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Extracción de pectinas a partir de las cascaras de maracuyá I.

Introducción La Maracuyá (Passiflora edulis flavicarpa) es una planta enredadera que ha sido

introducida y cultivada con gran interés comercial en la mayoría de las regiones tropicales y subtropicales del planeta. Es altamente apreciada por su fruto debido a los beneficios que proporciona y gracias a su contenido de pectina es empleado en la industria alimenticia e industria farmacéutica. Tradicionalmente la pectina ha sido extraída de frutas cítricas y de pulpa de manzana, pero en este caso se busca obtener pectina de la cascara de maracuyá. La pectina es un polisacárido que absorbe gran cantidad de agua y es un producto tecnológicamente funcional de interés para la industria de alimentos en el desarrollo de productos debido a que sus propiedades reológicas son apropiadas para la elaboración de jaleas, mermeladas, salsas, entre otros, aportando así a la textura y consistencia. Debido a la gran importancia industrial de la pectina, se requieren métodos con mayor rendimiento de extracción y que den como resultado un producto de buena calidad. Algunas características importantes que definen la calidad de las pectinas son> el grado de metoxilación y el l poder gelificante. Para la extracción de pectinas se han empleados diversas técnicas: las convencionales como la extracción por arrastre de vapor e hidrodestilación, las no convencionales como la extracción asistida por microondas (EAM) y la extracción por hidrólisis ácida que es aplicada ampliamente a nivel industrial. En el desarrolló se la práctica se utilizó la extracción por hidrolisis ácida, ya que estudios indican que la extracción con HCl se obtienen mayores rendimientos y mejor calidad de pectina y menor consumo de alcohol en la precipitación.

Objetivos II.

Marco teórico

Pectina a. Características. “La pectina es un coloide por excelencia que tiene la propiedad de absorber una gran cantidad de agua, razón por la cual se les da el nombre de hidrocoloide. Pertenece al grupo de los polisacáridos y se encuentra en la mayoría de los vegetales, especialmente en frutas como naranja, toronja, limón y limonzón. Las pectinas son ácido pectínicos que están formadas por diecisiete monosacáridos diferentes, organizados en distintos polisacáridos, a partir de más de veinte diferentes enlaces, formando una red que los une, agrupados en diferentes tipos de cadena, constituido por ácido urónico, hexosas, pentosas y metilpentosas. Diversas unidades estructurales pueden estar sustituidas por metanol, ácido acético y ácidos fenólicos. Los azúcares pueden existir en formas furanosídicas o piranosídicas y con diferentes anómeros” (Badui, 2006) “No se digieren y forman gelatinas (manzana, zanahoria, etc.). En contacto con el oxígeno, tienen propiedades astringentes. Son heteropolisacáridos formados por galactosa, arabinosa y, en menor cantidad, por xilosa, glucosa y ramnosa. con el 81,50% de la pectina comercial” (Sharma, Liptay, Le Moguer, 1998: 543-547). Las pectinas tienen la propiedad de formar gelatinas en presencia de azúcares, calor y un medio ácido débil Las pectinas están formadas fundamentalmente por largas cadenas formadas por unidades de ácido galacturónico, que puede encontrarse como tal ácido, con el grupo carboxilo libre, o bien o con el carboxilo esterificado por metanol (metoxilado).

Se pueden distinguir dos clases principales de sustancias pécticas: los ácidos pectínicos, que tienen una pequeña porción de sus ácidos poligalacturónicos como ésteres metílicos, y los ácidos pécticos, que sólo contienen moléculas de ácido poligalacturónico libre de esterificación. Por definición, las pectinas son ácidos pectínicos con diferentes grados de esterificación y neutralización, que pueden contener de 200 a 1,000 unidades de ácido galacturónico. Existen otros compuestos de este tipo, las protopectinas, altamente esterificadas con metanol y muy insolubles en agua, que se encuentran en los tejidos inmaduros de los frutos y son responsables de su textura rígida; sin embargo, la acción de la enzima protopectinasa hace que se conviertan en pectinas solubles o ácido pectínico, en un proceso que ocurre durante la maduración y que trae consigo el ablandamiento del fruto. (Liew & Chin, 2014) menciona que “La protopectina es un compuesto formado por la combinación de celulosa con moléculas de pectina y cuando la concentración de H+ de la solución incrementa, el grupo carboxilado hidratado es convertido a grupos de ácido carboxilo hidratados, el contenido bajo de grupos carboxilados es capaz de reducir la repulsión de las moléculas de polisacárido lo cual promueve el aumento de la cantidad de precipitado de pectina”

