WO2023222937A1 - Procedimiento para la extracción de mezclas de carotenos a partir de residuos agroalimentarios - Google Patents

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

Info

Publication number
WO2023222937A1
WO2023222937A1 PCT/ES2023/070316 ES2023070316W WO2023222937A1 WO 2023222937 A1 WO2023222937 A1 WO 2023222937A1 ES 2023070316 W ES2023070316 W ES 2023070316W WO 2023222937 A1 WO2023222937 A1 WO 2023222937A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carotene
carotenes
mixture
waste
agri
Prior art date
Application number
PCT/ES2023/070316
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Soledad RUBIO BRAVO
Noelia CABALLERO CASERO
Luis MUÑÍZ DE BUSTAMANTE
Original Assignee
Universidad De Cordoba
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad De Cordoba filed Critical Universidad De Cordoba
Publication of WO2023222937A1 publication Critical patent/WO2023222937A1/es

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L33/00—Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof
    • A23L33/10—Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof using additives
    • A23L33/105—Plant extracts, their artificial duplicates or their derivatives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L5/00—Preparation or treatment of foods or foodstuffs, in general; Food or foodstuffs obtained thereby; Materials therefor
    • A23L5/40—Colouring or decolouring of foods
    • A23L5/42—Addition of dyes or pigments, e.g. in combination with optical brighteners
    • A23L5/43—Addition of dyes or pigments, e.g. in combination with optical brighteners using naturally occurring organic dyes or pigments, their artificial duplicates or their derivatives
    • A23L5/44—Addition of dyes or pigments, e.g. in combination with optical brighteners using naturally occurring organic dyes or pigments, their artificial duplicates or their derivatives using carotenoids or xanthophylls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/02—Solvent extraction of solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C403/00—Derivatives of cyclohexane or of a cyclohexene or of cyclohexadiene, having a side-chain containing an acyclic unsaturated part of at least four carbon atoms, this part being directly attached to the cyclohexane or cyclohexene or cyclohexadiene rings, e.g. vitamin A, beta-carotene, beta-ionone
    • C07C403/24—Derivatives of cyclohexane or of a cyclohexene or of cyclohexadiene, having a side-chain containing an acyclic unsaturated part of at least four carbon atoms, this part being directly attached to the cyclohexane or cyclohexene or cyclohexadiene rings, e.g. vitamin A, beta-carotene, beta-ionone having side-chains substituted by six-membered non-aromatic rings, e.g. beta-carotene

