El rendimiento máximo alcanzó 350,5 ml de metano por gramo de sólidos volátiles, un 39,4 % más que las pieles sin pretratamiento. El ensayo óptimo utilizó 175 °C durante 15 minutos.
- 🥔 Pieles de patata convertidas en materia prima.
- 💧 Agua caliente como principal medio de extracción.
- 🌿 Polifenoles, polisacáridos y otros compuestos recuperables.
- 🧪 Actividad antioxidante de hasta el 92 % en los extractos analizados.
- ♻️ Menos residuo y más aprovechamiento de una biomasa abundante.
¿Por qué importa?
La piel que se retira durante el procesado industrial de una patata todavía contiene sustancias con valor potencial para las industrias alimentaria, química o de materiales. Investigadores de Washington State University han estudiado una forma de separarlas utilizando principalmente agua a elevada temperatura y presión, evitando que todo ese material termine tratado como un único residuo de bajo valor.
La idea resulta especialmente interesante por un detalle: las pieles pueden procesarse húmedas. Evitar el secado previo puede simplificar considerablemente el aprovechamiento industrial de un residuo que, por naturaleza, contiene mucha agua.
De residuo húmedo a pequeña biorrefinería
Una fábrica de patatas fritas, puré, almidón o productos congelados no recibe únicamente patatas y expide alimentos. También genera una corriente continua de pieles y otros restos vegetales.
Ahí aparece una oportunidad.
Las pieles contienen almidón, fibra, polisacáridos y compuestos fenólicos, entre otras sustancias. Mezclarlas y tratarlas simplemente como residuo desaprovecha esa diversidad química.
El equipo estadounidense estudió un proceso denominado extracción hidrotermal secuencial, o SeqHTE. Su planteamiento recuerda más a desmontar cuidadosamente una materia prima que a destruirla para obtener un único producto.
Primero se recupera una fracción de compuestos. Después se modifican las condiciones de temperatura y se extrae otra.
El agua hace buena parte del trabajo.
Agua que cambia sus propiedades al calentarse
La clave está en utilizar agua caliente y presurizada. Al aumentar la temperatura manteniendo el agua en estado líquido, cambian algunas de sus propiedades como disolvente.
Eso permite acceder progresivamente a sustancias diferentes presentes en la estructura vegetal.
En los experimentos se utilizaron dos tipos de piel: una procedente de patata Russet Burbank y otra formada por una mezcla de pieles industriales.
Los investigadores ensayaron distintas combinaciones de temperatura y tiempo. En la Russet Burbank, una de las mejores combinaciones para recuperar polifenoles fue 150 °C seguida de 200 °C durante 15 minutos en cada etapa. Con ella se alcanzaron 22,48 mg de polifenoles por gramo de piel seca.
La mezcla de pieles respondió de otra manera. En ese caso, la recuperación máxima llegó a 32,87 mg/g de materia seca utilizando etapas de 170 °C y 220 °C durante 20 minutos.
La diferencia tiene interés industrial: no todas las pieles de patata se comportan igual. La variedad, composición y procedencia de la materia prima influyen en el rendimiento del proceso.
Antioxidantes que actualmente pueden acabar entre los residuos
Los polifenoles son especialmente interesantes porque presentan actividad antioxidante. En los extractos obtenidos durante el estudio, la inhibición de radicales libres osciló aproximadamente entre el 40 % y el 92 %, dependiendo de las condiciones y de la muestra utilizada.
No significa que una piel de patata pueda transformarse directamente en un antioxidante comercial. Entre el resultado experimental y un ingrediente apto para alimentación o cosmética quedan pasos importantes: separación, purificación, caracterización, seguridad, estabilidad y costes.
Pero demuestra algo bastante más concreto: una corriente residual contiene moléculas recuperables con propiedades funcionales medibles.
Y los polifenoles no fueron lo único.
Una piel, varias materias primas
El tratamiento permitió recuperar también polisacáridos, nutrientes solubles y glicoalcaloides.
El rendimiento de polisacáridos llegó, dependiendo de las condiciones experimentales, hasta aproximadamente un 35,7 % respecto a la masa seca.
