Characterisation of dietary fibre, bioactive compounds and prebiotic effect of plant food by-products for their valorisation as high added-value ingredients

Resumen

La industria agroalimentaria genera gran cantidad de subproductos con un impacto negativo a nivel económico y medioambiental. Estos subproductos son una fuente de fibra dietética y compuestos bioactivos. Por ello, el objetivo general de esta Tesis Doctoral ha sido valorizar diferentes subproductos generados en la industria agroalimentaria, derivados de los frutos rojos, el brócoli y la naranja para obtener ingredientes ricos en fibra dietética y con un alto contenido en compuestos bioactivos ((poli)fenoles, carotenoides y glucosinolatos), que puedan ser utilizados como ingredientes funcionales en la industria alimentaria para diseñar y desarrollar alimentos funcionales. Se seleccionaron cuatro subproductos diferentes: frambuesas, mezcla de frutos rojos, troncos de brócoli y piel de naranja por su contenido en compuestos bioactivos. Se extrajeron fracciones ricas en fibra mediante un proceso enzimático y otro que empleaba agua y etanol. Las fracciones se caracterizaron nutricionalmente, analizando y caracterizando el contenido de fibra dietética total, soluble e insoluble, midiendo la proporción de azúcares neutros y ácidos urónicos mediante cromatografía gas-líquido y espectrofotometría, respectivamente. Además, se calculó teóricamente la proporción de pectina, celulosa y hemicelulosa. Se analizaron las propiedades fisicoquímicas para evaluar sus posibles funciones fisiológicas y tecnológicas. También se determinó por cromatografía líquida el contenido de (poli)fenoles extraíbles (EPP) y no extraíbles (NEPP), así como el contenido de glucosinolatos y carotenoides en las fracciones de troncos de brócoli y piel de naranja, respectivamente. El contenido fenólico total (método Folin-Ciocalteu), y los flavonoides totales se analizaron por espectrofotometría y se emplearon los métodos del poder reductor del hierro (FRAP) y la capacidad de absorción de radicales de oxígeno (ORAC) para determinar la capacidad antioxidante. El efecto prebiótico de las fracciones se determinó mediante una digestión in vitro, llevando a cabo posteriormente fermentaciones in vitro con heces humanas durante 48 h, analizando los ácidos grasos de cadena corta (AGVCC) por cromatografía gas-líquido, la producción de amonio como medida de la actividad microbiana y la producción de catabolitos fenólicos mediante cromatografía líquida. El uso de un método enzimático y de otro que empleaba agua y etanol permitió la extracción de fracciones ricas en fibra, cuyas características químicas dependen del subproducto inicial y del método utilizado. La capacidad antioxidante de las fracciones obtenidas se debía a su contenido en (poli)fenoles, sin embargo, el contenido de EPP y NEPP estaba influenciado por el método de extracción. La extracción de fracciones solubles con etanol eliminaba parte de los EEP, mientras que la fibra insoluble retuvo mayor cantidad de EEP y NEPP. Además, debido a que los (poli)fenoles están unidos a la pared celular, las fracciones insolubles mostraron un alto contenido de NEPP. En las fracciones de tronco de brócoli se encontraron glucosinolatos y en las de piel de naranja carotenoides. Tras la fermentación in vitro, todas las fracciones dieron lugar a la producción de AGVCC (acetato, propionato y butirato) demostrando un efecto prebiótico que estaba correlacionado con el contenido de fibra soluble (pectinas y hemicelulosa). Paralelamente, se evaluó la formación de catabolitos (poli)fenólicos producidos por la microbiota, analizando la formación de urolitinas a partir de elagitaninos y ácido elágico en las fracciones de frutos rojos; y de ácidos fenólicos (derivados del ácido fenilpropiónico, fenilacético y benzoico), a partir de las flavanonas y los ácidos hidroxicinámicos en las fracciones de piel de naranja. Estos catabolitos son más biodisponibles que los compuestos de partida y tras la fermentación de las fracciones obtenidas pueden ser absorbidos en el colon, permitiendo su distribución sistémica, pudiendo aportar efectos beneficiosos para la salud del consumidor. En este sentido, las fracciones obtenidas pueden ser utilizadas como potenciales ingredientes para el desarrollo de alimentos funcionales con propiedades nutricionales y funcionales mejoradas.