Definitions

  • the present invention is located within the natural products chemistry sector and is based on the use of agri-food by-products, preferably from the carrot transformation process, with the aim of developing a new procedure for obtaining mixtures of carotenes and its use as a food additive.
  • ⁇ -Carotene (C 40 H 56 ) is a fat-soluble carotenoid, located in the chloroplasts of numerous plant species, which exhibits great antioxidant activity.
  • ⁇ -carotene is a precursor of provitamin A, protects cells against free radicals, helps reduce the risk of cancer and cardiovascular diseases, and strengthens the immune system.
  • the European Union authorizes ⁇ -carotene as a food additive in two types of formulations; mixture of carotenes (E-160a (i)) and pure ⁇ -carotene (E-160a (i)).
  • the first type of formulation is obtained by extraction with organic solvent (acetone, methanol or hexane) from natural sources, including the fruits of oil palm (Elaies guineensis), carrot (Daucus carota) and the algae Dunaliella salina.
  • these formulations may contain other carotenoids (e.g. a- and y-carotenes, lutein, lycopene, etc.) whose proportion varies depending on the natural source used.
  • ⁇ -carotene In addition to being a food additive, ⁇ -carotene is used in the pharmaceutical industry as a colorant for tablets and in the cosmetics industry as a bioactive ingredient in creams that protect skin lesions against oxidation and exposure to ultraviolet radiation.
  • the global market for ⁇ -carotene reached 450 million euros and an annual growth rate of 6% is estimated between 2021 and 2027. Therefore, the global market for this carotenoid is expected to reach 670 million euros by the end of 2027.
  • most of the p-carotene produced globally comes from chemical synthesis and only 2% is obtained through natural sources, despite the fact that the demand for natural ⁇ -carotene is growing. Thus, it is estimated that the global market for this carotenoid obtained from natural sources will be around 35 million euros in 2027.
  • Carrot approved as a natural source of ⁇ -carotene by the EU, is one of the most consumed vegetables in the world, with an annual global production of 43 million tons.
  • carrot processing around 1 1% of the initial mass is lost, mainly in the form of skin, tubers and attached pulp, in addition to pieces that do not meet the company's quality standards, which are discarded [The Journal of Supercritical Fluids, 2018, 133, 94-102].
  • the waste that comes from the agri-food industry is used in the manufacture of feed, compost, biofuel production, or directly eliminated.
  • carrot skin contains approximately 205 pg/g of carotenoids, distributed between p-carotene (60-65%), a-carotene (30-35%), lycopene (2-4%) and lutein (1 - 1.5%) [Journal of Supercritical Fluids, 2018, 133, 94-102].
  • p-carotene 60-65%
  • a-carotene 30-35%
  • lycopene 2-4%)
  • lutein (1 - 1.5%)
  • waste from carrot processing constitutes a renewable and sustainable source that can resolve the shortage of natural ⁇ -carotene.
  • the costs associated with the extraction and purification processes are high, making its production barely profitable from an economic point of view.
  • the known methods for the extraction of carotenoids from carrot processing waste consist of the following steps: (a) drying the sample; (b) cell wall rupture; (c) extraction of carotenoids; and (d) enrichment of the extract [Food Chemistry, 2018, 240, 90-103].
  • Carotenoids are found in cellular chromoplasts, therefore, the effective rupture of the cells that protect them is an essential requirement for their efficient extraction. The breakdown of this physical barrier facilitates the entry of solvents into the cell and their solubilization.
  • Food Chemistry, 2018, 240, 90- 103 This stage is carried out mechanically (grinding, shearing, etc.) until a particle size of approximately 0.3 mm is obtained [Chemosphere, 2021, 272, 129919], The breakage of the cell wall can also be carried out by using a pulsed electric field (PEF) [Food and Bioprocess Technology, 2014, 7, 3336-3348].
  • PEF pulsed electric field
  • the technique exhibits a series of disadvantages: the instrumentation has high costs, bubbles occur in the samples that can cause technical problems and the operating parameters can differ with the change in the electrical conductivity of the sample [Food Chemistry, 2018 , 240, 90-103].
  • carrots contain the highest levels of pectins of all types of vegetables, so networks can form by deesterification of these compounds (generally in methods such as UAE) and trap carotenoids, decreasing their bioaccessibility.
  • these types of methods require a small particle size (50
  • these strategies would not be profitable at an industrial level, since They would require special expensive equipment to carry out.
