Revista de Innovación y Transferencia Productiva (2021). 2(2), e005

ISSN: 2810-8027 (En línea)

https://doi.org/10.54353/ritp.v2i2.e005

Valorización biotecnológica a partir de residuos del proceso de elaboración de Sidra de manzana (Malus domestica)	Biotechnological recovery from waste from the apple cider (Malus domestica) production process
Juan Meneses-Peralta^1a*

[1] Centro de Innovación Productiva y Transferencia Tecnológica Agroindustrial Ica (CITEagroindustrial Ica), Instituto Tecnológico de la Producción (ITP), Ica, Perú

^ajmeneses@citeagroindustrial.com.pe

* Autor de correspondencia

Resumen

Se realizó una valorización biotecnológica de residuos agroindustriales del proceso de Sidra de manzana, a través de la elaboración de un Suplemento de Fibra dietética (SFD). El aprovechamiento se llevó a cabo combinando operaciones de lavado, pulpeado, macerado, prensado, deshidratado, y molienda. Se caracterizó el SFD mediante análisis fisicoquímico y funcional. Se observó que dicho suplemento posee valores de capacidad de absorción, retención e hinchamiento de 2.95; 0.07 y 0.9 mL agua/g de suplemento en polvo respectivamente; mientras que la humedad contenida fue de 4.34%, ideal para un almacenamiento prolongado. Por los resultados obtenidos, se concluyó que el uso de residuos provenientes del procesamiento de sidra, pueden ser aptas para su aplicación como insumo para bebidas tipo jugos, yogurts, panificación y otros tipos de alimentos blandos.

Palabras claves: suplemento, fibra, manzana, sidra, adsorción, retención, hinchamiento.

Abstract

A biotechnological valuation of agro-industrial waste from the apple cider process was carried out, through the elaboration of a Dietary Fiber Supplement (SFD). The use was carried out combining operations of washing, pulping, macerating, pressing, dehydrating, and grinding. DFS was characterized by physicochemical and functional analysis. It was observed that said supplement has absorption, retention and swelling capacity values of 2.95; 0.07 and 0.9 mL water / g of powdered supplement respectively; while the moisture content was 4.34%, ideal for prolonged storage. Based on the results obtained, it was concluded that the use of residues from cider processing may be suitable for application as an input for drinks such as juices, yogurts, bakery and other types of soft foods.

Keywords: Supplement, fiber, apple, cider, adsorption, retention, swelling.

Introducción

Las manzanas de variedad delicia (Malus domestica), son procesados para la elaboración de bebidas como la sidra, los cuales generan elevados volúmenes de residuos ricos en materia orgánica, especialmente en contenido lignocelulósico, carbohidratos, proteínas, ácidos orgánicos y demás compuestos (Vendruscolo et al. 2008; Ogino et al., 2007; Osada et al., 2006) con las que se puede obtener vitaminas, aromas, concentrados, fertilizantes, colorantes, enzimas, etc. (Grande 2016), considerándose así, como una materia prima apta para la extracción de fibra dietética, ya que contiene entre un 78.20 y un 89.80% de contenido total de fibra dietética (Elleuch et al., 2011) abriendo un amplio panorama de investigación e ingeniería basado en biotecnología de residuos agroindustriales y oportunidad económica para emprender. Para ello, el proyecto se basó en la obtención y caracterización de un SFD a partir de los residuos provenientes del proceso de elaboración de sidra de manzana como parte de una valoración biotecnológica en el que se evalúe propiedades funcionales como capacidad de retención de agua (CRA), capacidad de adsorción de agua (CAA) y capacidad de hinchamiento (CDH), debido a que dichas propiedades son las responsables de las características que tendrá el producto final, siendo influenciadas por los tratamientos térmicos al que son sometidos, tamaño de partícula y la composición de la harina (Aguirre-Castillo et al., 2018)

Material y métodos

Materia prima

El desarrollo del producto se realizó durante el periodo de agosto-septiembre de 2020, en el Laboratorio de Desarrollo de Productos del Centro de Innovación Tecnológica Agroindustrial – Ica. Se utilizaron 62 Kg de orujo de manzana (Malus doméstica) variedad Delicia, provenientes del valle de Mala, provincia de Cañete, departamento de Lima, los cuales fueron proporcionados por la empresa Calango S.A.C., como residuo de su proceso de elaboración de Sidra realizado en la Planta Piloto del CITEagroindustrial Ica.

