Valorización de residuos agroindustriales mediante nuevos procesos sostenibles para la obtención de antioxidantes naturales

Cañadas Soler, Raquel (2022). Valorización de residuos agroindustriales mediante nuevos procesos sostenibles para la obtención de antioxidantes naturales. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Industriales (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.71730.

Description

Title: Valorización de residuos agroindustriales mediante nuevos procesos sostenibles para la obtención de antioxidantes naturales
Author/s:
  • Cañadas Soler, Raquel
Contributor/s:
  • González Miquel, María
  • González Gómez, Emilio José
Item Type: Thesis (Doctoral)
Read date: 12 September 2022
Subjects:
Freetext Keywords: Química verde; Disolventes eutécticos; Biodisolventes; Extracción líquido-líquido; Compuestos fenólicos; Valorización de residuos agroalimentarios = Green chemistry; Eutectic solvents; Bio-based solvents; Liquid-liquid extraction; Phenolic compounds; Agri-food waste valorisation
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

Full text

[img] PDF - Users in campus UPM only - Requires a PDF viewer, such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
Download (10MB)

Abstract

La industria agroalimentaria genera grandes volúmenes de efluentes líquidos residuales que contienen compuestos bioactivos de alto valor añadido. Entre ellos destacan los compuestos fenólicos, caracterizados por sus propiedades antioxidantes y antiinflamatorias, y que ofrecen notables beneficios para la salud. Estas sustancias pueden estar presentes en ciertos residuos líquidos procedentes de diferentes industrias, como en el caso concreto de la obtención de productos derivados de la vainilla o de la uva. La producción de vainilla de forma natural es un proceso muy laborioso y costoso, por lo que la recuperación de compuestos derivados a partir de efluentes resulta de elevado interés. Por otra parte, la revalorización de los efluentes vinícolas mediante la recuperación de compuestos antioxidantes también se presenta como una estrategia fundamental para mejorar la sostenibilidad del sector. Estos procesos de recuperación se suelen llevar a cabo mediante extracción líquido-líquido empleando disolventes orgánicos de origen petroquímico que, como es sabido, resultan perjudiciales para la salud y el medio ambiente. En este contexto, y en consonancia con los principios de la Química Verde, resulta necesario evaluar la utilización de disolventes alternativos en procesos de extracción. Recientemente, los disolventes eutécticos y los biodisolventes se han planteado como una opción prometedora en procesos de separación debido a sus características, entre las que destacan su origen renovable, menor toxicidad e impacto ambiental, y alta biocompatibilidad. Además, esto resulta crucial para promover la bioeconomía circular y la consecución de los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Por consiguiente, el desafío planteado en esta Tesis Doctoral es la evaluación, por primera vez, de estos nuevos disolventes en la recuperación de antioxidantes naturales presentes en efluentes líquidos generados en las industrias de la vainilla y la uva. Esta Tesis Doctoral se presenta como un compendio de cinco artículos publicados en revistas científicas indexadas y de reconocido prestigio. El enfoque seguido se ha centrado en: (i) revisión bibliográfica sobre el tema, que ha sido publicada como una Overview (Artículo 1); (ii) evaluación experimental de nuevos disolventes en la recuperación de compuestos de alto valor añadido a partir de efluentes líquidos derivados de la vainilla (Artículo 3); (iii) evaluación experimental de nuevos disolventes en la extracción de antioxidantes fenólicos presentes en efluentes vinícolas (Artículo 2 y Artículo 4); (iv) ampliación del estudio a compuestos fenólicos (ácidos fenólicos) representativos de las corrientes acuosas, analizando el efecto de sus estructuras y propiedades sobre el proceso de extracción (Artículo 5). En los estudios experimentales se evaluaron disolventes eutécticos (basados en sales de amonio, mentol y ácidos grasos), así como biodisolventes (2-metiltetrahidrofurano, ciclopentil metil éter y limoneno), y los resultados obtenidos se compararon con aquellos proporcionados por el etanoato de etilo, utilizado como disolvente convencional de referencia. En todos los casos se optimizaron los parámetros que afectan a los procesos de extracción líquido-líquido y se cuantificaron las eficiencias de extracción mediante métodos espectrofotométricos y cromatográficos. En general, las eficiencias de extracción de los compuestos fenólicos han sido muy satisfactorias, alcanzando, en algunos casos, valores cercanos al 100 %, mejorando, en la mayoría de los casos, aquellos obtenidos con el disolvente convencional. