Alternativas de aprovechamiento de los residuos en la agroindustria

Luis Octavio González Salcedo

• Editorial: Universidad Nacional de Colombia
• Año: 2021
• ISBN del libro electrónico: 9789587946239
• Categoría: Tecnología e ingeniería
• Categoría: Agricultura

 Este libro nace como una propuesta sobre la base del esfuerzo interdisciplinario e interinstitucional de un selecto grupo de investigadores adscritos a diversos grupos de investigación y con conocimientos propios de su formación académica, para abordar la temática del aprovechamiento de los residuos agroindustriales tanto en el sector alimenticio como no alimenticio.  

 Los autores invitan a acercarse al conocimiento de la solución en la generación de los residuos agroindustriales y sus aplicaciones de aprovechamiento; gracias a que esta obra combina lenguajes sencillo y técnico a la vez, ilustrado con diversas figuras, tablas y ecuaciones. También se exponen maneras de pensar, saber y hacer sobre el aprovechamiento de los residuos agroindustriales, convirtiéndose así en un documento de consulta para la Ingeniería Agroindustrial y sus áreas afines y temáticas. 

Introducción

Durante la transformación de las materias primas provenientes de la agricultura en productos de valor agregado se generan residuos y subproductos (RyS) que muchas veces se convierten en desechos, los cuales por lo general, tienen como disposición final los botaderos de basura, sin que previamente se realice una valoración de su potencial de aprovechamiento. En este capítulo se presenta una visión de la generación de RyS en la cadena agroindustrial en un modelo de producción limpia, haciendo énfasis en dos fases o etapas: 1) cosecha o recolección de las materias primas, y 2) procesamiento o transformación de las materias primas y valoración de los residuos como ingredientes para las industrias alimentarias, farmacéutica y cosmética, y alimentación animal.

Se resalta lo concerniente a RyS provenientes de las cadenas agroindustriales más representativas de Colombia, describiendo la de frutas y otros vegetales, caña de azúcar, arroz, maíz, trigo, palma de aceite y café, haciendo énfasis en el aprovechamiento de estos, no solo para la generación de energía en las estaciones térmicas de las fábricas por su poder calorífico, sino en otras aplicaciones importantes. En la mayoría de casos los RyS contienen compuestos valiosos que pueden ser recuperados, convirtiéndose en materia prima o insumo para la obtención de otros productos, por ejemplo: fertilizantes, alcohol, aglomerados, biogás, materiales absorbentes y materiales de construcción, entre otros.

Actualmente, el aprovechamiento de la biomasa se integra en el concepto de biorrefinería, que adquiere interés económico debido a los productos que se pueden obtener a partir de esta. Como es conocido, en la poscosecha y transformación de materias primas de origen agrícola se generan RyS que son fuente de proteínas, minerales, ácidos grasos, fibra y/o compuestos bioactivos, los cuales, al ser usados como ingredientes en la formulación de nuevos alimentos, pueden aportar beneficios específicos a la salud del consumidor (alimentos funcionales). En consecuencia, técnicas de identificación y caracterización, operaciones de extracción y estudios sobre estabilidad e incorporación de ingredientes funcionales obtenidos de subproductos y residuos son algunos de los desafíos más importantes para el sector agroindustrial. Por lo tanto, se requiere utilizar la ciencia y la innovación para aprovechar de manera eficiente subproductos y residuos como materia prima para la obtención de compuestos de interés que pueden ser usados en la producción de alimentos funcionales.

De acuerdo con lo anterior, con respecto a la oferta de productos que contienen ingredientes naturales extraídos de subproductos o residuos que aporten beneficios específicos a la salud, el sector agroindustrial estaría cubriendo la demanda del consumidor actual, ampliando las oportunidades de crecimiento para diferentes industrias y trabajando en la mitigación de los impactos ambientales negativos asociados a la generación de residuos con alta carga orgánica.

Residuos y subproductos en la producción agrícola

El dinamismo agroindustrial comprende, por un lado, las actividades del sector agrícola (cultivo, cosecha, poscosecha) y, por otro lado, el sector industrial, que transforma las materias primas agroalimentarias. En todas las actividades se producen RyS. El 95 % de la biomasa producida está compuesta por carbohidratos, lignina, lípidos y proteínas; el restante 5 % lo conforman los pigmentos, vitaminas, enzimas y aceites esenciales. Los RyS generados en la producción agrícola provienen en mayor medida de las dos actividades principales: cosecha y procesamiento, los cuales se clasifican en subproductos y residuos de cosecha, constituidos por pajas, rastrojos, hojas, madera de poda; en caso de que estén verdes se caracterizan por alta humedad y contenido de celulosa y lignina. Pueden ser empleados directamente para alimentación animal (Crawshaw, 2009; Reddy y Yang, 2005; Yadav, Kale, Hicks y Hanah, 2017).

En cuanto a los residuos de cosecha secos (hojas secas, tallos), en la mayoría de los casos pueden incorporarse al suelo después de un acondicionamiento físico (cortado, troceado, molido) o son adicionados como fertilizantes durante la preparación de nuevos cultivos. En varios países, durante la cosecha de la caña de azúcar, se practican las quemas para facilitar el corte; la hojarasca que resulta se esparce e integra al suelo para un nuevo cultivo.

El otro grupo lo conforman los subproductos y residuos de poscosecha y transformación, de los que hacen parte los materiales que no cumplen con especificaciones exigidas, granos partidos, harinas, salvado, o que presenten daños mecánicos. Se pueden incluir en esta categoría los RyS de la transformación de las materias primas como frutas con sobremaduración, cáscaras, semillas, tallos y flores de los cuales se pueden recuperar compuestos bioactivos de importancia en múltiples aplicaciones en la industria farmacéutica, cosmética y alimentaria (Ramírez y Suárez, 2010).

