INTRODUCCION Las Las pect pectin inas as son son het heterop eropol olis isac acár árid idos os que que se pres presen enta tan n en la naturaleza naturaleza como elementos elementos estructurale estructurales s del del sistema sistema celular celular de las plantas. plantas. Las pectinas pectinas se obtienen obtienen de materiales materiales vegetales vegetales que tienen tienen un alto alto conten contenido ido de éstas, éstas, tales tales como como manzan manzanas, as, frutas frutas cítr cítric icas as,, piña, iña, guay guayab aba a dulce ulce,, toma tomatte de árbo rbol, mar maracuy acuyá, á, remo emolach lacha a y pom pomelo elo. Estas stas pect pectin inas as son, on, en la actu actual alid idad ad,, ingredientes muy importantes en la industria de los alimentos, para hacer hacer gelati gelatinas nas,, helado helados, s, salsas salsas,, queso queso.. ambién ambién se emplea emplean n en otras industrias, y en la industria de los plásticos así como en la fabricaci!n de productos espumantes, como agente de clari"caci!n y aglutinantes. Es por ello en el siguiente traba#o se presenta los proce procesos sos de e$tra e$tracci cci!n !n de pectin pectina a a partir partir del pomelo pomelo,, materi materia a prima propia propia de las las zonas templad templadas as de %purimac, %purimac, así así mismo la evalua evaluaci! ci!n n del rendi rendimie miento nto para para demost demostrar rar su posibl posible e viabil viabilida idad d comercial.
I REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1.1 Pectinas Las pectinas o sustancias pécticas son polisacáridos que se componen principalmente de ácidos poligalactur!nicos coloides &poliur!nidos derivados del ácido galactur!nico '()&'()(*+'))(. e hallan en los te#idos de las plantas. Las pectinas son -tiles por su capacidad para formar geles o #aleas con compuestos polihidro$ilados, como los az-cares o con cantidades diminutas de iones polivalentes &%royo, ). %. . /00/*. %demas se puede de"nir como heteropolímeros de alto peso molecular que contienen mayoritariamente unidades de ácido galactur!nico &mínimo un 123 del peso* u otros ácidos ur!nicos unidos por enlaces 4&5 +* esteri"cados en proporci!n variable con metanol y parcial o totalmente neutralizados con una base &Leoni y 6ortini, 57829 :hillips y ;illiams, /0009
9 'itado por ?iu, %. @. /002*. →
1.2 Poe!o o To"on#a. El pomelo es una hibridaci!n natural, entre un naran#o dulce y un pummelo &'itrus grandis*.:ertenece a la familia de Rutaceae, género Citrus, especie Citrus paradisi @acf.
Va!o" n$t"iciona! %e! &oe!o en 1'' ( %e s$stancia coesti)!e %gua &g*
88.+
:roteínas &g*
0.1
Lípidos &g*
0.5
'arbohidratos &g*
7.8
6uenteA Bnfoagro
1.* I&o"tancia econ+ica us frutos en fresco se consumen en las comidas, de entrada o de postre, y transformados en mermeladas o en zumos, tanto naturales como concentrados. La industria aprovecha un /03 de su producci!n, principalmente para la elaboraci!n de zumos y pequeñas cantidades para mermeladas. ?endimiento de pectina
En el Cuadro 1, en el cual se puede observar que los mayores rendimientos fueron en el bagazo de limón, obteniéndose hasta un 21% de etracto pect!nico, el que le sigue es la naran"a con un 1#$%, y el rendimiento de toron"a es de 11% de etracto pactico$
1., F"$to El fruto es un hesperidio globoso o apenas piriforme, de hasta 52 cm de diámetro. Está recubierto de una cáscara gruesa, carnosa, despegada del endocarpo, de color amarillo o rosáceo, con glándulas oleosas pequeñas y muy aromáticas, rugosa. La pectina en la maduración de frutos
