CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Según Rombouts y Thibault, 1986; Renard y Thibault, 1993; Levigne et al 2002), tiene desventaja respecto a la de manzana y cítricos como la de tener un grado de metilación bajo y presencia de grupos acetilos que bloquean la gelificación, sin embargo esta pueden ser modificadas químicamente la materia prima conteniendo pectina potencialmente adecuada en cantidad es la semilla de girasol. El tejido blanco que contiene la semilla es rico en pectina de alto peso molecular que es muy rica en ácido galacturónico. En la Universidad Nacional de Medellín (Colombia) en el año 2009, se presentó una investigación en la cual la actividad solubilizadora de pectina de Protopectinasa-SE, enzima producida por el hongo levaduriforme geotrichumkle fue estudiada utilizando como sustrato albedo del limón (parte interna, blanca y esponjosa de la cáscara) y la protopectina (sustancia péctica insoluble en agua, obtenida del mismo tejido). Bajo condiciones óptimas de reacción se obtuvo rendimientos de 37 y 28 g de pectina/100 g de tejido (base seca) a partir de protopectina y albedo, respectivamente. Durante el año 2008, en la Universidad de Zulia, Venezuela, se realizó un estudio que tuvo como objetivo la extracción y caracterización de la pectina a partir de la cáscara de plátano (Musa AAB subgrupo plátano, clon Hartón). Los resultados de la espectrometría de infrarrojo confirmaron que la pectina obtenida en condiciones de pH 2.0 y 3.0 es de bajo metoxilo. La pectina obtenida a pH 3,0 posee características competitivas dentro de su tipo para ser destinada a la industria de alimentos Para aprovechar las cáscaras resultantes de la extracción de jugos de fruta de galgal (Citrus pseudo limón Tan), una variedad de limón propia de la india, se estandarizó un proceso para la máxima recuperación de las pectinas, p ectinas, considerando con siderando varias variables como: tipos de solventes, relación de cáscara/solvente, tiempo de extracción, número de extracciones y tamaño de las partículas de las cáscaras. Se encontró que el mejor solvente fue HCl 0.1N, con una relación de cáscara a acido 1:10 por un tiempo de extracción de 60 minutos. Se precipitó la pectina con alcohol (etanol) y con cloruro de aluminio, dando mejores resultados el etanol.
2.2 BASES TEÓRICAS 2.2.1
Clasificación Científica de la Materia Prima Passiflora ligularis, llamada popularmente granadilla, es una planta una planta trepadora originaria de las montañas de los Andes los Andes entre Bolivia entre Bolivia y Colombia - Venezuela. Cuadro 1. Clasificación Científica de la Materia Prima Reino
Plantae
División
Magnoliophyta
Clase
Magnoliopsida
Subclase
Dilleniidae
Orden
Violales
Familia
Passifloraceae
Género
Passiflora
Especie
P. ligularis
Fuente: Vanderplank , J. ( 2000 ). 2.2.2
Caracteres Distintivos
Se cultiva desde el norte de Argentina de Argentina hasta México hasta México y en montañas tropicales de África de África y Australia, en Australia, en climas entre 15° y 18° C de temperatura, 600 a 1000 mm de precipitación anual y altitud de 1700 a 2600 msnm. 2600 msnm. Su Su nombre varía en todo el ámbito hispánico: "granada china", "granada de moco"1 moco"1 (México), "granadilla" (Andes), "granadita", "granadilla común" (Guatemala), (Guatemala), "granadilla" (Ecuador), (Ecuador), "parchita", "parcha dulce", "parcha importada " (Venezuela).
El fruto de color anaranjado, dorado, pardo o amarillo con pequeñas pintas claras. Tiene forma redondeada. Su tamaño es de 6,5 a 8 cm de largo y de 5,1 a 7 cm de diámetro. La cáscara es lisa, dura y con un acolchado para proteger las semillas de la pulpa. (Vanderplank J. , 2000)
Figura 1. Taxonomía
2.2.3
de la Passiflora ligularis
Distribución La granadilla común es la especie más frecuente de Passiflora, está desde el centro de México a través de América Central y el oeste de América del Sur, a través de Bolivia oeste a la parte sur-central del Perú. A lo largo de esta región, es popular y abundante en los mercados. La vid no se adapta a California, ha sido cultivada en invernaderos en la Florida, pero nunca ha sobrevivido durante mucho tiempo. El el Norte a veces se siembra como una planta ornamental de verano. No ha sido reportada en Guam, pueden ser cultivadas en cierta medida en Nueva Guinea. Las plantaciones de ensayo en Israel murieron por el clima frío. Se cultiva y está naturalizada en Jamaica y, en los últimos años, ha florecido y fructificado prolíficamente en las montañas de Haití. (Fisher, 2001)
2.2.4
Alimentación Al igual que el resto de las frutas, sean o no exóticas, su componente mayoritario es el agua, por lo que resulta muy refrescante. Contiene una cantidad moderada de hidratos de carbono, pero apenas aporta proteínas y grasa, motivo por el que su aporte de calorías es más bien bajo. De sus vitaminas sobresalen la pro-vitamina A y la vitamina C, ambas de acción antioxidante. Y de sus minerales, destacan el potasio, el fósforo y el magnesio. Además contiene una cantidad elevada de fibra, que mejora el tránsito intestinal y que reduce el riesgo de muchas de las dolencias comunes en las sociedades de alto nivel de bienestar. (Árabe, 1985)
2.2.5
Valor Nutritivo El valor nutritivo del jugo de granadilla en 100 gramos de porción comestible se da en el cuadro 2. Cuadro 2. Valor nutritivo de la granadilla.
