Valorización de subproductos en la industria hortofrutícola, materia prima para nuevos procesos productivos

Hasta hace unas décadas, la materia orgánica residual era utilizada en nuestra sociedad como fuente de energía, en el caso de origen forestal, o como enmiendas orgánicas para el suelo, o simplemente era enterrada. 

La situación está cambiando. Por una parte, el avance del conocimiento científico está permitiendo el desarrollo de nuevas tecnologías que posibilitan mejorar la eficiencia en la utilización de esta materia prima. 

Por otra, la regulación vigente de los residuos, tanto a nivel comunitario como nacional, recomienda avanzar en la aplicación de planes de gestión de residuos y programas de prevención, que deberán seguir la siguiente jerarquía, por orden de importancia: prevención, reutilización, reciclaje, valorización y eliminación de residuos (Directiva 2018/851 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 30 de mayo de 2018, sobre los residuos y por la que se derogan determinadas Directivas y Ley 7/2022 de 8 abril de residuos y suelos contaminados para una economía circular).

Además, en el proceso de valorización se recomienda utilizar tecnologías que permitan aplicar un sistema en cascada para la obtención de un mayor número de productos de alto valor añadido. 

Todo ello abre la puerta a su utilización eficiente y, a la par, a generar, además, un amplio abanico de productos diferentes que pueden llegar a los mercados, sustentando una actividad económica productiva.

La cadena agroalimentaria es, en ocasiones, poco eficiente, al generar restos de cosechas y una amplia gama de subproductos procedentes de la transformación y de la comercialización de alimentos. Lo mismo sucede en los procesos de aprovechamiento de los recursos forestales. 

Todos ellos son biomasa, como lo es una buena parte de los residuos que produce la propia actividad humana, destacando la fracción biodegradable de residuos industriales y municipales o residuos sólidos urbanos (glicerol del biodiesel, colágeno de curtiduría, etc.) y otros residuos derivados de la actividad urbana como los residuos de depuradora y los derivados de la cría de animales para consumo. 

El subproducto (no ‘residuo’) agroalimentario, son los generados en cualquier punto de la cadena de suministro de alimentos. Esta, comprende las etapas de producción, postcosecha, procesamiento industrial, distribución, procesamiento doméstico y consumo de los mismos.

El volumen total de todos estos restos orgánicos y otras biomasas ha sido cuantificado, para el conjunto de nuestro país, en el Plan de Energías Renovables 2011-2020 y en el proyecto PROBIOGAS (Desarrollo de sistemas sostenibles de producción y uso de biogás agroindustrial en España, www.probiogas.es, 2010). 

Se estima en 159 millones de t/año la biomasa producida, incluyendo la derivada de los cultivos agrícolas, la actividad forestal, la industria alimentaria o la industria de la madera, del papel y del textil, los residuos animales y la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos.

La valorización de subproductos consiste en la transformación del mismo para poderle dar otro uso cumpliendo una nueva función o constituyendo materiales para usarlo en otros procesos industriales 

Con esta valorización se disminuye su acumulación, reduciendo el impacto medioambiental.

La economía circular se presenta como una vía fundamental para reducir el impacto de la acumulación de residuos, es una pieza clave para la reducción de los residuos agroalimentarios. 

La reintroducción de los mismos supondría una reducción del consumo de energías no renovables y reducción de la cantidad de agua utilizada en la producción industrial y su contaminación, resultando todo ello una acción muy respetuosa con el medio ambiente.

Los principales beneficios que puede aportar la valorización de los residuos agroalimentarios son:

• Reinserción de los residuos como principios bioactivos de alto valor añadido. Los residuos agroalimentarios poseen, de forma natural, en su composición biocompuestos como proteínas, oligosacáridos, fosfolípidos, etc. que pueden dar lugar a formulaciones con propiedades muy interesantes en el sector nutricionista, cosmética o de la industria química.
• Nuevas aplicaciones de los subproductos. Además de poseer principios bioactivos muy importantes, muchos de los subproductos agroalimentarios poseen materiales estructurales que hacen de ellos valiosos materiales de construcción en el sector industrial.
• Ahorro de costes en el tratamiento como residuos. Se produce en ahorro en costes al no tener que procesar los residuos agroalimentarios a vertedero, sino que se obtiene un beneficio al ser vendidos a otra empresa como materia prima.

1.1.- ¿Cómo valorizar un subproducto agroalimentario?

