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INTRODUCCIÓN
La agroindustria produce diariamente residuos como cáscara, semillas, orujo y bagazo. Cuando los residuos no son eliminados de forma adecuada, se convierten en un grave problema ambiental.1,2 Por ello, las tendencias actuales son la búsqueda de usos alternativos de los residuos, especialmente los producidos por la agroindustria;3 una novedosa opción es la búsqueda de compuestos bioactivos con aplicaciones biomédicas.
Existe una gran variedad de compuestos bioactivos que se encuentran en los residuos derivados del cultivo y procesamiento de productos agrícolas. Las estructuras vegetales como la cáscara y las semillas pueden considerarse como una fuente de compuestos bioactivos.4
Los compuestos fenólicos se forman a partir del metabolismo secundario de las plantas. Estos compuestos pueden estar formando parte de glicósidos. Estructuralmente, están formados principalmente por un anillo aromático (de carácter hidrófobo) y uno o más grupos hidroxilo (de carácter hidrofílico) unidos a él. Dentro de este grupo de compuestos se encuentran los ácidos fenólicos (hidroxicinámico e hidroxibenzoico), flavonoides, cumarinas, xantonas, chalconas, estilbenos, ligninas y lignanos.4
Los compuestos fenólicos son conocidos por tener varias propiedades biológicas como antioxidantes, inmunoestimulantes, moduladores del microbiota, antibacterianas, antiparasitarias, antivirales, antiinflamatorias, anticancerígenas, y efectos antihipertensivos.5
Las propiedades biológicas de los compuestos fenólicos, especialmente las antioxidantes, están relacionadas con su estructura química. El número y la posición de los grupos hidroxilo, la presencia de los dobles enlaces y la capacidad de deslocalizar electrones determinan la capacidad de los compuestos fenólicos para eliminar los radicales libres y donar átomos de hidrógeno.6 Otro mecanismos por el cual los compuestos fenólicos pueden ejercer su actividad biológica es interactuando con componentes de la membrana celular, enzimas y factores de transcripción, así como receptores.4,7
Los compuestos fenólicos brindan protección antioxidante a la membrana a través de la interacción de sus dominios hidrofílicos e hidrofóbicos con la cabeza polar y la porción no polar de la bicapa lipídica. Además, los compuestos fenólicos ejercen acción antioxidante indirecta y actividades antiinflamatorias.4,7
Los residuos agroindustriales pueden poseer contenidos importantes de compuestos fenólicos que pueden ser reutilizados en diversos ámbitos, debido a su actividad biológica, entre ellos la Medicina. El objetivo de esta revisión bibliográfica es describir el uso potencial de residuos agroindustriales como una fuente de compuestos fenólicos con actividad biológica.
MÉTODOS
Se realizó una revisión bibliográfica descriptiva de la literatura referente al uso potencial de residuos agroindustriales como una fuente de compuestos fenólicos con actividad biológica.
Para la obtención de la información se realizó una búsqueda de información en la base de datos PubMed/Medline, SciELO y el buscador Google Académico. Se emplearon los términos residuos, agroindustria, fenólicos y Ecuador, así como sus traducciones al inglés. Se seleccionaron aquellos artículos publicados en el periodo 2017-2023.
Después de obtener los artículos, se procedió a realizar una lectura de los resúmenes, descartando aquellos que no tenían relación con el tema. Posteriormente, se procedió a la lectura de textos completos; así, fueron seleccionados 24 artículos para el desarrollo de la presente investigación.
DESARROLLO
Los compuestos fenólicos presentan propiedades bioactivas que pueden ser aprovechadas por la industria biomédica, por lo tanto, es necesario determinar fuentes de estos compuestos. Los residuos provenientes de la agroindustria pueden ser considerados como una novedosa fuente; el contenido de compuestos fenólicos en estos residuos es alto. En algunos casos, los residuos agroindustriales poseen cantidades de compuestos fenólicos similares comparado con las partes aprovechables y comestibles del producto.8
Cacao
Gabbay Alves et al.9 identificaron, mediante cromatografía en capa fina de alto rendimiento, compuestos bioactivos provenientes de residuos de cacao. En sus resultados reportan la presencia de residuos de terpenos, sesquiterpenos y flavonoides.
El estudio realizado por Hernández‐Hernández et al.10 evaluó técnicas industriales de extracción de compuestos fenólicos a partir de cascarilla de cacao. Tanto el contenido fenólico, así como la actividad antioxidante de los extractos varió dependiendo de factores como la variedad y la temporada de cosecha. La capacidad antioxidante, expresada como IC50, varió desde 76,88 ± 12,74 hasta 16,87 ± 0,55 mg/mL.. Los resultados también reportan las mejores condiciones de extracción en cuanto al contenido de bioactivos y actividad biológica (tratamiento a 170 °C con agua por 30 minutos). Estos resultados son un pilar relevante para industrializar la producción de compuestos bioactivos a partir de residuos.