Energía (kcal)
94,0
Proteínas (g)
2,4
Grasa (g)
2,8
Fibra dietéica (g)
10,9
Sodio (mg)
28,0
Potasio (mg)
348,0
Vitamina B6
0,06
Vitamina C (mg)
20,0
Ácido fólico (mg)
20,0
Carbohidrato s (total)
17,3
Cenizas (g)
1,2
Calcio (mg)
10,0
Fósforo (mg)
64,0
Fuente: base de datos internacional de composición de alimentos
2.2.6
Pectina: Las pectinas son carbohidratos estructurales presentes en la lamela media de las paredes primarias de las plantas. Desde un punto de vista químico, las pectinas son heteropolisacáridos solubles en agua conformados por una cadena lineal de residuos de ácido galacturónico y residuos de metilesteres del ácido galacturónico, los cuales se encuentran unidos por enlaces D. El número de residuos por cadena se encuentra entre 200 y 1000. El grado de esterificación (GE) se define como el porcentaje de grupos carboxilo esterificados, las pectinas de alto metoxilo o alto grado de esterificación (PAM) presentan un grado de esterificación mayor al 50% mientras que las pectinas de bajo metoxilo o bajo grado de esterificación (PBM) son aquellas que poseen un grado de esterificación inferior al 50% (Figura 2). La de
esterificación de PAM en medio ácido o alcalino da lugar a PBM. Si la hidrólisis se realiza en medio amoniacal, la PBM obtenida contendrá residuos de galacturonamida en su cadena. Con el propósito de estandarizarlas, las pectinas comerciales se encuentran adicionadas con buffers de grado alimenticio y sales para Temperatura (°C), Viscosidad (cP) controlar el pH y obtener las características deseadas cuando son utilizadas por su capacidad gelificante. (Christensen, 1982).
Figura 2. Pectina de bajo grado de esterificación y amidada.
Las pectinas se clasifican como fibra dietaria, ya que no sufren hidrólisis, digestión ni absorción en el intestino delgado (Prosky, 1999). Aunque en el intestino delgado las pectinas pueden ser utilizadas por las bacterias, tienen una carga calórica insignificante. Se ha informado que su ingesta produce una reducción plasmática del nivel de colesterol LDL en animales y también de la ateroesclerosis. Su acción parece estar relacionada a sus propiedades fisicoquímicas como son la capacidad de retención de agua y sus propiedades espesantes, lo que retardaría el vaciado estomacal y disminuiría la movilización hacia el íleon que es donde ocurre la absorción de las grasas (Fernández, 2001).
