Development of extraction methods to obtain high added-value products from industrial processing wastes of

Abstract

The artichoke is a very much appreciated product due to its beneficial properties, being considered one of the greatest sources of antioxidant activity – inhibiting the action of free radicals and the peroxidation of lipids. It is mainly consumed as preserve – around the 66% of the Spanish production is intended to canning factories – likely due to the temporary feature of this product. On top of this, this vegetable is widely distributed worldwide and it grows throughout almost the whole year round. Nevertheless, more than 60% of the total volume of the fruit dried matter is discarded in the processing industry – canning industries mainly – since only the heart is used to process the final product; leaves and stems are discarded. This enormous amount of by-products generated also presents a problem in its treatment which lead to loss at the business – economical loss – and at the environmental level, particularly to the resulting waters from the scalding of artichokes to prepare preserves, which means an alternative for their utilization. The bioactive compounds to extract in which we will focus our study are polyphenol like antioxidants; mainly three flavonoids; luteolin, apigenin and cynarin – the latter characteristic of artichoke – and chlorogenic acid; a caffeoylquinic acid, not-flavonoid, which is the most abundant and the one with the highest antioxidant capacity described to date.The properties which confer these antioxidants when they are supplied to the organism, are varied and extremely benefitial. The first and main one is of course, its antioxidant capacity; they inhibit or slow down the action and/or formation of free radicals, they are also powerful hepatho-protectors and regulators of biliary secretion and they have a hypocholesterolemic activity. On top of that, they also have an anti-inflammatory, antihypertensive, anticancerigenous and diuretic activities. Their applications will be therefore in the food, nutraceutical, medical and pharmaceutical and cosmetic industries. The objectives are: - To establish a protocol to extract phenolic compounds from agro-industrial by-products of artichoke. - To characterize, stabilize and obtaining these antioxidant extracts for their future application in encapsulating structures from by-products of marine origin; collagen, chitosan – obtained in the previous work plan. The work plan has been divided in 6 main tasks, which will be developed in parallel and in an interdependent fashion; 1. Bibliographical review; first step, which will be carried out throughout the whole development of the programme. 2. Obtaining the raw matter; proximal analysis (%H, %P, %L, %HC, %F,) and its conditioning (freeze-drying, grinding). 3. Studies on the extraction of phenolic compounds by using hydro-alcoholic solutions (selection of optimal parametres; concentration of ethanol-water; solid-liquid ratio, pH, temperature and times of reaction) from the raw matter. 4. Characterisation of obtained products (HPLC). 5. Determination of antioxidant capacity through ORAC and TFC methods. 6. Stabilization of obtained products.

La alcachofa - Cynara scolymus - es un vegetal muy apreciado por sus propiedades beneficiosas para la salud, siendo considerado una de las mayores fuentes de actividad antioxidante - inhibiendo la acción de radicales libres y la peroxidación de lípidos - que es mayormente consumido en forma de conserva – alrededor del 66% de la producción en España se destina a industrias conserveras – probablemente debido a la rápida caducidad del producto en forma fresca.Además, este vegetal se encuentra ampliamente distribuido a nivel mundial, y se produce durante la práctica totalidad del año. Sin embargo, más del 60% del volumen total de la masa seca del fruto es descartada en las industrias transformadoras ya que utilizan únicamente el fondo (corazón) de la alcachofa para su procesamiento como producto final; hojas y tallos, son descartados y desechados. Esta enorme cantidad de generación de residuos presenta además una problemática en su tratamiento, que conllevan perjuicios a nivel empresarial – pérdida económica – y medioambiental, especialmente las aguas resultantes del escaldamiento de las alcachofas para preparar las conservas, lo que supone una alternativa para su aprovechamiento. Los compuestos bioactivos a extraer el en los que centraremos el estudio son antioxidantes de tipo polifenólicos; principalmente tres flavonoides; luteolina, apinegina y cinarina - ésta última propia de la alcachofa - y ácido clorogénico; un ácido cafeoilquínico, no flavonoide, que es el más abundante y de mayor capacidad antioxidantes descrito hasta la fecha. Las propiedades que confieren estos antioxidantes cuando son suministrados al organismo, son variadas y muy beneficiosas. La primera a mencionar es por supuesto, su capacidad antioxidante; inhiben o retrasan la formación o acción de radicales libres, son también potentes hepatoprotectores y reguladores de la secreción biliar y tiene acción hipocolesterolémica. Asimismo, presentan actividad antiinflamatoria, antihipertensiva, anticancerígena y diurética. Sus aplicaciones por tanto, se darían en las industrias alimentaria, nutracéutica, médico-farmacéutica y cosmética. Los objetivos para este año 2015-2016 son: - Establecer un protocolo de extracción de compuestos fenólicos a partir de residuos industriales de alcachofa. - Caracterización, estabilización y obtención de estos extractos antioxidantes para su futura aplicación en estructuras encapsulantes a partir de sub-productos de origen marino; colágeno, quitosano – obtenidos en el previo trabajo experimental. El plan de trabajo ha sido dividido en 6 tareas principales que se realizarán paralelamente y de forma interdependiente; 1. Revisión y estudio bibliográfico; primer paso, que seguirá durante toda la ejecución del programa. 2. Obtención materia prima; análisis proximal (%H, %P, %L, %HC, %F,) y acondicionamiento (molienda, liofilización) 3. Estudio de extracción hidro-alcohólica de polifenoles (selección parámetros óptimos; proporción EtOH-H2O; relación sólido-líquido, pH, temperatura, tiempos de reacción) a partir de la materia prima. 4. Caracterización de producto obtenido (HPLC). 5. Determinación capacidad antioxidante por métodos ORAC y CFT. 6. Producción de extractos antioxidantes estabilizados.

