EXTRACCION DE PECTINA DE LA CASCARA DE NARANJA POR EL MÉTODO DE HIDROLISIS ÁCIDA
I.- INTRODUCCION: Los subproductos en la industria de jugos cítricos, representan el 50% del peso de la fruta entera, estos subproductos pueden emplearse como nutrientes en alimentación animal, pero sus precios no son lo suficientemente altos para proporcionar rentabilidad al proceso, de manera que el desarrollo de productos alternativos de mayor valor agregados beneficiaría a los procesadores de frutos cítricos. Las pectinas son heteropolisacáridos que se presentan en la naturaleza como elementos estructurales del sistema celular de las plantas. Su componente principal es el ácido poligalacturónico, que existe parcialmente esterificado con metanol, se encuentran principalmente en las frutas y vegetales. La pectina comercial se obtiene de las cortezas de cítricos (limón, lima y naranja) o de pulpa de manzana ya que sus sustancias pecticas son de alta calidad, y están presentes en cantidades suficientes para hacerlos comercialmente disponibles. Es por ello, que el presente trabajo tuvo por objetivo extraer pectina a partir de subproductos agroindustriales de naranja.
II.- OBJETIVOS: 2.1. Extraer y determinar el rendimiento de la pectina extraída a partir del subproducto agroindustrial de naranja. III.- FUNDAMENTO TEÓRICO: 3.1. PECTINA: La pectina, de la palabra griega “Pekos” (denso, espeso, coagulado), es una
sustancia mucilaginosa de las plantas superiores. Esta sustancia se asocia con la celulosa y le otorga a la pared celular la habilidad de absorber grandes cantidades de agua. La celulosa tiene un importante rol en la estructura ya que le da rigidez a las células, mientras que la pectina contribuye a su textura. Durante mucho tiempo, el ama de casa ha utilizado la pectina contenida en las frutas “in situ “para espesar jaleas”. Su extracción industrial se inició a
principios del siglo XX.
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El parámetro químico más importante es el grado de esterificación (M), es decir, el número de funciones carboxilo eterificadas por 100 grupos galacturonicos; esto permite distinguir dos grupos de pectinas: Las sustancias pépticas se encuentran sin excepción en todas las plantas superiores, en las regiones intercelulares y en las paredes celulares. Estas membranas se componen de celulosa, hemicelulosas y pectina, encontrándose estas últimas en la lámina media, sirviendo de material de cimentación entre las células.
En los tejidos jóvenes, especialmente en los frutos, las pectinas se encuentran presentes en cantidades tan abundantes que a menudo forman canales anchos, apartando entre si a las células. Al ser un coloide hidrofilito, la pectina tiene la capacidad de absorber grandes cantidades agua. Por esta capacidad, las sustancias pecticas aparentemente juegan un rol importante en las primeras etapas de desarrollo de los tejidos vegetales cuando los sólidos se encuentran a un separadas y a una distancia relativamente grande de los vasos conductores de agua. Las sustancia pecticas absorben agua rápidamente y la transfieren a la células con mayor facilidad que la que podría lograrse por osmosis en las células mismas. Como constituyente natural de los tejidos vegetales, las sustancia pecticas son responsables en buena medida de la firmeza y textura de los frutos y las hortalizas. El ablandamiento del tejido del fruto durante la maduración, la ruptura de la estabilidad coloidal en los jugos de frutas, los cambios de consistencia en los pures y los concentrados de frutas pueden atribuirse a menudo a modificaciones en las sustancias pecticas. En tanto las sustancias pecticas se encuentran en las paredes celulares exteriores, en la región de la laminilla central de los vegetales, se las considera estrechamente vinculadas a la celulosa.
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3.2. El Grado de Esterificación Las pectinas son substancias coloidales y constituidas en su mayoría, por cadenas de ácidos D-galacturónicos unidos por enlaces (1-4) con cadenas laterales de L-arabinosa y D-galactosa, y cuyos grupos carboxílicos pueden estar parcialmente metoxilados y parcial o totalmente neutralizados por bases. Un factor importante que caracteriza las cadenas de pectina es el grado de esterificacion (DE) de los grupos carboxilos de los residuos de ácido urónico con alcohol metílico. Las pectinas probablemente se forman inicialmente en forma altamente esterificada, pero experimentan algo de desesterificación después de insertarse en la pared celular o lámina media. Hay una amplia gama de grados de esterificación dependiendo de especies, tejido y madurez. En general las pectinas del tejido tienen una gama de grados de esterificación que va del 60 al 90%. El grado de metilación tiene un papel importante en la firmeza y cohesión de los tejidos vegetales. La reducción del grado de metilación tiene como consecuencia un aumento de la cohesión, que es particularmente evidente en tejidos calentados. El efecto de fortalecimiento de los tejidos implica dos fenómenos separados. En tejido fresco, la formación de carboxilos libres incrementa las posibilidades y la fortaleza de los enlaces calcio entre polímeros. En los tejidos calentados se da la combinación de un incremento de los enlaces de calcio y un decremento de la susceptibilidad de la pectina a despolimerizarse por β-eliminación (Van Buren, J.; 1991).
