Proceso para producir extractos nutracéuticos refinados a partir de residuos de alcachofa y otras plantas del género Cynara.

Un proceso para la producción de extractos refinados de plantas del género Cynara,

que comprende, en orden,las siguientes operaciones:

a) obtener una decocción de material vegetal a partir de residuos de alcachofa o a partir de otrasplantas del género Cynara, por calentamiento de dicho material en agua, con una proporciónpeso/volumen entre 10 y 35% a una temperatura entre 80ºC y 95ºC, durante un tiempo global queestá en el intervalo entre 15 y 45 minutos;

b) separar mecánicamente el material vegetal obtenido en la fase previa a partir de la fase líquidafiltrada;

c) tratar dicha fase líquida filtrada que resulta de la operación previa por medio de microfiltracióntangencial (MF), para producir una fase de retenido y una fase de permeado;

d) tratar el permeado que proviene de la operación anterior por medio de ultrafiltración tangencial(UF), para producir una fase de retenido y una fase de permeado;

e) tratar el permeado que proviene de la operación d) por medio de ósmosis inversa (RO), paraproducir una fase de retenido rica en ingredientes de polifenoles activos y una fase de permeadoque consiste en agua desmineralizada;

dicha decocción de material vegetal obtenido a partir de separación mecánica, se empobrece en compuestosde polifenol amargos, y se reutiliza como alimento para animales, y dichas fases de retenido de MF y UF quevienen de las operaciones c) y d) se reutilizan en el sector de alimentación humana.

Proceso para producir extractos nutracéuticos refinados a partir de residuos de alcachofa y otras plantas del género Cynara.

La presente invención se refiere a un proceso para producir extractos nutraceúticos refinados a partir de residuos de alcachofa y otras plantas del género Cynara. Más específicamente, la invención se refiere a un proceso para fraccionar y refinar productos naturales que se obtienen a partir de residuos de material vegetal, y particularmente el residuo de la producción de alcachofa, o a partir de otros materiales vegetales que vienen del género Cynara, tal como el cardo. El proceso se basa en el uso de tecnologías basadas en separación de membrana y permite la producción de extractos purificados de alto valor biológico para usar en la industria farmacéutica, en el campo nutraceútico, en la industria cosmética o para productos innovadores en la industria alimentaria.

Como se sabe, el género Cynara, que pertenece a la familia Compositae, incluye las especies Cynara cardunculus que a su vez incluye la alcachofa (C. cardunculus L. subsp. scolymus L., normalmente llamada Cynara scolymus) , el cardo cultivado (C. cardunculus L. var altilis DC) , el cardo salvaje (C. cardunculus L. var. sylvestris Lam.) y algunas otras especies menos conocidas. La inflorescencia de estas plantas, las cabezas, están hechas de muchas flores individuales, de un color púrpura cuando se abren, que se reúnen en la parte central mediante un receptáculo o tálamo, alrededor de la parte más externa están las brácteas o involucro.

Cuando son inmaduras y tiernas, se recolectan las cabezas de Cynara scolymus, antes de que las brácteas endurezcan y antes de que las flores centrales crezcan demasiado. Proporcionan la parte comestible de la alcachofa, comúnmente conocido como el “corazón”, que consiste en el receptáculo y las flores que contiene, así como la base carnosa de las brácteas internas, y posiblemente de una parte del pedúnculo.

La alcachofa es un producto característico italiano, aunque en años recientes su cultivo también se ha extendido a otras área geográficas (tal como California, Argentina y Nueva Zelanda) , y se ha estimado que el área mediterránea tiene 90% de la producción mundial, siendo Italia el producto líder con una producción estimada de mas de 500.000 toneladas/año. Aunque Italia tiene terreno considerable dedicado a la producción de alcachofa, también hay producción notable en España y Francia.

La producción italiana está principalmente destinada a consumo en fresco, incluso si la cantidad destinada a la industria de procesado de alimentos está creciendo, especialmente en lo que se refiere a la producción de alimentos conservados en aceite.