La valorización de los subproductos agroalimentarios depende principalmente de las características propias de cada subproducto, por lo tanto, las estrategias de valorización variaran dependiendo de las condiciones en las que se encuentre cada subproducto. Hay que tener considerar:

• Pretratamiento del subproducto. La disponibilidad del subproducto es crucial para definir una estrategia de valorización. En algunos casos, es preciso un pretratamiento del material donde intervienen procesos de separación, clasificación o adecuación del tamaño.
• Volumen del subproducto. En algunos casos, es necesario recolectar un gran tamaño de residuo para que la valorización del mismo sea rentable y eficaz. 
• Variabilidad en el tiempo. En la misma línea del volumen del residuo, es importante tener en cuenta el tiempo de residencia del residuo y las condiciones en las que se almacena. En algunos casos, almacenamientos de larga duración puede dar lugar a la degradación del mismo.

1.2.- Transformación y valorización subproductos hortofrutícolas

La agricultura puede contribuir al desarrollo de un nuevo modelo económico basado en un uso más sostenible y eficiente de los recursos. 

Un ejemplo es el sector hortofrutícola, como el que se desarrolla en los invernaderos del Sureste Español. Este sector tiene ante sí el reto de aprovechar las oportunidades que van a venir acompañadas del desarrollo de una bioeconomía baja en carbono. 

Según la Consejería de Agricultura, Ganadería, Pesca y Desarrollo Rural de la Junta de Andalucía (2021), hay unas 36.986 hectáreas de invernaderos dedicadas a la producción de hortalizas, planta ornamental y flor cortada, en Andalucía, de las que 32.827 ha se encuentran en la provincia de Almería. 

El problema de los restos vegetales y de frutos en el sector hortícola es que su producción está muy concentrada en el tiempo y por otro lado su composición no siempre facilita la gestión como residuo, debido al elevado contenido en humedad, restos de rafias y alambres, etc. 

Esta estacionalidad y heterogeneidad hace que estos residuos sean difíciles de gestionar. En Andalucía ya se cuenta con ocho plantas de tratamiento, además de una red de transportistas autorizados (Estrategia de gestión de residuos de Andalucía). 

Los restos vegetales generados en la explotación pueden reutilizarse de varias formas, una manera es de modo directo, sin sufrir ningún tipo de tratamiento, o un simple triturado, incorporándose directamente al suelo, como un abono en verde (esto puede suponer ciertas limitaciones en el caso de cultivos en enarenado) y también como alimentación al ganado.

Los restos vegetales también se pueden aprovechar de modo indirecto, en los que hay transformación de la materia; físicas, la combustión para obtener energía, químicas, para la fabricación de pasta de papel y biológicas, para la obtención de biogás, compost, proteínas o compuestos microbianos.

Debido a la escasez y pobreza de materia orgánica en los suelos de la zona, el aprovechamiento de los restos mediante compostaje o abonado en verde puede ser de gran interés para mejorar la calidad de los suelos. 

El compostaje de los residuos orgánicos generados por las explotaciones agrícolas permite el reciclado y aprovechamiento de los mismos, reduciendo su volumen y puede utilizarse con fines agrícolas, recuperándose y aprovechándose así la materia orgánica y los nutrientes contenidos en dichos residuos (Imagen 1). 

El compostaje se define como un proceso biooxidativo controlado, que se desarrolla sobre sustratos orgánicos heterogéneos en estado sólido por la acción de los microorganismos. Implica el paso a través de una etapa termofílica y una producción temporal de fitotoxinas, generándose como resultado de la biodegradación dióxido de carbono, agua, minerales y un producto final, llamado compost, con una materia orgánica estabilizada, libre de compuestos fitotóxicos y patógenos y con ciertas características húmicas (Zucconi y De Bertoldi, 1987). 

Imagen 1. El compostaje de los residuos orgánicos generados por las explotaciones agrícolas permite el reciclado y aprovechamiento de los mismos. Los lixiviados de compostaje tienen propiedades nutricionales y bioestimulantes.

Los objetivos principales del compostaje son: la estabilización de la materia orgánica y la higienización para la eliminación de patógenos y de malas hierbas de los materiales a compostar, de modo que el uso agrícola del producto final obtenido no comporte efectos negativos 

Las empresas transformadoras y comercializadoras de hortalizas y verduras son generadoras de determinados subproductos hortofrutícolas. 

Algunos de estos subproductos pueden convertirse en primer lugar para la generación de ingredientes alimentarios u otros productos de valor añadido. 

