EXTRACCIÓN DE PECTINA A PARTIR DE CASCARA DE NARANJA (CITRUS SINENSIS) I.
INTRODUCCION
Las mermeladas y derivados de frutas en los que intervienen las pectinas se han elaborado desde hace siglos. En 1825, el químico francs !enri "raconnot aisl# las pectinas por primera ve$, reconociendo el papel en esos productos. La producci#n comercial de pectinas comen$# en 1%&8 en 'lemania, a partir de los restos de la fabricaci#n de $umo de man$ana, actualmente se obtienen de los restos de la e(tracci#n de $umo de man$ana y, sobre todo, de los de la industria de los $umos de cítricos. La pectina de man$ana suele ser de un color algo m)s oscuro, debido a las reacciones de pardeamiento en$im)tico. Las pectinas est)n constituidas por cadenas largas formadas por unidades de )cido galactur#nico, que pueden encontrarse como tal )cido, con el grupo carbo(ilo libre, o bien o con el carbo(ilo esterificado por metanol *meto(ilado+ *in-ler y adler, 2&&1+. Las pectinas son utili$adas ampliamente en la industria de los alimentos como agentes hidrocoloides *gomas+ gelificantes. /ienen como componente, a una cadena lineal central constituida de unidades de )cido poli0a0 galactur#nico unidas por enlaces glicosídicos 10. ependiendo del origen bot)nico y el proceso de e(tracci#n, los grupos carbo(ílicos est)n parcialmente esterificados con metanol y en ciertas pectinas los grupos hidro(ilo est)n parcialmente acet acetila ilado dos3 s3 a$4c a$4car ares es neut neutro ross tamb tambi in n est) est)n n pres presen ente tess como como ramn ramnos osa, a, arabinosa, galactosa, (ilosa y glucosa *in-ler y adler, 2&&1+. e acuerdo al grado de esterificaci#n *6E+, las pectinas forman geles en un medio )cido y alta concentraci#n de a$4car *pectinas de alto 6E 0 mayor a 5& 7+, o por interacci#n con cationes divalentes, particularmente a 9 *pectina de ba:o 6E 0 menor a 5& 7+. omercialmente, se derivan de desechos de frutas, particularmente de desechos y subproductos de la manufactura de :ugos de man$ana y cítricos *in-ler y adler, 2&&1+.
II.
OBJETIVOS onocer el flu:o de procesamiento para la e(tracci#n de pectinas.
III.
FUNDAM DAMENTO TE TEÓRICO
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III.1NARANJA III.1.1 GENERALIDADES DE LA NARANJA El naran:o, es un )rbol originario del le:ano oriente, específicamente de hina, en la edad media fue llevada a Europa, por los musulmanes. En 15;5 los espa
itros, que era como designaban a aquel fruto. El trmino se escribe en latín 'urantia, por su color de oro. En lengua:e dravídico *de la ?ndia+, significa @@perfume interior@@. *odrígue$, > y om)n, '. 2&&+
III.1.2 CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA Y DEL FRUTO El naran:o es un )rbol generalmente peque y om)n, '. 2&&+ La naran:a, como fruto es una baya especial, formada por una piel e(terna m)s o menos rugosa y de color anaran:ado, con abundantes gl)ndulas que contienen aceites esenciales, y una parte intermedia adherida a la anterior, blanquecina y espon:osa *fibra+. =inalmente, posee una parte m)s interna y desarrollada, dividida en una serie de ga:os. La piel e(terna se denomina E(ocarpo o Aericarpio3 la capa blanca se llama Besocarpo, y el interior de la fruta que constituye la parte comestible es el Endocarpio, formado de siete a doce ga:os carnosos que contienen ve:igas rebosantes de $umo. *odrígue$, > y om)n, '. 2&&+ La naran:a Es la fruta cítrica que ha alcan$ado mayor popularidad, tanto para el consumo fresco como para la industriali$aci#n de su :ugo. e conocen cuatro *+ grandes grupos comunes, sin acide$, de ombligo y pigmentadas La naran:a dulce *Citrus sinensis Osbeck + es una de las frutas m)s populares y saludables del mundo. /iene un alto contenido de vitamina . u sabor, especialmente de TECNOLOGIA DE LOS PAI II