Al contrario que muchos otros cultivos, en el crecimiento de alcachofa la relación entre la parte comestible y la planta completa es extremadamente baja (aproximadamente 15%) , y por tanto la cantidad de subproducto es considerable. El corazón de la alcachofa supone 40-55% del peso de la cabeza entera y contiene aproximadamente 15% de materia seca, y es particularmente rico en fibra. La parte restante, consiste en hojas y tallos, constituye el material residual que a menudo se debe desechar con costosos tratamientos adicionales de residuos de acuerdo con la legislación medioambiental. Esta materia residual se podría usar ampliamente y ventajosamente como un componente semiprocesado tanto en alimentación humana como en alimentos para animales. El uso de materia residual y residuos que derivan del sector agronómico industrial de la producción de alcachofa y sus derivados podría permitir una reducción del impacto medioambiental de la propia producción, y la reducción de costes de trabajo y costes de eliminación de biomasa.

Aunque el presente estado de la técnica está dirigido esencialmente a su conversión en energía, estas biomasas casi nunca se considera que representen nuevas materias primas de coste bajo para la producción de bio-productos de alto valor añadido para la industria alimentaria, de fitoterapia y cosmética.

La fibra bruta total de la alcachofa, que consiste en 65% de celulosa, 21% de hemicelulosa y 14% de lignina, supone un global de 1, 4% de la sustancia fresca. Desde un punto de vista nutricional y dietético, la alcachofa es un alimento noble por la abundancia de sustancias azoadas y por su contenido en hidratos de carbono. En esencia, es un vegetal con un valor energético medio (38 cal/100 g) , no sólo rico en sales minerales (K, Na, Ca, P, Fe) , vitaminas (A, B1, C) y azúcares (incluyendo inulina, un polímero de fructosa de actividad pre-biótica, que promueve el equilibrio adecuado de flora bacteriana intestinal) , pero también, y especialmente, compuestos de polifenoles responsables de actividad biológica considerable por la que la alcachofa se ha reconocido como una planta oficinal desde la antigüedad.

En realidad, los extractos y pigmentos de alcachofa, que la mayoría se obtienen a partir de las hojas de las plantas, se han usado mucho como hepatoprotectores y reguladores de la función del hígado, en patologías hepatobiliares, como coleréticos (para incrementar el flujo biliar) e hipocolesterolémicos (para bajar los niveles de colesterol en la sangre) . En general, ambas formas espontánea y cultivada del género Cynara se usan para extraer sustancias biofarmaceúticas.

Los diferentes compuestos de origen vegetal que contienen pueden expresar diferentes propiedades biológicas (antioxidantes, antirradicales, antimicrobiana) y, en muchos casos, la molécula sola es menos activa con respecto a la mezcla de compuestos, sugiriendo así una acción sinérgica entre ellos. En otras palabras, no es extraño encontrarque extractos brutos de origen vegetal tienen una bioactividad más alta con respecto a la encontrada cuando se usan solos compuestos individuales de estas plantas.

Los compuestos responsables de las actividades biológicas de la alcachofa incluyen: a) los hidroxicinamatos de la familia del ácido clorogénico, entre ellos ácido clorogénico o monocafeoilquinico (5-O-cafeoilquínico) , dicafeoilquínico o ácido de cinarina (ácido 1, 5-dicafeoilquínico) ; b) flavonoides y heterósidos flavonoicos (luteolina y sus conjugados, tal como cinarósido (luteolin-7-O-glucósido) , scolimósido, luteolin-glucurónido) ; c) sesquiterpenos lactona, entre ellos los compuestos responsables del sabor amargo característico, cinaropicrina y dehidrocinaropicrina.

Por tanto Cynara tiene aplicaciones importantes no sólo en fitoterapia sino también en la industria cosmética, donde los extractos se usan por sus propiedades antioxidantes y antirradicales libres.

