aquellos subproductos que demandan una gestión más rentable ya que ocupan grandes espacios si no se retiran continuamente. En el caso de la alcachofa, la obtención de un extracto, a partir de los tallos y brácteas que no han recibido un proceso de escaldado previo o bien aquella materia prima que no cumple los requisitos de calidad de las empresas, permite aprovechar ciertas características de la materia prima para aportar un valor añadido a las empresas. Además, este desecho no genera beneficio alguno para las empresas, como sí es el caso del subproducto de transformado de cítricos en algunas empresas, por lo que se gestiona su salida de fábrica a coste cero, algo que debe ser revisado y para lo que se ha planteado Agrowaste. Finalmente, podemos decir que el subproducto de alcachofa puede ser rentabilizado en su totalidad teniendo en cuenta que la extracción con disolventes permite obtener un extracto enriquecido en compuestos antioxidantes y que las brácteas de alcachofa que conforman el desecho tienen similares características a las brácteas que se incluyen como producto comercial y, por lo tanto, una vez adecuadas se pueden utilizar como base de verduras. Además, otra opción es una valorización como fuente de fibra al tener un contenido elevado de la misma. 12
Se ha de destacar que el extracto obtenido aporta cierta coloración a nuevos alimentos, por lo que su utilización ha de ser en productos de color más pardo para una mayor aceptación. Es decir, el extracto de alcachofa debe emplearse en productos que se esperan tengan una coloración más bien marrón para no llevar a confusión al consumidor habitual, como son las cremas de verduras tales como la berenjena; o bien crear nuevas cremas de verduras a las que no puedan asociarse otras coloraciones, ya que en caso contrario la aceptación es limitada. También la adición de polvo de alcachofa a platos preparados permite enriquecer en fibra dichos productos alimenticios, aportando beneficios para nuestra salud al ajustar la dosis de fibra recomendada en las raciones de comida diaria. 13