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algunas variedades es realmente destacado por su acide$ y dul$ura. omo todas las frutas cítricas contienen de un cuarenta a cincuenta por ciento de $umo, veinte a cuarenta por ciento de piel y un veinte a treinta por ciento de pulpa y semillas. 'pro(imadamente un %& por ciento de su contenido es agua con un cinco por ciento de a$4cares. *odrígue$, > y om)n, '. 2&&+ omposici#n de la naran:a en 1&& g de :ugo
=uente CD?E?' EFG E ?AHD.II Estudio de las propiedades de la Daran:aII. JEn líneaK. Jonsultado el % de setiembre de 2&1;K. isponible en httpmermeladafortificada.blogspot.com
III.2PECTINA III.2.1 DEFINICIÓN DE PECTINA La pectina es un producto purificado de carbohidratos obtenido por la e(tracci#n acuosa de las plantas3 principalmente en los frutos comestibles normalmente frutas cítricas o man$anas. *'cevedo, . y amíre$, .2&11+
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Estructura de la pectina
=uente G"?AE/?D. JEn líneaK. Jonsultado el 2M de abril de 2&11K. isponible en A)gina de internet. httpNNN.obipe-tin.cheprodu-tesetOpe-tin.htm Los constituyentes principales de la pectina son arabinosa, (ilosa, ramnosa y galactosa.1 Estos est)n formados por una me$cla de mínimo tres polisac)ridos de ba:o peso molecular. Estructuralmente se componen principalmente por de )cido galactur#nico unidos en enlace O 10. La funci#n )cida est) m)s o menos esterificada, con metanol. Las molculas de ramnosa *metilpentosa+ se intercalan en la cadena poligalactur#nica por enlaces O 102 y O 10 produciendo una irregularidad en la estructura de la cadena. Esta lleva igualmente, ramificaciones laterales m)s o menos largas *arabanas, galactarias+ unidas al nivel de las funciones del alcohol secundario. *'cevedo, . y amíre$, .2&11+
III.2.2 PROPIEDADES DE LA PECTINA Las propiedades de las pectinas que pueden variar seg4n la materia prima empleada para su e(tracci#n son apacidad formar geles de o grado de gelificaci#n de las pectinas : se define como el n4mero de gramos de a$4car con los cuales un gramo de pectina forma un gel de firme$a est)ndar, ba:o condiciones tambin controladas de TECNOLOGIA DE LOS PAI II
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acide$ y s#lidos solubles. Los gramos de a$4car requeridos para formar el gel se e(presa como grados '6. La pectina es el agente formador de gel, mientras que los s#lidos *a$4car+ y el )cido son los agentes modificadores que logran la transformaci#n física de esta, convirtiendo el :arabe en gel. Las pectinas comerciales de buena calidad tienen grados de gelificaci#n entre 15& y 1M&P '6. *'cevedo, . y amíre$, .2&11+ La disoluci#n completa supone la dispersi#n sin agrupar3 si s permite que se formen grumos de pectina, son sumamente difíciles de disolver. Cn gel de pectina puede observarse como un sistema en el cual el polímero est) en un estado entre totalmente disuelto y precipitado. e teori$a, que los segmentos de las cadenas moleculares se unen por una cristali$aci#n limitada para formar una red tridimensional en la cual el agua, el a$4car y otros solutos quedan atrapados. La formaci#n de un gel, desde un estado donde el polímero est) totalmente disuelto, es producida por cambios químicos o físicos que tienden a disminuir la solubilidad de la pectina y esto favorece la formaci#n de la cristali$aci#n local. Los factores m)s importantes que influyen en la solubilidad de la pectina *tendencia a melificar+ son /emperatura, omposici#n molecular de la pectina *el tipo de pectina+ y p!. *'cevedo, . y amíre$, .2&11+
