As indústrias de processamento de frutas produzem toneladas diárias de resíduos, sendo os subprodutos de abacaxi um dos mais importantes, devido ao tamanho do fruto e, devido ao fato de 60% do peso do seu peso ser descartado como resíduo. A valorização total de subprodutos de abacaxi, por meio da química verde e de tecnologias sustentáveis, visando a obtenção de zero resíduos, é uma das possíveis abordagens para realizar uma valorização integrada destes subprodutos através de uma abordagem de biorrefinaria. O objetivo principal deste trabalho de doutoramento consistiu em utilizar subprodutos do abacaxi (cascas e centros) no desenvolvimento de ingredientes funcionais, desde concentrados de enzimas, extratos prebióticos/ antioxidantes e farinhas funcionais, e caracterizar e validar as atividades biológicas e as capacidades tecnológicas desses novos ingredientes. Primeiro, os centros e cascas do abacaxi foram fracionados gerando dois sumos (frações líquidas) e duas frações sólidas. As frações líquidas do centro representam 5% e da casca 17% do peso total do abacaxi. Ambas as frações líquidas apresentaram alto teor de açúcares simples, representando ca. 65% no caule e ca. de 67% na casca; ambas frações contêm menos de 1% de fibra dietética solúvel. Além disso, foi encontrado alto conteúdo de compostos fenólicos totais ca. 1.3% para a fração líquida do caule e ca. 0.7% para a fração líquida da casca, com elevador teor de vitamina C, associada também a uma elevada atividade antioxidante medida pelos métodos de ABTS e ORAC. Por outro lado, a fração sólida do caule representa ca. 44%, enquanto que a fração sólida da casca representa ca. 38% de abacaxi total, contendo proporções muito diferentes de hidratos de carbono. A fração sólida do caule contém 23% de açúcares simples, 5% de fibra dietética solúvel e 45% de fibra dietética insolúvel, enquanto que fração sólida da casca contém 28% de açúcares simples, 8% de fibra dietética solúvel e 38% de fibra dietética insolúvel, demonstrando um grande potencial como ingrediente rico em fibra. A composição dos hidratos de carbono estruturais mostrou diferenças, principalmente no teor total de celulose e lignina insolúvel. Uma precipitação com polissacáridos foi aplicada às frações líquidas do abacaxi para extrair a principal enzima presente - a bromelaína, uma importante enzima natural que é amplamente aplicada na indústria. A metodologia de separação desenvolvida baseada na precipitação com carragenana, representa uma alternativa natural às metodologias tradicionais de separação. Uma otimização experimental foi aplicada aos subprodutos de abacaxi para definir os valores ótimos responsáveis pela separação da bromelaína. Alto rendimento de recuperação (cerca dos 80%) de bromelaína ativa foi obtida para ambos os sumos, sendo possível extrair 0.26 g de bromelaína a partir de 100 g de subprodutos de abacaxi usando baixas concentrações de polissacarídeo (0.2-0.3%, p/v). Ambas as frações líquidas foram submetidas a um sistema gastrointestinal (TGI) simulado para compreender o impacto na composição dos bioativos presentes. Observou-se um elevado grau de hidratos de carbono digeridos, uma vez que os hidratos carbono de alto peso molecular, após a digestão bucal e duodenal, transformaram-se em moléculas de menor tamanho (tri-, di- e monossacarídeos). O conteúdo total de polifenóis aumentou ao longo do TGI, assim como a atividade antioxidante, medida por ABTS e ORAC, devido à libertação de polifenóis complexados com outras moléculas. A análise de composição de polifenóis mostrou que o ácido clorogénico está em maior concentração, combinado com outros como os ácidos cafeíco, cumárico e ferúlico, principalmente libertados após a digestão com TGI. A fração líquida do caule foi selecionada para estudar o potencial prebiótico, revelando elevada atividade em cinco estirpes probióticas (duas de lactobacilos e três de bifidobactérias). A atividade prebiótica foi medida após cada compartimento do TGI, a qual diminuiu ligeiramente ao longo do sistema. No entanto, a fração residual evidenciou capacidade para modular o crescimento e o metabolismo das estirpes probióticas. As frações sólidas também foram submetidas à simulação do TGI e a fração remanescente foi fermentada in vitro num modelo de fezes humanas. Ambas as frações evidenciaram elevadas concentrações de ácidos ferúlico e cumárico (cascas: 70 mg 100 g-1 e 113 mg 100 g-1 e caules: 95 mg 100 g-1 e 68 mg 100 g-1, respetivamente) que foram detetados após a simulação do TGI, bem como após 48 h de fermentação com microbiota intestinal, demonstrando ter um alto potencial antioxidante durante todas as fases do TGI. A fração sólida do caule promoveu o crescimento de Lactobacillus spp. e Bifidobacterium spp., enquanto a fração sólida da casca promoveu principalmente o crescimento de Lactobacillus spp. O crescimento desses grupos levou à produção de ácidos gordos de cadeia curta (AGCC), principalmente ácido propiónico e acético, que modularam positivamente o metabolismo intestinal. A prova de conceito de um dos ingredientes desenvolvidos foi realizada através da aplicação de bromelaína natural em um processo de amaciamento de um fiambre tradicional. A concentração mais baixa de bromelina (1 mg mL-1) permitiu o amaciamento da carne de porco. Através de um desenho experimental fatorial, os intervalos de valores e as condições ótimas de aplicação de enzima foram selecionadas: 1 mg de bromelaína por mL de salmoura. Os resultados deste trabalho experimental contribuirão para a sustentabilidade das indústrias de processamento de frutas num contexto de economia circular, através do desenvolvimento de ingredientes de valor agregado com impacto bioativo e funcional. Além disso, o desenvolvimento de seis novos ingredientes funcionais, através da aplicação de um processo a jusante integrado com obtenção de resíduos ZERO, ajudará as indústrias de processamento de frutas a implementar soluções de baixo custo, com produtos finais de alto valor agregado, o que permite a reintegração do valor económico, com a geração de novos fluxos de receita e o incentivo a uma sociedade mais sustentada.
| Data do prémio | 17 jun. 2019 |
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| Idioma original | English |
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| Supervisor | Maria Manuela Pintado (Supervisor), José António Teixeira (Co-Orientador) & Lorenzo M. Pastrana (Co-Orientador) |
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