  • bioSUPRAS are nanostructured liquids generated from amphiphilic biomolecules through spontaneous self-assembly and coacervation processes. Both the nanostructures that constitute them and the type of interactions they provide can be designed to maximize the solubilization of the compounds of interest. On the other hand, bioSUPRAS allow the development of harmless and environmentally friendly procedures, since they meet the criteria established for green solvents.
  • bioSUPRAS are proposed in the present invention as a simple, rapid and low-cost alternative to organic solvents and supercritical fluids for the production of formulations enriched in carotenes from organic waste, such as carrot processing waste.
  • the developed method allows the recovery of these wastes, which constitute a renewable and economical natural source for the production of carotenes used as additives in the food industry.
  • bioSUPRAS are generated spontaneously from micellar or vesicular aggregates of amphiphilic biomolecules in solution when a change in environmental conditions is induced.
  • the agent inducing the change can be of a different nature: modification of the pH or temperature, or the addition of a salt or a solvent in which the biomolecule is insoluble.
  • This agent favors the micellar or vesicular aggregates to increase their size through spontaneous self-assembly processes until their coacervation occurs and their separation as a new liquid phase that constitutes the bioSUPRAS that is in equilibrium with the solution in which it was generated. and which is called the equilibrium phase [N. Caballero-Casero, S Rubio, Supramolecular solvents in Analytical sample preparation with nano- and other high performance materials, Chapter 20, 11 1 -137, ISBN: 978-0-12-822139-6]. This process does not require energy and practically the entire biomolecule is incorporated into the bioSUPRAS.
  • bioSUPRAS One of the most outstanding aspects of bioSUPRAS is that both its nanostructures as properties can be easily designed based on the selection of the biomolecule or by modifying the environmental conditions described above [Anal. Chem., 2012, 84, 342- 349].
  • bioamphiphilic molecules with the capacity to aggregate into nanostructures made up of bilayers, similar to those present in plant cells, were selected, which should provide a highly stable environment for carotenes.
  • the polar groups of these bioamphiphilic molecules have acid-base characteristics, so their solubility and behavior in solution can be easily modified by adjusting the pH, thus facilitating their recycling.
  • the object of the present invention is a method for extracting carotenes from waste from the industrial transformation process of agri-food waste, for example, carrot waste, based on the use of supramolecular biosolvents (bioSUPRAS), and subsequent enrichment of carotenes by precipitation from the supramolecular extract.
  • agri-food waste for example, carrot waste
  • bioSUPRAS supramolecular biosolvents
  • carotene refers to the mixture of a, ⁇ and ⁇ -carotene, which may contain a small amount of other "carotenoids", such as lycopene, lutein, etc.
  • the extraction of carotenes from an agri-food waste that contains carrots or that is derived from carrot processing is carried out in a general way, according to the following steps: a) dissolving an amphiphilic biomolecule in an organic solvent and mixing with water, b) separate the mixture formed in step a) to obtain a phase of a supramolecular biosolvent and an equilibrium phase, c) add the phases of step b) to a sample of agri-food waste, d) stir the mixture resulting from step c), e) separate the mixture obtained in d), until obtaining 3 different phases: a supramolecular biosolvent extract on top, an equilibrium phase in the center and a natural organic waste from the residue agri-food below, f) precipitate the carotenes contained in the supramolecular biosolvent extract obtained in step e), such that the precipitation of the carotenes is carried out by treating the extract with a basic aqueous solution.
  • stage a water acts as an inducing agent for the self-assembly and coacervation of the amphiphilic biomolecule.
  • bioSUPRAS is generated spontaneously in the hydro-organic solution.
  • two immiscible liquid phases are obtained (the bioSUPRAS and the equilibrium phase) whose separation can be accelerated by centrifugation.
  • Both the volume of bioSUPRAS and the ratio of bioSUPRAS volumes/equilibrium phase can be adjusted depending on the conditions required for the extraction of carotenes from the residue.
  • step b) the separation can be carried out, for example, by centrifugation.
  • step c) a mixture of the agri-food waste containing the carotenes is prepared with a volume of the equilibrium phase (used as a humectant for the waste) and the bioSUPRAS (used as an extractant for the carotenes) obtained in step a).
