BUSCADOR RECOLECTA

Las zanahorias desechadas representan el 30% de la producción total que termina en los vertederos, la tierra o una pequeña parte como alimento para el ganado. La valorización de la pulpa de zanahoria desechada se estudió mediante tratamiento hidrotérmico, fraccionando los azúcares libres, la hemicelulosa y la pectina en la fase líquida y la pulpa residual en la fase sólida. La extracción se realizó en modo de flujo a 140, 160 y 180 ºC, logrando recuperaciones de hasta 211,0 g/kg de pulpa seca de azúcares libres, 29,13 g/kg de pulpa seca de pectina de homogalacturona y 70,45 g/kg de pulpa seca de hemicelulosa de arabinogalactán. La pulpa residual alcanzó un contenido de celulosa de 57,5 % en peso, mientras que antes del tratamiento era de 10,7 % en peso. La mayoría de los azúcares libres se extraían en la etapa de precalentamiento por lotes, de modo que podían obtenerse por separado de los biopolímeros. La extracción por flujo permitió obtener hemicelulosa y pectina de pesos moleculares > 30 kDa. Se estudió detalladamente la evolución de los diferentes rangos de peso molecular para comprender mejor el fenómeno de la autohidrólisis y el vínculo entre la hemicelulosa y la pectina. La amplia distribución de pesos moleculares en el hidrolizado permite un posterior fraccionamiento a través de membranas de ultrafiltración, para obtener una fracción de alto peso molecular para aplicaciones como la formación de películas (en combinación con la pulpa residual)., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, CTQ2016-79777-R (MINECO/FEDER, EU), PID2019-105975GB-I00 (MICINN/FEDER, EU), Spanish Ministry of Education Culture and Sports FPU15/06366

Las hemicelulosas y las pectinas son buenas candidatas como biopolímeros para la formación de productos como las películas de embalaje. Se obtuvieron fracciones purificadas y liofilizadas de hemicelulosas y pectinas, de diferentes pesos moleculares, tratando extractos hidrotermales (140, 160 y 180 °C) de zanahorias desechadas con membranas de ultrafiltración (30, 10, 5 y 1 kDa). Después de cada ultrafiltración, se aplicaron varios ciclos de diafiltración con reutilización parcial del agua, obteniendo una mejor separación y purificación al eliminar los compuestos de menos de 1 kDa. Se utilizó una configuración en cascada (30-10-5-1 kDa) en los extractos de 140 y 160 °C, y una configuración mixta (5-10-1 kDa) en el extracto de 180 °C. La concentración de hemicelulosas de alto peso molecular aumentó en un factor de 5 en la configuración en cascada y en un factor de 16,67 en la configuración mixta. Los azúcares libres y los subproductos se eliminaron a través de las aguas de diafiltración y del permeado de 1 kDa con porcentajes de 98,9-99,5 % en peso y 93,9-99,2 % en peso, respectivamente. El sistema permitía pasar de alimentaciones con peso molecular, polidispersidad y pureza en los rangos 9,02-18,83 kDa, 16,2-31,6 y 30,12-33,51 wt% a fracciones con valores en los rangos 2,59-102,75 kDa, 1,2-4,0 y 73,1-100,0 wt%., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, CTQ2016-79777-R (MINECO/FEDER, EU), PID2019-105975GB-I00 (MICINN/FEDER, EU), Spanish Ministry of Education Culture and Sports FPU15/06366

Se produjeron fracciones sólidas purificadas de hemicelulosas y pectinas a partir de zanahorias desechadas en operación semicontinua a escala piloto de cinco reactores en ciclos a 140 y 180 °C. Se probaron dos modos de operación de puesta en marcha (con y sin prellenado de agua), mostrando que influye mucho en la concentración final de hidrolizado y en la estabilidad del sistema. Se produjeron azúcares libres, arabinogalactanos y pectinas con rendimientos máximos de 379,5 g/kg de pulpa seca, 81,0 g/kg de pulpa seca y 5,35 g/kg de pulpa seca, respectivamente, alcanzando la extracción de arabinogalactanos un rendimiento del 96,1% (p/p). Se aplicaron ciclos de ultrafiltración y diafiltración para la purificación y el fraccionamiento utilizando un sistema multimembrana de MWCO 10 y 30 kDa (140 °C), y 10, 30 y 1 kDa (180 °C). A 140 °C se recuperaron dos fracciones (10-30 kDa y >30 kDa) en 31,4 % (arabinogalactán) y 32,4 % (pectinas) y a 180 °C tres fracciones (1-10, 10-30 y >30 kDa) en 36,8 % (arabinogalactán) y 97,9 % (pectinas). Los ciclos de ultrafiltración más diafiltración permitieron pasar de alimentaciones con valores de peso molecular, polidispersidad y pureza de 1) 14,77 kDa, 19,2 y 22,2 % p/p (140 °C) y 2) 8,08 kDa, 18 2 y 14,9 % p/p, a fracciones con valores de 1) 80,36 kDa, 2,4 y 100 % p/p (140 °C), 2) 9,85 kDa, 2,1 y 100 % p/p (140 °C), 3) 67,77 kDa, 3,8 y 100 % (180 °C), 4) 5,23 kDa, 1,3 y 64,5 % p/p, y 5) 3,86 kDa, 1,5 y 66,8 % p/p. Las cinco fracciones fueron liofilizadas y secadas por aspersión para su posterior uso en la producción de películas biodegradables., Agencia Estatal de Investigación (Gobierno de España) and FEDER Funds EU for funding project reference PID2019-105975GB-I00 (MICINN/FEDER, EU), Junta de Castilla y León - Consejería de Educación and FEDER Funds project reference CLU-2019-04, Spanish Ministry of Education, Culture and Sports for the research-university professor training contract (reference FPU15/06366)

