Nutritional, Physicochemical and Structural Parameters of Mauritia flexuosa Fruits and By-Products for Biotechnological Exploration of Sustainable Goods

Abstract

Research background. Commercialization of Mauritia flexuosa (buriti) fruits in Brazil is at an early stage. Herein, we evaluate the nutritional value of pulp, peel and endocarp samples from buriti fruits, perform macroscopic and microscopic evaluations and analyze their physicochemical properties. Experimental approach. Size and mass, pH, sugar and protein contents, soluble/insoluble fiber, total titratable acidity and energy value of the samples were analyzed. Mineral profiling was performed by energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry, and fatty acids and phytosterols were determined by gas chromatography-mass spectrometry. Samples were also submitted to differential scanning calorimetry coupled to a thermal analyzer, and microstructure, morphology, surface and viscosity were evaluated by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) with copper radiation. Rheological behavior was also studied. Results and conclusions. Lyophilized pulp had higher nutritional content of minerals, proteins, carbohydrates and energy than in natura pulp. Lyophilized pulp and its by-products showed suitable yields (>17.31%) and low aw, and potassium, manganese and monounsaturated fatty acid contents. Peels showed elevated amounts of saturated and polyunsaturated fatty acids and phytosterols (β-sitosterol and stigmasterol), and endothermic behavior. The reductions of calcium, magnesium and manganese ranging from 18.5 to 22.7% were observed following the lyophilization. Drying processes generated semi-crystalline powders. Both peels and endocarp contained higher amounts of insoluble fiber and lower contents of sugars. Similar results were obtained by microscopic morphological analysis, differential scanning calorimetry and XRD analysis. Pulp and endocarp exhibited pseudoplastic non-Newtonian behavior, and flow behavior index values were lower than 1, while peels presented dilatant behaviour. Thus, physicochemical and nutritional characterization of pulp and by-products, such as peels and endocarp, are essential to support scientific research and exploration of new sustainable products. Novelty and scientific contribution. Processing and conservation techniques, like lyophilization, maintain the good quality of nutritional contents and bioactive compounds of buriti whole fruits, and can be used to extend their shelf life, preserve alimentary characteristics and provide wider purposes and availability. Such parameters may generate income and food security for local and regional communities.

Alternate abstract:

Pozadina istraživanja. Komercijalizacija ploda biljke Mauritia flexuosa (lokalnog naziva buriti) je u Brazilu još u ranoj fazi razvoja. U ovom smo radu ispitali hranjivu vrijednost uzoraka pulpe, kore i endokarpa plodova biljke buriti, proveli makro- i mikroskopske analize te odredili fizikalno-kemijska svojstva plodova. Eksperimentalni pristup. Ispitani su veličina i masa, pH-vrijednost, udjeli šećera i proteina, omjer topljivih i netopljivih vlakana, ukupna titracijska kiselost i energetska vrijednost uzoraka. Sastav mineralnih tvari određen je rendgenskom fluorescentnom spektrometrijom, a masne kiseline i fitosteroli plinskom kromatografijom u kombinaciji s masenom spektrometrijom. Uzorci su također ispitani diferencijalnom pretražnom kalorimetrijom u kombinaciji s toplinskom analizom. Mikrostruktura, morfološka svojstva, površina i viskoznost uzoraka određeni su pretražnom elektronskom mikroskopijom i rendgenskom difrakcijom s bakrom kao izvorom zračenja. Također su istražena i reološka svojstva plodova. Rezultati i zaključci. Liofilizirana pulpa imala je veće udjele mineralnih tvari, proteina, ugljikohidrata i veću energetsku vrijednost od netretirane pulpe. Prinos liofilizirane pulpe i njezinih nusproizvoda bio je zadovoljavajući (>17,31 %), a aktivitet vode te udjeli kalija, mangana i mononezasićenih masnih kiselina bili su niski. Kora ploda imala je veće udjele zasićenih i polinezasićenih masnih kiselina i fitosterola (β-sitosterola i stigmasterola) od pulpe, te je imala endotermna svojstva. Nakon liofilizacije opaženo je smanjenje udjela kalcija, magnezija i mangana, i to od 18,5 do 22,7 %. Sušenjem je dobiven polukristalični prah. Kora i endokarp ploda sadržavali su veće količine netopljivih vlakana i manje udjele šećera. Slični su rezultati dobiveni morfološkom analizom, diferencijalnom pretražnom kalorimetrijom i rendgenskom difrakcijom. Pulpa i endokarp imali su pseudoplastične nenjutonovske značajke, vrijednosti indeksa protjecanja bile su manje od 1, dok je kora imala dilatantna svojstva. Zaklljučeno je da je određivanje fizikalno-kemijskih i hranjivih svojstava pulpe i njezinih nusproizvoda kao što su kora i endokarp nužno za podržavanje ovog znanstvenog istraživanja i razvoja novih održivih proizvoda. Novina i znanstveni doprinos. Postupci obrade i čuvanja hrane, kao što je liofilizacija, omogućuju održavanje kakvoće hranjivih sastojaka i bioaktivnih spojeva plodova biljke buriti, produžuju njihovo vrijeme skladištenja, zadržavaju prehrambene značajke i proširuju njihovu uporabu i dostupnost. Takve značajke proizvoda mogu donijeti prihod i povećati sigurnost hrane u lokalnim i regionalnim zajednicama.