En la industria alimentaria las pectinas tienen un amplio rango de aplicación. Su uso principal es en mermeladas, con 60-70 % de sólidos solubles totales y pH 3,0-3,3, en los cuales las pectinas de alto metoxilo pueden gelificar, mientras que las pectinas de bajo metoxilo se emplean en mermeladas y jaleas bajas calorías. En productos lácteos las pectinas pueden tener dos funciones diferentes, las PAM pueden estabilizar dispersiones proteicas a pH bajos como los de un yogur mientras que PBM se comporta como un agente gelificante en presencia de calcio en leche o en otros productos más ácidos. Las pectinas también pueden ser utilizadas como una alternativa a la gelatina en postres con frutas, trifles y rellenos de pastelería. En todos los casos, el efecto de las pectinas depende del pH, la fuerza iónica, la composición del medio y la proporción y tipo de edulcorantes presentes en el sistema diversos autores han encontrado efectos favorables del agregado de pectinas en productos panarios (Ribotta y col., 2005; Gómez y col., 2007b). 2.2.7
Clasificación:
a) Según el tipo de modificación que sufre la cadena principal Atendiendo al tipo de modificación que sufre la cadena principal o esqueleto de la molécula, el término genérico pectina puede aplicarse a: protopectinas, ácido péctico, ácido pectínico, y pectina (BeMiller, 1986). La protopectina es insoluble en agua, mientras las otras tres sustancias son totalmente o parcialmente solubles en agua. (Serra et al., 1992). La protopectina es una matriz de sustancia péctica que por hidrólisis da lugar a la pectina o al ácido pectínico. Protopectina es el término utilizado para describir las sustancias pécticas insolubles en agua encontradas en los tejidos vegetales y de las cuales se forman las sustancias pécticas solubles. Los ácidos pécticos son galacturonanos que no contienen grupos metilos. También pueden denominarse ácido poligalacturónico. A las sales de los ácidos pécticos se les llama pectatos o poligalacturonatos. Los ácidos pectínicos son galacturonanos con cantidades variables de grupos metilos esterificados con los grupos carboxilos del C-6. A las sales de los ácidos pectínicos, se les llama pectinatos. Estas sustancias tienen la propiedad de formar geles con azúcares, con ácidos y, si el contenido de metilos es bajo, con otros componentes como sales de calcio. (Serra et al., 1992).
b) Según las características de solubilidad Las características de solubilidad han permitido clasificar las sustancias pécticas en: pectina soluble en agua, la cual puede ser extraída del tejido vegetal con agua caliente o
soluciones salinas diluídas; pectina soluble en agentes quelantes, que se extrae con soluciones de EDTA, CDTA, hexametafosfato, imidazol, etc., y protopectina que se solubiliza por calor en presencia de ácido o álcali (Van Buren, 1991). Estas características de solubilidad de las sustancias pécticas fueron aceptadas originalmente por la American Chemical Society (1944) y aún son empleadas por algunos investigadores. Los procedimientos de extracción diferencial son convenientes pero no enteramente selectivos, por lo que es recomendable clasificar a los polisacáridos pécticos de acuerdo con sus características estructurales conforme a los procedimientos de aislamiento (Aspinall, 1982). En el cuadro 3 se resumen los criterios de clasificación de pectinas. Las pectinas solubles en agua están formadas básicamente por homogalacturonano. El ácido galacturónico está esterificado con alcohol metílico, siendo el grado de metilación variable según el origen de la pectina. Las pectinas solubles en agentes quelantes tienen una composición similar pero pueden presentar un 2% de ramnosa, principalmente sustituyendo al ácido galacturónico en la cadena principal, y del 10 al 20% de otros azúcares en forma de cadenas laterales. Las protopectinas presentan una estructura de la molécula similar pero con un alto contenido de azúcares neutros, principalmente galactosa y arabinosa. Cuadro 3 Clasificación de las sustancias pécticas de acuerdo a diferentes criterios.
Criterio de clasificación Solubilidad
Componente Pectina soluble en agua Pectina soluble en agentes quelantes Pectina soluble en álcali o ácidos Ácido péctico (pectato)* = ácido poligalacturonico** Ácido pectínico (pectinato)* = pectinas** Protopectina Sobre la base de la cadena principal: Homogalacturonano, ramnogalactoronano I, ramnogalacturonano II, xilogalacturonano, apiogalacturonano Pectinas de alto metoxilo Pectinas de bajo metoxilo Pectinas de alto o bajo metoxilo amidadas Pectinas acetiladas
ACS ***
Estructura
Comercial
Fuente: Aspinall (1982). * en forma de sal **nombre común. ***ACS: American Chemical Societ
2.2.8
Propiedades físicas y químicas