Flexible 100 % bio-based films were produced from discarded carrots fractions. The main ingredient was purified high molecular weight fractions of hemicelluloses and pectins previously obtained by hydrothermal treatment and ultrafiltration/diafiltration. A fraction of lignin-containing cellulose nanofibers was used as an additive. These nanofibers were obtained from the residual pulp of the hydrothermal treatment after a mechanical treatment. Low content of lignin-cellulose nanofibers (< 5 % w/w) improved oxygen permeability (up to 29 %) but worsened water vapor permeability and tensile properties. A higher addition of lignin-cellulose nanofibers (5-25 % w/w) allowed to recover the properties of the reference film (without fibers) and provided a higher hydrophobicity, increasing the water contact angle from 79.9° to 125.8°. The study of the influence of the molecular weight (67.77-102.75 kDa) and composition of the hemicellulose and pectin fraction in films containing 1 % lignin-cellulose nanofibers showed that a higher molecular weight decreased oxygen permeability (from 48.18 to 41.14 cm3·µm/m2/kPa/day), increased water vapor permeability (from 21.56 to 24.01 g·mm/m2/kPa/day) and decreased hydrophobicity (from 86.84° to 71.10°). Tensile stress was higher with higher pectin content and lower molecular weight (from 1.13 to 2.84 MPa), while elongation was higher with higher hemicellulose content (from 5.92 to 15.28 %). The obtained films had acceptable properties for food packaging and high hydrophobicity, with the great advantage of being 100 % from agri-food waste by applying environmentally friendly processes and without the need for chemical modification., Grupo de Tecnologías a Presión (PressTech), Agencia Estatal de Investigación (Gobierno de España) and FEDER Funds EU [PID2019-105975GB-I00 (MICINN/FEDER, EU)], Junta de Castilla y León - Consejería de Educación and FEDER Funds [CLU-2019-04]

Discarded carrots were valorized to obtain different films. The pulp was subjected to hydrothermal treatment (140 and 180 °C) at pilot scale, with one and with several flow-through reactors in series, allowing the extraction of pectin-containing arabinogalactan (P-AG) of very high molecular weight. Ultrafiltration and diafiltration allowed obtaining purified fractions with molecular weights be-tween 3.48-102.75 kDa. The solid residue from the hydrothermal process was subjected to mechanical treatments to obtain lignin-containing cellulose nanofibers (L-CNFs). The P-AG film had a better oxygen barrier (67.73 vs. 239.83 cm3·µm/m2/kPa/day) and the L-CNFs film had a higher tensile strength (7.74 vs. 3.14 MPa). The combination of both fractions showed that L-CNFs should be added in percentages higher than 15 % (w/w) so that their presence does not harm the P-AG based film. There was a synergistic effect on hydrophobicity when mixing both fractions, reaching a 57.5 % higher water contact angle (125.8 °). As for the P-AG sample, a higher molecular weight decreased the oxygen permeability up to 14.6 % (41.14 cm3·µm/m2/kPa/day) but increased the water vapor permeability up to 11.4 % (24.01 g·mm/m2/kPa/day). The tensile strength was up to 150.9 % higher at lower molecular weight and higher pectin content (2.84 MPa) due to the high degree of branching of the arabinogalactan. Elongation was up to 157.9 % higher at higher arabinogalactan content (15.28 %). For the first time, purified fractions of P-AG and L-CNFs from carrot waste were obtained and used for film formation. The films had acceptable properties for food-packaging., Grupo de Tecnologías a Presión (PressTech), Instituto de Bieconomía de la Universidad de Valladolid, Agencia Estatal de Investigación (Gobierno de España) and FEDER Funds EU [PID2019-105975GB-I00 (MICINN/FEDER, EU)] Junta de Castilla y León - Consejería de Educación and FEDER Funds [CLU-2019-04]