  • step f a carotenoid extract with a carotene concentration greater than 5% w/w is obtained.
  • the amphiphilic biomolecule is formed by a hydrocarbon chain of between 6 and 18 carbon atoms, containing at least one polar group that is chosen from phosphate and carboxylic groups.
  • amphiphilic biomolecule can be chosen from rhamnolipids, glycolipids, phospholipids, fatty acids, neutral lipids or glycerophospholipids.
  • step a) the organic solvent used in the synthesis process for the solubilization of the amphiphilic biomolecule must be miscible in water.
  • organic solvents that can be used for the synthesis of bioSUPRAS are tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, ethylene glycol, dioxane, acetone, propanol, ethanol, acetonitrile, methanol and their mixtures.
  • the components of the mixture in step a) should preferably be in proportions between 0.5:2:97.5 and 12:83:5 (amphiphilic biomolecule: organic solvent: water, expressed in %, w/w).
  • the percentage of organic solvent in the mixture of step a) can preferably be between 1 and 60% by volume with respect to the volume of solution, that is, water + organic solvent.
  • step b) the separation can be carried out by centrifugation, for example, for at least 1 min at 1200 rpm and preferably 5 min at 2500 rpm, to separate the bioSUPRAS and the equilibrium solution.
  • the agri-food waste of natural origin to obtain carotenes, which is added in stage b), is solid waste, preferably carrot waste from the food industry.
  • the components of the mixture in step c) are present in proportions between 0.2:0.1:0.4 and 1:7:4 (natural origin residue: equilibrium phase: bioSUPRAS) (g:mL:mL).
  • step d) the stirring of the mixture is carried out at room temperature in the range of 1 to 20 min, and preferably 3 to 8 min.
  • Step e) can be carried out by centrifugation or decantation.
  • step e if carried out by centrifugation, centrifugation is carried out for at least 5 min at at least 1500 rpm and preferably for 20 min at 3000 rpm.
  • 3 different phases are obtained: a supramolecular biosolvent extract at the top, an equilibrium phase in the center and a natural organic waste at the bottom, which is insoluble in the bioSUPRAS and in the equilibrium phase.
  • stage f) the precipitation of carotenes is carried out through the purification of the extract from stage e) with a basic solution, and subsequent centrifugation to promote the separation of the supernatant. This is the stage in which the enrichment of carotenes in the bioSUPRAS extract is achieved.
  • the basic solution may be an aqueous solution containing primary, secondary or tertiary amines or hydroxides.
  • concentration of the basic compound (such as amines) is between 0.05 M and 1.5 M, preferably in a concentration range between 0.1 and 1 M.
  • the final product after this stage f) contains a mixture of carotenes at a concentration greater than 8%, depending on their concentration in the residue used as raw material.
  • the amphiphilic biomolecule can be recycled from the basic solution obtained in step f), once the solid product has been removed, by acidifying the solution. That is, the amphiphilic compound can be reused after the separation of the carotenes by modifying the pH of the basic solution.
  • the residue is subjected to a drying and grinding pretreatment, before being added in step c).
  • the present invention also refers to the use of the mixture of carotenes, a product obtained in step f) as a food additive.
  • the extraction yield after stage f is greater than 90% and the final product is a solid that contains ⁇ 8% w/w of carotenes, depending on the amount of these in the residue used as raw material.
  • the distribution of carotenoids in the final product is the same as in the residue used as raw material. In particular, when the residue is carrot waste, the distribution is: (60-65% ⁇ -carotene, 30-35% a-carotene and about 2% lycopene and lutein).
  • This product is suitable for use as a food additive (E-160a (i)).
  • the amphiphilic compound that constitutes bioSUPRAS can be recycled once the carotene extract has been precipitated, since it constitutes an immiscible phase with the resulting mixture.
  • the process developed in the present invention is particularly applicable to the extraction of the mixture of carotenoids (a-carotene, ⁇ -carotene, lycopene and lutein) present in the waste from the carrot transformation process.
  • the carotene extraction method of the invention based on bioSUPRAS is simple and fast. It only requires mixing the waste and the solvent in conventional containers used in industrial separations, stirring the mixture at room temperature and atmospheric pressure, separating the waste from the bioSUPRAS phase that contains the carotenes by centrifugation or decantation, and its precipitation by modifying the pH.
