Economía circular en el sector agroalimentario: valorización de subproductos

Es necesario implantar estrategias que conlleven una reducción en el consumo de materias primas, la reducción de pérdidas de alimentos y la valorización de los subproductos generados.

La industria agroalimentaria se encuentra frente a importantes retos relacionados con el uso eficiente de los recursos. La iniciativa de futuro sostenible España Circular 2030 y la estrategia Más alimento, menos desperdicio, unido a la necesidad creciente de alimentos como consecuencia del aumento esperado de la población mundial, que en 2030 alcanzará los 9.000 millones de personas.

Economía circular ¿qué es?

La economía circular es un concepto económico que se interrelaciona con la sostenibilidad, y cuyo objetivo es que el valor de los productos, los materiales y los recursos (agua, energía…) se mantenga en la economía durante el mayor tiempo posible, y que se reduzca al mínimo la generación de residuos. Se trata de implementar una nueva economía, circular –no lineal–, basada en el principio de «cerrar el ciclo de vida» de los productos, los servicios, los residuos, los materiales, el agua y la energía.

Actualmente, en el mundo, un tercio de los alimentos producidos se pierde o desperdicia en algún punto de la cadena alimentaria. Los datos estimados son que sólo en la Unión Europea se desechan al año 89 millones de toneladas de alimentos, de las que:

• Un 49% corresponden a los hogares
• Un 39% al proceso de fabricación
• Un 14% de la hostelería y restauración
• Y un 5% del sector distribuidor

Si se aplica la jerarquía de residuos (Figura 1), muchos de estos subproductos ofrecen la oportunidad de ser utilizados de manera sostenible, alimentando una bioeconomía circular, mediante procesos de extracción y biotecnológicos, para la producción de compuestos y productos de alto valor añadido para el sector alimentario o químico.

Adicionalmente, subproductos que no son susceptibles de ser valorizados por las rutas anteriormente descritas o incluso los residuos generados en los procesos químicos o biológicos de valorización descritos, pueden convertirse en materias primas para la generación de piensos de alta calidad, fertilizantes o energía.

Estrategias para la valorización de subproductos en economía circular

El objetivo de cualquier valorización es reducir al máximo el volumen de residuos generados y lograr una valorización de alta rentabilidad, desarrollando procesos sostenibles que permitan obtener en primer lugar compuestos de alto valor añadido como ingredientes alimentarios. Subproductos sin valor para esta valorización serían orientados hacia la producción de piensos animales, fertilizantes y finalmente la producción de energía. 

Objetivo final: residuo cero

Un aspecto importante a tener en cuenta en la valorización de los subproductos, especialmente cuando se desean recuperar los compuestos de interés que contienen, es la estabilización de los subproductos.

Existen diversas técnicas de conservación entre las que se pueden citar las tecnologías de deshidratación (secado por aire caliente, deshidratación osmótica, microondas, atomización, etc.) y congelación. La elección de una u otra se hace en función de la sensibilidad del compuesto a recuperar frente a la temperatura y el coste del proceso.

Extracción de compuestos activos

Una vez estabilizados, a partir de estos subproductos agroalimentarios es posible recuperar, mediante técnicas de extracción, compuestos activos de interés como fibra, proteína, fitoesteroles, polifenoles, etc., que poseen propiedades antimicrobianas, antifúngicas, antioxidantes, insecticida, antiinflamatoria, antitumoral, anticolesterol, inmunoestimulante, entre otras.

Existen muchas referencias sobre la obtención de compuestos activos a partir de subproductos agroalimentarios mediante diversas tecnologías de extracción, que ponen de manifiesto la potencialidad de estos subproductos como materia prima para obtener ingredientes y aditivos para el sector alimentario, cosméticos o nutracéutico.

Entre ellos podemos destacar los siguientes:

• Carotenoides. Son pigmentos liposolubles responsables del color rojo, amarillo, naranjado y purpura de frutas y vegetales. Los carotenoides previenen el daño por fotosensibilidad en bacterias, animales y humanos; disminuye el daño genético y las transformaciones malignas; inhibe la inducción tumoral provocada por los rayos UV y agentes químicos y disminuye las lesiones premalignas en humanos.
• Compuestos fenólicos y flavonoides. Los compuestos fenólicos han mostrado una amplia variedad de actividades biológicas: antioxidante, antimicrobiana, antiinflamatoria, inmunomoduladora, antiviral, antiproliferativa, antimutagénica, anticarcinogénica, acciones vasodilatadoras, y prevención de enfermedades coronarias y desordenes neurodegenerativos.
• Inulina. La inulina es un compuesto cada vez más usado en alimentación debido a sus beneficios para la salud ya que posee un efecto prebiótico, es capaz de incrementar la absorción gastrointestinal de minerales, contribuye a disminuir el riesgo de arteriosclerosis e incrementa la saciedad.
• Glucosinolatos. Son los precursores del sulforafano, que ha demostrado poseer cierto efecto preventivo frente al cáncer de colon.

En la Tabla 1 se indican, a modo de ejemplo, ciertas fuentes de estos compuestos y técnicas de extracción empleadas.

Biotecnología industrial

La biotecnología industrial es otra técnica que permite valorizar los subproductos agroalimentarios. Mediante procesos biotecnológicos como la fermentación, y empleando los subproductos como materia prima, es posible obtener compuestos de alto valor añadido como enzimas, aditivos, proteínas, ácidos orgánicos, compuestos aromatizantes, colorantes alimentarios y otros productos de diversos usos como alimenticio y farmacéutico; así como bioetanol, el biometano, biopolímeros, etc.

