HACIA LA UTILIZACIÓN INTEGRAL DEL ORUJO UVA A PARTIR DEL PROCESO DE VINIFICACIÓN TOWARDS INTEGRAL UTILIZATION OF GRAPE POMACE FROM WINEMAKING PROCESS Universidad Tecnológica Metropolitana Facultad de Ciencias Naturales, Matemáticas y del Medio Ambiente Departamento de Biotecnología Escuela de Industria Alimentaria – contaminación y tratamiento de residuos Nombres : Andrea Atenas C. Daniela Quintero A. Profesor : Gustavo Faundez z.

RESUMEN La uva es el principal cultivo frutícola de varios países. Aunque se pueden encontrar muchos productos alimenticios a base de uva en el mercado, estudios han demostrado que alrededor del 75% de la producción mundial de uva se destina al vino. El orujo de uva es un subproducto abundante de la industria del vino, que consiste en la piel restante, las semillas y los tallos y representa alrededor del 25% del peso total de uva utilizado en el proceso de vinificación. La uva es el principal cultivo frutícola de varios países. Aunque se pueden encontrar muchos productos alimenticios a base de uva en el mercado, estudios han demostrado que alrededor del 75% de la producción mundial de uva se destina al vino. El orujo de uva es un subproducto abundante de la industria del vino, que consiste en la piel restante, las semillas y los tallos y representa alrededor del 25% del peso total de uva utilizado en el proceso de vinificación.

RESUMEN En países como Italia, Francia y España, la producción anual de vino es más relevante y La generación de orujo de uva puede alcanzar casi 1200 toneladas por año. Varios estudios han investigado el utilizar el orujo de uva como fuente de compuestos sanos y tecnológicos que podrían aplicarse en la alimentación animal, Industria farmacéutica, cosmética o alimentaria para mejorar la estabilidad y las características nutricionales.

OBJETIVOS Mediante esta revisión acercarse a los beneficios obtenidos cuando se implementa una política de gestión de residuos, para comparar las tecnologías de extracción disponibles y una amplia alternativa de usos para el orujo de uva.

INTRODUCCIÓN La uva es una de las frutas convencionales más valoradas en el mundo esta se puede consumir cruda o puede ser utilizada en la formulación de productos tales como vino, mermelada, jugo, jalea, pasas, vinagre y aceite de semilla.

Teniendo en cuenta toda la producción de uva, se utiliza aproximadamente el 75% en la elaboración de vino, siendo la producción mundial de vino. Alrededor de 27 mil millones de litros al año. La especie más comúnmente cultivada para la producción de vino es Vitis vinífera. Los beneficios para la salud del vino se introdujeron en la década de 1990 debido a la teorizada ‘paradoja francesa", cuando el alto consumo de vino tinto en Francia redujo el las enfermedades coronarias. INTRODUCCIÓN

La producción ha estado llamando la atención ya que el orujo de uva es el principal residuo orgánico sólido de las industrias vitivinícolas; resultante de la Los procesos de prensado y / o fermentación se generan en grandes cantidades en muchas partes del mundo. Los componentes principales de el orujo de uva son semillas y piel. Esta Revisión presenta los componentes principales del orujo de uva, juntos Con alguna vía de extracción y aplicaciones actuales para ellos, con el objetivo de disminuir el impacto ambiental negativo del orujo de uva subutilizado. INTRODUCCIÓN

SOSTENIBILIDAD EN EL PROCESO DE VINIFICACIÓN Consiste en maximizar recursos y disminuir las emisiones generadas por la producción. El sector vitivinícola es responsable de alrededor del 0,3% de las emisiones de gases domésticos. La huella de carbono es un indicador mundial estandarizado

PUNTOS CRÍTICOS EN LA INDUSTRIA DEL VINO 1.Problemas ambientales (41%) procesos: cultivo de la uva pesticidas, fertilizantes, suministro de agua y combustible. Embalaje: botellas de vidrio, etiquetas de papel Vinificación: electricidad, agua y sodio. Trasporte (32%) Combustible Gestión de residuos Efluentes: aguas residuales y orujo de uva

