ES2956661A1 - Procedimiento para la extraccion de mezclas de carotenos a partir de residuos agroalimentarios - Google Patents

Procedimiento para la extraccion de mezclas de carotenos a partir de residuos agroalimentarios Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la extracción de mezclas de carotenos a partir de residuos agroalimentarios. La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción y enriquecimiento de mezcla de carotenos procedentes de residuos agroalimentarios, basado en el uso de biodisolventes supramoleculares (bioSUPRAS), y al uso de las mezclas de carotenos así obtenida como aditivo alimentario.

Description

DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO PARA LA EXTRACCIÓN DE MEZCLAS DE CAROTENOS A PARTIR DE RESIDUOS AGROALIMENTARIOS
Sector de la técnica
La presente invención se sitúa dentro del sector de la química de productos naturales y se basa en el aprovechamiento de subproductos agroalimentarios, preferentemente procedentes del proceso de transformación de la zanahoria, con el objetivo de desarrollar un nuevo procedimiento para la obtención de mezclas de carotenos y su utilización como aditivo alimentario.
Estado de la técnica
El p-caroteno (C40H56) es un carotenoide liposoluble, localizado en los cloroplastos de numerosas especies vegetales, que exhibe gran actividad antioxidante. Varios estudios han demostrado que el p-caroteno es un precursor de la provitamina A, protege las células contra los radicales libres, ayuda a disminuir el riesgo de padecer cáncer y enfermedades cardiovasculares y fortalece el sistema inmunológico.
La Unión Europea autoriza el p-caroteno como aditivo alimentario en dos tipos de formulaciones; mezcla de carotenos (E-160a (i)) y p-caroteno puro (E-160a (ii)). El primer tipo de formulación se obtiene mediante extracción con disolvente orgánico (acetona, metanol o hexano) a partir de fuentes naturales, incluyendo los frutos del aceite de palma (Elaies guineensis), la zanahoria (Daucus carota) y el alga Dunaliella salina. Además de p-caroteno como componente principal, estas formulaciones pueden contener otros carotenoides (ej. a- y Y-carotenos, luteína, licopeno, etc.) cuya proporción varía según la fuente natural utilizada. Asimismo pueden contener otros ingredientes naturales como aceites, grasas, etc. De acuerdo a la directiva europea 2008/128/EC, estas formulaciones deben contener una concentración de carotenos no inferior al 5% y 20% para productos obtenidos a partir de plantas (aceite de palma y zanahoria) y algas (Dunaliella salina), respectivamente. Asimismo, la concentración de disolvente residual total en las formulaciones no debe ser superior a 50 mg/kg. Por otro lado, las formulaciones que contienen p-caroteno puro (E-160a (ii)) se obtienen mediante síntesis química o fermentación con el microorganismo Blakeslea trispora [EFSA Journal2012; 10(3):2593].
Además de como aditivo alimentario, el p-caroteno se utiliza en la industria farmacéutica como colorante de comprimidos y en la industria cosmética como ingrediente bioactivo de cremas que protege las lesiones cutáneas frente a la oxidación y exposición a la radiación ultravioleta.
En 2020 el mercado global de p-caroteno alcanzó los 450 millones de euros y se estima una tasa anual de crecimiento del 6% entre 2021 y 2027. Por lo tanto, se prevé que el mercado global de este carotenoide alcance la cifra de 670 millones de euros a finales de 2027. Actualmente, la mayor parte del p-caroteno producido a nivel mundial proviene de la síntesis química y solo un 2% se obtiene a través de fuentes naturales, a pesar de que la demanda de p-caroteno natural es creciente. Así, se estima que mercado global para este carotenoide obtenido a partir de fuentes naturales será de alrededor de 35 millones de euros en 2027.
