Valorización de residuos de espino (Acacia caven) y avellana (Gevuina avellana) mediante ultrasonido para la obtención de compuestos fenólicos con poder antioxidante y antimicrobiano

Abstract

Uno de los propósitos de la economía circular sustentable aplicada a la industria de los alimentos es la máxima utilización de los residuos y a la vez la protección del medio ambiente. Por ejemplo, como producto de la extracción de aceite a nivel industrial de diversas semillas se generan residuos que podrían causar impacto negativo al medioambiente. La revalorización de estos residuos, ricos en compuestos polifenólicos permitiría aprovecharlos en la formulación de ingredientes funcionales. El objetivo de este trabajo fue estudiar la extracción de los compuestos bioactivos de los residuos de dos especies nativas chilenas denominadas espino (Acacia caven) y avellana (Gevuina avellana) obtenidos a través del sistema de extracción por ultrasonido y evaluar la capacidad antimicrobiana de los extractos. La extracción fue optimizada a través de un diseño de superficie de respuesta (RSM,) mediante un diseño experimental Box-Behnken. Para evaluar los efectos de las variables independientes: tiempo de extracción (5, 15 y 25 min,) mezcla de solvente (0, 20, 40 % v/v) y amplitud (20, 55 y 90 %) y como variable dependiente el contenido de polifenoles totales. Tras encontrarse las condiciones óptimas de extracción para la mezcla espino tiempo 25 min, mezcla solvente 40% y amplitud 90 % y mezcla avellana tiempo 5 min, mezcla solvente 40% y amplitud 20%, bajo estas condiciones se extrajo cada componente (semilla, cascara y la mezcla cáscara-semilla) para ambos tipos de residuos. Los extractos de la mezcla espino y avellana presentaron un alto contenido de polifenoles totales mezcla espino 3.648,97 mgEAG/100g y mezcla avellana 208,10 mgEAG/100g. La capacidad antioxidante mediante ORAC fue de: mezcla espino 539,02 μmoles eq. trolox/g y mezcla avellana 60,80 μmoles eq trolox/g y mediante DPPH la mezcla espino 282,69 μmoles eq. trolox/g y mezcla avellana 6,36 μmoles eq trolox/g. Finalmente, se evalúo la capacidad antimicrobiana de los extractos obteniéndose los valores de Concentración Minima Inhibitoria (CMI), dando como resultado que solo el extracto de avellana inhibió el crecimiento de las baterías E. coli, S. aureus, L. innocua y un crecimiento parcial para la S. cervisiae. Estos resultados resaltan el potencial de ambos residuos como fuentes sostenibles de ingredientes funcionales para aplicaciones alimentarias.

One of the purposes of the sustainable circular economy applied to the food industry is the maximum use of waste and at the same time the protection of the environment. For example, as a result of the industrial extraction of oil from various seeds, waste is generated that could have a negative impact on the environment. The revalorization of these wastes, rich in polyphenolic compounds, would allow them to be used in the formulation of functional ingredients. The objective of this work was to study the extraction of bioactive compounds from the waste of two native Chilean species called hawthorn (Acacia caven) and hazelnut (Gevuina avellana) obtained through the ultrasound extraction system and to evaluate the antimicrobial capacity of the extracts. The extraction was optimized through a response surface design (RSM) using a Box-Behnken experimental design. To evaluate the effects of the independent variables: extraction time (5, 15 and 25 min), solvent mixture (0, 20, 40% v/v) and amplitude (20, 55 and 90%) and as dependent variable the total polyphenol content. After finding the optimal extraction conditions for the hawthorn mixture (time 25 min), solvent mixture 40% and amplitude 90% and hazelnut mixture (time 5 min, solvent mixture 40% and amplitude 20%), under these conditions each component (seed, shell and shell-seed mixture) was extracted for both types of waste. The extracts of the hawthorn and hazelnut mixture presented a high content of total polyphenols (hawthorn mixture 3,648.97 mgEAG/100g) and hazelnut mixture 208.10 mgEAG/100g. The antioxidant capacity by ORAC was: hawthorn mixture 539.02 μmoles eq. trolox/g and hazelnut mixture 60.80 μmoles eq. trolox/g and by DPPH the hawthorn mixture 282.69 μmoles eq. trolox/g and hazelnut mixture 6.36 μmoles eq. trolox/g. Finally, the antimicrobial capacity of the extracts was evaluated, obtaining the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) values, resulting in that only the hazelnut extract inhibited the growth of E. coli, S. aureus, L. innocua and partial growth for S. cervisiae. These results highlight the potential of both residues as sustainable sources of functional ingredients for food applications.