Aquí aparece una de las ventajas más interesantes de la extracción secuencial.
En lugar de buscar un único producto y descartar lo demás, puede plantearse una biorrefinería en cascada: extraer primero los componentes de mayor valor y decidir posteriormente qué hacer con la fracción restante.
El residuo deja de verse como una sustancia homogénea.
El proceso utiliza agua caliente bajo presión y modifica la temperatura entre etapas para recuperar diferentes componentes de la piel de patata.
El detalle delicado: los glicoalcaloides
La piel de la patata contiene de forma natural glicoalcaloides, principalmente α-solanina y α-chaconina. Son compuestos biológicamente activos y una concentración elevada resulta indeseable en alimentos.
Por eso recuperarlos no equivale automáticamente a obtener un ingrediente alimentario.
El estudio encontró concentraciones extraídas que variaron considerablemente según la muestra y las condiciones utilizadas. En la mezcla de pieles llegaron hasta aproximadamente 610 mg/kg de piel seca.
Su separación puede ser precisamente una ventaja del proceso: permite retirar estas sustancias de determinadas fracciones y estudiar por separado otros componentes aprovechables.
Investigaciones posteriores del mismo grupo han seguido analizando esta cuestión y el comportamiento químico de los distintos compuestos durante la extracción hidrotermal.
La piel no necesita secarse previamente. Poder procesar biomasa húmeda puede evitar una operación que normalmente consume una cantidad importante de energía.
El proceso se ha seguido perfeccionando
El trabajo inicial no quedó aislado. Una investigación posterior publicada en 2023 profundizó en la química de la extracción hidrotermal secuencial.
Los investigadores observaron que las distintas etapas favorecen sustancias diferentes y situaron las condiciones interesantes aproximadamente entre 140 y 160 °C para una primera extracción y entre 170 y 190 °C para la segunda, buscando un equilibrio entre liberar los compuestos y evitar su degradación.
Ese matiz importa.
Calentar más no garantiza recuperar más. Cuando la temperatura o el tiempo son excesivos, algunos compuestos pueden empezar a degradarse.
La futura aplicación industrial dependería, por tanto, de encontrar la combinación adecuada de temperatura, presión, tiempo y composición de las pieles.
La opción con más potencial es el aprovechamiento en cascada: recuperar primero sustancias de alto valor y estudiar después otros usos para la biomasa restante.
Qué impacto puede tener en el medio ambiente
El beneficio ambiental potencial comienza por algo muy básico: aprovechar mejor una materia prima que ya se ha cultivado.
Producir una patata requiere suelo, fertilizantes, agua, maquinaria, almacenamiento, transporte y energía. Cuando parte de ella se convierte en residuo industrial, también se desperdicia una fracción de esos recursos.
Recuperar primero los componentes de mayor valor permite avanzar hacia un aprovechamiento en cascada. Después de extraer los compuestos bioactivos, las fracciones restantes podrían estudiarse para otros usos, incluidos materiales, fermentaciones o producción energética.
Hay además una característica especialmente favorable: SeqHTE puede trabajar con biomasa húmeda. Eliminar una operación intensiva de secado podría reducir consumo energético frente a procesos que exigen deshidratar previamente las pieles.
No significa que el sistema tenga automáticamente una huella ambiental baja. Calentar agua a entre aproximadamente 140 y 220 °C y trabajar bajo presión requiere energía e infraestructura. Para conocer el balance real haría falta estudiar una instalación a escala industrial, con recuperación de calor y análisis de ciclo de vida.
La tecnología sigue en fase de investigación. Las altas temperaturas requieren energía y la presencia de glicoalcaloides obliga a controlar y purificar cuidadosamente los extractos destinados a posibles aplicaciones alimentarias.
La patata encaja especialmente bien en una economía circular
Las pieles tienen otras rutas posibles.
Se ha demostrado experimentalmente que pueden utilizarse para producir metano mediante digestión anaerobia, y otros estudios han investigado su transformación en bioetanol y otros productos.
Esto abre una posibilidad más interesante que elegir una única tecnología.