• Enzimas. Las enzimas son catalizadores biológicos responsables de diversos procesos metabólicos. Actualmente, las enzimas se usan en procesos industriales. Por ejemplo, las amilasas y las pectinasas se usan en la industria alimentaria, las celulasas se usan en la industria de biocombustibles.
• Ácidos orgánicos. Algunos ácidos orgánicos son empleados por una amplia gama de sectores industriales, entre ellos estarían el procesamiento de alimentos, nutrición e industria de piensos, productos farmacéuticos, unidades de estimulación de petróleo y gas, etc. Los microorganismos, como las bacterias y hongos, se usan comercialmente para la producción de ácidos orgánicos.
• Biocombustible. Como bioetanol o biodiesel.
• Biopolímeros. A partir de fermentación microbiana es posible producir una amplia variedad de biopolímeros como alginato, xanthangum, curdlano, ácido hialurónico, xantano, etc.
• Colorantes. Como los carotenoides que son un grupo de pigmentos altamente insaturados de color rojo, amarillo o naranja.
• Biomasa. La producción industrial de microorganismos, denominada biomasa, para aplicaciones industriales es amplia. Por ejemplo, levaduras para panificación, producción de cerveza, etc.

Existen varios grupos de microorganismos que pueden emplear los subproductos agroalimentarios como materia prima para la obtención de compuestos biológicos de interés:

• Aspergillus sp. que produce ácidos orgánicos como ácido cítrico y láctico a partir de extracto/melaza de dátiles,
• Bacillussp. que produce enzimas como la celulasa, amilasa y proteasa cuando se emplea subproducto de naranja como medio de cultivo,
• Streptomyces produce compuestos bioactivos como bafilomicina, oxitetracilina y cefamicina a partir de subproducto de naranja y de jarabe de dátil.

Los subproductos agroalimentarios poseen propiedades nutricionales y características bioquímicas idóneas para emplearlos como materia prima en procesos de fermentación y obtener compuestos de valor añadido.

La biotransformación microbiana de estos subproductos se puede clasificar en general en fermentación en estado sólido (FS) y fermentación en estado líquido (FL). En la FS los microorganismos crecen en materiales sólidos generados a partir de subproductos agroalimentarios sin la presencia de líquido libre. En la FL se realiza el cultivo del microorganismo en un medio líquido.

Otras alternativas de valorización

Como se ha indicado anteriormente, como consecuencia del progresivo aumento de la población, existe una demanda cada vez mayor de alimentos.

Va a ser necesario optimizar los recursos naturales y buscar fuentes alternativas para la producción de piensos que no compitan con los cultivos para alimentación humana. En 2015-16, alrededor del 35 % de los cereales producidos en el mundo se utilizaron para la elaboración de piensos y muchos estudios realizados muestran que los subproductos agroalimentarios pueden sustituir total o parcialmente los cereales en la alimentación animal.

Sin embargo, estos subproductos presentan, por lo general, el problema de su alto contenido en agua. Problema que puede solventarse mediante el proceso de ensilaje. El ensilado es un forraje fermentado de alta humedad que puede emplearse para alimentar al ganado bovino, ovino y otros rumiantes.

Otra oportunidad para la valorización representa la recuperación de la energía mediante la digestión anaeróbica. La digestión anaeróbica es un proceso microbiológico en el cual la materia orgánica es degradada por microorganismos en ausencia de oxígeno. La materia de entrada se convierte en gran medida en biogás, una mezcla de CH4 y CO2, y lodo de digestión (digestato). El biogás puede ser purificado e inyectado en la red de gas natural o quemado en el sitio para la producción de electricidad y calor. Dependiendo del material de entrada y la aplicación deseada, el digestato se puede usar directamente como fertilizante orgánico o se puede convertir en compost, reciclando los nutrientes de la planta al suelo.

Además de la recuperación de energía y nutrientes, los subproductos agroalimentarios también podrían transformarse en otros compuestos de valor añadido a través de la digestión anaeróbica. En el proceso se generan ácidos grasos volátiles que mediante las estrategias desarrolladas por TECNALIA en el marco del proyecto europeo VOLATILE, pueden ser recuperados y empleados como fuente de carbono para la obtención de compuestos de alto valor añadido.

TECNALIA lleva trabajando desde hace años y colaborando con diversas empresas agroalimentarias para la valorización de sus subproductos hacia la producción de polifenoles, carotenoides, fibra, glucosinolatos, aromatizantes, biopolímeros, probióticos, bebidas fermentadas, etc., en base a las características del subproducto.

Fruto de este trabajo, y como resultado de la búsqueda de alternativas de valorización de subproductos generados en las empresas de transformación de verduras y hortalizas del Valle del Ebro, ha sido la creación, junto con TRASA (Tratamientos Subproductos Agroalimentarios SL) y empresas conserveras, de la empresa INGREDALIA para la elaboración de ingredientes funcionales naturales a partir de subproductos vegetales.

Conclusión

La implantación de la economía circular no sólo conlleva implicaciones ambientales, sino que el aprovechamiento de los subproductos puede reducir los costes de la empresa relacionados con la gestión de residuos o incluso suponer una fuente adicional de ingresos. Además, aplicar prácticas circulares contribuye a un mejor posicionamiento de las empresas respecto de sus competidores, en lo que a reputación e imagen de marca se refiere, lo que a su vez puede derivar en que la demanda de sus productos aumente y dé como resultado un incremento de sus ingresos.