Innovación biotecnológica en la valorización de subproductos orgánicos como ingredientes de alto valor para las industrias de suplementación nutricional y cosmética

La valorización de biorresiduos y subproductos agroindustriales es clave para reducir el desperdicio alimentario y fomentar la economía circular. Cada año, se generan 59 millones de toneladas de residuos alimentarios en la Unión Europea (UE) que pueden ser transformados en compuestos de alto valor. En este contexto, el centro tecnológico ITENE, en el marco del proyecto ESENCIAL 2024, financiado por la Conselleria de Innovación, Industria, Comercio y Turismo mediante ayudas a los institutos tecnológicos de la Comunitat Valenciana para proyectos de innovación en colaboración con empresas en el marco de la especialización inteligente S3, emplea diversos procesos biotecnológicos para aprovechar estos subproductos, obteniendo ingredientes como probióticos, compuestos postbióticos, ácidos hialurónicos microbianos y extractos antioxidantes de origen vegetal. Estos ingredientes tienen aplicaciones en cosmética, suplementos nutricionales y detergentes, utilizando métodos sostenibles y económicos. Estas iniciativas no solo minimizan el impacto ambiental, sino que también refuerzan la competitividad de la industria alineando a España y la UE con los objetivos de residuo cero.

La gestión y tratamiento de biorresiduos y subproductos representan un reto crucial para las industrias agroalimentarias especialmente en un mundo donde la sostenibilidad se ha vuelto una prioridad. Según un informe de 2024 de Eurostat, cada año se desperdician en la Unión Europea 59 millones de toneladas de alimentos, un 30% de los cuales se pierde durante los procesos de cultivo y transformación. Este desperdicio se traduce en una variedad de mermas, residuos y subproductos, como biomasa vegetal postcosecha, pulpas, cáscaras y estiércol. Muchos de estos materiales, gracias a su composición y características, poseen un gran potencial para ser transformados en compuestos de alto valor industrial.

Mientras, la Unión Europea ha implementado diversas directivas y planes de acción, destacándose la Directiva sobre Residuos (Directiva (UE) 2018/851) y el Plan de Acción para la Economía Circular. Estas iniciativas buscan reducir la cantidad de residuos enviados a vertederos y fomentar la reutilización de materiales orgánicos, en línea con la estrategia 'De la Granja a la Mesa', la cual tiene como meta mejorar la sostenibilidad del sistema alimentario europeo.

En España, la reciente Ley 7/2022 de Residuos y Suelos Contaminados para una Economía Circular refuerza este enfoque al promover la valorización de subproductos agroindustriales mediante tecnologías limpias como la biotecnología. Este nuevo marco no solo brinda beneficios ambientales y económicos, sino que también permite la producción de productos de alto valor añadido, como azúcares libres y polisacáridos hidrolizables, a través de fermentación microbiana. Además, abre la puerta a nuevas oportunidades económicas para diversos sectores industriales que puedan beneficiarse de estos subproductos agroalimentarios.

Las innovaciones en procesos biológicos, como la sacarificación y la extracción sostenible de moléculas activas, están asociadas a tecnologías que destacan por su bajo coste, reducido consumo energético y mínima generación de aguas residuales.

El centro tecnológico ITENE trabaja en línea con los modelos de economía circular, logrando importantes avances en la valorización de residuos, subproductos y coproductos agroalimentarios. Varias de las principales líneas de desarrollo e innovación se centran en la obtención de compuestos de alto valor añadido dirigidos a la industria cosmética, suplementos alimenticios y detergentes.

En el marco de la valorización de subproductos orgánicos, un enfoque integral que promueve la investigación, desarrollo e innovación (I+D+i) se evidencia a través de diversos proyectos orientados a caracterizar la composición de estos subproductos y evaluar su idoneidad en diferentes bioprocesos. Se busca así optimizar las condiciones de conversión en medios de cultivo microbianos de alta calidad y también fomentar el crecimiento de microorganismos que producen ácidos orgánicos valiosos, como el hialurónico. Asimismo, ITENE trabaja en la extracción sostenible de moléculas bioactivas antioxidantes mediante el uso de solventes verdes, llevando a cabo estudios de escalado para examinar la viabilidad técnica e industrial de estos procesos, y optimizando la purificación de distintos compuestos activos.

El objetivo es doble: reducir el impacto medioambiental de los residuos agroalimentarios y, al mismo tiempo, mejorar la competitividad de la industria valenciana a través de la promoción productos con etiqueta verde.

En esta línea, el proyecto ESENCIAL 2024, financiado por la Conselleria de Innovación, Industria, Comercio y Turismo mediante ayudas a los institutos tecnológicos de la Comunitat Valenciana para proyectos de innovación en colaboración con empresas en el marco de la especialización inteligente S3, se centra en el desarrollo y escalado de procesos biotecnológicos para la obtención de compuestos de alto valor industrial a partir de subproductos agroindustriales, cuyo potencial se manifiesta en aplicaciones dentro de las industrias cosmética, de suplementos alimenticios y/o detergencia.