INTERÉS EN EL DESARROLLO SOSTENIBLE Existen procedimientos ambiental para productos y servicios que lleva a una reducción de los riesgos humanos, ambientales, y costos El conocimiento es el primer paso para implementar una producción más limpia. Los productores de vino deben saber dónde se producen los residuos orgánicos, Gestionarlo adecuadamente y fomentar la reutilización de los derivados del vino. para propósitos alternativos

ORUJO DE UVA: EL PRINCIPAL SUBPRODUCTO DE LA VINIFICACIÓN. Los estudios han demostrado que el orujo representa, en general, 20-30% del peso original de la uva. La elaboración del vino comienza con la vendimia, sin embargo, dependiendo de En los aspectos sensoriales deseados del producto final,. Se requiere 1 kg de uva para producir 0,75 l de vino tinto. Los tallos tienen alta concentración de taninos y, según el vino deseado. En el proceso de vino tinto, las uvas están totalmente involucradas en la fermentación y en este caso, el jugo y el orujo se fermentan juntos. La presencia de la piel durante esta etapa proporciona pigmentos tales como antocianinas, necesarias para crear el color rojo del vino. En el proceso de vinificación blanca, el orujo no interviene en la fermentación. En este caso, solo el zumo se fermenta después del prensado. ya que esta el orujo del proceso de elaboración del vino blanco tiene más pulpa y azúcar residual cuando se compara con Orujo de vino tinto.

Los principales residuos sólidos de la vinificación son restos vegetales, sedimentos del proceso de clarificación, orujo de uva del prensado, y lías que son básicamente levaduras muertas. Durante décadas, la utilización del orujo de uva ha sido ineficiente. En los últimos años, se estima que el 3% del orujo de uva producido se reutiliza para la alimentación animal, otras aplicaciones son como compost a base de residuos y la posibilidad de mejorar el aislamiento térmico en construcción de edificios.

Grandes cantidades de los orujos se producen durante un corto período de recolección, que aumenta la concentración por área. Incineración o descarte en el campo de tierra puede ser perjudicial para el medio ambiente, debido a que los compuestos fenólicos disminuyen el pH del orujo, así como aumento de la resistencia a la degradación biológica. Otros problemas ambientales incluyen: contaminación de las aguas superficiales y subterráneas, contaminación de las aguas sucias. La atracción de olores, moscas y plagas que pueden propagar enfermedades y el agotamiento del oxígeno en el suelo y las aguas subterráneas por los taninos y otros compuestos. Los países tienen su propia política para gestionar los residuos agrícolas en para controlar la eliminación y evitar daños al medio ambiente.

PRINCIPALES COMPONENTES DEL ORUJO DE UVA Orujo sin semillas (pulpa residual, piel y tallo) y las propias semillas. La fibra y el aceite serán los principales componentes discutidos en la uva. Orujo sin semilla y semilla de uva. Ambas fracciones también son ricas en compuestos bioactivos, tales como compuestos fenólicos. Los compuestos fenólicos abundantes en el orujo de vino son antocianinas. Concentrado en la piel, y flavonoles más presentes en la semilla. (56–65% de flavonol total)

PRINCIPALES COMPUESTOS FENÓLICOS ENCONTRADOS EN EL ORUJO DE UVA

PRINCIPALES COMPUESTOS RECUPERADOS DE LOS PRODUCTOS DERIVADOS DE LA VINIFICACIÓN. Los compuestos fenólicos representan a uno de los grupos más numerosos e importantes y ampliamente distribuidos en los productos naturales del reino vegetal. Exhiben una amplia gama de propiedades fisiológicas como: 1. antialérgicas 2. antiinflamatorias 3. Antimicrobianas 4. Antioxidante 6. cardioprotector 7. Vasodilatador Sus efectos suelen estar asociados a beneficios para la salud. Sin embargo, todo el residuo que queda después de la fermentación todavía contiene altos niveles de polifenoles. De hecho, solo durante la vinificación 30-40% de los compuestos fenólicos se extraen, dependiendo de la variedad de uva, localización de viñedos y parámetros tecnológicos de los vinos.