El incremento de la pectina soluble en agua está balanceada en parte por un decremento de la protopectina. En los genotipos por &no maduraci!n* y sin &maduraci!n inhibida* hay un pequeño incremento de pectina soluble en agua y la poligalacturonasa está totalmente ausente. Estos genotipos de maduraci!n inhibida han hecho posibles estudios e$tensivos sobre la genética de la maduraci!n y la relaci!n del C=% al fen!meno de maduraci!n &chuch et al., 5787*. La incorporaci!n de genes antisentido de poligalacturonasa conduce a decrecer los niveles del poligalacturonasa y menor disminuci!n del peso molecular medio de la pectina. La incorporaci!n del gen de la poligalacturonasa en las líneas resultantes de la maduraci!n inhibida en la formaci!n de galacturonasa en las líneas transformadas. &iovanoni et al.,5787* Características físicas y químicas de la pectina
G"a%o %e este"i-caci+n Dn factor importante que caracteriza las cadenas de pectina es el grado de esteri"caci!n &CE* de los grupos carbo$ilos de los residuos de ácido ur!nico con alcohol metílico. Las pectinas probablemente se forman inicialmente en forma altamente esteri"cada, pero e$perimentan algo de desesteri"caci!n después de insertarse en la pared celular o lámina media. (ay una amplia gama de grados de esteri"caci!n dependiendo de especies, te#ido y madurez. En general las pectinas del te#ido tienen
una gama de grados de esteri"caci!n que va del 10 al 703. :arece ser que la distribuci!n de los grupos carbo$ílicos libres a lo largo de las cadenas de pectina es regular y los grupos carbo$ílicos libres están muy aislados unos de otros. El efecto de fortalecimiento de los te#idos implica dos fen!menos separados. En te#ido fresco, la formaci!n de carbo$ilos libres incrementa las posibilidades y la fortaleza de los enlaces calcio entre polímeros. En los te#idos calentados se da la combinaci!n de un incremento de los enlaces de calcio y un decremento de la susceptibilidad de la pectina a despolimerizarse por %eliminaci!n. Las pectinas están clasi"cadas como de alto meto$ilo &(@* y ba#o meto$ilo &L@* pectinas, dependiendo del grado de esteri"caci!n. La separaci!n entre (@ y L@ es arbitraria del +0 al 203 de CE &Fan Guren, 5775*.
E! &eso o!ec$!a" El peso molecular de pectina, que depende directamente de la longitud de la cadena molecular, inHuirá en la solidez del gel producido, es decir del poder geli"cante de la pectina. Este poder se ha convenido e$presarlo en los ("a%os SAG. Estos grados se de"nen como Iel n-mero de gramos de sacarosa que en una soluci!n acuosa de 12 J Gri$ y un valor de p( >,/ apro$imadamente, son geli"cados por un gramo de pectina, obteniéndose un gel de una consistencia determinadaI. Los grados % de una determinada pectina e$traida de una fruta como la manzana o cáscaras de cítricos, varían principalmente seg-n el grado de madurez de la fruta, del proceso de e$tracci!n y condiciones de almacenamiento de la pectina obtenida. Estas pectinas de alto meto$ilo se caracterizan por un diferente comportamiento respecto a la geli"caci!n, entendiéndose por geli"caci!n el inicio de la formaci!n del gel que aparece cuando una vez completada la cocci!n, la masa se enfría y alcanza la temperatura crítica de geli"caci!n Esta temperatura es característica de cada pectina. Las disoluciones de pectina son estables en medio ácido &p(A /,2 a +,2* incluso a temperaturas elevada9 por el contrario sufren una rápida degradaci!n en medio alcalino. Las enzimas pectolíticas degradan las soluciones de pectina. eg-n el tipo de enzima se producirá una reacci!n diferente que afectará el grado de esteri"caci!n o su peso molecular y con esto su poder geli"cante.