La zanahoria, aprobado como fuente natural de p-caroteno por la UE, es una de las hortalizas más consumidas del mundo, con una producción anual mundial de 43 millones de toneladas. Durante el procesado de la zanahoria se pierde alrededor del 11% de la masa inicial, principalmente en forma de piel, tubérculos y pulpa adherida, además de las piezas que no cumplen con los estándares de calidad de la empresa, que se descartan [The Journal of Supercritical Fluids, 2018, 133, 94-102]. En la actualidad, los residuos que provienen de la industria agroalimentaria se utilizan en la fabricación de piensos, compost, producción de biocombustible o, directamente, se eliminan.
Se estima que la piel de zanahoria contiene aproximadamente 205 ^g/g de carotenoides, distribuidos entre p-caroteno (60-65%), a-caroteno (30-35%), licopeno (2-4%) y luteína (1-1.5%) [Journal of Supercritical Fluids, 2018, 133, 94-102]. En España se producen 420000 toneladas de zanahoria al año, generándose alrededor de 46000 toneladas de residuos (incluida la piel), que contienen unos 9430 kg de carotenoides. En consecuencia, los residuos procedentes de la transformación de zanahoria constituyen una fuente renovable y sostenible que puede resolver la escasez de p-caroteno natural. Sin embargo, los costes asociados a los procesos de extracción y purificación son elevados, por lo que su producción es escasamente rentable desde un punto de vista económico.
Los métodos conocidos para la extracción de carotenoides a partir de los residuos de transformación de la zanahoria constan de las siguientes etapas: (a) secado de la muestra; (b) ruptura de la pared celular; (c) extracción de los carotenoides; y (d) enriquecimiento del extracto [Food Chemistry, 2018, 240, 90-103].
El alto contenido en agua de la piel de zanahoria (91%) se considera desfavorable para la extracción eficiente de carotenoides debido a su naturaleza hidrófoba. Sin embargo, los métodos de deshidratación comunes basados en el uso del calor (horno y microondas) provocan degradación térmica y la isomerización de los carotenoides. Por lo tanto, para protegerlo de la degradación térmica, los residuos de zanahoria se deshidratan mediante liofilización.
Los carotenoides se encuentran en los cromoplastos celulares, por ello, la rotura efectiva de las células que los protegen es requisito indispensable para la extracción eficiente de los mismos. La rotura de esta barrera física facilita la entrada de disolventes en la célula y su solubilización [Food Chemistry, 2018, 240, 90-103]. Esta etapa se lleva a cabo mecánicamente (molienda, cizallamiento, etc.) hasta obtener un tamaño de partícula de 0.3 mm aproximadamente [Chemosphere, 2021, 272, 129919]. La rotura de la pared celular se puede también realizar mediante el uso de un campo eléctrico pulsado (PEF) [Food and Bioprocess Technology, 2014, 7, 3336-3348]. Sin embargo, la técnica exhibe una serie de desventajas: la instrumentación tiene elevados costos, se producen burbujas en las muestras que pueden causar problemas técnicos y los parámetros de operación pueden diferir con el cambio en la conductividad eléctrica de la muestra [Food Chemistry, 2018, 240, 90-103].
Debido a su naturaleza hidrófoba, los carotenoides se han extraído tradicionalmente con disolventes orgánicos. En general, se han usado disolventes no polares como el hexano, el éter de petróleo o el tetrahidrofurano (THF) [Food Chemistry, 2018, 240, 90-103]. En la producción del aditivo alimentario E-160a (i) se han utilizado fundamentalmente metanol, acetona y hexano [EFSA Journal 2012; 10(3):2593]. Además de estos disolventes, que son tóxicos y perjudiciales para el medio ambiente, se han propuesto alternativas más benignas, como la mezcla de lactato de etilo y etanol [US007572468B1]. Sin embargo, estas alternativas necesitan un elevado volumen de disolventes, largos tiempos de extracción y pérdida de carotenoides como consecuencia de la necesidad de evaporar el disolvente.
