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• Jonathan Escalant Solo

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EXTRACCIÓN DE PECTINA. La hidrólisis ácida es el método más conocido para obtener pectina, que consiste en someter al sustrato a una cocción en medio ácido, posterior filtración y purificación, con lo cual se logra separar la pectina presente del resto de compuestos de las cáscaras, para luego secarla y molerla hasta tener un fino polvo listo para comercializarlo. A la materia prima se las somete a una hidrólisis ácida, generalmente se proponen valores de temperatura para la extracción de pectina con HCl que varían de 85 a 90ºC, pH de 1,6 a 2 y tiempos de extracción de 30 a 60 minutos. además, se señala que la influencia de la temperatura, tiempo de extracción y pH sobre las "unidades de gelificación" en pectina de naranja se extraen a aún pH de 1,2; 1,6 y 2 y temperaturas de 75, 85, y 95°C a 20, 40 y 60 minutos respectivamente (Pagán, 1996). Hidrólisis ácida. Al material sólido se le agrega la misma cantidad de agua usada inicialmente y a esta solución se le agrega ácido sulfúrico, ácido nítrico o, preferiblemente, ácido clorhídrico hasta obtener un pH entre 1 y 3. Cuando se usa ácido clorhídrico del 37%, se calcula que deben usar de 6 a 8 ml de ácido por cada litro de la solución, para alcanzar el pH indicado (Attri y Maini, 1996). El tiempo de calentamiento de la solución es de 60 minutos manteniendo la temperatura en el R. Baltazar et al. / Agroind Sci 2 (2013) 80 valor deseado (70 - 80°C); la agitación permanente debe mantenerse para evitar que el material sólido se deposite en el fondo del tanque de hidrólisis. Precipitación. En la etapa de precipitación de las pectinas se pueden emplear sales o alcoholes. Se prefieren estos últimos porque al usar las pectinas en la industria de alimentos se evitan residuos, mientras que con las sales es necesario un lavado muy cuidadoso para retirar todo residuo. En la precipitación de las pectinas se recomienda un volumen de alcohol equivalente al 80% de la solución que se va a precipitar. Sin embargo, en ensayos de laboratorio se encontró que disminuyendo el volumen de alcohol a un equivalente el 60% del volumen de la solución no se disminuye el rendimiento de una manera notable y si disminuyen los costos sustancialmente (Rojas et al., 2008). Para esta etapa del proceso se empleará etanol al 95 o 96%. Se han realizado diversos estudios de la extracción de pectina como por ejemplo la investigación de la actividad solubilizadora de pectina por ProtopectinasaSE, enzima producida por el hongo levaduriforme (geotrichumkle) que fue estudiada utilizando como sustrato albedo del limón (parte interna, blanca y esponjosa de la cáscara) y la protopectina (sustancia péctica insoluble en agua, obtenida del mismo tejido). Bajo condiciones óptimas de reacción se obtuvo rendimientos de 37 y 28 g. de pectina/100 g de tejido (base seca) a partir de protopectina y albedo, respectivamente (Arley et al, 2009). Se realizó un estudio que tuvo como objetivo extracción de pectina de nopal (opuntia ficus indica) por medio ácido aplicando dos niveles de temperatura, tiempo y estados de madurez. Los resultados de la espectrometría de infrarrojo confirmaron que la pectina obtenida en condiciones de pH 2 es de bajo metoxilo. La pectina obtenida a pH 3 posee características competitivas dentro de su tipo para ser destinada a la industria de alimentos (Aza y Méndez, 2011). Se obtuvo y caracterizó