“Las características químicas de las pectinas que influyen en la fuerza del gel son el grado de esterificación y el peso molecular; por lo tanto, el grado de esterificación es un factor clave para determinar la conformación y las propiedades reológicas de las pectinas” (Hwang, Roshdy, Kontominas, Kokini, 1992: 1180-1184). “El grado de esterificación también está relacionado con la formación del tipo de gel. A mayor grado de esterificación mayores serán las interacciones hidrofóbicas, por lo que el gel será más fuerte. Además, un alto grado de esterificación conlleva una mayor temperatura de gelificación, por eso se llaman pectinas ultrarrápidas. Las pectinas estudiadas tienen un alto grado de esterificación: 86,24% y 88,79%, respectivamente, comparado con el 81,50% de la pectina comercial” (Sharma, Liptay, Le Moguer, 1998: 543-547). las pectinas están en mayor cantidad en los frutos inmaduros y especialmente en algunos tejidos suaves, como en la cáscara de los cítricos (naranja, limón, toronja, lima), en las manzanas, las peras, etc. Aun dentro del propio vegetal existe una distribución de las pectinas; las más esterificadas están en la parte más interna, y las menos esterificadas en la periferia. En el caso de las pectinas, la viscosidad es mayor cuanto más se incrementa el grado de esterificación. “La habilidad de la pectina a gelificarse también depende de su solubilidad, viscosidad y de su peso molecular” (Rao, 1993: 66-67). La viscosidad no solo depende de la concentración del polímero, sino también del peso molecular. Cuanto más alto es el peso molecular mayor es su viscosidad, por consiguiente, mayor es su grado de gelificación. La molécula de pectina puede contener 100 mil unidades o más, correspondiente al peso molecular, lo que depende de la materia prima empleada En función del porcentaje de restos de ácido galacturónico esterificado, las pectinas se clasifican como "de alto metoxilo", cuando este porcentaje es superior al 50%, y "de bajo metoxilo", cuando es inferior, aportando propiedades y poder de gelificación diferentes a cada una de ella Pectinas de alto metoxilo

las pectinas dependen del grado de metoxilación. Las pectinas de alto metoxilo se gelifican debido a interacciones hidrofóbicas y a los puentes de hidrógeno entre las moléculas de la pectina, las pectinas de alto metoxilo formarán geles a pH entre 1 y 3,5, con contenidos de azúcar entre el 55% como mínimo y el 85%. El grado de esterificación de las pectinas de alto metoxilo influye mucho sobre sus propiedades. En particular, a mayor grado de esterificación, mayor es la temperatura de gelificación. Por ejemplo, una pectina con un grado de esterificación del 75% es capaz de gelificar ya a temperaturas de 95º, y lo hace en muy pocos minutos a temperaturas por debajo de 85ºC. Una pectina con un grado de esterificación del 65% no gelifica a una temperatura de 75ºC, y tarda alrededor de media hora en hacerlo a 65ºC. Pectinas de bajo metoxilo “Las pectinas de bajo metoxilo forman geles en presencia de calcio u otros cationes divalentes en un amplio rango de pH, con o sin azúcar. Debido a su bajo con tenido de azúcar, las pectinas de bajo metoxilo tienen muchas aplicaciones en alimentos bajos en calorías y en alimentos dietéticos (May, 1990: 79-99). La concentración de calcio es importante hasta llegar a una cierta cantidad, que depende de cada tipo concreto de pectina, y que se conoce como "saturación de calcio". Las pectinas de bajo metoxilo forman geles de consistencia máxima con cantidades de calcio que oscilan de 20 a 100 mg de por gramo de pectina

b. Parámetros de Medición de la Calidad de la Pectina La pureza de la pectina se mide mediante el porcentaje de ácido galacturónico, que representa la masa total de anillos de dicho ácido, sobre la masa total de pectina. Tiene un valor mínimo de 65 % según la FAO y la FDA, aunque, según lo normado por la USP (United States Pharmacopeial Convention) este porcentaje debe encontrarse encima del 74%. Las características gelificantes están determinadas por el porcentaje de metoxilación de la pectina, calculado por la relación entre la masa total de grupos éster metílicos, sobre la masa total de pectina. Para pectinas de alto metoxilo, este porcentaje debe encontrarse por encima del 6,7 % según lo normado por la USP. Porcentajes menores a este valor, corresponden a pectinas de bajo metoxilo. El grado de esterificación se mide dividiendo las unidades de grupos metoxilo entre las unidades de ácido galacturónico, determinadas mediante titulaciones de muestras tratadas de pectina.