Con el objetivo de suplir estas desventajas se han propuesto algunas estrategias dirigidas a reducir los tiempos de extracción y el elevado volumen de disolventes orgánicos. Algunas de estas estrategias son la extracción acelerada con disolventes (ASE), la extracción asistida por microondas (MAE) y la extracción asistida por ultrasonidos (UAE) [Food Chemistry, 2015, 177, 369-375, Journal of Food Engineering, 2014, 126, 17-26, Molecules, 2015, 20, 4, 6611-6625]. A pesar de resolver algunos inconvenientes, estos métodos pueden degradar los carotenoides y provocar isomerización debido a las altas temperaturas que se utilizan en el caso de MAE y ASE. Además, las zanahorias contienen los niveles más altos de pectinas de todos los tipos de vegetales, por lo que se pueden formar redes por desesterificación de estos compuestos (generalmente en métodos como la UAE) y atrapar a los carotenoides disminuyendo su bioaccesibilidad. Asimismo, este tipo de métodos requieren un pequeño tamaño de partícula (50 μm) para lograr una buena extracción [Food Chemistry, 2018, 240, 90-103]. Por otro lado, estas estrategias no serían rentables a nivel industrial, ya que necesitarían equipos especiales de alto coste para llevarse a cabo.
El uso de extracción con fluidos supercríticos (EFS), particularmente con dióxido de carbono, es una alternativa más ecológica para la obtención de carotenoides [Molecules, 2019, 24, 3, Journal of Supercritical Fluids, 2018, 13394-102]. Sin embargo, el coste de adquisición y mantenimiento de las instalaciones requeridas así como el coste de operación son muy elevados, y por lo tanto la obtención de carotenoides a partir de residuos vegetales mediante SFE no es rentable. Por otro lado, la extracción eficaz de carotenoides requiere la adición de un modificador orgánico como etanol [Food Chemistry, 2018, 240, 90-103]. El uso de este modificador complica más el método, obligando a realizar una etapa extra de eliminación para que no se supere la concentración residual límite permitida por la legislación.
Ya que la concentración mínima legal para utilizar mezclas de carotenos como aditivo alimentario debe ser igual o superior al 5% en la formulación final (Directiva 2008/128/CE) y los extractos obtenidos a partir de residuos de zanahorias no contienen esta concentración, la etapa de enriquecimiento de carotenos en los mismos es indispensable, pudiéndose realizar a través de técnicas como evaporación, centrifugación, cristalización, filtración, evaporación a vacío y precipitación [CN105801461A, CN101768099A, EP0239575A1, CN101096355A].
Dada la amplia disponibilidad de residuos de zanahorias como una fuente renovable natural de carotenos, el desarrollo de métodos eficientes, sostenibles y económicamente viables para su extracción y purificación a nivel industrial es un reto que no ha sido convenientemente abordado.
Los bioSUPRAS son líquidos nanoestructurados generados a partir de biomoléculas anfifílicas a través de procesos espontáneos de autoensamblaje y coacervación. Tanto las nanoestructuras que los constituyen como el tipo de interacciones que proporcionan pueden diseñarse para maximizar la solubilización de los compuestos de interés. Por otro lado, los bioSUPRAS permiten el desarrollo de procedimientos inocuos y respetuosos con el medio ambiente, ya que cumplen con los criterios establecidos para los disolventes verdes.
Los bioSUPRAS se proponen en la presente invención como alternativa simple, rápida y de bajo coste a los disolventes orgánicos y fluidos supercríticos para la producción de formulaciones enriquecidas en carotenos a partir de residuos orgánicos, tales como los de transformación de la zanahoria. El método desarrollado permite la valorización de estos residuos, los cuales constituyen una fuente natural renovable y económica para la producción de carotenos utilizados como aditivos en la industria alimentaria.
