Los modelos de biorrefinería representan soluciones innovadoras para la gestión de subproductos agrarios, alineándose con los principios de la economía circular. Estos modelos no solo diversifican y aumentan el impacto socioeconómico del sector agrario, sino que también ofrecen soluciones eficaces para manejar los desperdicios de los sistemas productivos tradicionales. La circularización del sistema productivo de la industria del tomate permite transformar residuos de bajo valor económico, como las pieles y semillas, en conservantes y antioxidantes de alto valor añadido

El sector agrario, especialmente las explotaciones intensivas, es crucial para la alimentación mundial, pero también es una de las actividades con mayor impacto medioambiental. La deriva climatológica, económica y social impone un gran reto a estas explotaciones, que deben transitar hacia modelos más sostenibles sin sacrificar sus rendimientos económicos. El aumento de la actividad agrícola, impulsado por la creciente demanda alimentaria debido al incremento poblacional, agrava la generación de subproductos y desechos, creando desafíos medioambientales que amenazan el equilibrio económico-social global.

Modelos de biorrefinería para la industria del tomate: de residuos a conservantes y antioxidantes

Para reducir el impacto negativo de los sistemas intensivos, es esencial encontrar soluciones a la generación masiva y gestión de residuos del cultivo y procesamiento de materias primas, principal amenaza para la sostenibilidad agrícola y causa de la degradación de los ecosistemas. Estos impactos contradicen los Principios de Desarrollo Sostenible y las nuevas regulaciones basadas en la creciente concienciación ambiental.

La reducción de la huella de carbono es una meta prioritaria en este enfoque sostenible, y el sector agrario tiene un gran potencial para generar productos con valor añadido. En este contexto, la circularidad en la gestión de residuos se presenta como un componente esencial para equilibrar el desarrollo económico, la responsabilidad ambiental y la viabilidad a largo plazo.

Modelo de biorrefinería

Los modelos de biorrefinería, que integran etapas sucesivas de valorización extrayendo compuestos de mayor a menos valor económico, representan soluciones integrales para la circularización de sistemas productivos agrarios, como en el caso del cultivo de tomate.

Estos modelos no solo reducen de manera significativa los desperdicios al final del ciclo productivo, sino que también tienen la capacidad de gestionar volúmenes importantes de residuos agrarios, como las pieles y semillas excedentes de la producción de salsas y derivados del tomate. Al generar productos de alto valor añadido, como conservantes y antioxidantes, los modelos de biorrefinería abordan de manera efectiva el manejo de subproductos, asegurando al mismo tiempo la viabilidad económica del proceso.

Técnicas extractivas químicas (verdes)

Las pieles y semillas de tomate son un residuo sin valor comercial, que en la actualidad se elimina como residuo sólido o se destina a alimentación animal. Sin embargo, cada vez más estudios señalan que, debido a la gran cantidad de compuestos fitoquímicos bioactivos que contienen, pueden ser de interés comercial como fuente de conservantes y antioxidantes. El aprovechamiento de este subproducto pasa, pues, por la obtención de estos compuestos de interés.

De todos los compuestos del tomate, el más conocido y de mayor interés es el licopeno. Químicamente, este compuesto es un carotenoide, con gran capacidad antioxidante debido a su larga cadena con dobles enlaces conjugados. Además, su color rojizo hace que sea un colorante apropiado para la industria, y, de hecho, este compuesto está autorizado por la EFSA como aditivo alimentario con el número E160d.

Debido a su carácter poco polar, la extracción del licopeno debe hacerse con disolventes orgánicos de baja polaridad, tales como el hexano o la acetona. Estos disolventes conllevan una serie de riesgos para la salud humana y el medio ambiente, por lo que se han estudiado una serie de nuevos procedimientos de extracción que reducen o eliminan el uso de estos disolventes. Estos incluyen pretratamientos o tratamientos que facilitan la transferencia del licopeno al disolvente extractor, lo que disminuye la cantidad de disolventes requeridos.

Entre estos métodos, destaca la utilización de fluidos supercríticos, en particular el dióxido de carbono. Este proceso, aunque requiere una inversión económica mayor, ofrece ventajas significativas. Por un lado, garantiza la pureza del extracto obtenido y, por otro, elimina por completo la necesidad de disolventes orgánicos, reduciendo así los riesgos asociados. Además de su impacto positivo en la seguridad y la sostenibilidad, la extracción con fluidos supercríticos preserva mejor las propiedades antioxidantes del licopeno. Al minimizar la exposición al calor, se conserva la integridad de sus beneficios para la salud.

Modelos de biorrefinería para la industria del tomate: de residuos a conservantes y antioxidantes

Las semillas de tomate, que representan aproximadamente un tercio de los residuos del tomate, pueden ser separadas y secadas para convertirse en una valiosa fuente de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA). Además, contienen otros compuestos de interés como vitamina C, β-caroteno, tocoferoles, polifenoles, flavonoides y proteínas, que contribuyen a su actividad antioxidante. Los PUFA son esenciales para diversas funciones fisiológicas, como la regulación de la presión arterial y la señalización celular.

El aceite de semilla de tomate, rico en PUFA, puede extraerse mediante prensado en frío o en caliente, así como con tecnologías de extracción con solventes. Aunque la extracción con solventes produce un mayor rendimiento de aceite, utiliza grandes cantidades de hexano, lo que puede resultar en un producto final de menor calidad. En cambio, el prensado en frío genera un aceite con mejores propiedades organolépticas y un perfil de ácidos grasos más beneficioso, aunque con un rendimiento menor. Los aceites obtenidos mediante prensado en frío cumplen con los estándares alimentarios internacionales y tienen un mayor valor en el mercado.

Conservantes y antioxidantes de base biotecnológica

Una vez extraídos los compuestos de alto valor de las pieles y semillas del tomate, como el licopeno y los aceites insaturados, ciertos microorganismos, como las bacterias ácido-lácticas (BAL) y los hongos, pueden sintetizar antioxidantes y conservantes a través de la fermentación de los residuos restantes.

Los hongos, especialmente los filamentosos, son conocidos por su capacidad para generar una gran diversidad de metabolitos, destacándose entre ellos los ácidos orgánicos. Aunque la fermentación sumergida es la técnica más común para producir estos ácidos, la investigación actual también explora técnicas de cultivo fúngico en estado sólido para la hidrólisis y producción por fermentación de ácidos orgánicos a partir de biomasa lignocelulósica.

Por otro lado, las BAL son reconocidas por su capacidad de producir varios compuestos con propiedades antioxidantes durante la fermentación, como péptidos bioactivos, exopolisacáridos (EPS), ácidos orgánicos como el ácido láctico y el ácido acético, y ácidos más complejos como el ácido γ-aminobutírico (GABA) y el ácido linoleico conjugado (CLA). Las propiedades antioxidantes generadas por las BAL son resultado de su propio metabolismo durante la fermentación. Además, la modificación genética de las BAL mediante ingeniería metabólica y herramientas como CRISPR-Cas9 permite producir una gama aún más amplia de compuestos bioactivos con efectos antioxidantes.

Sin embargo, el diseño de la producción industrial de la fermentación enfrenta desafíos como el diseño de biorreactores y los costos asociados con la purificación de los compuestos. A pesar de estos desafíos, la fermentación de residuos agroalimentarios por microorganismos específicos presenta un enorme potencial para la producción sostenible de antioxidantes y conservantes naturales, ofreciendo una solución económica y ambientalmente favorable.

Fuente: techpress.es