Preparación y procesamiento de las muestras

Las manzanas fueron recepcionadas en buen estado fisiológico sin presencia aparente de enfermedades, los cuales se acondicionaron con el fin de caracterizar parámetros fisicoquímicos y organolépticos. Se lavó y desinfectó en tinas de acero con agua potable y a una solución de 100 ppm de hipoclorito de sodio. Una vez limpia la materia prima, las manzanas se pulpearon utilizando una despalilladora (Zambelli EMMEN 120, Italia), asimismo, se adicionaron 10g/hL de antioxidante Gallovit®-C para ralentizar el pardeamiento enzimático de la pulpa. Luego la pulpa fue macerada por 24 horas a temperatura ambiente (>24°C) con 4g/hL de enzima Endozym® Cultivar para mejor liberación de compuestos aromáticos y escurrido de jugos. Transcurrido ese tiempo, se prensó en una prensa neumática (Enoveneta PPC 18, Italia) para extracción y separación del jugo con los residuos (cáscara y pulpa). Los residuos (orujo) fueron almacenados a una temperatura de -4°C por 7 días sin exposición a luz y posteriormente, se descongeló a temperatura ambiente por 24 horas. Con el orujo descongelado, se procedió a colocar una capa de 2 a 3 cm de grosor de manera manual a lo largo de cada bandeja de acero inoxidable y se introdujeron a la cabina de deshidratación por convección forzada (VULCANO O3S, Perú), a una configuración de temperaturas y tiempos de 45°C y 52 horas respectivamente. Con ayuda de una espátula de acero inoxidable, se retiró el producto de las bandejas y se colocaron en baldes de plásticos higienizados. El orujo deshidratado se molió utilizando un molino de martillos (VULCANO MV 15-45 I/C, Perú) y se tamizó con un tamiz de 400 µm, para posteriormente ser envasados y sellados en bolsas de polipropileno de 1 Kg.

Determinación de propiedades funcionales

La capacidad de retención de agua (CRA) y capacidad de hinchamiento (CDH) del tratamiento realizado, fueron determinadas siguiendo el procedimiento descrito por Robertson et al. (2000), mientras que, para la determinación de la capacidad de adsorción de agua (CAA), se empleó el método propuesto por Beuchat (1977).

Análisis fisicoquímicos

El parámetro de acidez, fue determinado por el método de Titulación, el pH, por el método de Potenciómetro, el % de humedad fue determinado a través de un dispositivo analizador de humedad marca SARTORIUS, modelo MA45C, y el % de cenizas, por el método AOAC 923.03 (2012).

Resultados y Discusiones

Análisis de materia prima

La Figura 1 muestra el estado del orujo de manzana fresco. Las características fisicoquímicas y calidad organoléptica del orujo de manzana se presentan en la Tabla 1.

Figura 1

Orujo de manzana fresco

Tabla 1

Caracterización físico organoléptico de orujo de manzana

Parámetros	Valoración
Fisicoquímico
pH	4.09
*°Brix*	15.6 ± 0.11
*Temperatura*	8°C
*Calidad organoléptica*
*Color*	Similar al característico
*Olor y sabor*	Olor característico y sabor ácido-dulce
*Textura*	Blanda
*Apariencia general*	Moderadamente oxidada
*Escala de maduración*	4

Proceso general

En la Figura 2, se aprecia el proceso productivo del Suplemento de Fibra dietética, el cual tuvo las siguientes condiciones durante el proceso de secado:

Figura 2

Condiciones del secado convectivo

El orujo inició el proceso con 62 Kg., a una temperatura promedio de 12.2°C, con el que se obtuvo 16.5 Kg de orujo deshidratado a una temperatura constante de 45°C. A partir de las 18 horas del proceso, las muestras de orujo mostraron un rápido descenso en peso, debido a que las muestras de orujo, alcanzaron una temperatura aproximada de 40°C., hasta las 48 horas en donde alcanzaron un equilibrio térmico con el medio.

Figura 3

Envasado del SFD (Orujo de manzana en polvo)

En términos de rendimiento, se explica en la Tabla 2 los resultados del balance de materia general del proceso de desarrollo realizado.

Tabla 2

Resumen general del balance de masa del proceso

OPERACIONES	INGRESA			SALE			SIGUE		% YIELD
OPERACIONES	M.P.	M.P. (Kg)	M.P. (L.)	M.P. (Kg.)	M.P. (L.)	M.P. (Kg.)		M.P. (L.)	% Perdido	% Ganado	Producto
Recepción	62	-	-	-	-	62		-	-	-	100.0%
Congelado	62	-	-	0.5	-	61.5		-	0.80	-	99.2%
Deshidratación	61.5	-	-	45.1	-	16.4		-	72.7	-	26.5%
Pulverización	16.4	-	-	1.9	-	14.5		-	3.06	-	23.4%
Envasado-Sellado	14.5	-	-	-	-	14.5		-	3.06	-	23.4%
Control de calidad	14.5	-	-	1	-	13.5		-	1.61	-	21.79%
Almacenado	13.5	-	-	-	-	-		-	-	-	21.79%
TOTAL	13.5										21.8%

De acuerdo a la Tabla 2, de 62 kilos de materia prima (orujo de manzana), se obtuvo 13.5 kilos de producto terminado (SFD); es decir, se obtuvo un 21.8% en términos de rendimiento, siendo en la etapa de deshidratación donde se produce la mayor pérdida en peso, producto de la evaporación del contenido de agua en la materia prima.