En muchos estudios farmacológicos, se ha encontrado que los extractos de Cynara poseen diversas propiedades: (i) protegen a proteínas, lípidos y ADN de la oxidación causada por los radicales libres; (ii) muestran una actividad colerética, diurética y hepatoprotectora; (iii) inhiben la biosíntesis de colesterol contribuyendo a evitar arteriosclerosis y otras enfermedades circulatorias; (iv) inhiben VIH integrasa, la enzima clave en la replicación de VIH y en su integración en el genoma huésped; y (v) posee actividad antibacteriana.

Estudios recientes (Romani A., Pinelli P., Cantini C., Cimato A. & Heimler D. “Characterization of Violetto di Toscana, a typical Italian variety of artichoke (Cynara scolymus L.) , Food Chemistr y , 95, 221-225, 2006) sobre cultivares de Violetto di Toscana y Terom, la última ampliamente disponible en el mercado, han caracterizado el contenido de polifenol de diversos tejidos de Cynara (hojas, brácteas, cabezas, tallos) y se ha encontrado que el tallo tiene una composición de polifenol muy similar a la de la cabeza, esto es, la parte comestible de la alcachofa. Estos tejidos son esencialmente ricos en derivados de cafeoilquínico, mientras que las hojas y brácteas también son ricas en compuestos flavonoides.

También se han evaluado las propiedades antioxidantes en LDL humano (lipoproteínas de baja densidad) de extractos obtenidos a partir de diversos tejidos de alcachofa (Coinu R., Carta S., Urgeghe p. P., Mulinacci N., Pinelli P., Franconi F., Romani A. “Dose-Effect study on the antioxidante properties of leaves and outer bracts of extracts obtained from Violetto di Toscana artichoke”, Food Chem., 2007, 101, 524-531) para los que siempre se ha registrado una actividad alta. Los estudios también se han extendido a cardo cultivado y su progenitor, el cardo salvaje, ambos pertenecen al género Cynara. Estas especies contienen antioxidantes polifenoles similares a los encontrados en la alcachofa (ácidos cafeoilquínico y flavonoides) (Pinelli P., Ieri F., Buzzini P., Turchetti B., Lanteri S., Romani A., “Composti... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la producción de extractos refinados de plantas del género Cynara, que comprende, en orden, las siguientes operaciones:

a) obtener una decocción de material vegetal a partir de residuos de alcachofa o a partir de otras plantas del género Cynara, por calentamiento de dicho material en agua, con una proporción peso/volumen entre 10 y 35% a una temperatura entre 80ºC y 95ºC, durante un tiempo global que está en el intervalo entre 15 y 45 minutos;

b) separar mecánicamente el material vegetal obtenido en la fase previa a partir de la fase líquida filtrada;

c) tratar dicha fase líquida filtrada que resulta de la operación previa por medio de microfiltración tangencial (MF) , para producir una fase de retenido y una fase de permeado;

d) tratar el permeado que proviene de la operación anterior por medio de ultrafiltración tangencial (UF) , para producir una fase de retenido y una fase de permeado;

e) tratar el permeado que proviene de la operación d) por medio de ósmosis inversa (RO) , para producir una fase de retenido rica en ingredientes de polifenoles activos y una fase de permeado que consiste en agua desmineralizada;

dicha decocción de material vegetal obtenido a partir de separación mecánica, se empobrece en compuestos de polifenol amargos, y se reutiliza como alimento para animales, y dichas fases de retenido de MF y UF que vienen de las operaciones c) y d) se reutilizan en el sector de alimentación humana.

2. Un proceso según la reivindicación 1, donde dicha fase de retenido de ósmosis inversa rica en ingredientes activos de polifenol purificados que se obtienen a partir de la operación e) se somete a secado por pulverizado o a liofilizado.

3. Un proceso según las reivindicaciones 1 ó 2, donde dicho material vegetal del que se obtiene la decocción deriva de hojas, brácteas externas, tallos y cabezas de alcachofa, Cynara scolymus, o bien tomados separadamente o intermezclados.

4. Un proceso según las reivindicaciones 1 ó 2, donde dicho material vegetal del que se obtiene la decocción deriva de hojas, brácteas externas, tallos y cabezas del cardo cultivado, C. cardunculus L. var. altilis, o bien tomados separadamente o intermezclados.