  • the procedure comprises: a) dissolving an amphiphilic biomolecule in an organic solvent and mixing with water, adding a proportion of each component between 0.5:2:97.5 and 12:83:5 (amphiphilic biomolecule:organic solvent: water, expressed in % w/w), b) centrifuge for 5 min at 2500 rpm the mixture obtained in step a), with the objective of separating the supramolecular biosolvent and the equilibrium phase, c) add the bioSUPRAS and the equilibrium phase obtained in stage b) to a agri-food waste containing carotenes, preferably carrot transformation waste, in a proportion resulting from step b) (residue: equilibrium phase: bioSUPRAS) of between 0.2:0.1:0.4 and 1:7:4 (g:mL: mL), d) stir the mixture resulting from step c) during the interval of 3-8 min at 900 rpm, e) centrifuge the mixture obtained in d) for at least 20 min at
  • the agri-food waste that comprises carotenes is a waste that comprises or is derived from carrots, for example, carrot skin.
  • the procedure comprises subjecting the agri-food waste to a drying and grinding pretreatment before its addition in step c) of the procedure.
  • the present invention also refers to the mixture of carotenes obtained by the process of the invention described above.
  • the present invention also refers to the use of the carotene mixture obtained by the process of the invention, as a food additive.
  • Figure 1 shows a chromatogram with the distribution of carotenoids present in a bioSUPRAS extract obtained by the procedure described in the invention.
  • the extraction has been carried out with a sample ratio of carrot residue:bioSUPRAS (weight:volume, g:mL) of 1:2 and the extract has been diluted 10 times before measurement.
  • This extract contains a total of carotenoids that correspond to a concentration of 920.7 pg/g of carrot residue, distributed as follows: a-carotene (34.7%), ⁇ -carotene (61.6%), lycopene ( 2.1%) and lutein (1.6%)
  • Figure 2 shows the chromatogram obtained for the extraction by a conventional route of the same sample of carrot residue with tetrahydrofuran (THF), to which 250 mg/L of butylhydroxytoluene has been added to prevent oxidation of carotenoids during the extraction process.
  • the sample:THF ratio in this case is 1:20 (g:mL) and is analyzed directly.
  • This extract contains a total of carotenoids that correspond to a concentration of 1003.8 pg/g of carrot residue, distributed as follows: a-carotene (31.5%), ⁇ -carotene (65.1%), lycopene (1.8% ) and lutein (1.6%).
  • bioSUPRAS results obtained for bioSUPRAS show that the distribution of carotenoids obtained as well as the extraction yield is similar to that of organic solvents (as an example, the results obtained for THF are shown). However, the extraction capacity of bioSUPRAS is much greater since a sample:solvent ratio 10 times lower is required.
  • the analysis of the extracts was carried out by liquid chromatography coupled to a diode array detector.
  • the wavelengths used for the quantification of carotenoids were the following: a-carotene and ⁇ -carotene: 450 nm; lycopene: 480nm; lutein: 445 nm).
  • a C30 reverse stationary phase (5 pm, 250 mm x 4.6 mm internal diameter) supplied by THERMO Scientific and thermostated at 30 oC was used.
  • a mobile phase consisting of (A) acetonitrile:tetrahydrofuran ( 70:30, v/v) and (B) acetonitrile:tetrahydrofuran (90:10, v/v), containing 250 mg/L butylhydroxytoluene and 0.05% triethylamine with the gradient: 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, at a flow rate of 1 mL/min.
  • Figure 3 shows the structures of the main carotenoids present in carrot processing waste.
  • the carotenoids present in carrot residues (Fig. 3) have structures formed by conjugated double bonds, cyclic structures and in the case of lutein, hydroxyl groups. This implies that the extractant used must provide dispersion interactions, hydrogen bonds and polar interactions in order to obtain high extraction efficiency for the four carotenoids. On the other hand, they are unstable molecules that undergo oxidation and/or isomerization when exposed to light, oxygen or high temperatures. Therefore, the extractant must be efficient under mild extraction conditions and must also provide the carotenoids with an environment similar to that found in plant cells, where their stability is high.
  • Example 1 BioSUPRAS synthesis 0.5 mL of hexanoic acid is dissolved in 2.7 mL of tetrahydrofuran (THF) and 1.8 mL of water is added to the resulting solution. The mixture is stirred magnetically for 5 min and then centrifuged at 2500 rpm for 5 min to accelerate the separation of the bioSUPRAS, spontaneously formed from the mixture, and the equilibrium phase. Under these conditions, about 2 mL of SUPRAS and 3 mL of equilibrium phase are produced. The volumes of SUPRAS and equilibrium phase can be adjusted by varying the volume of the ingredients used in the synthesis.
  • THF tetrahydrofuran
  • Example 2 Extraction of ⁇ -carotene, ⁇ -carotene, lycopene and lutein from carrot skin

