Presentamos un modelo matemático para la gestión del flujo de corrientes residuales de la industria agroalimentaria, que sirve como una herramienta de apoyo a la toma de decisiones para optimizar su valorización. El objetivo es determinar, bajo un enfoque de análisis coste-beneficio, la mejor estrategia a nivel global. El modelo matemático propuesto proporciona el escenario óptimo de valorización, es decir, el conjunto de rutas seguidas por las corrientes residuales de la industria agroalimentaria que maximiza el beneficio total obtenido. El modelo tiene en cuenta la estequiometría completa de la corriente residual en cada paso de la ruta de valorización. Además, el modelo permite realizar cálculos de diferentes escenarios para apoyar la toma de decisiones. El enfoque propuesto se ilustra a través de un estudio de caso utilizando una red de un caso real de una región. El estudio de caso demuestra que el uso del modelo puede llevar a aumentos significativos de beneficios en comparación con los obtenidos con las prácticas actuales. Además, se obtienen mejoras notables en el beneficio en el estudio de caso si el precio de venta de todos los productos de valor añadido considerados aumenta o si el costo de procesamiento del productor de piensos para animales disminuye. Por lo tanto, nuestro modelo permite detectar los factores clave que influyen en la estrategia óptima, convirtiéndolo en una poderosa herramienta de apoyo a la toma de decisiones para optimizar la valorización de las corrientes residuales de la industria agroalimentaria.