III.2.3 CLASIFICACIÓN III.2.3.1 De !"e#$% &%' !)*%' + ,#-'%#!*%-e' /"0*!' + & $"#!*- $e &' #",'. 0 Arotopectina descubierta por =remy en 18&, es la forma nativa de la pectina. Es un polímero insoluble en agua que se encuentra en las primeras etapas de formaci#n y maduraci#n de los te:idos vegetales. Est)n constituidos por a$4cares parcialmente metilados, en particular por unidades de anhidro galactur#nico enla$adas unas con otras. e encuentra contenida de forma desconocida en los te:idos vegetales. *er#n, ?.2&11+ 0 Aectina cuando las sustancias pcticas se tornan solubles se les conoce como pectina. ' medida que avan$a la maduraci#n del fruto, la protopectina se convierte en pectina y )cidos pectínicos por la acci#n de una en$ima llamada pectinmetilesterasa la cual va solubili$)ndola. *er#n, ?.2&11+ TECNOLOGIA DE LOS PAI II
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0 Hcidos pectínicos es un )cido poligalactur#nico coloidal con un contenido de meto(ilos menor al 7 que forman geles con a$4cares y )cidos. =orman sales tales como el pectinato de sodio. *er#n, ?.2&11+ 0 Hcido pctico es un polímero de alto peso molecular con unidades de )cido galactur#nico, no contiene grupos meto(ilos, por lo cual todos los grupos carbo(ilo presentes se encuentran libres. *er#n, ?.2&11+
III.2.3.2
De !"e#$% '" #$% $e e',e#**!!*-
Pe!,*-' $e &,% e,%*&% (4M5: Aosee en su molcula algunas unidades de )cido galactur#nico esterificadas por encima del 5&7 y se presentan como el ster metílico del )cido galactur#nico. Esta pectina es soluble en agua, ya que tiene casi todos los grupos carbo(ílicos esterificados con metanol *meto(ilados+, por esto recibe el nombre de pectina de alto meto(ilo. Las pectinas *!B+ requieren una cantidad mínima de s#lidos solubles y un p! dentro de una gama estrecha alrededor de M.& para poder formar geles. *er#n, ?.2&11+
=uente G"?AE/?D. JEn líneaK. Jonsultado el % de setiembre de 2&1;K. isponible enhttpNNN.obipe-tin.cheprodu-tesetOpe-tin.htm
Pe!,*-' $e )6% e,%*&% !%-7e-!*%-& (LMC5: posee un grado de meto(ilaci#n por deba:o del 5&7, forman gel en presencia de iones calcio y otros cationes polivalentes. La cantidad de pectina que se necesita para la formaci#n de estos geles disminuye con el grado de meto(ilaci#n. La fuer$a de los geles ligados por iones depende de su grado de meto(ilaci#n y se ve muy afectada por el peso molecular de las pectinas. *er#n, ?.2&11+ TECNOLOGIA DE LOS PAI II
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=uente G"?AE/?D. JEn líneaK. Jonsultado el % de setiembre de 2&1;K. isponible en httpNNN.obipe-tin.cheprodu-tesetOpe-tin.htm
III.2.8 PROPIEDADES FÍSICO9UÍMICAS DE LA PECTINA Las pectinas son estandari$adas por los fabricantes para asegurar que los usuarios siempre consigan la misma fuer$a de gel en sus productos y en el mismo punto del proceso de producci#n, siempre fue la pectina se use ba:o las mismas condiciones constantes. *ivadeneira, B. y )ceres, A.2&&Q+ El aspecto físico que deben presentar las pectinas es =orma polvo grueso o fino olor blanco o de color amarillento crema. abor mucilaginoso Glor casi inodoro olubilidad casi completamente soluble en agua3 forma una soluci#n viscosa, opalescente coloidal que fluye r)pidamente. Es pr)cticamente insoluble en alcohol y en otros solventes org)nicos. *ivadeneira, B. y )ceres, A.2&&Q+