a) Propiedades físicas La pectina es soluble en agua y en ella se dispersa para dar soluciones muy viscosas, esta solubilidad disminuye cuando aumenta su tamaño molecular. En solución las pectinas presentan grandes áreas superficiales que están relacionadas con su carga eléctrica negativa. Esta carga varía según la proporción de grupos carboxilos libres y aparentemente responsables de la rápida precipitación de las pectinas con electrolitos de diferentes potenciales eléctricos. Las sales de cationes monovalentes de ácido péctico y pectínico son usualmente solubles agua, sales de cationes di o trivalentes son débilmente solubles o insolubles. Las soluciones de pectina exhiben comportamiento no Newtoniano y seudoplástico característico de la mayoría de polisacáridos. Como con la solubilidad, la viscosidad de una solución de pectina está relacionada al peso molecular, concentración de la preparación, al pH y la presencia de iones en solución, por ejemplo, la adición de iones monovalentes ocasiona una reducción en la viscosidad, el grado es mayor con el decrecimiento del grado de esterificación. La adición de sales de cationes di o trivalentes tiene el efecto opuesto (BeMiller, 1998). En general, viscosidad, solubilidad, y gelificación están relacionadas, es decir, factores que incrementan la fuerza del gel, por ejemplo, incrementaran la tendencia de gelificar, disminuirá la solubilidad, e incrementara la viscosidad y viceversa. Estas propiedades físicas de las pectinas son función de su estructura que es la de un polianión lineal (BeMiller, 1998). La solubilidad de la pectina es directamente proporcional al número de grupos carboxílicos esterificados e inversamente proporcional al peso molecular, además el pH de la solución, la temperatura, la concentración y la naturaleza de los solutos tienen un efecto marcado. Por ser muy soluble en forma de polvo que es como se comercializa, se liga al agua formando una capa que funciona como una barrera que obstaculiza a la porción restante de pectina interactuar con el agua (Thakur et al, 1997; Wang, et al, 2002). La importancia comercial de la pectina se debe predominantemente a su habilidad única de formar geles untables ante la presencia de un agente deshidratante (azúcar) a un pH cercano a 3 y/o en presencia de iones calcio (jaleas, mermeladas de fruta sólida). El contenido de ácido anhidrogalacturónico, grado de metilación, tamaño molecular, distribución de los grupos carboxilos, y por lo tanto la carga en la molécula son importantes para las propiedades funcionales de las soluciones de pectina y pueden afectar la estructura y propiedades texturizantes de los geles (Constenla y Lozano, 2003). Resumiendo, las cualidades de la pectina que influyen en los caracteres del gel son: la longitud de la molécula péctica, su grado de esterificación y la proporción entre los
grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. Los factores de los medio más importantes que influyen en la formación del gel son: La temperatura, pH, azúcar y otros solutos, y la presencia de iones calcio.
b) Propiedades químicas Las pectinas disueltas experimentan desesterificación y depolimerización en sistemas acuosos. El pH de mayor estabilidad es cercano a 4 a valores superior e inferior a 4, la desesterificación y depolimerización puede ocurrir concurrentemente, donde la velocidad de desesterificación es mayor que la depolimerización. La presencia de solutos, que bajan la actividad de agua, reduce la velocidad de estas reacciones. La desesterificación ocurre normalmente por mecanismos catalizados ácidos y básicos de hidrólisis éster. La hidrólisis catalizada por ácidos ocurre preferentemente en los enlaces glucosídicos del Lramnopiranosilo. La hidrólisis de estas uniones produce cadenas de galacturonoglicanos con grado de polimerización de aproximadamante 25. Las cadenas laterales, particularmente las que contiene unidades L-arabinofurosilo, podrían preferentemente removerse por hidrólisis debido a la inherente estabilidad de la hidrólisis catalizada por ácido de los enlaces glucosídicos del glucoronusilo. Sin embargo, si las cadenas laterales están unidas a secuencias de ramnogalacturonano, no sería posible convertir las regiones de cabellera en regiones lisas por tratamiento ácido porque la labilidad de los enlaces Lramnopiranosilo resultarían en la consecuente depolimerización de la cadena principal. A valores de pH de 5-6 las soluciones de pectina son estables sólo a temperatura ambiente. Si la temperatura aumentara, las cadenas de pectina se rompen por reacción de r3eliminación, reacción que es estimulada por aniones orgánicos. La desesterificación de la pectina procede simultáneamente con la reacción de depolimerización por r3-eliminación que ocurre solo en las unidades de monosacárido que están esterificadas. A pH arriba de 6, la desesterificación y depolimerización son reacciones rápidas aún a temperatura ambiente, y la velocidad de cada reacción aumenta con incrementos en el pH (Constenla y Lozano, 2003).
2.2.9
Grado de esterificación Dependiendo del origen de la pectina y del modo de extracción los grupos carboxilos de los residuos de ácido galacturónico presentan un grado variable de esterificación por metanol y pueden estar parcialmente o completamente neutralizados por iones sodio, potasio o amonio. En ciertas pectinas, adicionalmente, los grupos hidroxilos están parcialmente acetilados.