Este innovador proyecto ha logrado optimizar a escala piloto diferentes procesos que incluyen el acondicionamiento y sacarificación de los subproductos seleccionados como alcachofa, kiwi, pomelo, papaya, albaricoque, nectarina, uva y granada. Además, se llevan a cabo fermentaciones microbianas para la producción de probióticos del género Lactobacillus, así como la generación de compuestos postbióticos, la producción de ácidos hialurónicos microbianos (AHMs), y la extracción de compuestos fenólicos y antioxidantes de origen vegetal.

En cuanto a los resultados obtenidos en ESENCIAL 2024, el subproducto de kiwi destaca por su alto contenido en azúcares libres (62 g/L) mientras que subproductos de pomelo y alcachofa presentan altas concentraciones de fenoles totales (2 g/L y 1 g/L, respectivamente), demostrando buenas propiedades antioxidantes y antimicrobianas. Además, la alcachofa, aunque baja en azúcares libres, ofrece un 28% de holocelulosa, liberando azúcares fermentables tras un proceso hidrolítico intensivo con enzimas (Figura 1). Sin embargo, en términos generales, los pretratamientos térmicos para estabilizar los subproductos resultaron eficaces para extraer azúcares sin procesos alcalinos o enzimáticos adicionales, reduciendo costes del proceso.

Estos resultados destacan el significativo potencial de valorización de los subproductos de frutas azucaradas como el kiwi para la obtención de azúcares fermentables de segunda generación (2G). Por otro lado, los subproductos de alcachofa presentan un mayor valor en la extracción de biomoléculas activas, las cuales tienen amplia aplicación en diversas industrias. Esta diferenciación en el uso de los subproductos subraya la importancia de optimizar su aprovechamiento dentro de un enfoque sostenible y eficiente en la industria agroalimentaria.

Por otra parte, el proyecto ESENCIAL 2024 ha avanzado en la creación de medios de cultivo innovadores, utilizando subproductos de frutas azucaradas hidrolizadas para fomentar el crecimiento de probióticos del género Lactobacillus llegando a alcanzar concentraciones superiores a 109 UFC/mL sin necesidad de suplementar con medios comerciales. La producción de probióticos se ha escalado satisfactoriamente a 2,5 L, manteniendo excelentes niveles de crecimiento.

Además de su potencial probiótico, se han obtenido fracciones postbióticas de estos microorganismos, ricas en compuestos valiosos como el ácido láctico, ácidos volátiles y fragmentos de debris celulares, ricos en ácidos teicoicos, peptidoglucano y exopolisacáridos. Estos productos adicionales presentan oportunidades significativas en la industria de suplementos nutricionales.

El proyecto ESENCIAL 2024 también se ha centrado en la extracción de antioxidantes a partir de subproductos de alcachofa y pomelo, utilizando un baño ultrasónico y agua como único disolvente. A escala piloto (50 L), se ha maximizado la recuperación de compuestos fenólicos, validando su capacidad antioxidante y destacando su potencial en cosmética y como suplementos nutricionales. Entre los fenoles aislados (quercetina, ácido cafeico y naringina), la naringina ha mostrado una concentración notable en pomelo (>14 g/kg), siendo purificada mediante técnicas cromatográficas para futuras aplicaciones en productos cosméticos.

Una de las iniciativas más destacadas en ESENCIAL 2024 ha sido la mejora de cepas para la producción microbiana de ácidos hialurónicos (AHMs) mediante presión selectiva. Este enfoque ha buscado adaptar microorganismos productores de AHM en caldos hidrolizados de subproductos agroalimentarios, con planes de escalado a 100 L (Figura 3) del proceso fermentativo para la obtención de estos AHM utilizando dichos azúcares 2G. Estos AHM son altamente valorados en cosmética por sus propiedades humectantes, antiinflamatorias, inmunoestimulantes, cicatrizantes y antiacneicas, además de estar etiquetados como cosmética verde.

Finalmente, se han llevado a cabo validaciones de bioactividad y seguridad toxicológica de los productos obtenidos, así como un análisis técnico-económico para evaluar la viabilidad industrial de los procesos desarrollados en ESENCIAL 2024. A través de la optimización de procesos como acondicionamiento, hidrólisis, fermentación y purificación, se han generado caldos enriquecidos en azúcares 2G, probióticos y compuestos antioxidantes de alta calidad como naringina, ácido cafeico y quercetina.

De este modo, este proyecto no solo ha promovido la valorización de subproductos en el sector agroindustrial valenciano, sino que también contribuye a la economía circular, reduce costos en la gestión de biorresiduos y ofrece alternativas naturales a ingredientes sintéticos, marcando un paso significativo hacia la sostenibilidad y la reducción del impacto ambiental.