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Title: Estratégias de processamento e revalorização de matériasprimas alimentares para a produção de ingredientes funcionais e sustentáveis
Authors: Silva, Edilene Souza da
Advisor: Hoskin, Roberta Targino
Keywords: Revalorização;Proteínas alternativas;Meio ambiente
Issue Date: 25-Aug-2023
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: SILVA, Edilene Souza da. Estratégias de processamento e revalorização de matériasprimas alimentares para a produção de ingredientes funcionais e sustentáveis. Orientador: Dr. Roberta Targino Hoskin. 2023. 190f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.
Portuguese Abstract: Um volume considerável de resíduos agroindustriais são produzidos diariamente de Norte a Sul do país. Estimativas apontam que resíduos de frutas (constituídos principalmente por peles, sementes e polpa residual) podem representar até 50% do peso da fruta original. Apesar de já ter sido amplamente demonstrado que os resíduos são fontes valiosas de compostos fitoquímicos residuais com potenciais aplicações na produção de alimentos, ainda existem poucos produtos no mercado a partir dessa matéria-prima abundante, especialmente em países em desenvolvimento como o Brasil. Segundo a Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação, a fome e a desnutrição podem ser combatidas através da inovação, a qual diz respeito não apenas ao surgimento de novas tecnologias, mas também ao uso racional de produtos e procedimentos existentes. Dessa forma, a presente tese de Doutorado tem como objetivo estudar estratégias de revalorização de matérias-primas para produzir ingredientes alimentícios derivados de frutas e vegetais e avaliá-los no que diz respeito às propriedades físico-químicas, funcionais e bioativas, bioacessibilidade, assim como a viabilidade ambiental. Especificamente, técnicas de obtenção de extratos aquosos ricos em polifenois recuperados de resíduos agroindustriais de frutas (acerola e jambolão) mediante aplicação de técnicas de extração convencional (extração sólido-líquido) e emergentes (ultrassom) foram avaliados e comparados no que diz respeito a performance e viabilidade ambiental através da ferramenta Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Além disso, a produção de ingredientes alimentícios do tipo proteína-polifenol foi conduzida por spray drying usando diferentes estratégias: a) polifenois recuperados de resíduo e polpa do sabugueiro (elderberry) americano encapsulados com isolado de proteína de soja (SPI) e amido de tapioca (TS) e b) polifenois extraídos de folhas de alecrim ou recuperados do resíduo da uva muscadine usando a nova proteína de inseto (insect protein) ou a mistura de proteína de inseto e proteína de ervilha (pea protein isolate) como coadjuvantes de secagem. O método UAES (Extração assistida por ultrassom e agitação) após 90 min apresentou o maior teor de polifenois, e a ACV revelou que o UAES teve o menor impacto ambiental entre todos os protocolos de extração. Para as partículas do elderberry, aquelas produzidas com SPI tiveram maior solubilidade e fluidez, bem como foram mais bioacessíveis, enquanto as com o TS apresentaram maiores teores de compostos bioativos (TPC, ANC e PAC). As partículas protéina de inseto-polifenol apresentaram boas características funcionais. O melhor desempenho para a secagem em spray foi obtida para as partículas derivadas da mistura de proteína de inseto e proteína de ervilha, ao passo que as partículas derivadas do alecrim foram mais bioacessíveis. Esse trabalho aborda assuntos de grande interesse mundial na área de ciência e tecnologia de alimentos e produz resultados científicos importantes para avanços na área de processamento de alimentos alternativos, novas matérias-primas e revalorização de resíduos alimentares. Sobretudo apresenta novas aplicações para a produção de ingredientes alimentícios bioacessíveis, com propriedades funcionais desejáveis usando estratégias “amiga” do meio ambiente.
Abstract: A considerable volume of agro-industrial by-products are produced daily from North to South of Brazil. Fruit by-products, consisting mainly of skins, seeds, and residual pulp, constitute up to 50% of the initial weight of the fruit. Although it has been demonstrated that fruit by-products are valuable sources of residual phytochemicals with potential applications in the food industry, there are only few products in the market made from this abundant raw material, especially in developing countries like Brazil. According to The Food and Agriculture Organization (FAO), innovation is a valuable tool against hunger and malnutrition, and this includes not only the development of new technologies, but also the rational use of existing products and procedures. Thus, this PhD dissertation demonstrates strategies for the revalorization of underexplored food materials to produce plant-based ingredients, that were assessed regarding their physicochemical, functional, and bioactive properties, polyphenol bioaccessibility, and environmental viability. Specifically, extraction protocols designed to obtain aqueous polyphenol-rich extracts recovered from tropical fruit residues (acerola and jambolan) using conventional (solid-liquid extraction) and emerging (ultrasound) techniques were evaluated performance-wise. In addition, the environmental viability of each one of the extraction methods was evaluated by the LCA tool. Furthermore, the production of proteinpolyphenol food ingredients was carried out by spray drying using different strategies: a) polyphenols recovered from American elderberry residue and juice encapsulated with soy protein isolate (SPI) and tapioca starch (TS) and b) polyphenols extracted from rosemary leaves or recovered from muscadine grape residue using a novel insect protein or a mixture of insect protein and pea protein isolate as drying carriers. The UAES protocol (Ultrasound Assisted Extraction and Stirring) after 90 min showed the highest total polyphenol content, and the LCA revealed that the UAES had the lowest environmental impact among all extraction protocols. For elderberry particles, those produced with SPI had greater solubility and flowability, as well as higher bioaccessibility, while those with TS had higher levels of bioactive compounds (total phenolics, anthocyanins and proanthocyanidin). The insect protein-polyphenol particles showed good functional characteristics and the best spray drying performance were observed when insect protein and pea protein blend was used while rosemary-derived particles were more bioaccessible. This work addresses issues of great interest worldwide in food science and technology and unveils important scientific results for the advance of alternative foods processing, new raw materials and repurposing of food waste. Furthermore, new applications for bioaccessible food ingredients with desirable functional properties using environmentally friendly approaches are shown here.
URI: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56766
Appears in Collections:PPGEQ - Doutorado em Engenharia Química

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