P"o&ie%a%es %e !as %iso!$ciones. % temperatura ambiente y a su propio p(, &/,8>,/* las pectinas son tanto mas solubles en agua cuanto mayor es su grado de esteri"caci!n. Las disoluciones que se obtienen presentan un carácter ani!nico &carga negativa* que puede comportar incompatibilidades en la formulaci!n de algunos productos alimenticios.
La viscosidad de la soluci!n depende deA La concentraci!n y la temperatura, El peso molecular y el grado de esteri"caci!n de la pectina, La presencia de electrolitos en el medio, La dureza del agua, especialmente en las pectinas de ba#o meto$ilo. Este grado de esteri"caci!n determinará el comportamiento de las pectinas #unto a los ingredientes necesarios para la gelifcación. Es así que las pectinas con alto meto$ilo necesitan para formar geles contar con una concentraci!n mínima de s!lidos solubles y un valor de p( que oscila entre un rango relativamente estrecho.
Dis&e"sa)i!i%a%so!$)i!i%a%/ La disoluci!n en agua de las pectinas en polvo tiene lugar en tres etapasA Cispersi!n, hinchado y disoluci!n. :ara la dispersi!n del polvo es necesaria una fuerte agitaci!n a "n de separar bien los gránulos de pectina e impedir la formaci!n de grumos que serían posteriormente insolubles. Dna vez dispersada, la pectina necesita tiempo más o menos largo &funci!n de la temperatura, de la concentraci!n, de la dureza del agua, etc.* para hidratarseA es la etapa de hinchado. :or e#emplo para una pectina (@ 520 %, se dispersa en una soluci!n al +3 en agua fría o tibia. 6inalmente cuando las moléculas han "#ado una cantidad su"ciente de agua, entre 52 y /2 veces su propio peso seg-n las condiciones de traba#o, se obtiene una soluci!n homogénea.
So!$)i!i%a%A on solubles en disoluciones acuosas lo que es necesario para elaborar geles y sustancias viscosas. La solubilidad varía en funci!n de las condiciones, los enlaces metílicos provocan un separamiento entre las cadenas de polipéptidos lo que las hace más solubles. 'uanto mayor sea el grado de esteri"caci!n, mayor será la solubilidad. :ueden ser insolubles en presencia de calcio o de otros cationes bivalentes por la formaci!n de pectatos cálcicos que van a precipitar. ambién son insolubles en alcohol.
E! ("a%o %e eti!aci+n 'ontribuye por un lado a regular la velocidad de geli"caci!n y también es responsable de algunas propiedades organolépticas de los geles pectinaaz-car ácido que forman las pectinas de alto meto$ilo.
La "i0$ea en ci%o (a!act$"+nico 3AGA4 Cara una idea de la pureza de la pectina e$traída. El porcenta#e de %% es una constante de la pectina de cada variedad de fruto y hay que tener en cuenta de que el %% en la pectina viene acompañado de az-cares neutros como pueden ser la Cgalactosa, Larabinosa y Lramnosa. :ero en las e$tracciones de pectina, el %% se verá acompañado también de impurezas que no son componentes de la pectina.
E! &o"centa#e %e ("$&os aceti!o. La pectina de buena calidad tiene un ba#o porcenta#e de grupos acetilo &generalmente menor del >3*. Las pectinas de alto contenido de estos grupos tienen una ba#a capacidad de geli"caci!n.
La 5iscosi%a%
La viscosidad de las soluciones de pectina de (@ es muy dependiente del n-mero de variables, grado de esteri"caci!n, longitud de la molécula, concentraci!n de electrolitos, p( y temperatura. 'oncentraciones diferentes de un az-car y diferentes az-cares afectan a la viscosidad de manera diferente. La viscosidad se incrementa marcadamente a medida que la temperatura se acerca a la temperatura de ebullici!n.