pectina a partir de cáscaras de plátano para desarrollar un diseño general del proceso de producción. Se aprovechó los desechos industriales del procedimiento de harina plátano común se extrajo pectina a escala piloto a diferentes valores de pH (1,5 y 3), tiempos de hidrólisis (60 min.) y a 60 y 80ºC. La calidad de la pectina extraída se evaluó midiendo el contenido de humedad, cenizas, metoxilo, acidez libre, peso equivalente y el grado de esterificación, aplicando un análisis por espectroscopía de infrarrojo. El resultado de la extracción a pH 1,5 a 80ºC presentó una composición máxima en base seca (23,06% p/p), pero con mayor contenido de cenizas, humedad y de coloración muy oscura (1,7 y 6,8%). La pectina obtenida a pH 3 y temperatura 60°C fue la de mejor calidad según los valores de humedad y contenido de cenizas pero con el más bajo rendimiento. Las condiciones óptimas para un equilibrio entre rendimiento y calidad son pH 1,5 a 60°C debido a que posee características competitivas dentro de su tipo (cenizas 1,3%, humedad 1%, coloración café claro) para ser destinada a la industria de alimentos con un alto rendimiento (18,86%). El resultado de la espectrometría de infrarrojo para la pectina con óptimas condiciones de equilibrio entre calidad y rendimiento, confirmó que es de gelificación rápida. Las pectinas evaluadas son de bajo metoxilo, de acuerdo a los resultados obtenidos en el contenido de metoxilo. Con referencia las condiciones de laboratorio y al comportamiento de la pectina, se realizó el diseño general, diagrama y descripción detallada de los equipos del proceso de producción de pectina y un análisis económico general en base a los reactivos usados en el laboratorio (Cabarcas et al., 2012). Otro método utilizado para la liberación de pectina, pero del cual aún no se ha encontrado suficientes reportes de aplicación en cáscara de mango es el R. Baltazar et al. / Agroind Sci 2 (2013) 81 método biológico (Contreras et al., 2003). Éste es considerado un método alternativo que no tienen efectos tan dañinos con el medio ambiente como los métodos químicos y las condiciones de reacción no son tan severas (Contreras et al., 2006). A pesar de esto, tiene la desventaja de ser muy caro y tardado debido al aislamiento enzimático y a los largos tiempos de extracción requeridos para solubilizar la pectina. Determinación de rendimiento. El rendimiento se determinó dividiendo el peso de pectina molida entre el peso de cáscara seca por cien, esto se realizó para todos los tratamientos utilizando la siguiente expresión:

Donde: W1 = Peso de cáscara seca, W2 = peso de la pectina obtenida Determinación grado de esterificación El grado de esterificación es un factor importante que caracteriza las cadenas de la pectina de los grupos carboxilos, se determinó usando el método de valoración de Schultz y Schweiger (Rojas et al., 2008), de la pectina obtenida después de la molienda con la finalidad de evaluar el tipo de pectina, y cuyo protocolo es el siguiente: Se valoran 10 ml de disolución de pectina al 1% con NaOH (hidróxido de sodio) 0,1 Normal, usando fenolftaleína como indicador

(valoración A) añadiendo 20 ml de NaOH 0,5 Normal en un tiempo determinado con el fin de desesterificar la pectina. A continuación se añadió 20 ml de HCl (ácido clorhídrico) 0,5 Normal para neutralizar el NaOH. Finalmente la disolución se valora con NaOH 0,1 Normal (valoración B). El grado de esterificación se calculó con la siguiente ecuación:

● Proceso de Obtención de la Pectina

Variables del Proceso de Extracción de Pectina

combinaciones de pH bajo, temperatura alta y tiempo elevado, dan lugar a la degradación de la pectina, reduciendo el tamaño de las moléculas, afectando, de esta manera, su viscosidad. Bajo estos parámetros, se incrementa también la hidrólisis de los grupos carboxilos, reduciendo el porcentaje de esteres metílicos en las cadenas. utilizando valores de pH entre 1 y 3, han confirmado el incremento del rendimiento con el descenso del pH y, por otro lado, la obtención de una mayor masa molar y viscosidad intrínseca con el incremento del mismo. Por lo tanto, es recomendable acercarse a un valor medio dentro de este rango

MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES ● Recolección, Pre-tratamiento y Conservación de la Materia Prima

Se recolectó aproximadamente 8 kg de residuos de naranja, incluyendo el albedo (o parte interna blanca da la cáscara), semillas y membranas, de diferentes vendedores ambulantes de jugos, con el fin de tener una muestra con características del fruto y grados de madurez variados. Se secó las muestras hasta un 10 % de humedad, se las trituró y almacenó protegidas de la luz y la humedad del ambiente. El material resultante del procedimiento descrito se denomina como materia prima en la presente investigación. Mediante dos operaciones de extracción de pectina (al inicio y al final del estudio, dos meses después), bajo condiciones idénticas, se comprobó que la materia prima no se degradó durante el periodo de desarrollo del estudio. ● Caracterización de los Residuos de Naranja La determinación de la humedad se realizó mediante un humidímetro de rayos infrarrojos. El contenido de pectina se determinó empleando el método propuesto por Nielsen [18]. Ambas determinaciones se realizaron por duplicado. ● Variables de la Operación de Hidrólisis El proceso de hidrólisis se realizó con 60 g de materia prima por prueba, en un sistema abierto, sin agitación, irradiado con 540 W a una frecuencia de 2 450 MHz, empleando ácido cítrico como solvente, a una temperatura de 91 °C (temperatura de ebullición del solvente a la presión atmosférica local, 75,1±0,5 kPa). Análisis del Porcentaje de Solvente para la Operación de Precipitación El proceso de precipitación se ejecutó haciendo uso de etanol comercial (96 % de pureza), con 5 minutos de agitación y 20 minutos de reposo. Se estudió el porcentaje mínimo de volumen de etanol respecto al volumen de solución de pectina (resultante del proceso de hidrólisis) a usarse, sin alterar el rendimiento del proceso. Los niveles de este porcentaje de etanol se muestran en la

