Evaluación del potencial energético y bioactivo de residuos generados en la producción y transformación de la uva

Abstract

En los últimos años se ha manifestado un interés creciente en el aprovechamiento de la biomasa generada como residuo de los procesos industriales, por su fácil accesibilidad y características físico-químicas. Este aprovechamiento, además de contribuir con el medio ambiente, está enfocado a dar o mejorar el valor económico de los residuos. En la producción y transformación de la uva son generados residuos que poseen características de interés para el uso agronómico, farmacéutico/cosmético y energético. Sin embargo, en Colombia se encuentra poca información referente a este tema y en la práctica, el potencial que tienen estos residuos no es explotado. Por lo anterior, el presente documento tiene como objetivo evaluar el potencial energético y bioactivo de los residuos generados en el cultivo de la vid (sarmientos) y en la producción de pulpa de uva (hollejos, escobajos y semillas) con la finalidad de proponer procesos que aumenten el valor económico de los residuos. La metodología que se desarrolla, está direccionada en cuatro puntos: Caracterización de la materia prima, determinación del potencial energético de productos obtenidos a partir de los residuos, evaluación del potencial bioactivo y análisis económico-ambiental de procesos donde los residuos son empleados para la generación de energía y obtención de compuestos fenólicos. Los principales resultados indican que las semillas y hollejos obtenidos en la producción de pulpa de uva, tienen las mejores características físicoquímicas para ser empleados para la producción de energía (combustión, pirolisis y gasificación) y la extracción de compuestos fenólicos, respectivamente. Los escobajos y semillas presentan la mayor concentración de compuestos fenólicos totales y capacidad antioxidante. Sin embargo, es necesario realizar estudios que permitan determinar la naturaleza de estos compuestos fenólicos para conocer su actividad individual. Respecto al análisis económico y ambiental, la extracción de compuestos fenólicos es el proceso con mayor viabilidad económica y la gasificación muestra menor potencial de impacto ambiental. Por tanto, se recomienda explorar diferentes tecnologías de extracción de compuestos fenólicos, con la finalidad de encontrar un balance entre el potencial económico y el impacto ambiental (Texto tomado de la fuente)

Recently, there has been a growing interest to exploit waste biomass from industrial processes due to its easy accessibility and physicochemical characteristics. In this way, the process profit can benefit from waste while reducing the process environmental impact. Previous research has indicated that waste from grape production and processing has interesting characteristics from agronomic, pharmaceutical, cosmetic and energetic perspectives. However, this field has barely been investigated in Colombia and then residues’ potential is not currently exploited. Therefore, this research aims to evaluate the energy and bioactive potential of waste generated in the cultivation of vine shoots and production of grape juice (skins, stalks and seeds), in order to propose process alternatives to exploit the waste economic value. For the investigation a sequential methodology is employed: 1. Characterization of raw materials, 2. Energetic indexes evaluation of products made from waste, 3. Determination of bioactive potential of the waste and 4. Economic and environmental evaluation of proposed processes to exploit waste potential. Characterization of the raw material is performed by quantifying the major components (i.e. cellulose, hemicellulose, lignin, extractives and total ash), proximal analysis, ultimate analysis, high heat value and thermogravimetric analysis. Secondly, energetic indexes are determined when the biomass is subject to compression to produce briquettes and devolatilization process for char production. Additionally, a kinetic study of the combustion process is performed in order to reveal the reaction mechanisms. In the third stage, the bioactive potential of the residues is assessed through the total phenolic components concentration and antioxidant activity. Those are determined using spectrophotometric techniques. Using the results from the previous stages, gasification and phenolic extraction were identified as promising processes to exploit the waste potential. Aspen Plus® is used to simulate those processes performance from mass and energy points of view. The processes economic potential and environmental impact are assessed employing WAR GUI® and Aspen Icarus Process Evaluator®, respectively. The laboratory results shown that seeds and skins from grape juice production have the best physicochemical properties to be used for energy production (i.e. combustion, pyrolysis and gasification) and phenolic components extraction (i.e. high value phenolic components). Seeds and stalks presents the highest total phenolic components concentration and antioxidant activity, respectively. However, further research is required to determine the nature of the phenolic substances and their individual bioactive activity. From the simulation results, phenolic component extraction from seeds and skins shown the best economic potential and gasification of the waste mixtures present the lower environmental impact. Therefore, it is recommended to explore alternative novel technologies for phenolic components extraction in order to find a trade-off between economic potential and environmental impact