Durante la cosecha y transformación de materias primas agrícolas se producen: 1) residuos, materiales sobrantes como cáscaras, en cuya estructura se pueden encontrar compuestos como pectinas, ácidos grasos, esencias, colorantes (carotenoides, clorofilas, antocianinas, betalaninas), antioxidantes (como el licopeno y compuestos fenólicos - CF), almidón y algunos con posibilidades de ser extraídos para sintetizar otros compuestos o servir como ingredientes en la industria agroalimentaria, y 2) subproductos, materiales secundarios, útiles, comercializables y por lo tanto aprovechables, resultantes de un proceso de transformación. En esta clasificación pueden considerarse las frutas y los vegetales que por defectos de calidad (daños leves), tamaño, forma o algún otro atributo no cumplen con las especificaciones exigidas por el consumidor, convirtiéndose en material de uso potencial en otras aplicaciones; también hacen parte de esta categoría las harinas provenientes de una operación de molienda, granos partidos, salvados, germen, etc.

Por lo general los RyS que durante la poscosecha y el procesamiento son manejados de manera deficiente se convierten finalmente en desechos; son confinados, incinerados o llevados a los botaderos de basura, lo que genera problemas ambientales en la mayoría de los casos, al no considerar alternativas de aprovechamiento. De este modo, durante la transformación de una materia prima agrícola en producto de valor agregado pueden resultar tanto subproductos como residuos; por ejemplo, para obtener el café molido que se consume en los hogares es necesario someterlo a varias etapas hasta obtener el grano de café, luego tostarlo y posteriormente molerlo, teniendo residuos como piel, pulpa, pergamino y pectina (figura 1.1), que pueden utilizarse en muchas aplicaciones como se verá posteriormente. En la tabla 1.1 se presenta una clasificación de RyS contenidos en las materias primas agrícolas, indicando una composición general de cada uno.

Los vegetales, dentro de sus constituyentes, contienen los denominados metabolitos primarios, compuestos químicos producidos por casi todos los organismos. Estos intervienen en los procesos de supervivencia, crecimiento y reproducción necesarios para el metabolismo a nivel celular, aminoácidos y azúcares (Sagwan, Rao y Sharma, 2010). Por otra parte, los metabolitos secundarios son compuestos químicos sintetizados por células vegetales que cumplen funciones no esenciales para su crecimiento o reproducción (Bloom, 2010). Pueden ser clasificados en varias familias: terpenoides, CF y sus derivados (compuestos nitrogenados o alcaloides).

Figura 1.1

Residuos y subproductos que resultan del procesamiento del café

Fuente: fotografía de Pedro Vanegas Mahecha (2017).

Además los carbohidratos, componentes mayoritarios de las plantas, compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno, se encuentran en todos los tejidos vegetales, en los jugos de frutas, semillas, raíces, tubérculos, hojas y tallos. Algunos ejemplos son: glucosa, fructosa, sacarosa, materiales estructurales como celulosa, hemicelulosa, pectinas, almidón, gomas vegetales, entre otros. También están presentes los lípidos, conformados por las grasas, ricas en carbono e hidrógeno, insolubles en agua, de fácil disolución en solventes orgánicos (cloroformo, éteres, acetona, alcoholes). Son ejemplos: grasas, aceites, fosfolípidos, glicolípidos, ceras, compuestos de la cutina y suberina, presentes en semillas y en algunas frutas como el aguacate y las aceitunas (Salisbury y Ross, 2000).

Es importante considerar que la mayor parte de la biomasa que proviene de vegetales, frutas, legumbres y cereales contiene fibra, constituida por los componentes orgánicos de la pared celular vegetal (celulosa, hemicelulosa, lignina, pectina y gomas). La fibra aporta importantes beneficios a la salud humana, entre los cuales se encuentra la regulación del tránsito intestinal y su función como coadyuvante en el tratamiento de diabetes, enfermedades cardiovasculares y cáncer de colon (Ayala-Zavala et al., 2011; Kaczmarczyk, Miller y Freud, 2012).

Tabla 1.1

Composición de los residuos y subproductos contenidos en las materias primas agrícolas

Fuente: adaptación de Méndez (1995).

De igual forma, algunos componentes que se encuentran en los RyS se consideran bioactivos y funcionales; se trata de aquellos que tienen una actividad biológica en el organismo humano, ayudando a la prevención de enfermedades coronarias, hipertensión, algunos tipos de cáncer, entre otras (Morais et al., 2014).

Residuos y subproductos en la cadena agroindustrial

La cadena agroindustrial (alimentaria y no alimentaria) es...

Índice

• Cubierta
• Portadilla
• Página legal
• Contenido
• Introducción
• Capítulo 1: El resultado de las cadenas agroindustriales: subproductos y residuos de la actividad agrícola
• Capítulo 2: Nuevas tecnologías verdes en la extracción de compuestos bioactivos a partir de residuos agroindustriales
• Capítulo 3: Obtención de colorantes naturales de origen vegetal
• Capítulo 4: Oscurecimiento enzimático: control y aprovechamiento de antioxidantes para aplicación en frutas y hortalizas mínimamente procesadas
• Capítulo 5: Algunas técnicas de caracterización de materiales de interés agroindustrial
• Capítulo 6: Síntesis y caracterización de nanopartículas metálicas de interés agroindustrial
• Capítulo 7: Biomasa residual como fuente de energía
• Capítulo 8: Fibrorreforzamiento y agregados de origen vegetal
• Capítulo 9: Posibilidades agroindustriales del plasma sanguíneo
• Índice temático
• Cubierta posterior