Un factor importante que caracteriza las cadenas de pectina es el grado de metilación, GM (Degree of esterification, DE) que se define como el número de moles de metanol por 100 moles de ácido galacturónico. Según este criterio, las pectinas han sido clasificadas en dos grupos: las que presentan más de un 50% de metilación, pectinas altamente metiladas (High Methoxyl, HM); y las que contienen menos del 50% de metilación, pectinas de baja metilación (Low Methoxyl, LM). La principal fuente de las pectinas de alta metilación es la piel de cítricos y la manzana. La pectina de baja metilación se obtiene comercialmente mediante demetilación química de la pectina de alta metilación o de fuentes como papa, pera, receptáculos de girasol (Pilgrim et al., 1991; Constenla y Lozano, 2003). De acuerdo con Herbstreith & Fox las pectinas de dividen en tres grupos comerciales sobre la base de sus diferentes propiedades gelificantes:
a) Pectinas altamente metiladas (HM) Tienen más del 50% de las unidades de ácido poligalacturónico esterificadas, prácticamente no reaccionan con los iones calcio. La fuerza del gel depende, entre otras cosas del contenido de ácido, tipo de pectina, concentración y de los sólidos solubles. La gelificación usualmente tiene lugar a pH abajo de 3.5 y contenido de sólidos mayores al 55%. El grado de esterificación está relacionado a la velocidad de formación de geles y a la textura del mismo en determinadas condiciones similares, significa que las pectinas altamente esterificadas gelifican más rápido, por ejemplo a mayores temperaturas que las que estén menos esterificadas. También formarán texturas más elásticas y suaves. Esta correlación exacta requiere de una distribución de grupos carboxilos muy homogénea inter e intra molecularmente.
b) Pectinas de baja metilación (LM) Son las de DE menor al 50%, pueden formar geles con iones calcio, pero no forman geles con azúcar ni ácidos, y no dependen de altas concentraciones de sólidos solubles. Un buen balance entre pectina y concentración de iones calcio conducen a un textura óptima. Si se excede del óptimo, por un lado, se producirá un gel frágil con tendencia a sinéresis o formación de pectinato de calcio. Como la gelificación con pectinas LM se produce a bajo contenido de sólidos solubles y a pH alto, esto abre numerosas aplicaciones posibles en productos dietéticos y lácteos.
c) Pectinas amidadas (HMA y LMA) Estas son pectinas que han sido desesterificadas con amoníaco en vez de ácidos. Durante la desesterificación, parte de los grupos éster han sido reemplazados por grupos amida, que modifican las propiedades gelificantes en comparación a las desesterificadas con ácido. Las pectinas bajo metoxilo amidadas, al igual que las pectinas no amidadas, requieren iones calcio para gelificar, sin embargo, fijarán bien con menores cantidades presentes, además, la temperatura de punto de gel de las pectinas amidadas es mucho menos influenciada por la dosis de calcio.
En el cuadro 4 se resume los tipos de pectina que pueden encontrarse comercialmente. Cuadro 4: Tipos de pectina como se encuentran comercialmente
Tipo Altamente metiladas Altamente metiladas Altamente metiladas Altamente metiladas Baja metilación Baja metilación Amidada Animada
Grado de Metilación 74-77
Grado de Amidación 0
Descripción Común gelificación ultra rápida gelificación rápida
71-74
0
66-69
0
58-65
0
40 30 35
0 15
gelificación rápido gelificación rápido gelificación lenta
30
20
gelificación rápida
gelificación rápida media gelificación lenta
Fuente: Constenla y Lozano, (2003).
2.2.10 Enlaces de calcio.
La capacidad del calcio para formar complejos insolubles con pectinas se debe a la unión de dicho ión con los grupos carboxilos libres de cadenas distintas del polímero, formando como consecuencia una red tridimensional (BeMiller, 1986). Los enlaces de calcio implican otros grupos funcionales aparte de los grupos carboxilo. En este sentido, la interacción fuerte entre el calcio con los átomos de oxígeno de los grupos hidroxilo de la pectina han sido descritos por Rees et al., (1982). Para la coagulación y gelificación de la pectina inducida por calcio ha sido propuesta una estructura llamada “caja de huevos”, en la que los iones calcio interaccionan iónicamente
por coordinación con oxígenos de dos cadenas adyacentes, originando un cruzamiento de cadenas (Rees et al, 1982) como se describe en la figura 3. Los enlaces cruzados de calcio son más estables en presencia de otros enlaces cruzados vecinos cooperativos. La máxima estabilidad se alcanza cuando están presentes de 7 a 14 enlaces cruzados consecutivos. El calcio no coagula las pectinas con grado de esterificación mayor del 60% y las concentraciones necesarias para coagular pectinas con bajo grado de metilación aumenta a medida que el peso molecular disminuye Van Buren, (1991).
