Caracterización de desperdicios de alimentos y su reúso en la obtención de ácido láctico

Abstract

Food loss through the food supply chain represents one-third of total production worldwide. In Mexico, food waste represents more than 50% of the urban solid waste that is confined in landfills. This causes environmental, social, and economic problems. The abundance of food waste is available to obtain added-value products through a biotechnological process such as fermentation; since, it contains carbohydrates, proteins, and lipids mainly, which makes their transformation possible. In this project, the optimal conditions of time and concentration of H2SO4 were found as thermochemical pretreatment applied to food waste, and the reducing sugars obtained were used as a carbon source to produce lactic acid with the strain E. coli JU15. Food waste was characterized through a proximal analysis (moisture, protein, total carbohydrates, total fats, ashes, and crude fiber) and subsequently they were subjected to thermochemical pretreatments with NaOH 0.5% and H2SO4 2% to obtain reducing sugars. A Central Compound Design (CCD) was carried out to identify optimal conditions of time and acid concentration (H2SO4) and the reducing sugars were quantified by the 3.5 dinitrosalicylic acid (DNS) method and HPLC. Finally, the food waste hydrolyzate was enriched with mineral medium AM1. Producing lactic acid quantified by HPLC, the E. coli JU15 strain was tested. The pretreatment with NaOH 0.5% w / w at 121 ºC for 30 minutes in an autoclave showed not the ideal conditions for food waste since the reducing sugars were totally lost. The design of the experiment applied to the acid pretreatment (H2SO4) indicated the optimal conditions of acid concentration and time, 1.6% and 31 minutes, respectively, reaching a concentration of 30 g / L (DNS). Glucose, fructose, and arabinose were the 3 main reducing sugars identified by HPLC that made up the hydrolysate.

La pérdida de alimentos a través de la cadena de suministro de alimentos representa un tercio de la producción total a nivel mundial. En México los desperdicios de alimentos representan más del 50% de los residuos sólidos urbanos y que son confinados a rellenos sanitarios lo que provoca problemas ambientales, sociales y económicos. La abundancia de estos residuos están disponibles para la obtención de diversos productos de valor agregado a través de un proceso biotecnólogico como lo es la fermentación, ya que contienen carbohidratos, proteínas y lípidos, principalmente, lo que hace posible su transformación. En este trabajo experimental se encontraron las condiciones óptimas de tiempo y concentración de H2SO4 como pretratamiento termoquímico aplicado a desperdicios de alimentos para la obtención de azúcares reductores que fueron utilizados como fuente de carbono para producir ácido láctico con E. coli JU15. Los desperdicios de alimentos se caracterizaron a través de un análisis proximal (humedad, proteína, carbohidratos totales, grasas totales, cenizas y fibra cruda) y posteriormente fueron sometidos a pretratamientos termoquímicos con NaOH 0.5 % y H2SO4 2%. Utilizando un diseño central compuesto (DCC) fue posible identificar las condiciones óptimas de tiempo y concentración de ácido (H2SO4) para lograr tener una cantidad cercana a la teórica de azúcares reductores que fueron cuantificados por el método 3,5 ácido dinitrosalicílico (DNS) y por HPLC. Se probó la cepa E. coli JU15 en el hidrolizado de desperdicios de alimentos enriquecido con medio mineral AM1 y se obtuvo ácido láctico que fue cuantificado por HPLC. Los resultados mostraron que un pretratamiento con NaOH 0.5% p/p a 121 ºC por 30 minutos en autoclave no son las condiciones ideales para los desperdicios de alimentos ya que se identificó una pérdida casi total de los azúcares reductores.