Revalorización de subproductos del tomate: extracción óptima y enriquecimiento de nuevos alimentos con biocompuestos clave extraídos

[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. El tomate (Solanum lycopersicum) es mundialmente reconocido como el segundo cultivo hortícola más importante y un componente fundamental de la dieta Mediterránea. Según el World Processing Tomato Council, cada año se procesan más de 130 millones de toneladas de tomate en el mundo, generando unos 8 millones de toneladas de subproductos. Sin embargo, estos subproductos, principalmente cáscaras y semillas, siguen siendo ricos en valiosos compuestos bioactivos como carotenoides, fenoles y vitaminas. Entre ellos, el licopeno es el antioxidante predominante, y representa el 80-90% del contenido total de pigmentos en los tomates maduros. Los estudios han demostrado una fuerte relación entre los carotenoides de la dieta, especialmente el licopeno, y la reducción del riesgo de carcinogénesis y enfermedades cardiovasculares. El objetivo de esta Tesis Doctoral es la revalorización sostenible de los subproductos del procesado del tomate extrayendo los nutracéuticos clave, principalmente carotenoides, y su incorporación en nuevos alimentos funcionales, como purés y bebidas vegetales para untar, mediante tecnologías verdes de extracción y procesado. La investigación comenzó con la caracterización de los subproductos del tomate para determinar sus perfiles fitoquímicos y de carotenoides, centrándose en compuestos como α-caroteno, β-caroteno, licopeno, luteína, zeaxantina y β-criptoxantina, utilizando técnicas analíticas avanzadas como U-HPLC y espectrofotometría. Posteriormente, se optimizó la extracción mediante ultrasonidos y acelerada por solventes para mejorar el rendimiento y preservar la integridad de los compuestos. Los resultados mostraron que los subproductos del tomate son ricos en polifenoles, β-caroteno y licopeno. La optimización mediante la metodología de superficie de respuesta reveló que los mayores rendimientos de carotenoides (licopeno: 2.586 mg/kg; Σβ- caroteno: 161 mg/kg) se produjeron a 45ºC, 82% de amplitud y 23-28 minutos. La microencapsulación con maltodextrina, inulina y su combinación mejoró la estabilidad, y los encapsulados por extracción asistida con ultrasonidos retuvieron hasta 775 mg/kg de licopeno en comparación con los 218 mg/kg de la extracción mediante solventes acelerados. Éstos se incorporaron a un puré de aguacate procesado mediante alta presión hidrostática, produciendo una pasta para untar microbiológicamente estable durante 3 semanas a 4ºC sin apenas cambios de color y con alto contenido en fenoles (>1,5 g GAE/kg) y carotenoides (>1,2 mg/kg). Asimismo, las bebidas a base de pepino enriquecidas con encapsulados de β-caroteno mostraron una capacidad antioxidante y un contenido en carotenoides estables (9-13 g/L), un pH reducido, un aumento de los sólidos solubles totales y seguridad microbiana durante 28 días bajo alta presión hidrostática. Los resultados de esta investigación doctoral confirman la viabilidad de la transformación de subproductos del tomate en ingredientes bioactivos de alto valor que pueden mejorar el perfil nutricional, la vida útil y el impacto en la salud de los productos alimentarios de nueva generación en consonancia con los objetivos de sostenibilidad.[ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. Tomato (Solanum lycopersicum) is globally recognized as the second most important vegetable crop, and a fundamental component of the Mediterranean Diet. According to the World Processing Tomato Council, over 130 million tons of tomatoes are annually processed worldwide, generating approximately 8 million tons of by-products. Although, these by-products primarily tomato peels and seeds remain rich in valuable bioactive compounds such as carotenoids, phenolic, and vitamins. Among these, lycopene is the predominant antioxidant, accounting for 80–90% of the total pigment content in ripe tomatoes. The studies have demonstrated a strong link between dietary carotenoids, especially lycopene, and reduced risk of carcinogenesis and cardiovascular diseases. The aim of this PhD research is the sustainable revalorization of tomato processing byproducts through the optimized extraction of key nutraceuticals, mainly carotenoids, and their incorporation into novel functional food products, such as plant-based spreadable purees and beverages, by employing green eco-friendly extraction and processing technologies. The research began with a comprehensive characterization of tomato by-products for their phytochemical and carotenoid profiles, focusing on compounds like α-carotene, β-carotene, lycopene, lutein, zeaxanthin, and β-cryptoxanthin, using advanced analytical techniques including U-HPLC and spectrophotometry. Subsequently, a set of assisted extraction methods was developed using Ultrasound Assisted Extraction and Accelerated Solvent Extraction to enhance the extraction yield and preserve compound integrity. Results showed that tomato by-products are rich in polyphenols, β-carotene, and lycopene. Optimization via Response Surface Methodology revealed that the highest carotenoid yields (lycopene: 2,586 mg/kg; Σβ-carotene: 161 mg/kg) occurred at 45ºC, 82% amplitude, and 23–28 minutes. Microencapsulation with maltodextrin, inulin, and their combination enhanced stability, with Ultrasound Assisted Extraction encapsulates retaining up to 775 mg/kg of lycopene compared to 218 mg/kg for Accelerated Solvent Extraction. These were incorporated into an avocado puree processed with High Hydrostatic Pressure, producing a microbiologically stable spread (3-week shelf life at 4ºC) with minimal color change and high phenolics (>1.5 g GAE/kg) and carotenoids (>1.2 mg/kg). Likewise, cucumber-based beverages enriched with β- carotene encapsulates showed stable antioxidant capacity and carotenoid content (9–13 g/L), reduced pH, increased total soluble solids, and microbial safety for 28 days under High Hydrostatic Pressure. The outcomes of this doctoral research confirm the feasibility of transforming tomato by-products into high-value bioactive ingredients that can enhance the nutritional profile, shelf-life, and health impact of new-generation food products in alignment with sustainability goals.

Author

• Mozafari, Laleh

• Tomate
• Solanum lycopersicum
• Capacidad antioxidante
• Compuestos bioactivos
• Nutracéuticos
• Carotenoides
• Alimentos funcionales

Identifier

hdl:10317/18858

OAI identifier oai:identifier

oai:repositorio.upct.es:10317/18858