Figura 3: Representación esquemática del modelo “caja de huevos” para pectina de baja
metilación. Fuente: Van Buren 1991 . 2.2.11 Gelificación de la pectina. 2.2.11.1
El estado gel
El estado “gel” se puede considerar como intermedio entre el estado líquido, puesto que
ciertos geles pueden tener hasta 99.9% de agua, y el estado sólido, puesto que su organización permite mantener su forma y resistir a ciertos constreñimientos. Por tanto, el gel es un sistema difásico constituido por una red macromolecular tridimensional sólida que retiene entre sus mallas una fase líquida. Antes de la gelificación, las moléculas del polímero forman una verdadera solución; la formación del gel implica, por consiguiente, la asociación de cadenas entre sí o de segmentos de cadenas entre ellas. Se pueden distinguir diversas etapas de transición:
El estado “solución”, o el polímero en forma de solución; las macromoléculas no
están organizadas unas respecto a las otras;
El estado “gel”, que aparece cuando las cadenas están suficientemente asociadas
para formar una red o gel, desde luego, elástico;
En cuanto y a medida que las cadenas se organizan entre sí, el gel se transforma cada vez más rígido, lo que da lugar, en general al fenómeno de la sinéresis; el gel se contrae y exuda una parte de la fase líquida.
El estado "gel” representa entonces, un compromiso entre las asociaciones polímero-
polímero y entre asociaciones polímero-solvente. Lo que significa que el gelificante debe tener ciertas propiedades físico-químicas comunes a las macromoléculas insolubles (interacciones entre polímeros preponderantes) y a las macromoléculas hidrosolubles (capacidad de solvatación). Estas propiedades dependen de sus estructuras.
2.2.11.2
Mecanismo de gelificación de la pectina
El mecanismo de gelificación y las propiedades de los geles dependen entre otros factores de la temperatura, del pH y del grado de metilación. Un gel de pectina de forma cuando porciones de HG se enlazan para formar una red cristalina tridimensional en la que el agua y los solutos esta atrapados, muchos factores determinan las propiedades gelificantes incluyendo temperatura, tipo de pectina, grado de esterificación, grado de acetilación, pH, azúcar y otros solutos, y el calcio. En pectinas HM las zonas de unión se forman por el entrecruzamiento de HG mediante puentes de hidrogeno y fuerzas hidrofóbicas entre grupos metoxilo, ambos promovidos por la alta concentración de azúcar y pH bajo, en la figura 4 se esquematiza la formación de un gel de pectina HM. En pectinas LM las zonas de unión están formadas por entrecruzamiento de los iones calcio con los grupos carboxilo libres (mecanismo “caja de huevos”). Es cada vez más evidente que el patrón de la metilesterificación es tan crítico en la determinación de las propiedades reológicas (Willats, Knox y Mikkelsen, 2006).
Figura 4: Formación de un gel de pectina HM Fuente: Willats, Knox y Mikkelsen, 2006
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. El ritmo de gelificación disminuye cuando disminuye el grado de esterificación. Ritmos intermedios conducen a designaciones tales como set rápido-medio, set lento medio, etc. Los geles de pectina de HM son más rápidos en alcanzarse que los de LM. Los geles de pectinas HM con alto grado de esterificación se alcanzan más rápidamente que los de pectinas HM con menor grado de esterificiación 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 (25-30 min) para que las burbujas de aire atrapadas puedan escapar. Las pectinas de set rápido permiten jaleas de productos en la gama de pH entre 3.30 a 3.50. Las de set lento las permiten entre 2.80 y 3.20. Una mezcla de pectina de HM y LM impartirá cierto grado de tixotropía a una jalea. Una jalea se considera normal en los patrones U.S. si tiene un grado ridgelimétrico de 23.5% o 150º SAG. Un ridgelímetro es un instrumento como el que se muestra en la figura 5, en el que todas las pectinas HM están estandarizadas en los Estados Unidos.
Figura 5 Ridgelímetro (para el método USA-SAG) 2.2.12 Métodos de extracción de pectina (Garna et al., 2007)
La estructura y composición de las pectinas depende de la fuente vegetal, los métodos de preparación, el método de extracción, el método usado para separar las pectinas extraídas de otros materiales solubles, el tipo y duración de la purificación antes del análisis y de los procedimientos analíticos usados en los ensayos y caracterización. La extracción de pectinas tiene que ser rápida para evitar su degradación en las materias primas por enzimas producidas por microorganismos (PME, PG, PL, etc.) o por la pectinmetilesterasa PME natural en las plantas. La degradación de pectinas durante el almacenamiento del material vegetal por las enzimas puede llevar a pectinas con un comportamiento gelificante completamente diferente. Para evitar esto, las materias primas sólidas deben secarse inmediatamente después de la producción. El proceso de extracción es la operación más importante para obtener pectina de fuentes vegetales. La pectina puede ser extraída del material de la pared celular por agua fría y/o caliente o soluciones buffer, soluciones frías y/o calientes de agentes quelantes, ácidos diluidos en caliente, y por hidróxido de sodio diluido en frío.