Los bioSUPRAS se generan de forma espontánea a partir de agregados micelares o vesiculares de biomoléculas anfifílicas en disolución cuando se induce un cambio en las condiciones ambientales. El agente inductor del cambio puede ser de diferente naturaleza: modificación del pH o la temperatura, o la adición de una sal o un disolvente en el que la biomolécula es insoluble. Este agente favorece que los agregados micelares o vesiculares incrementen su tamaño mediante procesos espontáneos de autoensamblaje hasta que se produce la coacervación de los mismos y su separación como una nueva fase líquida que constituye el bioSUPRAS que está en equilibrio con la disolución en la que se generó y a la cual se denomina fase de equilibrio [N. Caballero-Casero, S Rubio, Supramolecular solvents in Analytical sample preparation with nano- and other high performance materials, Chapter 20, 111-137, ISBN: 978-0-12-822139-6]. Este proceso no requiere energía y prácticamente toda la biomolécula se incorpora al bioSUPRAS. Uno de los aspectos más sobresalientes de los bioSUPRAS es que tanto sus nanoestructuras como propiedades puede diseñarse con facilidad a partir de la selección de la biomolécula o modificando las condiciones ambientales anteriormente descritas [Anal. Chem., 2012, 84, 342-349].
Con objeto de desarrollar bioSUPRAS para la producción de formulaciones enriquecidas en carotenos a partir de residuos de transformación de la zanahoria, los siguientes requerimientos fueron establecidos para el diseño y síntesis de estos bioSUPRAS: (a) Elevada eficiencia de extracción para: a-caroteno y p-caroteno; (b) Mantenimiento de la integridad de los carotenos durante el proceso de extracción y enriquecimiento; (c) Facilidad para reciclar las moléculas bioanfifílicas que integran el SUPRAS.
Para cumplir estos requisitos, se seleccionaron moléculas bioanfifílicas con capacidad para agregarse en nanoestructuras conformadas por bicapas, similares a las presentes en las células vegetales, lo cual debería proporcionar un ambiente de gran estabilidad para los carotenos. Asimismo, los grupos polares de estas moléculas bioanfifílicas tienen características ácido-base, con lo que su solubilidad y comportamiento en disolución puede modificarse fácilmente mediante el ajuste de pH, así facilitando su reciclado.
Descripción de la invención
El objeto de la presente invención es un método de extracción de carotenos a partir de residuos procedentes del proceso de transformación industrial de residuos agroalimentarios, por ejemplo, de desechos de zanahoria, basado en el uso de biodisolventes supramoleculares (bioSUPRAS), y posterior enriquecimiento de los carotenos mediante precipitación a partir del extracto supramolecular.
En la presente invención, el término “caroteno” se refiere a la mezcla de a, p y Y-caroteno, que puede contener una pequeña cantidad de otros “carotenoides”, tales como licopeno, luteína, etc.
En la presente invención, el término “carotenoide” tiene el significado habitual.
En la presente invención, la extracción de los carotenos se realiza de modo general, de acuerdo con las siguientes etapas:
a) disolver una biomolécula anfifílica en un disolvente orgánico y mezclar con agua,
b) separar la mezcla formada en la etapa a) para obtener una fase de un biodisolvente supramolecular y una fase de equilibrio,
c) añadir las fases de la etapa b) a una muestra de residuos agroalimentarios,
d) agitar la mezcla que resulta de la etapa c).
e) separar la mezcla conseguida en d), hasta obtener 3 fases diferentes: un extracto de biodisolvente supramolecular arriba, una fase de equilibrio en el centro y un desecho orgánico natural del residuo agroalimentario abajo,
f) precipitar los carotenos contenidos en el extracto de biodisolvente supramolecular obtenido en la etapa e).
En la etapa a) el agua actúa como agente inductor del autoensamblaje y coacervación de la biomolécula anfifílica. El bioSUPRAS se genera de forma espontánea en la disolución hidro-orgánica. Como resultado, se obtienen dos fases líquidas inmiscibles (el bioSUPRAS y la fase de equilibrio) cuya separación puede acelerarse mediante centrifugación. Tanto el volumen de bioSUPRAS como la relación de volúmenes bioSUPRAS/fase de equilibrio pueden ajustarse dependiendo de las condiciones requeridas para la extracción de carotenos a partir del residuo. En la etapa b) la separación se puede realizar, por ejemplo, mediante centrifugación.
