Oleoresin ultrasound-assisted extraction from industrial chili pepper by-products

Mestrado em Engenharia Alimentar / Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa

The production of spicy sauces generates 10—30% by-products rich in bioactive compounds derived from chili peppers (Capsicum sp.), particularly capsaicinoids (spiciness) and carotenoids (color). These by-products serve as a source of Capsicum oleoresins, which are additives that impart flavor and color to foods. This study focuses on optimizing the extraction of Capsicum oleoresins from chili pepper by-products of the species C. chinense Jacq. (Red Habanero and Carolina Reaper) and C. annuum L. (Jalapeño) using Ultrasound-Assisted Extraction (UAE) and comparing the results with Reflux-Assisted Extraction (RAE). In the first phase, the solid-toethanol ratio (dry basis) was optimized for Red Habanero by-products using UAE. A ratio of 1:20 yielded the highest extraction yield (26.34%) and the most pigmented oleoresin. In the second phase, Response Surface Methodology (RSM) was applied to optimize the extraction time (3— 17 minutes) and Acoustic Power Density (APD, 0.30—1.00 W/mL) for UAE of oleoresins from Red Habanero by-products. The mathematically determined optimal conditions were 8 minutes and 0.87 W/mL (Y = 26.03%; CAPs = 7.47 mg/g TPC = 4.29 mg GAE/g; FRAP = 138.77 μmol FeSO4 eq/g; and DPPH = 32.91 μmol TEAC/g). In the third phase, the optimized UAE method was compared to standard RAE. UAE demonstrated superior energy efficiency (95% lower energy consumption), produced more pigmented extracts, and achieved equivalent levels of spiciness as measured by the Scoville Heat Units scale (Red Habanero: 460,000.00 SHU; Jalapeño: 380,000.00 SHU; Carolina Reaper: 950,000.00 SHU). UAE extracts also exhibited higher linoleic acid contents (Red Habanero: 62.54%; Jalapeño: 76.23%; Carolina Reaper: 72.79%) and linolenic acid contents (Red Habanero: 11.71%; Jalapeño: 0.63%; Carolina Reaper: 1.58%). In conclusion, optimizing UAE enables the production of value-added additives from chili pepper byproducts with functional properties, enhanced bioactive and nutritional value, and significant potential for application in the agri-food sector.

A produção de molhos picantes gera 10 — 30% de subprodutos ricos em compostos bioativos dos pimentos chili (Capsicum Sp.), nomeadamente os capsaicinoides (picancia) e carotenoides (cor); estes subprodutos são fonte de Oleorresinas Capsicum, aditivos que conferem sabor e cor aos alimentos. Este trabalho foca-se na otimização da extração de Oleorresinas Capsicum a partir de subprodutos de pimentos chili das espécies C. chinense Jacq. (Red Habanero e Carolina Reaper) e C. annuum L. (Jalapeño) com recurso à Extração Assistida por Ultrassons (UAE) e sua comparação com a Extração-Assistida por Refluxo (RAE). Em primeira fase foi otimizada a proporção subproduto-etanol (base seca) para o subproduto de Red Habanero utilizando UAE. A proporção 1:20 apresenta-se com maior rendimento de extração (26,34%) e a oleorresina mais pigmentada. Em segunda fase, seguiu-se uma metodologia de Superfícies de Resposta (RSM) para otimizar o tempo de extração (3 – 17 min) e a Densidade de Potência Acústica (APD, 0,30 – 1,00 W/mL) da UAE de oleorresina do subproduto de Red Habanero. O ponto ótimo matematicamente determinado é: 8 minutos + 0.87 W/mL (Y: 26,03%; CAPs: 7,47 mg/g; TPC: 4,29 mg GAE/g; FRAP: 138,77 μmol FeSO4 eq/g; DPPH: 32,91 μmol TEAC/g). Em terceira fase compararam-se os resultados da UAE (otimizada) com RAE (standard). A UAE destacou-se pela eficiência energética (95% menor), extratos mais pigmentados e igual nível de picancia dado pela escala Scoville (Red Habanero: 460.000,00 SHU; Jalapeño: 380.000,00 SHU; Carolina Reaper: 950.000,00 SHU). Os extratos obtidos por UAE apresentaram maiores teores de ácidos linoleico (Red Habanero: 62,54%; Jalapeño: 76,23%; Carolina Reaper: 72,79%) e linolénico (Red Habanero: 11,71%; Jalapeño: 0,63%; Carolina Reaper: 1,58%). Conclui-se que a otimização da UAE permite obter aditivos de valor acrescentado a partir de resíduos de pimentos chili com propriedades funcionais, maior valor bioativo e nutricional, úteis no desenvolvimento de produtos no setor agroalimentar.

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