Una planta podría priorizar primero la recuperación de sustancias de mayor valor añadido y enviar posteriormente las fracciones orgánicas restantes a procesos biológicos o energéticos cuando resulte viable.
Es el principio de aprovechamiento en cascada: obtener todo el valor posible de la biomasa antes de destinar el remanente a energía.
Ficha rápida
Cómo funciona
Las pieles húmedas se someten a extracciones sucesivas con agua caliente mantenida bajo presión. La primera etapa recupera determinados compuestos más fácilmente solubles. Una segunda etapa, a mayor temperatura, rompe parcialmente estructuras de la biomasa y permite liberar otras sustancias. Las fracciones obtenidas se separan para analizar y recuperar sus componentes.
En cifras
- 22,48 mg/g: recuperación máxima de polifenoles obtenida en la piel Russet Burbank.
- 32,87 mg/g: máximo obtenido en la mezcla de pieles.
- 40-92 %: intervalo de actividad antioxidante observado mediante inhibición de radicales libres.
- Hasta 35,7 %: rendimiento de polisacáridos observado en determinadas condiciones.
- 15-20 minutos por etapa en algunas de las combinaciones experimentales estudiadas.
- 140-190 °C: rangos que investigaciones posteriores del mismo grupo identificaron como interesantes para las dos fases del proceso.
Los investigadores recuperaron hasta 32,87 mg de polifenoles por gramo de piel seca. Los extractos mostraron una actividad antioxidante de hasta el 92 % en los ensayos realizados.
Qué tiene de diferente
La extracción se realiza principalmente utilizando agua como medio de tratamiento, modificando temperatura y presión para recuperar diferentes familias de compuestos. Además, admite pieles húmedas y permite obtener varias fracciones sucesivamente.
Comparación directa con la tecnología convencional
Una extracción convencional puede recurrir a disolventes orgánicos y tratar de recuperar una determinada familia de sustancias en una única operación. SeqHTE utiliza agua presurizada y modifica las condiciones entre etapas para separar progresivamente diferentes componentes de la biomasa.
La otra comparación relevante es con la valorización energética directa. La digestión anaerobia puede transformar la materia orgánica en biogás; una biorrefinería en cascada intentaría recuperar primero productos de mayor valor y aprovechar energéticamente después las fracciones adecuadas.
Limitaciones
El trabajo demuestra el proceso a escala experimental, no su rentabilidad en una fábrica.
Las temperaturas y presiones necesarias implican consumo energético y equipos específicos. La composición de las pieles cambia entre variedades y procesos industriales, lo que afecta al rendimiento. Los extractos necesitan etapas posteriores de separación y purificación.
Además, la presencia de glicoalcaloides potencialmente tóxicos obliga a controlar cuidadosamente cualquier aplicación alimentaria. Los resultados de actividad antioxidante son ensayos experimentales y no equivalen a demostrar beneficios para la salud humana.
Tampoco existe en este estudio una demostración industrial a gran escala ni un análisis que permita afirmar que el proceso sea económicamente competitivo en todas las plantas de procesado.
En qué fase se encuentra
Laboratorio / investigación experimental.
El estudio demuestra la viabilidad técnica de la extracción y trabajos posteriores han profundizado en su química y optimización. No corresponde a una tecnología comercial de tratamiento de pieles de patata presentada en el estudio.
Quién está detrás
El trabajo fue realizado por investigadores de Washington State University, Estados Unidos, pertenecientes al Department of Biological Systems Engineering y a la Gene & Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering.
Participaron Jose S. Martinez-Fernandez, Ayca Seker, Maryam Davaritouchaee, Xiangyu Gu y Shulin Chen.
La investigación recibió financiación del National Institute of Food and Agriculture del Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA). La empresa J. R. Simplot suministró las muestras de piel de patata utilizadas.
Fuente de los datos
Artículo científico revisado por pares publicado en Waste and Biomass Valorization, complementado por una investigación posterior del mismo grupo publicada en 2023 en The Journal of Supercritical Fluids.
Más información: Recovering Valuable Bioactive Compounds from Potato Peels with Sequential Hydrothermal Extraction
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