III.2.; APLICACIONES III.2.;.1 A<&*!!*%-e' &*e-,*!*' La pectina es antes que nada un agente gelificante y se usa para dar una te(tura gelificada a los alimentos, principalmente en alimentos basados en fruta, la capacidad gelificante tambin se utili$a para estabili$ar alimentos multifacticos, ya sea en los productos finales o en una fase intermedia del proceso. *ivadeneira, B. y )ceres, A.2&&Q+
III.2.;.2
Me#e&$' + 6&e'
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La pectina !B requiere del 55 0 857 de a$4car y un p! 2.5 0 M.8 para gelificar. Estos requerimientos limitan los posibles usos de la pectina !B como un agente gelificante en productos de fruta edulcorados y sobre el 8&7 de la producci#n mundial de la pectina !B se usa en la fabricaci#n de mermeladas y :aleas, donde se a
III.2.;.3
G%&%'*-'
Las pectinas de alto grado de esterificaci#n se usan principalmente dentro de la industria para hacer gomas de fruta y rellenos, aromati$ados con componentes de frutas naturales y o sabores sintticos. En combinaci#n con agentes montadores se usa tambin como un te(turi$arte para productos aireados con sabor de fruta. *ivadeneira, B. y )ceres, A.2&&Q+ omparada a otros agentes gelificantes normalmente usados para golosina, la pectina requiere una estricta observancia de la receta y de los par)metros de producci#n, pero ofrece la venta:a de una te(tura y una sensaci#n de la boca muy fino, un sabor sumamente bueno y una compatibilidad con los procesos modernos en continuo debido a una gelificaci#n r)pida y controlada. *ivadeneira, B. y )ceres, A.2&&Q+
IV.
MATERIALES Y M=TODOS
IV.1
MATERIALES
8.1.1. M,e#*& $e <#%!e'% ascara de naran:a
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8.1.2. M,e#*& $e 7*$#*% • • •
•
asos de precipitaci#n*1&&& ml+ Aera de decantaci#n Alacas petri Aipetas
8.1.3. I-',#"e-,%' • • •
cronometro "alan$a semianalítica term#metro
8.1.8. Re!,*7%' • •
Hcido sulf4rico !2G 'lcohol %5R
8.1.;. U,e-'*&&%' • •
/ablas de picar cuchillos
8.1.>. E/"*<%' • •
Estufa ocina elctrica
8.1.?. M,e#*& "*&*# tocuyo soporte universal mortero papel tornasol IV.2 METODOLOGÍA IV.2.1 Re!e
e verifico que las cascaras estn libres de semillas
IV.2.2 $e'e-"@$% e emple# un cuchillo de acero ino(idable para reducir el tama
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IV.2.3 )&-/"e$% onsisti# en calentar la cascara entre 8208QR por un tiempo de 2& minutos, con el fin de inactivar en$imas pectoliticas
IV.2.8 E,#!!*Aara efectuar la e(tracci#n se procedi# a hacer una hidrolisis acida controlando p!, temperatura, tiempo de e(tracci#n y relaci#n materia primaagua acidulada.
IV.2.; Re&!*- ,e#* <#*: " !*$"&$ Esta relaci#n es un par)metro que influyo directamente en la e(tracci#n de la pectina, se emple# una relaci#n de 1;
IV.2.> <4 e consider# un p! de 1.8 y para acidificar el medio se emple# )cido sulf4rico *!2G+
IV.2.? Te
IV.2. *&,#!*e separ# el líquido del baga$o manualmente haciendo uso de un tocuyo en donde se aplic# una presi#n sobre los tro$os de cascara y así se liber# la mayor cantidad del liquido
IV.2. P#e!*<*,!*El líquido filtrado se enfri# a temperatura ambiente *25R+, una ve$ alcan$ada esa temperatura se hi$o la precipitaci#n mediante la adici#n de alcohol en una relaci#n ;&7*vv+ con respecto al volumen de filtrado
IV.2.1
Se!
%$La pectina con un porcenta:e de humedad de ;&7 se llev# a la estufa a una temperatura de ;&R para reducir la humedad hasta Q a 1&7
IV.2.11
M%&*e-$
e redu:o el tama
IV.2.12
T*@
%$La molienda se hi$o de manera tal que las partículas atraviesen la malla DR ;&.
