Universidad Nacional José María Arguedas Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial Agroindustrial
Tercer Informe Tema: Caracterización de Pectinas comerciales Curso: Procesos Agroindustriales III Estudiante: Borda Velasque Roger Profesor: Ing. Gina Genoveva Toro Rodríguez Fecha de la práctica: 2014/10/01 Fecha de entrega: 2014/11/10
UNAJMA - APURÍMAC - PERÚ
I.
INTRODUCCIÓN La pectina es una sustancia de origen vegetal, presente en las plantas, principalmente en sus frutos; su característica principal es ser un gelificante natural. Las pectinas son hidrocoloides
que
en
solución
acuosa
presentan
propiedades
espesantes,
estabilizantes y sobre todo gelificantes; son insolubles en alcoholes y disolventes orgánicos corrientes, parcialmente solubles en jarabes ricos en azúcares.
Las pectinas se obtienen de recursos vegetales que tienen un alto contenido de éstas, tales como manzanas, frutas cítricas, piña, guayaba dulce, tomate de árbol, maracuyá, remolacha etc. Durante el desarrollo y maduración de las frutas se efectúa el rompimiento, por hidrólisis, de estos compuestos para formar azúcares y ácidos y consecuentemente la cantidad y calidad de la pectina extraída dependerá, entre otras cosas de la edad y madurez de sus fuentes
II.
OBJETIVOS
Se determinó el grado de gelificación de la pectina.
Se determinó el número de ácido D-galacturónico en la pectina comercial.
III.
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.1.
Pectina Las pectinas son un grupo complejo de heteropolisacáridos estructurales que contienen sobre todo unidades de ácido galacturónico. Estos compuestos están presentes en las paredes celulares primarias y en la laminilla media de las células parenquimáticas de muchas plantas, donde están frecuentemente asociadas con otros componentes de la pared celular, tales como la celulosa, hemicelulosa y la lignina, y son responsables de la firmeza de algunos productos. La d isolución de los componentes de dicha pared celular, sobre todo de las pectinas se ha relacionado con el ablandamiento de diversas especies vegetales. La cantidad y calidad de pectina útil que presentan los frutos dependen de la especie y del tipo de fruto, de la cantidad que el fruto contiene naturalmente, del estado de maduración en la cosecha, de las condiciones de manejo y de la actividad enzimática después de la recolección y desde luego, del proceso de extracción. Dependen también de la parte del fruto que se utilice y de la tecnología empleada en el proceso de obtención. En frutos sin madurar la mayor cantidad de material péctico es insoluble en agua, la cantidad y la solubilidad aumentan con la madurez; esto genera cambios en la firmeza del fruto. (Stephen,
3.2.
2006)
Clasificación de las sustancias pécticas Se pueden distinguir dos clases principales de sustancias pécticas: los ácidos pectínicos, que tienen una pequeña porción de sus ácidos galacturónicos como ésteres metílicos, y los ácidos pécticos, que sólo contienen moléculas de ácido galacturónico libre de esterificación. Por definición las pectinas son ácidos pectínicos con diferentes grados de esterificación y neutralización, que pueden contener de 200 a 1000 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 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. De todas estas sustancias, las pectinas son las más abundantes e importantes, están presentes especialmente en algunos tejidos suaves, como en la corteza de los cítricos, en las manzanas, las peras, entre otros. Aún dentro del p ropio vegetal existe una distribución de las pectinas. (Badui, 2006)
3.3.
Estructura y composición La columna vertebral de la pectina está compuesta por unidades enlazadas (α14) del ácido galacturónico interrumpidos por enlaces simples (α1-2) de residuos de ramnosa. Los grupos carboxilos de las unidades del ácido galacturónico están parcialmente esterificados por metanol, lo cual define el contenido de metoxilo en una pectina dependiendo de la fuente y el modo de extracción. El grado de esterificación (GE) está definido por la relación de residuos de ácido galacturónico metilesterificados con el total de unidades de ácido galacturónico presentes en la muestra de pectina. El número y distribución de los grupos estermetílicos a lo largo de la molécula juegan un papel importante en la solubilidad, propiedades de espesamiento, capacidad de gelificación, que son condiciones requeridas para las propiedades finales del gel, y también sobre la firmeza y cohesión de los tejidos de las plantas.