c. Propiedades de la pectina La pectina está considerada por muchos especialistas como un tipo de fibra, su función es igual a ésta, ya que no aporta ningún nutriente a nuestro cuerpo, pero se encarga de eliminar los residuos y toxinas que se encuentran en nuestro organismo. También se encarga de eliminar el colesterol nocivo que se encuentra en el cuerpo. Por estos beneficios es muy recomendable tomar fruta lavada con piel, ya que es donde se encuentra la pectina.

d. Factores del medio que influyen en la formación del gel. Estos factores son la temperatura, pH, iones de calcio, azúcar y otros solutos. 1. Temperatura. Cuando se enfría una solución caliente que contiene pectina las energías térmicas de las moléculas decrecen y su tendencia a gelificar aumenta. Cualquier sistema que contenga pectina, tiene un límite superior de temperatura por encima del cual la gelificacion nunca ocurrirá. Por debajo de esta temperatura critica, las pectinas de bajo metoxilo gelifican casi instantáneamente mientras que la gelificacion de las de alto metoxilo depende del tiempo. 2. pH. La pectina es un ácido con pH de aproximadamente de 3.5. un porcentaje alto de grupos ácidos disociados a no disociados hace la pectina más hidrofóbica. Por lo tanto, la tendencia a gelificar aumenta considerablemente al bajar el pH. Esto se hace especialmente evidente en pectinas de alto metoxilo las cuales requieren normalmente un pH por debajo de 3.5 para gelificar. 3. El azúcar y otros solutos. En valores de solidos solubles superiores al 85% el efecto deshidratante s tan fuerte que la gelificacion de la pectina es difícil de controlar. Las pectinas de alto metoxilo gelifican a valores de solidos solubles por encima del 55% mientras que las pectinas de de bajo metoxilo pueden gelificar a cualquier valor de solidos solubles. Estos hidratos de carbono, tienden generalmente a deshidratar las moléculas de pectina en solución. Cuanto más sólidos en solución hay, menos agua disponible para actuar como disolvente de la pectina y por lo tanto la tendencia a gelificar se favorece. 4. Los iones de calcio. Al contrario que las pectinas de alto metoxilo, las pectinas de bajo metoxilo desesterificadas requieren bastante calcio y un rango estrecho de dicho catión para una apta gelificacion. Para ambos tipos de pectina, un incremento en la concentración de calcio implica un aumento en la fuerza del gel y también un aumento de la temperatura de gelificacion. e. Usos “Por su óptima capacidad de gelificación, la pectina es uno de los principales responsables de la textura de los productos vegetales y la viscosidad de sus zumos, y tiene

un gran interés tecnológico para el sector de la alimentación. Se usa como agente gelificante, espesante, emulgente y estabilizante, en la elaboración de mermeladas, jaleas y confituras, frutas en conserva, productos de panadería y pastelería, bebidas y otros alimentos, porque les confiere las características reológicas, y también la turbidez, deseadas por el fabricante y el consumidor. También se utiliza como substitutivo de grasas o azúcares en productos bajos en calorías” (Puigvert & Garza, 2003).  Mermeladas y gelatinas  Productos congelados: retrasar la formación y crecimiento de cristales, así como la pérdida de la consistencia y de la forma del producto cuando se descongela, el tratamiento de las frutas cortadas mediante un tratamiento con pectina y calcio las mantiene más firmes. Estos geles reducen también las pérdidas de aroma durante la descongelación. Se utilizan también pectinas para estabilizar yogures de frutas y evitar así que sedimenten en el envase.  Bebidas y salsas. Las pectinas se utilizan mucho en el sector de producción de bebidas sobre todo en las de bajo contenido en azúcar en pequeñas cantidades (0,05‐0,1%) de pectina altamente metilada. En los zumos de frutas las pectinas cumplen el papel de evitar que los fragmentos de pulpa sedimenten en los envases dando lugar a la formación de pulpa endurecida difícil de dispersar por agitación Las pectinas de baja metilación se utilizan también en la preparación de determinadas salsas para barbacoa por la textura que les confiere y la liberación lenta de los aromas de los componentes de las salsas. f. Obtención La extracción se realiza en caliente y con soluciones ácidas La obtención industrial de las pectinas se hace a partir de cáscara de los cítricos antes mencionados (en México, la del limón) o del bagazo de manzana. Después de extraerle el jugo y el aceite esencial, las cortezas residuales de limón y naranja contienen de 25 a 40% de pectinas en base seca; se calientan a 95ºC para inactivar las enzimas pectinolíticas y evitar futuras degradaciones; se lavan varias veces para eliminar sustancias