En el Cuadro se reportan los resultados del an&lisis de calidad a las diferentes pectinas que se obtuvieron el laboratorio$ 'e acuerdo a estos resultados podemos decir que la calidad de la pectina obtenida es muy satisfactoria al compararla con la marcada en la literatura ()lic*man, 1++- .CC, 1+/10 y tomando como referencia el an&lisis de una pectina comercial$
La Ge!i-caci+n %e !a &ectina Cesde el punto de vista de la tecnología alimentaria la propiedad más importante de las pectinas es su aptitud para formar geles. Los geles consisten en moléculas poliméricas con enlaces entrecruzados para formar una red interconectada y tupida inmersa en un líquido. En geles de pectina y otros sistemas de alimentos conteniendo pectina, este líquido es agua. Las propiedades del gel son el resultado neto de interacciones comple#as entre el soluto y solvente. La influencia del agua como solvente, la naturaleza y magnitud de las fuerzas intermoleculares que mantienen la integridad del gel permiten tener una gran capacidad de retenci!n de agua. En la mayoría de geles alimentarios, los enlaces entrecruzados en la red no son puntos de interacci!n ya que incluyen segmentos e$tensos a partir de dos o más moléculas poliméricas, generalmente en estructuras bien definidas llamadas zonas de uni!n que son estabilizadas por una combinaci!n de fuerzas
intermoleculares débiles. Bndividualmente estas fuerzas son su"cientes para mantener la integridad estructural de las zonas de uni!n, pero su efecto es acumulativo y le imparte estabilidad termodinámica. Las fuerzas intermoleculares estabilizantes de la red del gel son los enlaces de puentes de hidr!geno y las interacciones hidrof!bicas &'hen y Koslyns, 571M*.
Est"$ct$"a 0$6ica %e !as s$stancias &7&ticas La estructura química de la pectina está básicamente constituida por dos tipos de polímerosA galacturonanos, cuyo esqueleto principal está formado por residuos de ácido galactur!nico &%%* conectados mediante enlaces 4&5N+* y ramnogalacturonanos formado por residuos alternados de %% y ramnosa &?am*.
II 8ATERIALES 9 8ETODOS 2.1. L$(a" %e T"a)a#o El traba#o de e$tracci!n se realiz! en el Laboratorio de :rocesos de %groindustriales de carrera :rofesional de Bngeniería %groindustrial de la Dniversidad =acional @icaela Gastidas de %purímac.
2.2. 8ate"ia!es : e0$i&os 2.2.1 8ate"ia P"ia Los frutos de pomelo fueron traídos del Cistrito de alavera, :rovincia de %ndahuaylas departamento de %purímac, de las cuales se utilizaron 800 gramos de cascara de pomelo.
2.2.2 Reacti5os 0$6icos • •
%lcohol Etílico %lmid!n citrico
2.2.* 8ate"ia! %e 5i%"io • • •
erm!metros Farilla de vidrio :lacas :etri
2.2., E0$i&os • • • •
Galanza manual Galanza comercial Galanza analítica Estufa
2.2.; Ot"os 8ate"ia!es • •
amices )lla de acero ino$idable
2.2.< P"e&a"aci+n %e 8$est"as 'on el "n de preparar las muestras para la e$tracci!n de pectina, se prepararon el pomelo de forma uniforme sometiéndose a los siguientes procesos descritos a continuaci!n &6igura =J 5*A
8ate"ia &"ia e utiliza preferentemente la fruta sana, de madurez intermedia, sin presentar magulladuras en la corteza y partes en estado de descomposici!n9 esto para obtener un buen rendimiento y buena calidad de pectina.
La5a%o/ Curante > minutos con agua potable a chorro continuo, se somete a las cáscaras a un lavado, para eliminar sustancias solubles en agua caliente, las cuales per#udican sus características organolépticas, es decir, puede la pectina adquirir mal sabor y olor.
Pe!a%o/ 'onsiste en la separaci!n de la cascara &mesocarpio y e$ocarpio* de la pulpa de la toron#a.