En la etapa c) se prepara una mezcla del residuo agroalimentario que contiene los carotenos con un volumen de la fase de equilibrio (utilizado como humectante del residuo) y del bioSUPRAS (utilizado como extractante de los carotenos) obtenidos en la etapa a).
En la etapa f) se obtiene un extracto de carotenoides con concentración de carotenos superior al 5% p/p.
En un aspecto particular de la presente invención, la biomolécula anfifílica está formada por una cadena hidrocarbonada de entre 6 y 18 átomos de carbono, conteniendo al menos un grupo polar que se elige de entre grupos fosfatos y carboxílicos.
En otro aspecto particular de la presente invención, la biomolécula anfifílica se puede escoger de entre ramnolípidos, glicolípidos, fosfolípidos, ácidos grasos, lípidos neutros o glicerofosfolípidos.
En la etapa a) el disolvente orgánico utilizado en el proceso de síntesis para la solubilización de la biomolécula anfifílica debe ser miscible en agua. Algunos ejemplos de disolventes orgánicos que pueden utilizarse para la síntesis de los bioSUPRAS son el tetrahidrofurano, metiltetrahidrofurano, etilenglicol, dioxano, acetona, propanol, etanol, acetonitrilo, metanol y sus mezclas.
Los componentes de la mezcla en la etapa a) deben estar preferentemente en unas proporciones comprendidas entre 0.5:2:97.5 y 12:83:5 (biomolécula anfifilica:disolvente orgánico:agua, expresados en %, p/p).
El porcentaje de disolvente orgánico en la mezcla de la etapa a) puede estar, preferentemente, comprendido entre el 1 y el 60% en volumen respecto al volumen de disolución, es decir, de agua disolvente orgánico.
En la etapa b) la separación se puede realizar por centrifugación, por ejemplo, durante al menos 1 min a 1200 rpm y preferentemente 5 min a 2500 rpm, para separar el bioSUPRAS y la disolución de equilibrio.
El residuo agroalimentario de origen natural para la obtención de carotenos, que se añade en la etapa b), son desechos sólidos, de forma preferente, de zanahoria procedentes de la industria alimentaria.
Además, los componentes de la mezcla en la etapa c) están presentes en unas proporciones comprendidas entre 0.2:0.1:0.4 y 1:7:4 (residuo de origen natural:fase de equilibrio:bioSUPRAS) (g:mL:mL).
En la etapa d) la agitación de la mezcla se realiza a temperatura ambiente en el intervalo de 1 a 20 min, y preferentemente de 3 a 8 min.
La etapa e) se puede llevar a cabo mediante centrifugación o decantación.
En la etapa e), en el caso de que se lleve a cabo mediante centrifugación, la centrifugación se realiza durante al menos 5 min a, al menos, 1500 rpm y preferentemente durante 20 min a 3000 rpm. Se obtienen 3 fases diferentes: un extracto de biodisolvente supramolecular arriba, una fase de equilibrio en el centro y un desecho orgánico natural abajo, que es insoluble en el bioSUPRAS y en la fase de equilibrio.
En la etapa f) se realiza la precipitación de los carotenos a través de la purificación del extracto de la etapa e) con una disolución básica, y posterior centrifugación para favorecer la separación del sobrenadante. Esta es la etapa en la que se consigue el enriquecimiento de los carotenos en el extracto del bioSUPRAS
La disolución básica puede ser una disolución acuosa que contiene aminas primarias, secundarias o terciarias o hidróxidos. La concentración del compuesto básico (como las aminas) está comprendida entre 0,05 M y 1,5 M, preferentemente, en un intervalo de concentraciones comprendidas entre 0,1 y 1M.
El producto final después de esta etapa f) contiene una mezcla de carotenos a una concentración superior al 8%, dependiendo de la concentración de los mismos en el residuo usado como materia prima.
