Valorization of Opuntia ficus-indica L. trough an integrated production of high-value products

Abstract

Opuntia ficus-indica L., commonly known as prickly pear, is a significant food resource found throughout the Mediterranean basin. While it has historically been a staple in the region, the commercialization of products derived from this crop faces several challenges from well-established markets. To address this, our project is focused on developing new, value-added Opuntia products, particularly in the form of juices/beverages and functional items derived from the primary by-products of juice production, namely peels and seeds. Hence, in this work, the pulp was employed in the production of pasteurized juices using various innovative technologies, resulting in juices with an extended shelf-life. Additionally, it was utilized in the production of a fermented and pasteurized beverage. Opuntia fruit peels were processed and utilized as a valuable ingredient in the production of gluten-free flours. These flours, in turn, were employed in the formulation of a variety of distinct food products, with a particular focus on catering to individuals with celiac disease or gluten sensitivity. Furthermore, the peels were used to produce an infusion, rich in polyphenolic compounds, and microparticles produced by spray dryer to be used as a food supplement. On the other hand, Opuntia seeds, which might otherwise be disposed of as waste material, were subjected to oil extraction. The resultant oil was employed for nutraceutical purposes through nanoencapsulation of vitamin B12, aimed at enhancing the bioavailability of this essential vitamin among individuals adhering to vegetarian or vegan diets. Additionally, the residual seed pomace, rich in bioactive compounds, were used to create an antioxidant-rich extract by autohydrolysis. This resulting extract exhibited potential for solar protection applications and was integrated into the formulation of a body lotion with inherent sun-blocking properties. This approach minimizes waste and maximizes the value obtained from each fruit. The project was committed to incorporating innovative non-thermal processing technologies, primarily focusing on high-pressure processing (HPP). HPP was applied for non-thermal pasteurization in the production of juices and beverages and other green methodologies, which include techniques such as autohydrolysis, magnetic stirring and microwave, have also been applied for extractions. These cutting-edge methods aimed to achieve differentiated products compared to those currently available in the market and by adopting these technologies it was possible enhance the safety, quality, and nutritional value of the Opuntia-based products. In summary, this project aimed to unlock the untapped potential of Opuntia ficus-indica L. by diversifying its product offerings and incorporating state-ofthe- art processing techniques. By doing so, create unique and value-added products that not only contribute to the region economic growth but also meet the evolving demands of modern consumers, while also promoting sustainability through reduced waste and resource optimization.

Opuntia ficus-indica L., comumente conhecida como Figo-da-índia, é um recurso alimentar significativo encontrado em toda a bacia do Mediterrâneo. Embora tenha sido historicamente um alimento básico na região, a comercialização de produtos derivados enfrenta vários desafios de mercados já bem estabelecidos. Para enfrentar esse cenário, este projeto focou-se no desenvolvimento de novos produtos de valor acrescentado à base de Opuntia, particularmente na forma de sumos/bebidas e produtos funcionais derivados dos principais subprodutos da produção de sumos, ou seja, cascas e sementes. Neste trabalho, a polpa foi utilizada na produção de sumos pasteurizados por diferentes tecnologias resultando em sumos com tempo de prateleira aumentado. Para além disso, foi também usada na produção de uma bebida fermentada e pasteurizada. As cascas de frutos de Opuntia foram processadas e utilizadas como um ingrediente valioso na produção de farinhas sem glúten, que foram utilizadas na formulação de produtos alimentares distintos, com ênfase na satisfação das necessidades dietéticas de indivíduos com doença celíaca ou sensibilidade ao glúten. Para além disso, as cascas foram usadas para a produção de uma infusão e micropartículas produzidas por spray dryer. Por outro lado, as sementes de Opuntia, que de outra forma poderiam ser descartadas como resíduos, foram submetidas à extração de óleo. O óleo resultante foi utilizado para fins nutracêuticos por meio de nanoencapsulação de vitamina B12, com o objetivo de melhorar a biodisponibilidade dessa vitamina essencial. Além disso, o material residual resultante da extração do óleo das sementes, foi incorporado na formulação de um creme corporal com propriedades naturais de proteção solar. Essa abordagem minimizou o desperdício e maximizou o valor obtido de cada fruto. Ainda, o projeto esteve comprometido em incorporar tecnologias inovadoras de processamento não térmico, com foco principal no processamento de alta pressão (HPP) e outras metodologias verdes, que incluem técnicas como autohidrólise, agitação magnética e extração por micro-ondas, também foram aplicadas para extrações. O objetivo geral desses métodos foi obter perfis de produtos distintos, destacando-os das ofertas atualmente disponíveis no mercado. Ao adotar essas tecnologias, pretendeu-se aprimorar a segurança, qualidade e valor nutricional dos produtos à base de Figo-da-índia. Este projeto tinha como objetivo desbloquear o potencial inexplorado de Opuntia ficus-indica L. diversificando a oferta de produtos e incorporando técnicas de processamento de última geração. Dessa forma, criaram-se produtos únicos e com valor acrescentado que não só contribuem para o crescimento económico da região, mas também atendem às demandas dos consumidores modernos, promovendo a sustentabilidade por meio da redução de resíduos e otimização de recursos.