Desde el punto de vista del contenido de metoxilo, se distinguen dos tipos de pectina:
Pectinas de Alto Metoxilo (PAM): Son aquellas en las cuales más del 50% de los grupos carboxilo del ácido galacturónico del polímero se encuentran esterificados con metanol. Estas pectinas son capaces d e formar geles en condiciones de pH entre 2.8 y 3.5 y un contenido de sólidos solubles (azúcar) entre 60 y 70 °Brix. La adición del azúcar ejerce un efecto “deshidratante” sobre los polímeros, lo que ocasiona que se favorezcan las interacciones polisacárido-polisacárido de manera hidrófoba, y se cree una
estructura tridimensional que rodea las moléculas de sacarosa altamente hidratadas. (Cabarcas.
2012)
Las pectinas de alto metoxilo pueden subdividirse en dos grupos:
las de gelificación rápida, que tienen un tiempo de gelificación menor a cinco minutos y un grado de esterificación con metanol entre 68 y 75%.
gelificación lenta, que tienen un tiempo de gelificación mayor de cinco minutos y un grado de esterificación con metanol entre 60 y 68%.
Pectinas de Bajo Metoxilo (PBM): Son aquellas en las cuales menos del 50% de los grupos hidroxilo están esterificadas con metanol. Para la formación del gel requieren la presencia de cationes divalentes, generalmente se emplea el calcio. En este caso la formación del gel ocurre por la formación de enlaces de dichos cationes con moléculas de pectina adyacentes formando una red tridimensional con los grupos carboxilo de la pectina. En este caso los geles se pueden obtener entre pH 1.0 a pH 7.0 o aún superior; el pH no afecta la textura del gel ni el intervalo de sólidos solubles y puede fluctuar entre 0 y 80% pero la presencia de calcio (40 y 100 ppm) es el factor predominante en la formación del gel. Si no hay calcio no se produce gelificación, aunque también se puede emplear magnesio en este proceso. La cantidad de calcio necesaria depende de la cantidad de sólidos solubles así: para 30% de sólidos solubles se requieren de 40 a 100 ppm de calcio y para 45% de sólidos solubles de 20 a 40 ppm de calcio. (Ferreira,
2007)
La gelificación de la pectina Desde 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 en la 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 complejas entre el soluto y el solvente, la influencia del agua como solvente, la naturaleza y magnitud de las fuerzas intermoleculares que mantienen la integridad del gel que permiten tener una gran capacidad de retención de agua. (Alfonso,
2010) Set rápido y set lento son designaciones de la pectina referidas a la relación en que una estructura incipiente de jalea desarrolla una estructura a la temperatura de gelificación. Su ritmo de gelificación influencia la textura del producto. Las pectinas con HM son también de set rápido y lento.
(Alfonso, 2010) El ritmo de gelificación disminuye cuando disminuye el grado de esterificación; los geles de pectina de HM son más rápidos en alcanzarse que los de LM. Los geles de pectina HM con alto grado de esterificación se alcanzan más rápidamente que las de pectinas HM con menor grado de esterificación bajo el mismo gradiente de enfriamiento. Las jaleas patrón están normalmente elaboradas con pectina HM y de set lento, el ritmo lento de gelificación permite tiempo suficiente de 25 a 30 minutos para que las burbujas de aire atrapadas permiten jaleas de productos en la gama de pH entre 3.3 a 3.5, las set lento las permiten entre 2.8 a 3.2 una mezcla de HM y LM impartirán cierto grado de tixotropía a una jalea. (Alfonso,
2010)
Usos y aplicaciones de las pectinas La principal aplicación de las pectinas en la industria de alimentos es la fabricación de compotas y mermeladas; se utiliza también como agente gelificante en pudines, estabilizante de emulsiones y suspensiones, agente viscosante en bebidas, agente estabilizante en helados y postres fríos, y en soluciones para recubrir salchichas y carnes enlatadas. En el campo farmacéutico las pectinas se emplean por su acción protectora y reguladora del sistema gastrointestinal, su acción desintoxicante,
anticolesterol,
inmunológica,
antihemorrágica,
anticancerígena
y
cicatrizante; prolonga la acción terapéutica al aumentar los tiempos de liberación de los principios activos. Se usan también en la formación de películas para recubrir papel y dar características de suavidad en el papel de envoltura, como vehículo en la preparación de suspensiones de sulfato de bario para aplicar en las radiografías por rayos X, en la fabricación de películas biodegradables en forma de mezclas de pectina y alcohol polivinílico como reemplazantes de derivados del petróleo; estas películas son biodegradables, reciclables y permitidas para formas farmacéuticas de liberación prolongada y como protectores o adhesivos en preparaciones farmacéuticas para la piel. (Gaviria, 2005)
3.4.