La determinación del porcentaje de pectina se realizó sobre la materia prima pre-tratada (Figura 4b). Empleando 5 g de la misma, se obtuvo 2,09 y 2,50 gramos de pectina, que representan el 41,9 y 41,7 % con un promedio de 41,8 %. En base al último dato y al porcentaje de humedad determinado, el valor del porcentaje de pectina en base húmeda es 7,73%

PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE PECTINA DE CÁSCARA DE NARANJA A continuación, se describe el proceso experimental para la obtención de pectina a partir de la cáscara de naranja. Este proceso se desarrolló en dos fases: el acondicionamiento de la materia prima y el protocolo para la extracción de pectina Manejo y acondicionamiento de la materia prima a) Selección y limpieza: La selección se realizó en dos etapas: la primera en el lugar de recolección, en el cual se compraron los frutos de cascara de naranja teniendo en cuenta la madurez de las mismas, cuyo estado se reconoce por la coloración de los mismos. La segunda selección se llevó a cabo en el laboratorio con el propósito de asegurar una mejor selección, retirando los frutos enfermos o que presenten signos externos de deterioro físico. Así mismo fueron escogidos los frutos de similar tamaño. "Es importante señalar que la calidad de la materia prima es el primer factor que influye en el rendimiento y calidad de la pectina obtenida" (Acuña, 1990). b) Lavado y desinfección:

Los frutos de cacao seleccionados en el proceso anterior, se sometieron a un proceso de lavado con agua potable, frotando los frutos para quitar las impurezas adheridas a ellos, posteriormente se les sometió a un lavado con agua destilada. "Es muy importante la calidad del agua. No debe contener metales pesados. Se debe tomar esta precaución respecto a la pureza del agua en la fase preliminar del tratamiento de las materias primas" (Véliz, 1984) c) Refinado Esta operación se realiza con el propósito de favorecer el secado del producto, para posteriormente almacenarlo hasta el momento de la extracción. Al no contar con una refinadora, se procedió a cortar la cáscara de naranja en láminas delgadas de aproximadamente 0,3 mm de espesor, haciendo uso de un cuchillo. d) Secado Se procedió a secar el producto, para lo cual se extendió las cáscaras de naranja en bandejas que fueron introducidas en la estufa de aire caliente. El secado se llevó a cabo a una temperatura de 55°C durante 36-48 horas. e) Almacenamiento La materia prima acondicionada fue empacada en bolsas de polietileno de alta densidad y almacenadas a una temperatura de 20-25°C, como lo recomienda Acuña (1990). Debido al bajo porcentaje de humedad que presenta la cáscara de cacao deshidratada, el producto se mantuvo en buen estado. PROCESO DE EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN DE PECTINA a) Extracción El proceso es realizado con ácido diluido y adición de calor para convertir la protopectina en pectina soluble. Es la etapa más importante en el proceso de obtención de pectina, pues de ésta depende en gran medida el rendimiento y la calidad del producto. Se ajustó el pH a los valores establecidos (2 y 3) empleando ácido clorhídrico 1 N y ácido cítrico anhidro (99,7% de pureza) como agente acidulante de las soluciones. La relación materia prima: agua acidulada usada durante la etapa de extracción ácida fue 1: 16, es decir, una parte de cáscara por 16 de agua acidulada.