La biomolécula anfifílica puede reciclarse a partir de la disolución básica obtenida en la etapa f), una vez retirado el producto sólido, mediante acidificación de la disolución. O sea, el compuesto anfifílico puede reutilizarse después de la separación de los carotenos mediante modificación del pH de la disolución básica.
Opcionalmente, el residuo se somete a un pretratamiento de secado y triturado, antes de ser añadido en la etapa c).
La presente invención se refiere también al uso de la mezcla de carotenos, producto obtenido en la etapa f) como aditivo alimentario.
El rendimiento de la extracción tras la etapa f es superior al 90% y el producto final es un sólido que contiene >8% p/p de carotenos, dependiendo de la cantidad de los mismos en el residuo utilizado como materia prima. La distribución de carotenoides en el producto final es la misma que en el residuo usado como materia prima. De forma particular, cuando el residuo es un desecho de zanahoria, la distribución es: (60-65% p-caroteno, 30-35% a­ caroteno y alrededor del 2% de licopeno y luteína). Este producto es apto para su utilización como aditivo alimentario (E-160a (i)). El compuesto anfifílico que constituye el bioSUPRAS puede reciclarse una vez precipitado el extracto de carotenos, ya que constituye una fase inmiscible con la mezcla resultante.
El proceso desarrollado en la presente invención es aplicable particularmente, a la extracción de la mezcla de carotenoides (a-caroteno, p-caroteno, licopeno y luteína) presentes en los residuos provenientes del proceso de transformación de la zanahoria.
El método de extracción de carotenos de la invención basado en bioSUPRAS es simple y rápido. Sólo requiere la mezcla de los residuos y el disolvente en recipientes convencionales utilizados en separaciones a nivel industrial, la agitación de la mezcla a temperatura ambiente y presión atmosférica, la separación del residuo de la fase bioSUPRAS que contiene los carotenos mediante centrifugación o decantación, y la precipitación del mismo mediante modificación del pH.
Según una realización preferente, el procedimiento comprende:
a) disolución de una biomolécula anfifílica en un disolvente orgánico y mezclado con agua, añadiendo una proporción de cada componente entre 0.5:2:97.5 and 12:83:5 (biomolécula anfifilica:disolvente orgánico:agua, expresados en % p/p),
b) centrifugar durante 5 min a 2500 rpm la mezcla obtenida en la etapa a), con el objetivo de separar el biodisolvente supramolecular y la fase en equilibrio,
c) adicionar el bioSUPRAS y la fase de equilibrio obtenidos en la etapa b) a un residuo agroalimentario que contiene carotenos, preferentemente residuos de transformación de la zanahoria, en una proporción resultante de la etapa b) (residuo:fase de equilibrio:bioSUPRAS) de entre 0.2:0.1:0.4 y 1:7:4 (g:mL:mL),
d) agitar la mezcla que resulta de la etapa c) durante el intervalo de 3-8 min a 900 rpm,
e) centrifugar durante como mínimo 20 min a, al menos, 3000 rpm la mezcla conseguida en d), hasta obtener 3 fases diferentes: un extracto de biodisolvente supramolecular arriba, una fase de equilibrio en el centro y un desecho orgánico natural de residuo sólido abajo, f) enriquecer la mezcla de carotenos mediante su precipitación a partir del extracto de biodisolvente supramolecular hasta conseguir una concentración de carotenos superior al 8% (p/p).
De manera preferente el residuo agroalimentario que comprende carotenos es un residuo que comprende o que deriva de la zanahoria, por ejemplo, piel de zanahoria.
Según una realización particular el procedimiento comprende someter el residuo agroalimentario a un pretratamiento de secado y triturado antes de su adición en la etapa c) del procedimiento.
La presente invención se refiere también a la mezcla de carotenos obtenida mediante el procedimiento de la invención descrito anteriormente.
La presente invención se refiere también al uso de la mezcla de carotenos obtenida mediante el procedimiento de la invención, como aditivo alimentario.