IV.2.13 E-7'$%: este procedimiento no se reali$#. ' continuaci#n se presenta
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el flu:o de operaci#n para la e(tracci#n de pectinas a partir de la cascara de naran:a.
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CASCARA
1.5 U1.5 cm. 'pro(. CORTADO
PESADO
1
/ S 82 T 8Q R
BLAN:UEADO
t S 2& min.
p! S 1.8 EXTRACCIÓN
!2G
/ S Q& R
t S Q& min. FILTRACIÓN
"aga$o
ENFRIADO 25R
'lcohol al %5R 60 alcohol PRECIPITACIÓN 40 muestra
LAV ADO 'lcohol al %5R
2 T M veces SECADO / S ;& R
t S 18 horas MOLIENDA Bolino de martillos
TAMIADO Balla &.; *;&+
PECTINA
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V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN V.1 RESULTADOS Re-$**e-,% $e
gramos de pectina extraida ( R 2) gramos de muestra ( R 1)
x 100
<# & "e',# N1 R2
2.>;
R1
3
%pectina=
2.6995 300
x 100
%pectina=0.8998
<# & "e',# N2 R 1.2? 2
R1
3.28
%pectina=
%pectina
=
1.72 300.24
x 100
0.5729
P%#!e-,6e <#%e$*%
%pectina promedio =
0.8998 + 0.5729 2
%pectina promedio =0.7364
V.2 DISCUSIÓN eg4n *abarcas, E. y 6uerra, '.2&12+ el rendimiento de pectina de cascaras de cítricos es de 2&0M57 comparando con nuestros resultados obtenidos hay una variaci#n enorme, por tal motivo se dice que la cantidad de pectina obtenida fue deficiente3 se puede decir que fue debido a que el procedimiento reali$ado en esta pr)ctica no fueron los apropiados, si bien es cierto que en los resultados obtenidos debe e(istir una peque
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variaci#n con respecto a otras investigaciones, pero esta variaci#n que se presenta es abismal de tal manera, nuestros resultados obtenidos fueron err#neos. Duestros resultados coinciden con investigaci#n reali$ada por *'cevedo, . y amíre$, .2&11+ quienes determinaron el porcenta:e de pectina obtenida de cascaras de naran:a que fue de &.%Q87,ellos cometieron errores similares a los nuestros si el mtodo de e(tracci#n fue el mismo y a los mismos niveles de temperatura ya que no obtuvieron los resultados esperados por tal motivo afirman revaluar la metodología aplicada para anali$ar la incongruencia en el proceso o factores que hubieran podido afectar. Aor otro lado la cantidad de pectina obtenida varía de acuerdo a la temperatura de e(tracci#n, el p!, el tiempo y el estado de madure$ de las frutas, Vulio. B h)ve$ B. *2&&1+ obtuvieron un rendimiento de pectina de 15.7 en estado vede y 1&.17 en estado maduro a partir de cascaras de naran:a. e hubiera obtenido un mayor rendimiento si se hubiera e(traído a una mayor temperatura ya que *6illi, y Wuaranta, B.2&&+ hicieron la e(tracci#n de pectina de cascara de lim#n a diferentes temperaturas y a medida que
fueron ba:ando la temperatura el rendimiento fue
disminuyendo, obtuvieron un rendimiento de 1.%&7 de pectina a una temperatura de 1&&R ,12.17 %&R y ;.217 a 8&R.
VI.
CONCLUSIONES En conclusi#n se conoci# el flu:o de procesamiento para e(traer la pectina
de cascaras de cítricos. RECOMENDACIONES e recomienda secar la pectina por medio de vacío en lugar de un secado
por convecci#n, para no generar oscurecimiento. Aara obtener una mayor )rea de contacto de la soluci#n con las cascaras y
VII.
así me:orar el rendimiento es recomendable mantener una agitaci#n
constante. Aara reali$ar el molido de la pectina, es necesario asegurarse que este bien
seco para que no se adhiera a la superficie del molino. e recomienda que la materia prima usada estn en buenas condiciones, libres de impure$as.
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VIII. •
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