Strategies for value creation in the technological process of producing elderberry juice concentrate

Abstract

A tendência crescente para estilos de vida saudáveis levou ao aumento do interesse por produtos alimentares ricos em compostos bioativos capazes de oferecer efeitos benéficos para a saúde humana, tal como à substituição de aditivos sintéticos, como é o caso dos conservantes alimentares. O sumo concentrado de baga de sabugueiro enquadra-se dentro destes produtos de valor acrescido devido ao seu elevado conteúdo em metabolitos secundários, como compostos fenólicos e compostos terpénicos. No entanto, ao longo da sua produção foram evidenciadas algumas limitações, nomeadamente ao nível da sua baixa estabilidade microbiológica ao longo do tempo, devido à elevada atividade da água, e ao desperdício dos sub-produtos gerados durante o seu processo de produção. Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo maximizar a estabilidade microbiológica do sumo concentrado de baga de sabugueiro ao longo do tempo, com foco na utilização de compostos com valor a partir dos sub-produtos da produção do sumo concentrado, o bagaço e o aroma. Numa fase inicial, foi determinada a solubilidade da glucose (Glc) no sumo, juntamente com a solubilidade de dois ácidos orgânicos comumente encontrados nas bagas, o ácido cítrico (CitA) e ácido málico (MalA), tal como o impacto que a sua adição teria ao nível do teor em sólidos solúveis (TSS) e pH. Após estes resultados, diferentes concentrações adicionadas dos compostos acima referidos foram testadas microbiologicamente (30 a 60 dias), contra os microorganismos descritos nas normas da indústria alimentar, mesófilos totais e bolores e leveduras. Os resultados demonstraram que a adição de 30 g/L Glc, juntamente com 1,25 g/L CitA and 1,25 g/L MalA permitia um aumento até 7,5 °Brix do TSS, no entanto, não demonstrou ser suficiente para garantir a estabilidade microbiológica do sumo, principalmente ao nível do crescimento fúngico. Tendo em consideração estes resultados e, com o intuito de possibilitar a valorização dos sub-produtos da produção, em seguida foi analisada a composição volátil do concentrado de aroma recolhido durante o processo de concentração do sumo por HS-SPM/GC-qMS e quantificação destes compostos através da análise do óleo essencial de sabugueiro (OE), obtido por extração liquido-liquido com solventes orgânicos, que permitiu identificar a presença de vários compostos com potencial antifúngico, nomeadamente compostos terpénicos, como carvacrol, óxido de cariofileno, ascaridole, entre outros, e alguns ácidos, como o ácido benzóico. A confirmação do potencial antifúngico do OE de sabugueiro foi realizada com recurso ao método de difusão em disco, contra dois microorganismos comumente encontrados em sumos concentrados de fruta, Saccharomyces cerevisiae e Penicillium spp.. Os resultados deste estudo demonstraram que apesar de a adição de Glc, CitA e MalA poder contribuir para o aumento da estabilidade microbiológica do sumo concentrado de baga de sabugueiro, não é suficiente para ser aplicada como única estratégia, sendo necessário recorrer a estratégias complementares que permitam maximizar a estabilidade microbiológica. A adição de OE de sabugueiro poderá constituir uma das opções a estratégia complementar tendo em consideração o potencial antifúngico do mesmo.

The growing trend towards healthy lifestyles has led to increased interest in food products rich in bioactive compounds capable of offering beneficial health effects, as well as the replacement of synthetic additives, such as food preservatives. Elderberry juice concentrate falls within these value-added products due to its high content of secondary metabolites, such as phenolic and terpenic compounds. However, during its production some limitations were observed, such as its low microbiological stability over time, due to the high water activity. Also, there is a generation of by-products during its production process that are not valuated. In this sense, this work aims to maximise the microbiological stability of elderberry juice concentrate during storage, focusing on the integration of value compounds present in the by-products of concentrate juice production, the pomace and the aroma. Initially, the solubility of glucose (Glc) in the juice was determined, along with the solubility of two organic acids commonly found in berries, citric acid (CitA) and malic acid (MalA), and the impact that their addition had on the soluble solids content (TSS) and pH. Following these results, different added concentrations of the above compounds were tested microbiologically (30 to 60 days), against the microorganisms described in the food industry standards, total mesophiles and moulds and yeasts. The results showed that the addition of 30 g/L Glc, together with 1.25 g/L CitA and 1.25 g/L MalA allowed a maximum increase of 7.5°Brix in the TSS, however, it did not prove to be sufficient to guarantee the microbiological stability of the juice, mainly in the fungal growth control. Considering these results and in order to enable the valorisation of the by-products, the volatile composition of the aroma concentrate collected during the juice concentration process was analysed by HS-SPM/GC-qMS and the quantification of its compounds was performed through the analysis of the elderberry essential oil (EO), obtained by liquid-liquid extraction with organic solvents, which confirmed the presence of several potentially antifungal compounds, namely terpenic compounds such as carvacrol, caryophyllene oxide, ascaridole, among others, and some acids, such as benzoic acid. The confirmation of the antifungal potential of elderberry EO was carried out using the disk diffusion method against two microorganisms commonly found in concentrated fruit juices, Saccharomyces cerevisiae and Penicillium spp. The results of this study showed that although the addition of Glc, CitA and MalA can contribute to increasing the microbiological stability of elderberry juice concentrate, it is not sufficient to be applied as a sole strategy, and it is necessary to use complementary strategies to maximise microbiological stability. Adding elderberry EO could be one of the options as a complementary strategy considering its antifungal potential.