Breve descripción de las figuras
En la Figura 1 se muestra un cromatograma con la distribución de carotenoides presentes en un extracto de bioSUPRAS obtenido mediante el procedimiento descrito en la invención. La extracción se ha realizado con una relación muestra de residuo de zanahoria:bioSUPRAS (peso:volumen, g:mL) de 1:2 y el extracto se ha diluido 10 veces antes de la medida. Este extracto contiene un total de carotenoides que corresponden a una concentración de 920,7 μg/g de residuo de zanahoria, distribuidos de la siguiente forma: a-caroteno (34.7%), p-caroteno (61.6%), licopeno (2.1%) y luteína (1.6%)
Para comparación, en la Figura 2 se muestra el cromatograma obtenido para la extracción por una vía convencional de la misma muestra de residuo de zanahoria con tetrahidrofurano (THF), al que se le ha adicionado 250 mg/L de butilhidroxitolueno para evitar la oxidación de los carotenoides durante el proceso de extracción. La relación muestra:THF en este caso es de 1:20 (g:mL) y se analiza directamente. Este extracto contiene un total de carotenoides que corresponden a una concentración de 1003,8 μg/g de residuo de zanahoria, distribuidos de la siguiente forma: a-caroteno (31.5%), p-caroteno (65.1%), licopeno (1.8%) y luteína (1.6%).
Los resultados obtenidos para el bioSUPRAS muestran que la distribución de carotenoides obtenidos así como el rendimiento de extracción es similar a la de los disolventes orgánicos (como ejemplo se muestran los resultados obtenidos para THF). Sin embargo la capacidad de extracción del bioSUPRAS es mucho mayor puesto que se requiere una relación de muestra:disolvente 10 veces inferior.
El análisis de los extractos se llevó a cabo mediante cromatografía de líquidos acoplada a un detector de diodos en fila. Las longitudes de onda utilizadas para la cuantificación de los carotenoides fueron las siguientes: a-caroteno y p-caroteno: 450 nm; licopeno: 480 nm; luteína: 445 nm). Se utilizó una fase estacionaria reversa C30 (5 μm, 250 mm x 4,6 mm de diámetro interno) suministrada por THERMO Scientific y termostatada a 30 °C. Para la elución se utilizó una fase móvil constituida por (A) acetonitrilo:tetrahidrofurano (70:30, v/v) y (B) acetonitrilo:tetrahidrofurano (90:10, v/v), conteniendo 250 mg/L de butilhidroxitolueno y 0,05% de trietilamina con el gradiente: 0-3 min, 100% B; 3-3,5 min, 0% B; 3,5-15 min, 0% B; 15-15,5 min, 100% B; 15,5-20 min, 100% B, a una velocidad de flujo de 1 mL/min.
La figura 3 muestra las estructuras de los principales carotenoides presentes en los residuos del procesado de las zanahorias.
Los carotenoides presentes en los residuos de zanahoria (Fig. 3) tienen estructuras formadas por dobles enlaces conjugados, estructuras cíclicas y en el caso de luteína, grupos hidroxilos. Esto implica que el extractante utilizado debe proporcionar interacciones por dispersión, puentes de hidrógeno e interacciones polares con el objeto de obtener elevada eficiencia de extracción para los cuatros carotenoides. Por otro lado, son moléculas inestables que experimentan oxidación y/o isomerización cuando se exponen a la luz, el oxígeno o elevadas temperaturas. Por tanto, el extractante debe ser eficiente en condiciones suaves de extracción y además debe proporcionar a los carotenoides un ambiente similar al que se encontraban en las células vegetales, donde su estabilidad es elevada.
Descripción de unos modos de realización de la invención
Ejemplo 1: Síntesis del bioSUPRAS
Se disuelven 0.5 mL de ácido hexanoico en 2.7 mL de tetrahidrofurano (THF) y se añaden 1.8 mL de agua a la disolución resultante. La mezcla se agita magnéticamente durante 5 min y después se centrifuga a 2500 rpm durante 5 min para acelerar la separación del bioSUPRAS, formado espontáneamente a partir de la mezcla, y la fase de equilibrio. En estas condiciones, se producen alrededor de 2 mL de SUPRAS y 3 mL de fase de equilibrio.
