Tropical agroindustrial biowaste revalorization through integrative biorefineries—review part I: coffee and palm oil by-products

Abstract

Tropical crops are an important source of wealth in many countries. The current agribusiness model is based on the production of a final commodity, leading to the production of organic by-products (biowastes) that in many cases contain bioactive compounds with a potential added value. The exploitation of these by-products is the foundation of the circular economy that leads to the generation of greener bioprocesses for the industry with foreseeable economic improvements in production systems. This review aims to point out the idle opportunities of agricultural production systems and their associated biowastes to contribute to the establishment of a bioeconomy. Hence, the focus lies on five tropical extensive crops: coffee, oil palm, sugar cane, banana, and pineapple. This first part of the review explores agricultural wastes originated from the coffee and oil palm industrial process and is oriented on the potential use of these by-products as a starting material for the alternative obtention of chemicals, otherwise obtained from petrochemistry. The second part of the review focuses on prospective use of lignocellulosic rich biowaste that is derived from the industrialization of sugar cane, banana, and pineapple. A fundamental difference for the use of coffee biomass compared to other crops is the presence of numerous bioactive compounds that are not yet properly utilized, such as antioxidants (i.e., caffeic acid, chlorogenic acid, ferulic acid), as well as their possible use in the manufacture of products of interest in the cosmetic (i.e., quinic acid) or pharmaceutical industry (i.e., caffeic acid phenethyl ester). In the case of oil palm, its potential lies in obtaining chemicals such as glycerol and carotenoids, or in the bioenergy production.

Los cultivos tropicales son una importante fuente de riqueza en muchos países. El modelo de agronegocio actual se basa en la producción de un producto final, lo que lleva a la producción de subproductos orgánicos (biorresiduos) que en muchos casos contienen compuestos bioactivos con un potencial valor agregado. La explotación de estos subproductos es la base de la economía circular que conduce a la generación de bioprocesos más verdes para la industria con previsibles mejoras económicas en los sistemas de producción. Esta revisión tiene como objetivo señalar las oportunidades inútiles de los sistemas de producción agrícola y sus biorresiduos asociados para contribuir al establecimiento de una bioeconomía. Por lo tanto, la atención se centra en cinco cultivos tropicales extensivos: café, palma aceitera, caña de azúcar, plátano y piña. Esta primera parte de la revisión explora los residuos agrícolas originados en el proceso industrial del café y la palma aceitera y está orientada al uso potencial de estos subproductos como material de partida para la obtención alternativa de productos químicos, que de otro modo se obtendrían de la petroquímica. La segunda parte de la revisión se centra en el uso prospectivo de biorresiduos ricos en lignocelulosa que se derivan de la industrialización de la caña de azúcar, el plátano y la piña. Una diferencia fundamental para el uso de la biomasa del café en comparación con otros cultivos es la presencia de numerosos compuestos bioactivos que aún no se utilizan adecuadamente, como los antioxidantes (es decir, ácido cafeico, ácido clorogénico, ácido ferúlico), así como su posible uso en la fabricación de productos de interés en la industria cosmética (es decir, ácido quínico) o farmacéutica (es decir, éster fenetílico del ácido cafeico). En el caso de la palma aceitera, su potencial radica en la obtención de químicos como glicerol y carotenoides, o en la producción de bioenergía.