Study of an integrated process of extraction and purification of polyphenolic extracts from carménère pomace.
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Date
2020
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Abstract
El orujo de uva Carménère, un subproducto agroindustrial del proceso de vinificación presenta altas concentraciones de polifenoles. Este residuo ha despertado el interés de la industria alimentaria y farmacéutica debido a sus propiedades bioactivas y nutraceúticas. Una buena opción para obtener extractos de subproductos agroindustriales es la extracción líquida caliente presurizada (ELCP). Sin embargo, la extracción de polifenoles a altas temperaturas es responsable no solo de su degradación térmica, sino también de la formación de compuestos tóxicos como el hidroximetilfurfural (HMF) y la recuperación de azúcares. Las mezclas agua-etanol han permitido reducir la temperatura de extracción, pero el efecto sobre la reducción de azúcares y compuestos tóxicos aún no ha sido ampliamente estudiado. Por lo tanto, para obtener extractos enriquecidos en polifenoles libres de compuestos no deseados (HMF y azúcares), los extractos pueden ser purificados utilizando resinas macroporosas. Sin embargo, la presencia de etanol en el extracto puede afectar la adsorción de los polifenoles disminuyendo sus rendimientos. En este sentido, la integración de dos tecnologías limpias como ELCP y purificación con resinas (PR), utilizando diferentes concentraciones de etanol, puede desempeñar un papel relevante en la recuperación y selectividad de polifenoles específicos.
Por ello, nosotros determinamos los efectos de la temperatura de extracción y características del solvente sobre la extracción y selectividad de polifenoles en un proceso integrado de ELCP-PR a partir del orujo de uva Carménère. En ese sentido, la información disponible sobre el orujo de Carménère fue exhaustivamente analizada con la finalidad de conocer sus características químicas y posibles futuras aplicaciones en la industria alimentaria y farmacéutica. Los efectos de las bajas concentraciones de etanol (0 - 15%) y moderadas temperaturas (60 – 90°C) sobre el contenido de polifenoles totales, recuperación de azúcares y formación de compuestos tóxicos en un proceso integrado ELCP-PR fueron analizados. Finalmente, nosotros evaluamos el efecto de las características del solvente (agua-etanol: 15 – 50%) a altas temperaturas (90 - 150°C) sobre la recuperación de polifenoles específicos en un proceso integrado ELCP-PR.
Según nuestros resultados, el orujo de Carménère presenta una fracción importante de polifenoles retenidos tales como malvidina (antocianina), quercetina (flavonol) y epigalocatequina (flavanol), así como polímeros de alto peso molecular (procianidinas). Las mezclas agua-etanol (15%) a 90°C permitieron recuperar ~0,8 veces más polifenoles totales en comparación con el agua pura bajo las mismas condiciones. La efectividad de las mezclas agua-etanol puede ser atribuida al efecto sinérgico de ambas moléculas. Las moléculas de agua permiten la ruptura de las paredes celulares liberando los polifenoles, mientras que el etanol reduciría la polaridad del solvente de extracción mejorando la solubilidad de estos compuestos. El uso de bajas concentraciones de etanol (15%) no solo permitió reducir la temperatura de extracción de 130°C a 90°C sin disminuir los rendimientos de polifenoles, sino también redujo la recuperación de azúcares debido a la baja polaridad del etanol que disminuye la solubilidad de estos compuestos. La PR permitió recuperar ~60% del contenido total de polifenoles, mientras el contenido de azúcares y HMF fueron reducidos significativamente (~95%). Sobre la base de estos resultados, un incremento en la concentración de etanol hasta un 50% a 150°C permitió una extracción selectiva de polifenoles durante la ELCP. Las concentraciones de etanol más apropiadas fueron 15% para flavonoles, 32,5% para flavanoles y estilbenos, y 50% para ácidos fenólicos. Finalmente, el uso de etanol al 15% en ELCP permitió una mayor recuperación global de ácidos fenólicos (65%), flavanoles (57%) y estilbenos (64%) durante la PR. Contrariamente, la recuperación más alta de flavonoles (61%) durante la purificación se logró con un 50% de etanol en ELCP.
Desde una perspectiva científica, se concluye que el uso de etanol como cosolvente es una alternativa promisoria que permite mejorar los rendimientos y una extracción selectiva de polifenoles específicos durante la ELCP. La temperatura y concentración de etanol en la extracción, así como la estructura química de los polifenoles, determinan la selectividad y eficiencia de extracción de estos compuestos en el proceso integrado ELCP-PR. Los resultados obtenidos en esta tesis podrán ser usados para valorizar el orujo de uva Carménère, un residuo producido en grandes cantidades en Chile. Además, la nueva metodología desarrollada en esta tesis podrá utilizarse para mejorar la recuperación de compuestos bioactivos de diferentes subproductos agroindustriales.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2020