Los volúmenes de SUPRAS y fase de equilibrio pueden ajustarse variando el volumen de los ingredientes utilizados en la síntesis.
Ejemplo 2. Extracción de a-caroteno, 3-caroteno, licopeno y luteína a partir de piel de zanahoria
A 1 g de piel de zanahoria, previamente secada y triturada, se le añaden 2 mL de fase de equilibrio y 2 mL de bioSUPRAS sintetizado conforme al procedimiento señalado anteriormente en el ejemplo 1. A continuación, la mezcla se agita mediante agitación tipo vórtex durante 5 min a 900 rpm y seguidamente se centrifuga durante 20 min a 3000 rpm para conseguir la separación física de las tres fases (el bioSUPRAS conteniendo los carotenoides, la fase de equilibrio y el residuo sólido insoluble de piel de zanahoria).
Para la obtención de un producto final enriquecido en carotenos, se añade una disolución de NH3 (0,5M) en una proporción de 2:1 v/v a la fase bioSUPRAS y se centrifuga. El producto resultante consiste en un sólido conteniendo carotenoides con una concentración total de carotenos superior al 8% (p/p) que se deja secar a vacío y se almacena a -20°C.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la extracción de mezcla de carotenos a partir de muestras de residuos agroalimentarios que comprende las siguientes etapas:
a) disolver una biomolécula anfifílica en un disolvente orgánico y mezclar con agua,
b) separar la mezcla formada en la etapa a) para obtener una fase de un biodisolvente supramolecular y una fase de equilibrio,
c) añadir las fases de la etapa b) a una muestra de residuos agroalimentarios,
d) agitar la mezcla que resulta de la etapa c).
e) separar la mezcla conseguida en d), hasta obtener 3 fases diferentes: un extracto de biodisolvente supramolecular arriba, una fase de equilibrio en el centro y un desecho orgánico natural del residuo agroalimentario abajo,
f) precipitar los carotenos contenidos en el extracto de biodisolvente supramolecular obtenido en la etapa e).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los carotenos son a-caroteno, pcaroteno y Y-caroteno contiene otros carotenoides en una proporción menor del 5%.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, donde la biomolécula anfifílica está formada por una cadena hidrocarbonada de entre 6 y 18 átomos de carbono, con al menos un grupo polar seleccionado de entre grupos fosfato y carboxílico.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde la biomolécula anfifílica se selecciona de entre ramnolípidos, glicolípidos, fosfolípidos, ácidos grasos, lípidos neutros o glicerofosfolípidos.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el disolvente orgánico se selecciona de entre tetrahidrofurano, metiltetrahidrofurano, etanol, etilenglicol, propanol, acetona, acetonitrilo, metanol y dioxano o sus mezclas.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los componentes de la mezcla en la etapa a) están presentes en unas proporciones comprendidas entre 0.5:2:97.5 and 12:83:5 (biomolécula anfifilica:disolvente orgánico:agua, expresados en % p/p).
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde en la etapa f) se realiza la precipitación de los carotenoides a través de la purificación del extracto con una disolución acuosa básica, y posterior centrifugación y separación del sobrenadante.
8. Procedimiento según la reivindicación anterior en la que la disolución acuosa contiene aminas primarias, secundarias o terciarias o hidróxidos en un intervalo de concentraciones comprendidas entre 0,1 y1M.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el residuo es un desecho agroalimentario que contiene zanahoria o que deriva de procesado de zanahoria.
10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el residuo se somete a un pretratamiento de secado y triturado.
11. Mezcla de carotenos obtenida mediante el procedimiento definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
12. Uso de la mezcla de carotenos obtenida mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-10 como aditivo alimentario.
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