Co"ta%o/ e realiza para reducir el tamaño de los pedazos de la cascara, para aumentar el área super"cial de contacto de liquido acidulado.
E=t"acci+n/ % las cáscaras cortadas se las somete a una hidr!lisis ácida, durante >2 minutos apro$imadamente en agua acidulada &p( O / P /.1, utilizando ácido cítrico*, en una relaci!n cáscaras Q agua acidulada de 5Q2, a 87R' y agitaci!n constante. :roceso en que la protopectina &insoluble en agua* presente en la materia prima se transforma en pectina &soluble en agua*, que luego es fácilmente separada del resto de componentes insolubles de la materia prima &celulosa especialmente*. Es importante mencionar que para realizar la hidr!lisis ácida se utiliza agua desmineralizada, con el prop!sito de eliminar especialmente los iones calcio, los cuales tienen un efecto negativo en el rendimiento del proceso.
Fi!t"aci+n/ Los residuos vegetales se separan de la soluci!n heterogénea mediante "ltraci!n por medio de un tamiz, haciendo un poco de presi!n, para obtener una soluci!n de color amarillo oscuro, libre de solido, y una torta residual.
P"eci&itaci+n/ e lleva a cabo con la "nalidad de precipitar mediante la adici!n de alcohol de concentraci!n 103 FQF.
Re&oso/ e de#a precipitar durante / minutos Fi!t"aci+n/ e realiza para eliminar el agua por medio de tamiz, haciendo un poco de presi!n.
Seca%o/ 'ontrolando la temperatura a 12R', durante 8 horas para secarla totalmente, se obtiene pectina s!lida, para esta operaci!n se utiliza una estufa.
8o!ien%a/ La
pectina seca es sometida a un proceso de molienda hasta pulverizaci!n total.
Fi($"a N> 1/ Ciagrama de bloques de e$tracci!n de pectina de pomelo. 8ATERIA PRI8A
LAVADO
PELADO
CORTADO
E?TRACCION
1/; A($a aci%$!a%a P@ / 2 2.<
FILTRACION
*; 8in$tos
PRECIPITACION
Concent"aci+n <' VV
REPOSO
2 in$tos
FILTRADO
SECADO
<; > C o"as
8OLIENDA 9 ENVASADO
PECTINA
III RESULTADOS *.1 Datos @ateria prima
O 800 gr
:laca vacía
O +>.18gr
:laca S muestra eca O 2/.8/gr @uestra total seca
O 7.5+ gr
*.2 Ren%iiento /20gr 5003 7.5+ gr $ T O &7.5+grU500*Q/20gr
? *.<; *.* Ca!c$!o %e &o"centa#e en )ase e%a : seca @) 3 3828*438*8144H1'' Don%e/ 81 P!aca 5ac6a 82 P!aca $est"a 8* '.''; (" Base $e%a 3(bh O &&2/.8/gr0.002gr*Q&2/.8/gr+>.18gr**U500
@) *.,J Base seca G8S 38281433828*43828144 G8S 3;2.2,*.<433;2.2'.'';43;2.2,*<44 8GS *.*<(" @)s 3828*4G8S
3(bs O &2/.8/0.002*Q&>.>1*
@)s 1;.J1 *., Costo %e &"o%$cci+n to"on#a Ene"(6a e!7ct"ica INSU8OS Aci%o c6t"ico a!coo! 8ano %e o)"a Des(aste %e ate"ia!es TOTAL
CANTIDAD '' (". ".
PRECIO '.,' '.;'
1<(". 1;'!. 1".
1.' '.K' 2.; '.2' ;.;'
IV CONCLUSION • •
El rendimiento de la pectina de pomelo o toron#a es >.123 El costo de producci!n es 2.20 nuevos soles
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
•
•
•
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alazar, 6. /000. )btencion de %lmidones y :ectinas. Cepartamento de Vuimica. 6acultad de Bngenieria. Dniversidad ?afael Landivar.