Café
Castro et al.8 analizaron el extracto hidroetanólico de los residuos de las semillas verdes de café. El contenido de fenoles totales fue de 27,9 % p/p, el cual es estadísticamente similar al contenido de las semillas verdes (27,4% p/p). Estos porcentajes se consideran altos en comparación con otros subproductos del café y matrices alimentarias. En el análisis cromatográfico se identificaron el ácido 5-cafeoilquínico y cafeína; las curvas analíticas cuantifican valores de 21,7 ± 0,72 y 7,2 ± 0,22 respectivamente en los residuos de semillas verdes y de 13,2 ± 0,35 y 5,9 ± 0,19 respectivamente en las semillas verdes. Los autores identificaron ocho ácidos clorogénicos de tipo monoacil y diacil ésteres de ácidos transcinámicos y ácido quínico.
En cuanto a la actividad antioxidante, la actividad inhibitoria del radical 2,2-difenil-1-picrilhidracilo (DPPH) fue de aproximadamente 75 %, medida en un extracto de concentración 25,0 µg/mL. Los resultados de la inhibición de los radicales catiónicos de ABTS mostraron una IC50 de 13,6 para los residuos de semillas verdes. Por último, el efecto supresor sobre los radicales peroxilo, expresado en unidades TEAC, mostró que los residuos de semillas verdes poseen una capacidad antioxidante equivalente a Trolox (TEAC) de 1,63. En comparación con otras importantes fuentes vegetales de antioxidantes, estos extractos tienen un mayor potencial antioxidante, lo que se atribuye principalmente a la presencia de compuestos fenólicos, principalmente los ácidos clorogénicos que son los que se encuentran en mayor cantidad.8
Banana
Extractos metanólicos y etanólicos de la cáscara de banana (Musa acuminate, var. Grand nan) presentan actividad antibacteriana frente a Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium, Escherichia coli y Psuedomona aeruginosa. Adicionalmente, este residuo tiene actividad antioxidante in vitro, aunque esta es menor a la actividad de otros residuos agroindustriales.11
Naranja
La cáscara de naranja (Citrus sinensis) es un desecho de industrias, contiene compuestos antioxidantes, fenoles, flavonoides y agentes antimicrobianos. Hanafy et al.11 estudiaron la cáscara de naranja variedad Balady. Los autores reportan que los extractos de este residuo poseen actividad antibacteriana frente a patógenos alimentarios: Bacillus cereus (Gram positivo), S. typhymurium (Gram negativo) y E. coli (Gram negativo). Además, estos extractos presentaron actividad antifúngica frente a Aspergillus niger y Aspergillus flavus. Con respecto a la actividad antioxidante, los autores reportan un representativo efecto antioxidante, comparable e incluso superior a la actividad antioxidante de otros residuos.
Mango
Mangifera indica es una fruta tropical de gran producción a nivel mundial. Gran parte de la producción de esta fruta es destinada a la elaboración de productos procesados como pulpa, mermelada y conservas. La agroindustria encargada del procesamiento de esta fruta descarta la cáscara, orujo y semilla, siendo estos una fuente relevante de compuestos con propiedades bioactivas.
Castro-Vargas et al.12 analizaron la cáscara, el núcleo de la semilla y la envoltura de la semilla de mango colombiano, encontrando un alto contenido de compuestos fenólicos que varía desde 48,6 ± 0,09 hasta 3553,2 ± 0,01 mg equivalentes de ácido gálico (GAE)/ 100 g materia prima. Las cáscaras de la fruta mostraron mayor potencial como antioxidante en comparación con la semilla y el núcleo. La envoltura de la semilla de mango presentó una moderada actividad antiproliferativa frente a líneas celulares de carcinoma de pulmón humano (A-549), adenocarcinoma colorrectal humano (HT-29), adenocarcinoma de mama humano (MDA-MB-231) y cáncer de próstata humano (PC-3).
Tanto la actividad antioxidante como la actividad antiproliferativa de residuos agroindustriales de mango son de interés en el ámbito farmacológico.
Papaya
Las semillas de papaya (Carica papaya L.) contienen compuestos fenólicos con propiedades antioxidantes. Castro-Vargas et al.13 emplearon un método de extracción por fluidos supercríticos para recuperar antioxidantes a partir de semilla de papaya. Este método mostró ser una buena opción para extraer compuestos bioactivos, debido al menor uso de solventes tóxicos. La extracción de estos compuestos se ve favorecida al emplear un solvente polar como el etanol. Los extractos de semilla de papaya poseen actividad captadora del radical DPPH, propiedad correlacionada con el contenido de compuestos fenólicos. Extractos de semillas podrían ser usadas como aditivos antioxidantes en alimentos por su capacidad de evitar la oxidación de aceites vegetales comestibles.
Tuna
La cáscara de tuna (Opuntia ficus-indica) constituye hasta un 50 % del peso de esta fruta. Un análisis realizado por Elkady et al.14 reportó que este residuo contiene compuestos fenólicos, donde el más abundante fue el ácido cafeico. También identificaron otros compuestos fenólicos como quercetina, ácido quínico, ácido sináptico, ramnetina y glicósidos de flavonoles. Además, el estudio destacó la actividad antibacteriana frente a Streptococcus pneumoniae, Stenotrophomonas maltophilia, Moraxella catarrhalis, Klebsiella pneumoniae, P. aeruginosa y Legionella pneumophila, patógenos causantes de neumonía. Por esto, la cáscara de tuna puede ser considerada como una importante fuente de compuestos de interés farmacológico.