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto el potencial de los nuevos disolventes propuestos en procesos de extracción de antioxidantes naturales de efluentes acuosos. Además, el trabajo se completó con la recuperación de los compuestos extraídos como fracción sólida; y, en aras de promover la sostenibilidad, se consiguió la reciclabilidad y reutilización de los disolventes en ciclos consecutivos de extracción. Por tanto, este trabajo proporciona información valiosa en relación con la valorización de los residuos agroalimentarios, la aplicación de disolventes sostenibles en procesos de extracción y la apuesta por la bioeconomía circular. ----------ABSTRACT---------- The agri-food industry generates large volumes of effluents containing bioactive compounds with high added value. These include phenolic compounds, which are characterised by their antioxidant and anti-inflammatory properties and offer significant health benefits. These substances may be present in certain liquid wastes from different industries, as in the specific case of obtaining products derived from vanilla or grapes. The production of vanilla naturally is a very laborious and costly process, so the recovery of derived compounds from effluents is of great interest. On the other hand, the revalorisation of wine effluents through the recovery of antioxidant compounds is also presented as a key strategy to improve the sustainability of the sector. These recovery processes are usually carried out by liquid-liquid extraction using organic solvents of petrochemical origin, which are known to be harmful to health and the environment. In this context, and in line with the principles of Green Chemistry, it is necessary to evaluate the use of alternative solvents in extraction processes. Recently, eutectic solvents and bio-based solvents have emerged as a promising option in separation processes due to their characteristics, including their renewable origin, lower toxicity and environmental impact, and high biocompatibility. Moreover, this is crucial to promote the circular bioeconomy and the achievement of the Sustainable Development Goals. Therefore, the challenge posed in this PhD Thesis is the evaluation, for the first time, of these new solvents in the recovery of natural antioxidants present in effluents generated in the vanilla and grape industries. This doctoral thesis is presented as a compendium of five articles published in indexed scientific journals of recognised prestige. The approach followed has focused on: (i) literature review on the subject, which has been published as an Overview (Article 1); (ii) experimental evaluation of new solvents in the recovery of high value-added compounds from vanilla-derived liquid effluents (Article 3); (iii) experimental evaluation of new solvents in the extraction of phenolic antioxidants present in wine effluents (Article 2 and Article 4); (iv) extension of the study to phenolic compounds (phenolic acids) representative of aqueous streams, analysing the effect of their structures and properties on the extraction process (Article 5). In the experimental studies, eutectic solvents (based on ammonium salts, menthol and fatty acids) as well as bio-based solvents (2-methyltetrahydrofuran, cyclopentyl methyl ether and limonene) were evaluated, and the results obtained were compared with those provided by ethyl ethanoate, used as the conventional reference solvent. In all cases, parameters affecting the liquid-liquid extraction processes were optimised and extraction efficiencies were quantified by spectrophotometric and chromatographic methods. In general, the extraction efficiencies of phenolic compounds have been very satisfactory, reaching, in some cases, values close to 100 %, improving, in most cases, those obtained with the conventional solvent. The results obtained show the potential of the new solvents proposed for the extraction of natural antioxidants from aqueous effluents. Furthermore, the work was completed with the recovery of the extracted compounds as a solid fraction; and, in order to promote sustainability, the recyclability and reusability of the solvents in consecutive extraction cycles was achieved. Therefore, this work provides valuable information in relation to the valorisation of agri-food waste, the application of sustainable solvents in extraction processes and the commitment to the circular bioeconomy.

Funding Projects

TypeCodeAcronymLeaderTitle
Madrid Regional Government2018PRE/AMB-8334PEJDUnspecifiedDesarrollo de tecnologías sostenibles para la recuperación de biomoléculas de alto valor añadido para la industria química y farmacéutica, mediante procesos de extracción basados en nuevos disolventes de bajo impacto ambiental
Madrid Regional GovernmentS2018/EMT-4348SUSTECUnspecifiedTecnologías para la mejora de la sostenibilidad de procesos y productos basados en biomasa lignocelulósica

More information

Item ID: 71730
DC Identifier: https://oa.upm.es/71730/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:71730
DOI: 10.20868/UPM.thesis.71730
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 21 Sep 2022 06:10
Last Modified: 21 Sep 2022 06:12
  • Logo InvestigaM (UPM)
  • Logo GEOUP4
  • Logo Open Access
  • Open Access
  • Logo Sherpa/Romeo
    Check whether the anglo-saxon journal in which you have published an article allows you to also publish it under open access.
  • Logo Dulcinea
    Check whether the spanish journal in which you have published an article allows you to also publish it under open access.
  • Logo de Recolecta
  • Logo del Observatorio I+D+i UPM
  • Logo de OpenCourseWare UPM