Figura 4

Bebida sidra de manzana y Suplemento en polvo elaborado a partir de sus residuos de proceso

Propiedades funcionales del SFD

Las capacidades de retención de agua, de adsorción de agua e hinchamiento del SFD de orujo de manzana, se muestran en la tabla 3; donde se puede apreciar, además, los resultados de la caracterización fisicoquímica:

Tabla 3

Características fisicoquímicas y funcionales del SFD

Parámetro	Unidades	Resultados	Método de ensayo
Fisicoquímicos
Acidez	%	0.93	Titulación
pH	Und pH	3.41	Potenciometría
Humedad	%	4.34	Analizador
Cenizas	%	0.37	AOAC 923.03 (2012)
Propiedades funcionales
Cap. de retención de agua	%	0.07	Robertson et al., 2000
Cap. de adsorción de agua	mL/g	2.95	Beuchat, 1977
Cap. de hinchamiento	mL/g	0.9	Robertson et al., 2000

El SFD mostró un contenido de humedad de 4.34%, que es aproximadamente 60% menor que el valor reportado (10.80±0.03%) por Sudha, Baskaran y Leelavathi (2006) en su estudio sin embargo, Rana et al. (2015), sugieren que los SFD contengan una humedad menor al 10%, lo que permitiría contar con una mayor vida útil, facilidad en el envasado, manipulación y transporte del material. Respecto a porcentaje de cenizas (0.37%), se encuentra por debajo del rango sugerido por Antonic et al. (2020) y otros autores, quienes sugieren una composición aproximada de 0.5 hasta 4.29 g/100g

La CRA del SFD del presente estudio, alcanzó un valor de 0.07 g agua/g, 97% menor al valor reportado por Negi y Vaidya (2019), quienes en su investigación reportaron una CRA de 3.39±0.01 g/g. Esta diferencia podría atribuirse a la calidad del orujo, variedad de la manzana y parámetros durante el secado y tamaño de partícula. Asimismo, Rupasinghe et al. (2008); Reis et al. (2014); Negi y Vaidya (2019), sugieren el uso del SFD en sustitución parcial de hasta 32% de harina de trigo, debido a que esta permite un aumento de contenido fenólico, actividad antioxidante, mayor contenido de fibra dietética y mayor CRA.

En la Tabla 4 se muestra una comparación con otras fuentes de fibra dietética para evaluar el presente estudio:

Tabla 4

Comparativo de propiedades funcionales con otras fuentes de fibra

Fuente de fibra	Cap. absorción de agua (g agua/g)	Cap. retención de agua (g agua/g)	Cap. Hinchamiento (mL/g)	Referencia
Cáscara manzana	2.95	0.07	0.9	Presente desarrollo
Residuo Coco	5.56	-	17	Raghavendra et al, 2006
Zanahoria	12.5	-	18	Chau et al., 2007
Residuo Piña	2.06	13.2	12	Mayorga, 2013
Cáscara Naranja	3.5-3.6	8.7-9.6	-	De Moraes et al., 2013
Manzana	1.45	1.78	6.89	Figuerola et al., 2005
Trigo	-	3.05	4.65	Zhu et al., 2010

De acuerdo a lo mostrado en la tabla 4, los valores reportados por diversos autores reflejan diferencias significativas debido al rango de partícula caracterizado y el método de análisis empleado. Sin embargo, en términos generales, el SFD desarrollado en el presente trabajo, presenta una posible ventaja competitiva debido a su alta capacidad de absorción de agua, considerando que su efecto según lo reportado por Ayala et al. 2011, potencia la digestión y también, prolonga la frescura de productos horneados (Zacharof, 2017).

Conclusiones

El SFD (orujo de manzana en polvo), como subproducto generado principalmente en la industria de jugos y sidras de manzana, tiene un gran potencial para su revalorización gracias a sus propiedades funcionales, que como cualquier otra fuente de fibra, aumenta la capacidad de absorción de agua en harinas.

Respecto al rendimiento, de 62 Kg de orujo fresco con 12.2°C, se obtuvo 16.5 Kg. de orujo deshidratado a 45°C, es decir, un 22%, siendo en la etapa de deshidratación donde se produce la mayor pérdida en peso. La fibra dietética presentó un valor elevado de adsorción de agua (2.95 mL/g), superior al de fibra dietética de piña (2.06 g/aceite/g fibra b.s.) y otros residuos de frutas y trigo, por lo que se considera que el SFD de manzana posee ventajas competitivas identificables, siendo su revalorización, una excelente alternativa para el empresariado que quiera optimizar sus recursos y maximizar sus ganancias, altamente cotizado en el mercado del segmento naturista, deportista, entre otros.

Agradecimientos e información de financiamiento

A la empresa CALANGO S.A.C., por facilitarnos el orujo de manzana y al CITEagroindustrial Ica, por proporcionar las instalaciones y equipos para la ejecución del presente trabajo.

Contribución de autoría

Meneses-Peralta, Juan Enrique, líder y ejecutor del proyecto D105-Suplemento Fibra-2020 que converge con el presente artículo, contribuyendo en la recopilación de información, diseño de la investigación, redacción, interpretación de resultados y revisión del manuscrito.

Conflictos de interés

El autor declara que no existe conflicto de intereses.

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