Mortiño
El orujo de mortiño (Vaccinium meridionale), representa la quinta parte del peso de la fruta. Por lo general, este residuo es desechado. Garzón et al.15 evaluó el potencial de orujo de mortiño como colorante en yogur griego; la adición de este residuo en la formulación logró triplicar el contenido fenólico total y duplicar la capacidad antioxidante del producto, con respecto a un control. Un resultado que los autores destacan es la estabilidad de los compuestos bioactivos en refrigeración después de 21 días. Estas características posicionan a este residuo como una alternativa con potencial como sustituto de colorantes artificiales.
Manzana
El bagazo de manzana es un desecho de las industrias que producen sidra. Ibarra-Cantún et al.16 en su estudio extrajeron metabolitos secundarios a partir de bagazo de manzana empleando fermentación en fase sólida. Los extractos de este desecho presentaron actividad antioxidante in vitro superior a la reportada por residuos como el bagazo de agave. Esta propiedad bioactiva se atribuye al contenido de compuestos fenólicos (0,587 ± 0,013 mg GAE/g sustrato seco en el extracto acuoso después de 21 días de fermentación).
Uvilla
La uvilla (Physalis peruviana) es una baya andina originaria de Perú y Ecuador. El bagazo de esta fruta contiene compuestos de tipo fenólico como ácido clorogénico, epicatequina y ácido p-cumárico. El estudio de Rojas-Ocampo et al.17 encontró que la cuantificación del contenido fenólico total del bagazo de uvilla (0,77 ± 0,01 mg GAE/100 g de muestra fresca) es estadísticamente similar al contenido de la pulpa (0,69 ± 0,01 mg GAE/100 g de muestra fresca). La presencia de compuestos fenólicos es responsable de su acción captadora de radicales libres.
En la tabla 1 se muestra un resumen de la actividad biológica de compuestos fenólicos extraídos a partir de residuos. Los extractos obtenidos en los estudios presentan en su mayoría actividad antioxidante.18,11,12,13,16 Sin embargo, estos resultados no son comparables entre sí, debido a los diferentes tipos de metodología que se emplearon en cada estudio.
Situación actual de los residuos agroindustriales en Ecuador
El sector agrícola constituye una de las principales fuentes económicas de Ecuador; sin embargo, pese a esta contribución, la generación de residuos genera consecuencias ambientales producto de un tratamiento ineficiente de los mismos. Estos residuos poseen propiedades químicas que permiten, tras su procesamiento, se aprovechadas para la obtención de otros productos. A pesar de ello, en Ecuador no se registra un aprovechamiento que monetice este tipo de residuos.19
Según los resultados de la Encuesta de Superficie y Producción Agropecuaria Continua, de la tierra a cargo de los productores a nivel nacional, 5,11 millones de hectáreas se encuentran bajo labor agropecuaria (permanentes, transitorios, pastos cultivados y naturales). En las tierras dedicadas a los cultivos permanentes, se producen aproximadamente 9 258 000 toneladas métricas (TM) de caña de azúcar, 6 583 000 TM de bananas y 2 276 TM de palma africana. De igual forma se producen altos volúmenes de cacao, maíz, arroz en cáscara y papa.20
Riera et al. calcularon la cantidad de residuos agroindustriales producidos en Ecuador. Los autores reportan que las mayores cantidades de residuos provienen de la industria que procesa caña de azúcar, palma aceitera y arroz. La cantidad de residuos agroindustriales de plátano y naranja generados al año es de 4 391 TM y 5 131 TM respectivamente.
Si bien en Ecuador existe un avance en la tendencia de valorizar residuos agroindustriales, pocas investigaciones plantean la extracción de compuestos bioactivos. La recuperación de compuestos con actividad biológica podría representar un mayor ingreso económico en comparación a las estrategias de revalorización tradicionales, al tratarse de compuestos con un alto valor y de interés para las industrias farmacéutica, alimentaria y cosmética.
Las investigaciones se han enfocado en la producción de plásticos y producción de alimento animal. De igual forma, debido a la creciente demanda de fuentes de energía, varias investigaciones se han enfocado en la búsqueda de compuestos de que subsanen esta necesidad, de ahí que los residuos de la agroindustria sean utilizados como biocombustibles. Los principales agroresiduos que se han estudiados son: bagazo de caña de azúcar, residuos de arroz, residuos de plátano y residuos de frutas como maracuyá.
CONCLUSIONES
Los residuos agroindustriales poseen un elevado potencial como novedosa fuente de compuestos fenólicos con actividad biológica empleables en la farmacéutica, alimentaria y cosmética. Entre sus aplicaciones se encuentran las de antioxidante, antiinflamatorio, antimicrobiano y la actividad antiproliferativa. Varios de los residuos agroindustriales provienen de productos cultivables en Ecuador, de ahí que constituya una oportunidad a explotar en la industria nacional.
