Physicochemical and potential prebiotic properties of banana peel pectin: conventional vs. ultrasound and non-thermal plasma extraction

Abstract

A banana (Musa spp) é a quarta cultura alimentar mais importante nos países em desenvolvimento. Devido à grande escala de produção, toneladas de subprodutos são gerados após cada colheita. Foi relatado que o subproduto industrial da banana compõe cerca de 40% do peso da fruta inteira e é percebido como uma fonte de pectina (~10-20%). A literatura aponta para a vasta reutilização da casca de banana (BP) e sua transformação em diferentes produtos. Neste estudo, a pectina foi extraída da casca de banana usando apenas água (w) ou água ácida (aw) como solvente em tratamentos usando aquecimento convencional (CH), plasma não térmico (NTP) e ultrassom (US). As propriedades físico-químicas da pectina foram caracterizadas e comparadas com a pectina cítrica comercial (CCP). CH-aw apresentou o maior rendimento (9,7%), seguido por US-aw (8,6%) e NTP-aw (8,4%) devido à maior solubilidade das pectinas em meio ácidos. US-w e NTP-w apresentaram maior grau de esterificação (DE) (67 e 52%) e peso molecular aparente (Mw) (4,7 x104 e 5,4 x104 Da), semelhante ao CCP. Além disso, NTP-w resultou em maior conteúdo de compostos fenólicos totais (126,7 mg de ácido gálico/g pectina) e atividade antioxidante (95,6 e 84,8% para radicais DPPH e ABTS, respectivamente). No geral, a extração com NTP-w foi considerada melhor, pois utilizou menos recursos como temperatura e ácido cítrico em comparação à extração convencional, além de características químicas adequadas (DE e Mw). Assim, o NTP-w foi testado quanto ao seu efeito estimulante de crescimento em duas linhagens probióticas, Bifidobacterium bifidum e Lactobacillu plantarum, e o CCP foi usado para fins de comparação. Populações significativamente maiores (p < 0,05) foram alcançadas no meio suplementado com NTP-w (1%) semelhante ao controle positivo (1% de glicose) para ambas as linhagens probióticas. O CCP não estimulou o crescimento da linhagem B. bifidum, semelhante ao controle negativo. Além disso, o meio suplementado com NTP-w promoveu a sobrevivência de bactérias prebióticas por mais de 48 h.

Abstract: Banana (Musa spp) is the fourth most important food crop in developing countries. Due to the large scale of banana production, tons of by-products are generated after each harvest. It has been reported that the industrial by-product of the banana makes up about 40% of the weight of the whole fruit and is perceived as a source of pectin (~10-20%). The literature points to the vast reuse of banana peel (BP) and its transformation into different products. In this study, pectin was extracted from banana peel using only water (w) and/or acidic water (aw) as solvent in conventional heating (CH), non-thermal plasma (NTP) and ultrasound (US) treatments. The physicochemical properties of pectin were characterized and compared with commercial citrus pectin (CCP). CH-aw showed the highest yield (9.7%), followed by US-aw (8.6%) and NTP-aw (8.4%) due to the greater solubility of pectin in acidic media. US-w and NTP-w showed higher degree of esterification (DE) (67 and 52%) and apparent molecular weight (Mw) (4.7 x104 and 5.4 x104 Da), similar to CCP. Furthermore, NTP-w resulted in higher phenolic content (126.7 mg gallic acid/g pectin) and antioxidant activity (95.6 and 84.8% for DPPH and ABTS radicals, respectively). Overall, NTP-w extraction was considered better, as it used fewer resources such as temperature and citric acid compared to conventional extraction, in addition to adequate chemical characteristics (DE and Mw). Thus, NTP-w was tested for its growth-stimulating effect on two probiotic strains, B. bifidum and L. plantarum, and CCP was used for comparison purposes. Significantly higher populations (p < 0.05) were achieved in the medium supplemented with NTP-w (1%) similar to the positive control (1% glucose) for both probiotic strains. CCP did not stimulate the growth of the B. bifidum strain, like the negative control. Furthermore, the medium supplemented with NTP-w promoted the survival of prebiotic bacteria for more than 48 h.