La extracción con agentes quelantes presenta la desventaja de ser difícil la remoción de acetilación, y la longitud de la cadena principal de ácido galacturónico por β-eliminación. La mayor cantidad de pectina generalmente se obtiene por extracción en ácido caliente. Es también el acercamiento más conveniente para extracción industrial. La extracción de pectina es, por tanto un proceso fisicoquímico complejo en el cual la solubilización, extracción y depolimerización de macromoléculas ocurren al mismo tiempo, siendo extraídas con mayor facilidad las pectinas de alto grado de esterificación (Kertesz, 1951). Varios investigadores han seleccionado las condiciones para la extracción que rinden la mayor cantidad de pectina con las características deseadas. Esto es especialmente cierto en los datos divulgados, parcialmente en publicaciones científicas, y principalmente en literatura patentada de la extracción comercial de pectinas. Luego de la extracción, la pectina puede purificarse por varias técnicas como: precipitación con alcohol, diálisis, precipitación con metales, cromatografía de intercambio de iones. A escala industrial, la precipitación alcohólica es ampliamente utilizada para purificar pectinas porque es conveniente para la producción a gran escala. Las muestras de pectina pueden enriquecerse en el contenido urónido removiendo otros compuestos (azucares libres, sales, etc.) lavando el precipitado con diferentes concentraciones de alcohol para obtener pectina de alta pureza. 2.3 FORMULACION DE HIPÓTESIS 2.3.1
Hipótesis General Los parámetros óptimos en la obtención de la pectina a partir de la cascara (albedo) Passiflora ligularis “Granadila”, cuyo producto final sea de alto rendimiento físico para
su uso en la Industria Alimentaria-2014; se obtendrá mediante el uso del método de extracción ácida mejorado y con la aplicación de variedad en el proceso experimental 2.3.2
Hipótesis Específicas
2.3.3
El pH de la solución ácida, influirá en la obtención de un adecuado rendimiento del proceso. La determinación de la relación optima de Agua: Acido, influirá en el rendimiento del proceso. La evaluación físico-químico, determinará la calidad de la pectina
Operacionalización de Variables e Indicadores
2.3.3.1 Variable independiente
pH de la Hidrólisis Ácida Relación cascara (Albedo): Solución Acida
2.3.3.2 Variable dependiente
Rendimiento Físico del Proceso.
Cuadro 5. Operacionalización de Variables e Indicadores
VARIABLES A.1 Procedimiento tecnológico Viable
DIMENSIONES
INDICADORES
1. Tratamientos Preliminares
1. Peso 2. Selección 3. Lavado
2. Parámetros tecnológicos
1. Temperatura 2. Tiempo 3. Volumen 4. pH
3. Reactivos
1. HCl 2. C6H8O7 3.-Alcohol etílico
CAPITULO III METODOLOGÍA
3.1 DISEÑO METODOLÓGICO Este proyecto de investigación se llevará a cabo en el Laboratorio de Pos cosecha, perteneciente a la E.A.P de Ingeniería en Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión - Huacho, Perú.
3.1.1 Tipo de Investigación: Investigación Aplicada 3.1.2 Tipo de Diseño Diseño Experimental 3.1.3 Enfoque Diseño tecnológico especifico. Con su respectivo proceso experimental y determinación de sus parámetros cuyo producto final tendrá fines utilitarios.
3.2 POBLACIÓN Y MUESTRA 3.2.1 Población La población está conformada por el conjunto de mesocarpio obtenidos del
Passiflora ligularis
“granadilla”, realizado por los comerciantes del mercado antiguo de la distrito huacho provincia Huaura.
3.2.2 Muestra La unidad de análisis está conformada en total por 2 kg de Passiflora ligularis “granadilla”, el cual será evaluada mediante rendimiento obtenidas en las pruebas preliminares.
3.3 TECNICA E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS 3.3.1 Técnica a Emplear Recopilación de datos a través lecturas, análisis, interpretación y fichajes: 3.3.2 Descripción de los Instrumentos Los instrumentos utilizados fueron:
Revistas científicas
Guías científicas
Libros
Tesis pre y post grado
Internet
Proyectos de investigación, etc.
3.4 Técnica para el Procesamiento de la Información
Figura 3. Flujo para la extracción de pectina a partir del mesocarpio de la granadilla Según el método del Lic.