LAS ANTOCIANINAS Son pigmentos característicos del color rojo y pro- ducido durante la maduración. Son altamente susceptibles a las transformaciones químicas. Debido a la acción de agentes como la luz, la temperatura, el oxígeno, pH, disolventes e iones metálicos. Debido a esta característica se investigo sobre este compuesto en su estabilización para su uso como colorante natural en la industria alimentaria. El principal Las antocianinas que se encuentran en la piel de la uva son: 3-O-glucósidos de malvidina, petunidina sin embargo, factores como la variedad, la madurez y el clima pueden alterar la presencia de estos compuestos

INVESTIGACIONES El contenido de extractos de orujo de uva suele estar bien correlacionado con su actividad antioxidante y el contenido de compuestos fenólicos. Se utilizo las semillas y pieles de diferentes variedades de uva brasileñas. Los autores observaron que había una mayor concentración de compuestos fenólicos en las semillas que en las pieles, para todas las variedades de uva, y La relación con la actividad antioxidante fue buena. También observaron una alta y significativa correlación entre la actividad antioxidante y el contenido fenólico total en muestras de orujo de uva.

EXTRACCIÓN DE FENÓLICOS La variabilidad de los compuestos fenólicos y el rendimiento de la extracción depende en : Como cultivar la uva, ubicación geográfica, clima, condición del suelo. Tecnología de procesos.

MÉTODOS DE EXTRACCIÓN Extracción con solvente convencional utilizando una mezcla de agua y disolvente orgánico que proporciona altos rendimientos. Compararon tres solventes (agua, agua: etanol (1: 1) y etanol) Ocuparon Tres extracciones métodos (asistida por microondas, asistida por ultrasonido y extracción de Soxhlet) Los autores determinaron que La técnica de extracción más ampliamente reportada para polifenoles de orujo de uva es la extracción sólido-líquido por agitación mecánica. La eficiencia de extracción se puede mejorar principalmente por cambios en el tipo de disolvente, tamaño de partícula, temperatura y tiempo de extracción, así como la presencia de sustancias interferentes en la matriz.

METODOS DE TECNOLOGÍAS DE EXTRACCIÓN Y CONVENCIONALES

FACTORES MAS RELEVANTES En los últimos años la extracción tradicional con disolventes orgánicos se han ido cambiando gradualmente a nuevos métodos con reducción Tiempos de extracción y bajo consumo de disolventes orgánicos, con el objetivo de Aumentar el proceso de sostenibilidad. Debido a la naturaleza polar de los polifenoles, son fácilmente solubi- Se utiliza en medios próticos polares como soluciones hidroalcohólicas. De hecho, La acetona pura o el metanol no dieron el nivel óptimo de antioxidantes. Además, mezclas acuosas de alcoholes tales como etanol se prefirieron para la extracción de fenólicos

MÉTODOS DE EXTRACCIÓN TRADICIONALES COMO LA AGITACIÓN MECÁNICA. Puede ser ineficiente extraer parte de los compuestos fenólicos. Estos "fenólicos no extraíbles" pueden estar unidos a éster o atrapados dentro de las proteínas, polisacáridos, en las paredes celulares. Una cantidad considerable de fenólicos se quedan después de extracción en algunas matrices; como consecuencia, enormes cantidades de sustancias potencialmente promotoras de la salud podrían permanecer en el pulpa. La recuperación de fenólicos no extraíbles ya ha sido estudiada. En la hidrólisis alcalina del orujo de arándano

LA EXTRACCIÓN ASISTIDA POR ULTRASONIDOS Extracción de compuestos activos, sabores y especias del material vegetal es una aplicación muy exitosa ya que la cavitación generada por ultrasonidos altera las células vegetales y mejora la transferencia de masa de modo que el material intracelular esté disponible. De este modo, se logra una extracción más eficiente y mayores rendimientos.

EXTRACCIÓN ASISTIDA POR ULTRASONIDO (EAU) Está basado en la propagación de ondas mecánicas conformada por un conjunto de ciclos, definidos como la combinación de altas y bajas presiones, denominadas compresiones y rarefacciones, respectivamente Las principales características de la onda de ultrasonidos son: Longitud : distancia entre dos puntos de compresión o rarefacción. Amplitud : altura máxima de una onda. Frecuencia (Hz): número de ciclos por unidad de tiempo. Velocidad (m/s): producto de la frecuencia por la longitud de onda. Potencia (W): cociente entre la energía transportada y el tiempo considerado. Intensidad (W/cm2 ): cociente de una unidad de potencia a través de una unidad de área.