A alcachofa - Cynara scolymus - é un vexetal moi apreciado polas súas propiedades beneficiosas para a saúde, sendo considerado unha das maiores fontes de actividad antioxidante - inhibindo a acción de radicais libres e a peroxidación de lípidos - que é maiormente consumido en forma de conserva – alrededor do 66% da producción en España destínase a industrias conserveiras– probablemente debido á rápida caducidade do producto en forma fresca. Ademáis, este vexetalatópase ampliamente distribuido a nivel mundial, e prodúcese durante a práctica totalidade do ano.Sen embargo, máis do 60% do volume total da masa seca do froito é descartada nas industrias transformadoras xa que utilizan únicamente o fondo (corazón) da alcachofa para oseuprocesamento como producto final; follas e tallos son descartados e desechados. Esta enorme cantidade de xeneración de residuos presenta ademáis unha problemática no seutratamento, que conlevan perxuicios a nivel empresarial – pérdida económica – e medioambiental, especialmenteas augas resultantes do escaldamento das alcachofas para prepara-las conservas, o que supón unha alternativa para oseuaproveitamento. Os compuestos bioactivos a extraer nos que centraremos o noso estudio son antioxidantes de tipo polifenólicos; principalmente tres flavonoides; luteolina, apinegina e cinarina - ésta última propia da alcachofa - e ácido cloroxénico; un ácido cafeoilquínico, no flavonoide, que é o máis abundante e de maior capacidade antioxidante descrito hasta hoxe. As propiedades que confiren estos antioxidantes cando son suministrados ó organismo, son variadas e moi beneficiosas. Aprimeira a mencionar é por suposto, a súa capacidade antioxidante; inhiben ou retrasan a formación ou acción de radicais libres, son también potentes hepatoprotectorese reguladores da secreción biliar e teñen acción hipocolesterolémica. Asemesmo, presentan actividades antiinflamatoria, antihipertensiva, anticancerígena e diurética. As súas aplicaciones por tanto, se darían nas industrias alimentaria, nutracéutica, médico-farmacéutica e cosmética. Os obxetivos para este ano 2015-2016 son: - Establecer un protocolo de extracción de compostos fenólicos a partir de residuos industriais da alcachofa. - Caracterización, estabilización e obtención destes extractos antioxidantes para a súa futura aplicación en estructuras encapsulantes a partir de sub-productos de orixe mariño; coláxeno, quitosano –obtidosno previo traballo experimental. O plan de traballofoi dividido en 6 tareas principais que se realizarán paralelamente e de forma interdependente; 1. Revisión e estudio bibliográfico; primeiro paso, que seguirá durante toda a execución do programa. 2. Obtención da materia prima; análisis proximal (%H, %P, %L, %HC, %F,) e acondicionamento (molienda, liofilización). 3. Estudio de extracción hidro-alcohólica de polifenois (selección dos parámetros óptimos; proporción EtOH-H2O; relación sólido-líquido, pH, temperatura, tempos de reacción) a partir da materia prima. 4. Caracterización do producto obtido (HPLC). 5. Determinación da capacidad antioxidante por métodos ORAC e CFT. 6. Producción de extratos antioxidantes estabilizados