b) Primera filtración Obtenido el extracto péctico (licor de pectina), se filtró con la finalidad de separar el bagazo de éste. Para lo cual se empleó tela organza dispuesta en doble capa, vertiendo lentamente la mezcla hidrolizada sobre la tela filtro. Terminada la filtración se efectuó un prensado manual para liberar la mayor cantidad de solución péctica retenida en el bagazo. c) Precipitación Antes de iniciar la precipitación, el extracto péctico y el alcohol fueron enfriados a una temperatura de 8-10°C, tal como lo recomienda Véliz (1984) y Acuña (1990). Según Véliz (1984), para producir un producto satisfactorio de pectina se recomienda el uso de alcohol, pues logra remover todos los constituyentes solubles tales como la materia prima colorante, los ácidos esenciales, azúcares, etc. Además, el etanol presenta ventajas tales como relativo bajo costo, sustancia no tóxica y es posible recuperarlo de la solución por técnicas como la

destilación para reutilizarlo, que es como se hace a nivel industrial para pectinas de origen cítrico y de manzana. La precipitación se logró por adición de alcohol etílico de 96° en proporción 1: 1 (v/v) con agitación fuerte y constante por 5-10 minutos. Se deja reposar de 12 a 16 horas hasta observar la formación de un gel consistente. d) Segunda filtración Después de precipitada la pectina se procedió a separarla del alcohol y agua para lo cual se usó la tela organza dispuesta en doble capa, dejando en reposo hasta separar la mayor cantidad de líquido. e) Purificación Según Ullman, citado por Véliz (1984), el procedimiento más usual para preparar pectina depurada consiste en realizar por repetidas veces lavados con alcohol y/o que contenga ácido clorhídrico, esto permite separar las sustancias de las cenizas, los colorantes y otras sustancias amargas. Además, afirma que los lavados con alcohol de 60° son favorables ya que las pectinas contienen algunas impurezas que son solubles en esa concentración, pero no en alcohol de 90°. Por Jo tanto para purificar la pectina se hicieron los siguientes lavados: lavado con alcohol acidulado de 90° (pH 6±0.6), lavado con alcohol de 60° y finalmente llavado con alcohol de 90°. A medida que se iban realizando los lavados el color de la pectina precipitada se fue decolorando. Es importante añadir, que la remoción total de los residuos no urónidos del precipitado péctico, por sucesivos lavados con alcohol es imposible. f) Escurrido Luego de la purificación de la pectina se realiza un filtrado para eliminar la mayor cantidad de alcohol procedente de los lavados en la etapa anterior. g) Secado Debido a que la temperatura afecta la velocidad de demetilación y las características del producto, no debe secarse la pectina a altas temperaturas, lo recomendable es secar en horno de vacío a temperatura baja de (30- 40) °C y (10- 15) psi (García, 2009). Sin embargo, el laboratorio de Ingeniería Quimica no cuenta con este equipo, por lo tanto, se fijará la temperatura de secado en 4"C, y luego llevadas a estufa para eliminar la humedad con una temperatura de 40 ± 3"C hasta obtener peso constante. Si se coloca el gel de pectina en capas delgadas esta se secará en un tiempo menor. Esto es importante para no someter el producto innecesariamente a calentamiento prolongado durante el secado, de modo que se deteriore por la alta temperatura. Por lo tanto, para el proceso de secado, se procede a extender el coagulo en un recipiente plástico y secarla a una temperatura de 4°C (temperatura de refrigeración) hasta sequedad, luego traspasar a una estufa a temperatura de 40 ± 3"C por 4 horas. h) Molienda

Esta operación es necesaria para reducir el tamaño de las partículas y obtener un producto en polvo de buena solubilidad. Se utilizó un pulverizador y se obtuvo un polvo fino un poco más claro que el producto antes de ser molido. i) Almacenamiento La pectina en polvo fue almacenada en bolsas de polietileno de alta densidad, las que se guardaron en frascos de vidrio cerrados herméticamente. El producto se almacenó a una temperatura de 20-22°C, mientras se realizaban las pruebas de caracterización. TRATEMIENTO DE MATERIA PRIMA

Selección y limpieza

Lavado desinfección

Refinado

Secado

Almacenamiento

FIN

y

EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN DE PECTINA

Extracción

Primera filtración

Precipitación

Segunda filtración

Escurrido

Secado

Molienda

Almacenamiento

FIN

http://repositorio.unp.edu.pe/bitstream/handle/UNP/675/IND-NIZ-YAM15.pdf?sequence=1&isAllowed=y me guie de esta fuente para la LA OBTENCIÓN DE PECTINA DE CÁSCARA DE NARANJA, el fruto es diferente pero el procedimiento es el mismo o similar para la extracción de la pectina.