5. Un proceso según la reivindicación 1 ó 2, donde dicho material vegetal del que se obtiene la decocción deriva de hojas, brácteas externas, tallos y cabezas del cardo salvaje, C. cardunculus L. var. sylvestris, o bien tomados separadamente o intermezclados.

6. Un proceso según la reivindicación 5, donde dicho material vegetal se calienta a una temperatura de 85ºC durante un periodo de tiempo glotal de 30 minutos.

7. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, donde dicha operación b) de separación mecánica del material vegetal obtenido de la fase previa se lleva a cabo por filtración mecánica sobre un filtro de malla de alambre de 2-10 mm.

8. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, donde después de dicha fase b) de separación mecánica, el material vegetal separado se somete a una segunda fase de decocción seguida de más separación mecánica del material vegetal obtenido, para dar una fase de líquido filtrado.

9. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que dicha operación c) de microfiltración tangencial se lleva a cabo por medio de membranas de polímero en espiral o membranas cerámicas con un límite molecular en el intervalo de 0, 10-3, 0 μm.

10. Un proceso según la reivindicación 9, donde dichas membranas de polímero están hechas de polietersulfona, acetato de celulosa regenerado o nylon.

11. Un proceso según la reivindicación 9, donde dichas membranas cerámicas para microfiltración están hechas de un monolito cerámico celular de alúmina con un recubrimiento interno de zirconio u óxido de titanio.

12. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-11, donde al final de dicha operación c) de microfiltración tangencial (MF) se lleva a cabo una diafiltración, alimentando la membrana con agua desmineralizada que se obtiene a partir de dicha operación e) de ósmosis inversa, que se añade al retenido de MF.

13. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que dicha operación d) de ultrafiltración tangencial se lleva a cabo con membranas de polímero con un límite molecular entre 500 Dalton y 50 kDalton.

14. Un proceso según la reivindicación 13, en el que dichas membranas de polímero para UF son espirales.

15. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en el que al final de dicha operación d) de

ultrafiltración tangencial (UF) se lleva a cabo una diafiltración , alimentando la membrana con agua desmineralizada obtenida a partir de dicha operación e) de ósmosis inversa, que se añade la retenido de UF.

16. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-15, en el que dicha operación e) de ósmosis inversa se lleva a cabo con membranas de polímero en espiral con rechazo salino bajo o alto a una presión de trabajo entre 0, 7 y 5 MPa (7 y 50 bar) .

17. Un proceso según la reivindicación 16, en el que dichas membranas de polímero en espiral tienen un espaciador de malla con espesor en el intervalo entre 0, 51 y 0, 97 mm (20-38 mil) , y tamaño de los módulos de filtrado de 10, 16 cm de diámetro x 101, 6 cm de longitud (4 pulgadas x 40 pulgadas) , 15, 24 cm de diámetro x 101, 6 cm de longitud (6 pulgadas x 40 pulgadas) , ó 20, 32 cm de diámetro x 101, 6 cm de longitud (8 pulgadas x 40 pulgadas) .

18. Un proceso según las reivindicaciones 16 ó 17, en el que dichas membranas de polímero son planas, en espiral, de fibra hueca o membrana en cajón.

19. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones 2-17, en el que dicha operación de secado del retenido de ósmosis inversa (RO) se lleva a cabo por secado por pulverizado.

20. Un proceso según la reivindicación 19, en el que dicha operación de secado por pulverizado se lleva a cabo 20 después de añadir dextranos o maltodextrinas a dicho retenido de RO.

21. Una materia prima para alimentar ganado que consiste en dicha decocción de material vegetal obtenido por separación mecánica de la etapa b) del proceso de la reivindicación 1.

22. Una materia prima para preparaciones alimentarias de alimentación humana que consiste en dichas fases de retenido de MF y UF obtenidas a partir de las operaciones c) y d) del proceso de la reivindicación 1.