solubles como azúcares, ácidos, etc., y se deshidratan; luego se precipitan mediante el empleo de etanol o de isopropanol, y finalmente se lavan y se secan, y finalmente la pectina cruda es pulverizada usando mortero y finalmente empacada.. Una variante de su recuperación consiste en la adición de sulfato de aluminio y amonio, pero este sistema requiere un tratamiento extra con etanol acidificado con ácido clorhídrico para extraer los residuos de aluminio. En el caso de las pectinas de baja esterificación se requiere la presencia de iones calcio y de un pH de 2.8 a 6.5, ya que en estas condiciones los carboxilos se encuentran ionizados y pueden establecer uniones iónicas con otras moléculas de pectina mediante el Ca; de esta manera se crea la estructura básica del gel, en la cual, a su vez, los hidroxilos de los residuos del ácido galacturónico retienen agua por medio de puentes de hidrógeno Como se acaba de mencionar, el ablandamiento de las frutas se puede prevenir añadiendo sales de calcio, con lo cual se producen pectatos de calcio que incrementan la rigidez de la pared celular, haciendo el tejido más resistente tanto a los agentes físicos (vg. temperaturas elevadas), como a los enzimáticos (vg. la poligalacturonasa natural). En ocasiones se practica la adición de sales de calcio a las frutas sobremaduras que van a ser sometidas a un tratamiento térmico drástico, para que resistan el efecto de las altas temperaturas. A pesar de que las pectinas están presentes en muchos vegetales, no todos ellos sirven para su producción industrial. En el nivel experimental se ha intentado el uso de otras materias primas, por ejemplo, la remolacha azucarera; sin embargo, las propiedades funcionales de los polímeros que se obtienen no son adecuadas y, por lo tanto, no pueden usarse en la fabricación de alimentos III.

Metodología

IV.

Resultados

Peso inicial de la fruta: 1000 g Peso de la cáscara: 377g Peso de la pulpa: 623 g Dilución: 1:8

MP/SA

Peso de SA: 377*8= 3,016 L

MP: Materia prima SA: Solución acidificada. V.

Conclusiones

VI.

Discusiones. 

Encontrando que a mayores concentraciones de ácido el porcentaje de pectina extraída es mayor debido a la presencia de altas concentraciones de H+ que aporta el ácido y que hidroliza a la protopectina dejando así expuesta la pectina al solvente de extracción



Adicionalmente, Sánchez et al. (2011) encontraron que dentro de los métodos de extracción tales como: extracción asistida por microondas, convencional, enzimática y fisicoquímicas, resulta más eficiente el método asistido por microondas en cuanto a rendimiento, calidad de la pectina y tiempos de extracción. Por lo que proponen el empleo de esta técnica para la obtención de pectinas a partir de frutas. Esto se debe al rápido calentamiento producido por la energía del campo electromagnético al convertirse en calor cuando interactúan con las moléculas polares, como el agua, causando formación de vapores intensos dentro de la estructura porosa del material vegetal, lo cual produce ablandamiento e hidrólisis del tejido orgánico de la cáscara disminuyendo así los tiempos de extracción de la pectina.

VII.

Bibliografía

Sharma, S. K.; Liptay, A. y M. Le Maguer. “Molecular characterization, physico-chemical and functional properties of tomato fruit pectin”. Food Research In ternational, Vol. 30, núm. 7, 1998. Hwang, J. K.; Roshdy, T. H.; Kontominas, M. y J. L. Kokini. “Comparison of dialysis and metal precipitation effects on apple pectins”. Journal of Food Science 57, 1992. May, D. C. “Industrial pectins: sourdes, production and applications”. Carbohydrate Polymers. 12, 1990.