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nutrition Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
  • Coloring Foods And Improving Nutritive Qualities (AREA)
  • Jellies, Jams, And Syrups (AREA)

Abstract

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 β-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 β-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 β-caroteno como aditivo alimentario en dos tipos de formulaciones; mezcla de carotenos (E-160a (i)) y β-caroteno puro (E-160a (¡i)). 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 β-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 β-caroteno puro (E-160a (ii)) se obtienen mediante síntesis química o fermentación con el microorganismo Blakeslea tríspora [EFSA Journal 2012; 10(3):2593).
Además de como aditivo alimentario, el β-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 β-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 β-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 β-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 1 1% 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 agroalimentana 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 pg/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 β-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 Neva 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 |im) 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 [CN 105801461 A, 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 anfif ílicas 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, 11 1 -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 β-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, β y γ-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 de un desecho agroalimentario que contiene zanahoria o que deriva de procesado de zanahoria, 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), tal que la precipitación de los carotenos se realiza mediante tratamiento del extracto con una disolución acuosa básica.
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 1 M. 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 reíiere 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% β-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, β-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 pg/g de residuo de zanahoria, distribuidos de la siguiente forma: a-caroteno (34.7%), β-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 pg/g de residuo de zanahoria, distribuidos de la siguiente forma: a-caroteno (31.5%), β-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 β-caroteno: 450 nm; licopeno: 480 nm; luteína: 445 nm). Se utilizó una fase estacionaria reversa C30 (5 pm, 250 mm x 4,6 mm de diámetro interno) suministrada por THERMO Scientific y termostatada a 30 ºC. 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 α -caroteno, β -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

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la extracción de mezcla de carotenos a partir de un desecho agroalimentario que contiene zanahoria o que deriva de procesado de zanahoria, que comprende las siguientes etapas: a) disolver una biomolécula anf ¡tilica 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)tal que la precipitación de los carotenos se realiza mediante tratamientodel extracto con una disolución acuosa básica.
2. Procedimiento según la reivindicación 1 , en el que los carotenos son a-caroteno, β-caroteno y y-caroteno contiene otros carotenoides en una proporción menor del 5%.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 , donde la biomolécula anf ifílica 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 la reivindicación 1 en la que la disolución acuosa contiene aminas primarias, secundarias o terciarias o hidróxidos en un intervalo de concentraciones comprendidas entre 0,1 y1 M.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el residuo se somete a un pretratamiento de secado y triturado.
9. Mezcla de carotenos obtenida mediante el procedimiento definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
10. Uso de la mezcla de carotenos obtenida mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 -80 como aditivo alimentario.
PCT/ES2023/070316 2022-05-18 2023-05-17 Procedimiento para la extracción de mezclas de carotenos a partir de residuos agroalimentarios WO2023222937A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ESP202230426 2022-05-18
ES202230426A ES2956661A1 (es) 2022-05-18 2022-05-18 Procedimiento para la extraccion de mezclas de carotenos a partir de residuos agroalimentarios

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023222937A1 true WO2023222937A1 (es) 2023-11-23

Family

ID=88834724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2023/070316 WO2023222937A1 (es) 2022-05-18 2023-05-17 Procedimiento para la extracción de mezclas de carotenos a partir de residuos agroalimentarios

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2956661A1 (es)
WO (1) WO2023222937A1 (es)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018234603A1 (es) * 2017-06-21 2018-12-27 Universidad de Córdoba Procedimiento para la extracción de carotenoides utilizando fases líquidas nanoestructuradas

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018234603A1 (es) * 2017-06-21 2018-12-27 Universidad de Córdoba Procedimiento para la extracción de carotenoides utilizando fases líquidas nanoestructuradas