Al espectro de ondas implicadas en el ultrasonido se les denomina ondas ultrasónicas, cuyas frecuencias se encuentran por encima del intervalo audible (>20 kHz) y por debajo de las frecuencias de microondas (hasta 10 MHz. Tiene como principal fuerza impulsora a la cavitación acústica, capaz de inducir una serie de compresiones y rarefacciones en las moléculas del solvente presente, provocando la formación de burbujas como consecuencia de los cambios de temperatura y de presión.

MECANISMOS INVOLUCRADOS Las ondas ultrasónicas, causan la reducción en el tamaño de partícula, lo que facilita la transferencia de masa. La erosión, que ayuda a mejorar la accesibilidad del disolvente mediante la implosión de las burbujas sobre la superficie de la matriz vegetal. Por su parte, los efectos de sonocapilaridad y de sonoporación son capaces de mejorar la penetración de líquido a través de los canales producidos por la implosión de las burbujas, ocasionando alteraciones en la permeabilidad de las membranas celulares, respectivamente. Finalmente, el esfuerzo de cizallamiento produce el colapso de las burbujas en el fluido debido al fenómeno de oscilación.

La principal desventaja del baño de ultrasonido, es que generalmente funcionan a una sola frecuencia (20 o 40 kHz). Sin embargo, existen sistemas de extracción más eficientes, como los sistemas de extracción por ultrasonido acoplado a una sonda (figura 5), en donde el contacto directo con la muestra, le permite desarrollar una potencia de hasta 100 veces más que la proporcionada por el baño de ultrasonido

VENTAJAS La principal ventaja La técnica de reducción de tiempo de extracción, baja energía. Consumo y calidad de extracto mejorada en comparación con con- maceración ventional. En este caso, el uso de solventes puede ser drástico. reducidos varios trabajos reportados en la literatura se utilizó la extracción asistida por ultrasonido para recuperación de la piel de uva, logrando altos rendimientos en periodos cortos. tiempo

APLICACIONES DE LOS COMPUESTOS BIOACTIVOS DEL ORUJO DE UVA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA Los extractos de orujo de uva se pueden aplicar en alimentos, productos farmacéuticos, cosméticos y otros productos en forma de extractos liquidos. Estudios han utilizado extractos de orujo como protectores de alimentos debido a su capacidad antioxidante para prevenir la oxidación de lípidos en productos a base de pescado y capacidad antibahcteriana contra diferentes espectros bacterianos como : staphylococcus aureus, bacillus cereus, campylobacter coli etc.

Los extractos del orujo de uva se pueden utilizar como suplemento funcional en producción de alimentos, como por ejemplo : enriquecer bebidas o incluso como ingrediente de una solución osmótica para obtener fruta deshidratada incrementada en contenido fenólico. Los orujos también fueron incorporados en las películas comestibles de quitosano aportando propiedades antioxidantes. En la industria alimentaria también se utilizan como sustitutos de los antioxidantes sintéticos, como por ejemplo se utiliza mucho en la carne de cerdo y hamburguesas.

CONCLUSIÓN Los problemas ambientales son una preocupación obligatoria en la agricultura y los procesos agroindustriales, varios países tienen la agricultura como negocio principal por lo que es importante que tengan una política de control apropiada. La industria del vino es responsable de una parte considerable de los problemas ambientales, ya que disponen de grandes cantidades de orujo de uva. Por otro lado el orujo contiene muchos compuestos y este se convirtió en un requerimiento industrial por sus capacidades de antioxidantes, su capacidad de reemplazar aditivos sintéticos, sin olvidar sus beneficios para la salud, por lo que las industrias comenzaron a utilizar al orujo como materia prima para nuevos desarrollos. La utilización de subproductos de la uva se ha convertido en foco de investigación, para así poder recuperar los compuestos bioactivos del orujo de uva con el fin de promover una tecnología mas rápida y más verde.