Biorrefinería de compuestos bioactivos de cochayuyo (Durvillaea incurvata) a través de extracción asistida por ultrasonido y extracción por líquidos presurizados, y su aplicación en prototipos de pasta de salmón impresos en 3D

Abstract

Esta investigación propone un proceso de biorrefinería para la valorización del alga parda Durvillaea incurvata (cochayuyo), mediante la extracción secuencial de compuestos bioactivos y su posterior aplicación en la formulación de pastas de salmón para impresión 3D. Se utilizaron técnicas de extracción verde, específicamente la extracción asistida por ultrasonido (UAE) para la obtención de hidrocoloides (alginatos) y la extracción por líquidos presurizados (PLE) para la recuperación de compuestos fenólicos a partir del residuo sólido generado. Las condiciones de extracción se optimizaron mediante la Metodología de Superficie de Respuesta (MSR). Para PLE, las condiciones óptimas fueron 160°C y una relación etanol:agua de 1,73:1,27, maximizando el contenido de fenoles totales y la capacidad antioxidante (ORAC). Para UAE, se determinó un óptimo con 5% de concentración de alga, 40% de amplitud y 30 minutos. Los extractos obtenidos fueron caracterizados químicamente (TPC, DPPH, ORAC, FTIR) y aplicados en prototipos de pasta de salmón impresos en 3D. Se evaluaron las propiedades reológicas, la fidelidad de la impresión (tasa de deformación), el perfil de textura (TPA) y la estabilidad oxidativa de los prototipos horneados. Los resultados demostraron que la incorporación de los extractos mejoró significativamente las propiedades reológicas de la pasta, facilitando la extrusión y reduciendo la deformación de las figuras impresas en comparación con el control. Químicamente, el extracto fenólico actuó como antioxidante durante el tratamiento térmico, inhibiendo la formación de productos de oxidación primaria y secundaria (medidos a través de los coeficientes de extinción K). Además, se observó un efecto protector sobre compuestos nutricionales clave, preservando significativamente el contenido de astaxantina y la formación de una costra superficial limitó la transferencia de oxígeno, contribuyendo a la preservación del perfil lipídico, sin observarse diferencias significativas entre las muestras. Sin embargo, se evidenció que en el control esta preservación ocurrió gracias a la degradación significativa de la astaxantina. Por otra parte, la adición de 500 ppm de extracto fenólico actuó como una primera línea de defensa antioxidante, reduciendo los índices de oxidación (K) y preservando la integridad de la astaxantina, logrando así un producto final con un perfil nutricional superior (lípidos y antioxidantes intactos).

This research proposes a biorefinery process for the valorization of the brown seaweed Durvillaea incurvata (cochayuyo), through the sequential extraction of bioactive compounds and their subsequent application in the formulation of salmon pastes for 3D printing. Green extraction techniques were used, specifically Ultrasound Assisted Extraction (UAE) to obtain hydrocolloids (alginates) and Pressurized Liquid Extraction (PLE) to recover phenolic compounds from the solid waste generated. The extraction conditions were optimized using Response Surface Methodology (RSM). For PLE, the optimal conditions were 160°C and an ethanol:water ratio of 1,73:1,27, maximizing the total phenolic content and antioxidant capacity (ORAC). For UAE, an optimum was determined with 5% algae concentration, 40% amplitude and 30 minutes. The extracts obtained were chemically characterized (TPC, DPPH, ORAC, FTIR) and applied to 3D printed salmon paste prototypes. The rheological properties, printing fidelity (strain rate), texture profile (TPA), and oxidative stability of the heat-treated prototypes were evaluated. The results showed that the incorporation of the extracts significantly improved the rheological properties of the paste, facilitating extrusion and reducing the deformation of the printed figures compared to the control. Chemically, the phenolic extract acted as an antioxidant during heat treatment, inhibiting the formation of primary and secondary oxidation products (measured through K extinction coefficients). Furthermore, a protective effect on key nutritional compounds was observed, significantly preserving the astaxanthin content and the formation of a surface crust limited oxygen transfer, contributing to the preservation of the lipid profile, with no significant differences observed between the samples. However, it was evident that in the control sample, this preservation occurred thanks to the significant degradation of astaxanthin. On the other hand, the addition of 500 ppm of phenolic extract acted as a first line of antioxidant defense, reducing oxidation indices (K) and preserving the integrity of astaxanthin, thus achieving a final product with a superior nutritional profile (lipids and antioxidants intact).