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CARASEK EDUARDO; BERNARDI GABRIELI; MORELLI DIOGO; MERIB JOSIAS: "Sustainable green solvents for microextraction techniques: Recent developments and applications", JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY A, vol. 1640, 28 January 2021 (2021-01-28), AMSTERDAM, NL, pages 1 - 10, XP086501277, ISSN: 0021-9673, DOI: 10.1016/j.chroma.2021.461944 *
CARMEN CABALLO , ESTHER MARA COSTI , MARA DOLORES SICILIA , SOLEDAD RUBIO: "Determination of supplemental feeding needs for astaxanthin and canthaxanthin in salmonids by supramolecular solvent-based microextraction and liquid chromatographyUV/VIS spectroscopy", FOOD CHEMISTRY, vol. 134, no. 2, 11 March 2012 (2012-03-11), NL , pages 1244 - 1249, XP028417827, ISSN: 0308-8146, DOI: 10.1016/j.foodchem.2012.03.051 *
KEDDAR M.N., BALLESTEROS-GÓMEZ A., AMIALI M., SILES J.A., ZERROUKI D., MARTÍN M.A., RUBIO S.: "Efficient extraction of hydrophilic and lipophilic antioxidants from microalgae with supramolecular solvents", SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY, vol. 251, 15 November 2020 (2020-11-15), NL , pages 1 - 8, XP093113651, ISSN: 1383-5866, DOI: 10.1016/j.seppur.2020.117327 *
LEITE PEDRO IVO P., BARRETO STELLA M.A.G., FREITAS PRISCILLA R., DE ARAÚJO ANA C.J., PAULO CÍCERA L.R., DE ALMEIDA RAY S., DE ASSI: "Extraction of bioactive compounds from buriti (Mauritia flexuosa L.) fruit by eco-friendly solvents: Chemical and functional characterization", SUSTAINABLE CHEMISTRY AND PHARMACY, vol. 22, 1 September 2021 (2021-09-01), pages 1 - 8, XP093113652, ISSN: 2352-5541, DOI: 10.1016/j.scp.2021.100489 *

Also Published As

Publication number Publication date
ES2956661A1 (es) 2023-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chew et al. Enhanced microalgal protein extraction and purification using sustainable microwave-assisted multiphase partitioning technique
Damergi et al. Extraction of carotenoids from Chlorella vulgaris using green solvents and syngas production from residual biomass
Mussagy et al. Selective recovery and purification of carotenoids and fatty acids from Rhodotorula glutinis using mixtures of biosolvents
Castro-Puyana et al. Optimization of clean extraction methods to isolate carotenoids from the microalga Neochloris oleoabundans and subsequent chemical characterization using liquid chromatography tandem mass spectrometry
AU2002329028B2 (en) Carotenoid extraction process
US6818239B2 (en) Processes for extracting carotenoids and for preparing feed materials
Syafinar et al. Potential of purple cabbage, coffee, blueberry and turmeric as nature based dyes for dye sensitized solar cell (DSSC)
Honda Carotenoid isomers: A systematic review of the analysis, biological activity, physicochemical property, and methods for isomerization
JP2013523155A (ja) 減少する極性の溶媒を用いることによる油性原料からの油およびタンパク質性材料の順次溶媒抽出
Khoo et al. Bioprocessing of Chaetoceros calcitrans for the recovery of fucoxanthin using CO2-based alkyl carbamate ionic liquids
Martins et al. Extraction and fractionation of pigments from Saccharina latissima (Linnaeus, 2006) using an ionic liquid+ oil+ water system
Hoshino et al. Extraction of lipids from wet Arthrospira platensis by liquefied dimethyl ether
JP5668206B2 (ja) クロロフィルｃおよび／またはキサントフィルを分離精製する方法
Vendruscolo et al. Development of a new method for simultaneous extraction of chlorophylls and carotenoids from microalgal biomass
WO2023222937A1 (es) Procedimiento para la extracción de mezclas de carotenos a partir de residuos agroalimentarios
Mussagy et al. Emerging role of bio-based solvents mixtures to increase the solubility and recovery of carotenoids from processed carrot wastes for potential skin care application
Zhuang et al. Extraction of phycocyanin from Spirulina using deep eutectic solvent liquid biphasic system
Zhang et al. Extraction of high-value compounds from marine biomass via ionic liquid-based techniques
ES2319950B1 (es) Extraccion de carotenoides mediante el uso de mezclas ternarias.
WO2018234603A1 (es) Procedimiento para la extracción de carotenoides utilizando fases líquidas nanoestructuradas
CN101534845A (zh) 提取番茄红素的工艺
El-Agamey et al. Peroxyl radical reactions with carotenoids in microemulsions: Influence of microemulsion composition and the nature of peroxyl radical precursor
Zhang et al. Effect of combined pulsed electric energy and high pressure homogenization on selective and energy efficient extraction of bio-molecules from microalga Parachlorella kessleri
Agustia et al. Effect of acidity on the energy level of curcumin dye extracted from Curcuma longa L.
Adesalu et al. Lipids composition and antioxidant Properties of selected Microalgae isolated from Freshwater and soil samples

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23807102

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1