Los subproductos no aptos para estos usos o incluso los residuos generados en estos procesos pueden ser empleados para la producción de piensos, energía o fertilizantes, cerrando con ello el ciclo.

Imagen 2. Aprovechamiento de los frutos no comerciales.

1.2.1.- Extracción de compuestos de alto valor añadido 

Los subproductos de la industria de transformados de frutas y verduras son una gran fuente de compuestos activos de interés tales como fibra, proteína, polifenoles, fitoesteroles, etc., con diversas propiedades como antimicrobiana, antibacteriana, antifúngica, antitumoral, antiinflamatoria, antiobesidad, anticolesterol, insecticida, antioxidante, entre otras. 

Mediante la adecuada aplicación de tecnologías de extracción es posible recuperar estos compuestos para su aplicación como materia prima para el desarrollo de nuevos alimentos, complementos alimenticios, cosméticos, etc. 

Un primer aspecto por considerar es la estacionalidad de la producción, el modo del proceso de transformación en el que se ha generado el subproducto, etc. Todo ello puede modificar las características del extracto que se obtenga y sus propiedades bioactivas. 

Además, también hay que considerar el almacenamiento del subproducto generado y su preparación como materia prima del proceso extractivo puede también alterar las propiedades de los compuestos activos que se recuperen. 

Así pues, una primera etapa del proceso de extracción es la estabilización de los subproductos para asegurar el mantenimiento de los compuestos de interés. 

En este sentido, existen diferentes técnicas de conservación entre las que cabe citar las tecnologías de deshidratación (secado por aire caliente, deshidratación osmótica, microondas, atomización, etc.) y congelación. 

Actualmente existe una amplia gama de tecnologías de extracción aplicadas a la recuperación de compuestos activos a partir de subproductos hortofrutícolas y plantas en general.

1.2.2.- Biotransformación

Los subproductos vegetales mediante fermentaciones se puede obtener compuestos de alto valor. La biotecnología industrial permite a las industrias desarrollar productos novedosos, reemplazando procesos químicos por métodos biotecnológicos más eficientes en recursos. 

La biotransformación es el proceso por el que una sustancia se convierte en otra a través de una reacción bioquímica o un conjunto de ellas 

Una de ellas es la fermentación, basados en la acción de microorganismos como agentes transformadores dentro de sistemas productivos a nivel industrial, orientados a la obtención de enzimas, aditivos, proteínas, y otros productos de diversos usos como alimenticio y farmacéutico.

1.2.3.- Microorganismos 

Se conocen varios grupos de microorganismos que pueden emplear como medio de cultivo subproductos hortofrutícolas para la producción de compuestos biológicos de interés. 

Entre ellos está el Aspergillus sp. que produce ácidos orgánicos como ácido cítrico y láctico a partir de extracto/melaza de dátiles, y Bacillus sp. que produce enzimas como la celulasa, amilasa y proteasa cuando se emplea subproducto de naranja como medio de cultivo. 

1.2.4.- Productos de valor añadido que se pueden obtener

• Las enzimas: catalizadores biológicos responsables de diversos procesos metabólicos. Por ejemplo, las amilasas y las pectinasas se usan en la industria alimentaria, las celulasas se usan en la industria de biocombustibles y la tanasa se usa para reducir la concentración de ácido tánico en el efluente de la curtiduría. 
• Los ácidos orgánicos están registrados como la tercera categoría más grande dentro de los productos biológicos de interés. Los ácidos orgánicos se emplean en 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. 
• Biocombustible. Hay subproductos vegetales como las crucíferas son bio-convertibles en biocombustibles y otros productos valiosos. 
• Biopolimeros. Los biopolímeros son macromoléculas presentes en los seres vivos. A partir de fermentación microbiana es posible producir una amplia variedad de biopolímeros como alginato, xanthan gum, curdlano, ácido hialurónico, xantano, etc. 
• Colorantes. Los carotenoides son un grupo de pigmentos altamente insaturados de color rojo, amarillo o naranja que se encuentran en alimentos, tales como zanahorias, patata dulce y vegetales de hojas verdes. 

Agradecimientos

Proyecto Hort-Obser-Tic, Observatorio Andaluz de Bioeconomía en la industria agroalimentaria,  proyecto financiado por la Consejería de Agricultura, Ganadería, Pesca y Desarrollo Sostenible a través del Programa de Ayudas a Grupos Operativos de la Asociación Europea de Innovación (AEI) en materia de productividad y sostenibilidad agrícolas, con Fondos Europeos Agrícola de Desarrollo Rural.

Referencias

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