Los factores del medio más importante que influyen en la formación de los geles 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 de la cual la gelificación nunca ocurrirá. Por debajo de esta temperatura crítica, las pectinas de bajo metoxilo gelifican casi instantáneamente mientras que la gelificación de las de alto metoxilo depende del tiempo. En contraste con las pectinas de bajo metoxilo, las de alto, son termo reversibles. (Alfonso, 2010)
pH La pectina es un ácido con pH de aproximadamente 3.5 un porcentaje alto de grupos ácidos disociados respecto a los no disociados hace la pectina más hidrofílica. 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. (Alfonso,
2010) El azúcar y otros solutos similares Estos hidratos de carbono, tienden generalmente a deshidratar las moléculas de pectina en solución cuantos 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, en valores de sólidos solubles superiores al 85% el efecto deshidratante es tan fuerte que la gelificación de la pectina es muy difícil de controlar. Las pectinas de alto metoxilo gelifican a valores de sólidos solubles por encima del 55%. Para cada valor de pH en el cual la gelificación es óptima y un rango de pH en el cual la pectina se puede gelificar. (Alfonso, 2010)
Las pectinas de bajo metoxilo pueden gelificar a cualquier valor de sólidos solubles. La temperatura de gelificación disminuye al disminuir el contenido de sólidos solubles.
IV.
MATERIALES Y MÉTODOS 4.1 Equipos y Materiales 4.1.1 Materia prima
Pectina comercial
4.1.2 Materiales
Balanza analítica
Espátula
Vasos precipitados
Malla de asbesto
Bagueta (barilla de vidrio)
pH – metro
rojo de metilo
ácido cítrico
solución de NaOH 0.1N y 0.25N
4.1.3 Equipos
Cocina
Termómetro
IV.2
Metodología Primero realizamos o determinamos
el grado de gelificación la cual expresa
como la cantidad de azúcar (sacarosa) que gelifica una parte de pectina para obtener una firmeza dada bajo ciertas condiciones establecida; para ellos de procedió a los siguiente: -
primero: pesamos los vasos precipitados que en este caso son 4 vasos precipitados.
-
Segundo: pesamos 100g de sacarosa para cada vaso precitados.
-
Tercero: pesamos la pectina comercial en las siguientes cantidades de 0.8g, 1g. 1.2g y 1,4g
-
Cuarto: pesamos 50ml de agua.
Una vez que se tenga todos los materiales e insumos listos y pesados se procede a lo siguiente: -
Mezclar la sacarosa con la pectina comercial hasta que se homogenicen, mientras en la cocina ya se tiene el vaso precipitado con los 50ml de agua a punto de ebullir.
-
Cuando el agua este apunto de ebullir se le agrega la mezcla de pectina y sacarosa, esto se agrega poco a poco para no generar grumos y se pueda diluir adecuadamente.
-
Una vez que se haya diluido toda la mezcla en el agua se procede a medir el pH y se reduce el pH hasta un rango de 3.2 a 3.5 °Brix.
-
Una vez culminado esta etapa se procede al presado respectivo esto en un solo objetivo de llegar al peso de los 150g.
-
Culminado esto de proceder a dejar reposar las cuatro mezclas por 24 horas y luego se procede a la evaluación.
Segundo determinaremos el peso equivalente de la pectina el cual corresponde al número de unidades de ácido D-galacturónico contenido en la molécula para ellos se realiza lo siguiente: Diluimos 0.5g de pectina comercial en 100ml de agua destilada;
-
aguegandole a este 1g de cloruro de sodio y seis gotas de rojo de metilo y esperamos que vire el color de amarillo a un rosado o rojo.
V.
RESULTADOS Y DISCUSIONES Para el primer caso tenemos los siguientes datos para la determinación del grado de
gelificación la cual expresa como la cantidad de azúcar (sacarosa) que gelifica una parte de pectina: Tabla 5.1 Cantidades Utilizadas para la determinación del grado de gelificación de la pectina comercial Muestra
peso del
peso del
peso del
peso de la
cantidad
vaso
azúcar g
agua ml
pectina g
del ácido
precitados
cítrico g
g 1
106.89
100
50
0.8
1.3
2
107.89
100
50
1
1.3
3
97.85
100
50
1.2
0.46
4
106.24
100
50
1.4
0.46
(Fuente: Elaboración propia) Para este caso después de las 24 horas que se mantuvo las muestras se determinó que la muestra 2 y la muestra 4 por lo que se determinará los grados de gelificación para cada uno con la siguiente ecuación:
ó =
-
Para la muestra 2 que la cantidad de pectina es de 1g
ó =
ó =
100 1
ó = 100
-
Para la muestra 4 que la cantidad de pectina es de 1.4g
ó =
ó =
100 1.4
ó = 71.4285
Según Alfonso para la determinación del grado de gelificación se tiene que co nsiderar diversos factores tales como la temperatura, pH y de los azucares; en la práctica se consideró estos tres factores importantes mencionado en la bibliografía, aparte de ello esta influencia por el tiempo debido a que
Alfonso menciona que los del bajo
metoxilo de gelifican casi instantáneamente mientras que los de alto metoxilo requieren un tiempo para que puedan gelificar.