3.2.1. Tipos de Pectina Según el Grado de Esterificación. Las pectinas están clasificadas como de alto metóxilo (HM) y bajo metóxilo (LM) pectinas, dependiendo del grado de esterificación.
a.
Pectinas de Alto Metóxilo.- Posee un grado metoxil de al menos 70%, forman geles al adicionarles ácidos y azucares entre un pH de 3.0 a 3.4 y a temperaturas relativamente elevadas. La cantidad de ácido es proporcional al porcentaje de carboxilos.
b.
Pectinas de Bajo Metóxilo.- Aquellas que poseen un grado metoxil de al menos de 50%. No forman geles en presencia de azúcar y ácido pero si con iones de calcio y otros cationes polivalente, la fuerza de los geles ligados de esterificación. (Braverman, 1965).
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Las pectinas son polímeros del ácido galacturónico cuya estructura es la siguiente:
PECTINAS DE ALTO GRADO METOXILO (CooMe) SU GRADO DE ESTERIFICACION (GE) ES SUPERIOR AL 50% Por ejemplo esta pectina tiene 60% GE
PECTINAS DE BAJO GRADO METOXILO SU GRADO DE ESTERIFICACION (GE) ES INFERIOR AL 50% Por ejemplo esta pectina tiene 40% GE
La Gelificación de la Pectina El uso más importante de la pectina en la industria de los alimentos deriva de su capacidad para formar geles; se emplea por eso abundantemente en la fabricación de mermeladas, gelatinas y conservas. Para que una pectina forme un gel se precisa un agente deshidratante: alcohol o acetona son agentes deshidratantes típicos utilizados en la extracción y manufactura de la pectina. En la producción de gelatina y mermeladas este papel está desempeñado por el azúcar. Las cualidades de la pectina que influyen en los caracteres del gel son: la longitud de la molécula péptica, su grado de esterificación y la proporción entre los grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. - La longitud de la molécula condiciona la rigidez o firmeza del gel. A valores de longitud muy bajos una pectina no da geles, cualquiera que sea la dosis empleada y las restantes condiciones del medio.
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- El grado de metilación contribuye por un lado a regular la velocidad de gelificación y también es responsable de algunas propiedades organolépticas de los geles pectina-azúcar ácido que forman las pectinas de alto metóxilo. - La proporción entre grupos hidrofóbicos e hidrofílicos en la molécula de pectina determina la solubilidad de ésta. El grupo éster es menos hidrofílico que el grupo ácido y en consecuencia una pectina de alto metóxilo con un alto grado de esterificación gelifica a temperaturas más altas que otra con menor grado de esterificación. Esta diferencia se refleja en la clasificación de las pectinas en pectinas de gelificación rápida, normal o lenta.
IV. MATERIALES Y MÉTODOS: Materias Prima:
Cascaras de Naranja
Materiales y utensilios:
Estufa Ollas Paleta Colador Envases Balanza analítica Peachimetro
Reactivos:
Ac. Cítrico Alcohol comercial 70°
Metodología: hidrolisis ácida
V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: OBTENCIÓN DE PECTINAS CÍTRICAS EN EL LABORATORIO
5.1. Preparación de la materia prima:
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Se muestra el Diagrama de flujo del Proceso a seguir en el laboratorio para la producción de pectinas. Inicialmente se debe decidir cuál es el aspecto final de la pectina que se desea, porque para un producto puro, de color blanco, se debe separar el mesocarpio o albedo de la epidermis o exocarpio de la cáscara (flavedo), mientras que si se acepta una pectina con algún color, puede omitirse este proceso de separación. En este trabajo se emplearan las cáscaras de naranja, subproducto de algún proceso agroindustrial.
DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA EXTRACCION DE PECTINA DE CASCARAS DE NARANJA:
5.2. Inactivación de enzimas pécticas: Con el propósito de hacer más eficiente el proceso de extracción es necesario inactivar las enzimas pécticas, poniendo la materia prima en agua, con concentraciones cercanas a 300 gramos por litro y calentando hasta ebullición, lo cual contribuye a eliminar suciedades o microorganismos presentes en la cáscara. La solución
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heterogénea se decanta el agua y la materia prima queda lista para la hidrólisis.
5.3. 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, ácido cítrico o, preferiblemente, ácido clorhídrico hasta obtener un pH entre 1.5 y 3. No se observan diferencias notables en el rendimiento en este intervalo. Se calcula que se deben usar de 6 a 8 mL de ácido por cada litro de la solución, para alcanzar el pH indicado. Orientación para estos ensayos se obtuvo a partir de patentes sobre métodos de extracción de pectinas (Attri,1996). Efectivamente, el proceso de extracción de las pectinas es una simple hidrólisis ácida, para lo cual existen dos métodos: abierto y cerrado. En el método abierto el calentamiento de la solución se hace en un recipiente abierto a la atmósfera, mientras que en el método cerrado se emplea un condensador, acoplado a la tapa del recipiente, para hacer el reflujo del solvente. El tiempo de calentamiento de la solución es de 30 a 40 minutos a partir del momento en que se alcanza el punto de ebullición; debe mantenerse agitación permanente para evitar que el material sólido se deposite en el fondo del tanque de hidrólisis.
5.4. Filtración de los residuos: Una vez que se suspende la agitación, se filtra la solución con ayuda de un filtro de tela, para separar el material sólido y la solución líquida. La hidrólisis del material sólido se puede repetir una o dos veces más, para mejorar la eficiencia de la extracción. 5.5. Precipitación: En la etapa de precipitación de las pectinas se pueden emplear sales o alcoholes. Se prefieren estos últimos porque como las pectinas se usan en la industria de los alimentos se deben evitar residuos, mientras que con las sales es necesario un lavado muy cuidadoso para retirar todo residuo. Se utilizó Alcohol comercial, dejando precipitar por 12 hrs. 5.6. Filtración de los residuos: Nuevamente se usa un filtro de tela, y se deja filtrar durante 20 min. 5.7. Secado: El proceso de secado de la pectina se realiza a baja temperatura (~40º C) en una corriente de aire caliente, por unas doce horas, o al aire libre durante varios días. Cuando se usa una estufa para el secado se observa que el color de la pectina se oscurece.
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5.8. Molienda: Para homogenizar el tamaño de la partícula y mejorar la apariencia de la pectina se muele en un mortero. 5.9 Almacenamiento: La pectina debe almacenarse en un lugar seco y en recipientes que la protejan de la humedad, para evitar la contaminación y modificaciones en su apariencia y en su calidad. VI. RESULTADOS: Peso inicial: 300gr de materia prima (Cascaras de naranja) Peso de la pectina: 9.8 % de Rendimiento: 3.26% N° de Extracciones: 1
Costos y Presupuestos: Descripción Cascara de naranja Acido cítrico Alcohol
Cantidad
Precio
Cantidad Usada
Precio real
1000
1.00
300
0.3
100
1.00
7
0.1
1
1.50
1
2.5
Total
2.9
VII. CONCLUSIONES: La obtención de pectina a partir de la cáscara de naranja permite el aprovechamiento de los residuos de la industria de los jugos cítricos, ya que estos por lo general son desechados, además la pectina es un aditivo muy utilizado en la industria alimentaria. La apariencia de la pectina es diferente si se trata la cáscara completa o si se retira únicamente el albedo. En el primer caso resulta una pectina de color amarillo, mientras que en el otro caso se obtiene un material muy blanco.
VIII. BIBLIOGRAFIA: Jorge E. Devia Pineda; Proceso para producir Pectinas Cítricas. REVISTA Universidad EAFIT No. 129 enero.febrero.marzo, 2003
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Beltrán Fernández Xiomara, Díaz Crespo Rosario, Sáenz Vilca Gina, Informe de Laboratorio de Ingeniería de Procesos Agroindustriales, Nuevo Chimbote, 21 de
Octubre del 2011
Matos Chamorro, Alfredo. Gutiérrez Chapoñán, Luz María; Extracción de pectina a partir de la cáscara de naranja (Citrus sinensis), toronja (Citrus paradisi) y pomelo ( Citrus grandis). Centro de Investigación en Tecnología de Alimentos EAP Ingeniería de Alimentos, Universidad Peruana Unión. Casilla 3564, Carretera Central Km. 19.5, Ñaña, Lima - Perú,
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