Para el segundo caso tenemos que el peso
equivalente de la pectina es de acuerdo
al gasto del hidróxido de sodio por lo que se muestra en el siguiente cuadro:
Tabla 5.2 Cantidades Utilizadas para la determinación del peso equivalente de la pectina comercial gasto del Agua
pectina g
cloruro de
rojo de
hidróxido
Sodio g
metilo
de sodio
gotas
ml
6
2.25
destilada ml 100
0.5
1
(Fuente: Elaboración Propia) Según al gasto que se tiene se determina el peso equivalente con la siguiente ecuación:
=
(1000 ∗ ) (. ∗ )
Extrayendo datos de la tabla 5.2 y reemplazando en la ecuación se obtiene lo siguiente:
=
(1000 ∗ 0.5) (2.25 ∗ 0.1)
= 2222.22
Según
Alfonso Cada mililitro de NaOH 0.5 N es equivalente a 15.52 mg de
Metoxilo (OCH3) en muestra seca.
Cabarcas menciona que Se observó que los pesos equivalentes de las pectina en su trabajo de investigación oscilaron entre 510 y 67 5 mg/meq, lo que demuestra que se
encontraron en un rango apropiado; mientras en la caracterización que se realizó muestran un rango de 2222.22 mg/meq; esta diferencia nos muestra que el peso equivalente obtenido esta fuera del rango según lo establecido Cabarcas.
Cabarcas también menciona que el peso equivalente depende mucho del pH que presenta la pectina es decir que entre más acido sea la pectina el peso equivalente será mayor o sino de forma contraria mienta más básico sea el peso equivalente será menor.
VI.
CONCLUSIONES
Par la determinación del grado de gelificación pues depende de tres factores muy importantes y que serán determinantes para la formación de geles las cuales son la temperatura, pH y los azucares pues estos factores se determinara si la pectina es de alto metoxílo o de bajo metoxílo. Pues el este caso la pectina comercial que hemos usado es de alto metoxílo, es decir, los de alto metoxílo actúan en un pH menor a 3.5 divido a que en este rango las pectinas aumentan la tendencia a gelificar considerablemente; y en concentraciones mayores de 55% también los sólidos (azucares) deshidratan las moléculas de pectina, la temperatura está relacionado con los sólidos solubles es decir que la temperatura disminuye al disminuir la cantidad de sólidos solubles.
Para la determinación del peso equivalente se tiene que tener el mayor cuidado posible debido a que se tiene que tener presente el color de variación al momento de titular; en los resultados obtenidos del peso equivalente pues este según la bibliografía encontrada esta fiera del rango pues esta diferencia depende mucho del pH es decir que entre las acido se haya extraído o es la pectina mayor será el peso equivalente y entre más básico sea la pectina menor será el peso equivalente
VII.
BIBLIOGRAFÍA
Alfonso, E. (2010). Estudio del comportamiento reológico de las pectinas en diferentes grados galacturónico obtenidos a partir de citrus Paradise. Universidad del Salvador. San salvador – El Salvador.
Badui S. (2006). Química de los Alimentos. México: Pearson. 716.
Cabarcas, H. (2012). Extracción y caracterización de pectinas a partir de la cascara de pantano. Colombia.
Gaviria C., N.C. and L.M. López V., Extracción a escala laboratorio de la pectina del maracuya y escalado preliminar a planta piloto, in Departamento de Ingeniería de procesos. 2005, EAFIT: Medellín. p. 101
Ferreira, S. (2007). Pectinas: Aislamiento, caracterización y producción a partir de frutas tropicales y de los residuos de su procesamiento industrial, ed. U.N.d. Colombia, Bogotá: Universidad Nacional de Colombia - Proceditor Ltda. 186.
Stephen, G. y O.Phillips, (2006). Food Polysaccharides and their applications. London: Taylor & Francis. 733.