OBISPO GAVINO, ELFER ORLANDO. MATERIA PRIMA
SELECCIÓN DE LAS CASCARAS
SEPARACION DEL ALBEDO
CORTE DEL ALBEDO
Albedo: Agua (1:3)
INACTIVACION DE ENZIMAS
T: 100°C
t: 10 minutos PH: 1.5 - 3
Albedo: Agua acidificada (1:3.5)
HIDROLISIS
t: 30 - 40 minutos T: ebullición
Albedo
Etanol al 75 % p/p (80% respecto al filtrado)
FILTRACION
Desechos
CONCENTRACION Y PRECIPITACION
FILTRACCION
SECADO
T: 40°C T: 12 horas
MOLIENDA
TAMIZADO
Figura 4. Flujo para la extracción de pectina a partir de maracuyá Según el método del Lic. ALMACENADO
OBISPO GAVINO, ELFER ORLANDO.
MATERIA PRIMA
SELECCIÓN DE LAS CASCARAS
SEPARACION DEL ALBEDO
CORTE DEL ALBEDO T: 100°C Albedo: Agua (1:3)
INACTIVACION DE ENZIMAS
t: 10 minutos PH: 1.5 - 3
Albedo: Agua acidificada (1:3.5)
HIDROLISIS
t: 30 - 40 minutos T: ebullición
Albedo
Etanol al 75 % p/p (80% respecto al filtrado)
FILTRACION
Desechos
CONCENTRACION Y PRECIPITACION
FILTRACCION
SECADO
T: 40°C T: 12 horas
MOLIENDA
TAMIZADO
Figura 5. UTILIZACION DE SOLUCIÓN CON HCL.
MATERIA PRIMA
SELECCIÓN DE LAS CASCARAS
SEPARACION DEL ALBEDO
CORTE DEL ALBEDO Albedo: Agua (1:3) INACTIVACION DE ENZIMAS 1. Agua 450ml – ácido HCL 1.4ml. 2. Agua 450 – ácido HCL 1.1 ml.
HIDROLISIS
T: 100°C
t: 10 minutos 1. PH: 1.5 2. PH: 2 t: 50 minutos
Albedo
FILTRACION
T: 100°C Desechos
Etanol al 75 % p/p (80% respecto al filtrado)
CONCENTRACION Y PRECIPITACION
FILTRACCION
SECADO
T: 40°C T: 12 horas
MOLIENDA
TAMIZADO
ALMACENADO Figura 6. UTILIZACION DE SOLUCIÓN CON ACIDO CITRICO.
MATERIA PRIMA
SELECCIÓN DE LAS CASCARAS
SEPARACION DEL ALBEDO
CORTE DEL ALBEDO Albedo: Agua (1:3) INACTIVACION DE ENZIMAS 1. Agua 450ml – ácido cítrico 203.8 gr 2. Agua 450ml – ácido cítrico 190.5 gr
HIDROLISIS
T: 100°C
t: 10 minutos 1. PH: 1.5 2. PH: 2 t: 50 minutos
Albedo
FILTRACION
T: 100°C Desechos
Etanol al 75 % p/p (80% respecto al filtrado)
CONCENTRACION Y PRECIPITACION
FILTRACCION
SECADO
T: 40°C T: 12 horas
MOLIENDA
TAMIZADO
ALMACENADO 1. OBTENCIÓN DE LA PECTINA
Como alternativa, es conocido que la pectina puede ser obtenida de subproductos y desechos provenientes de la granadilla. La pectina a partir del mesocarpio de
Passiflora ligularis “granadilla”, se obtuvo mediante
ciertas modificaciones del método propuestos por: linc. Obispo Gavino Elfer Orlando. A continuación se describen cada una de las operaciones que se siguieron durante la extracción y obtención de la pectina de
Passiflora ligularis “granadilla”,
2. RECEPCIÓN DE MATERIA PRIMA Puede usarse como materia prima a frutas o bagazos de frutas como cítricos, manzanas, membrillo, nísperos, etc. Es muy importante tener en cuenta la madurez de la materia prima, pues va a influir la cantidad y calidad de la pectina a obtener. Preferiblemente que la frutas sea pintona. 3. ACONDICIONAMIENTO Comprende operaciones como el lavado, picado molienda en algunos casos el blanqueado, dependiéndosela naturaleza de la materia prima a emplear. La finalidad de la operación es aumentar la superficie de contacto (extracción de compuestos solubles, aumentar la acción del ácido sobre la totalidad de la protopectina). Lavado. Durante 10 minutos con agua 60°Csesometealascáscaras aun lavado, para eliminar sustancias solubles en agua caliente, las cuales perjudican sus características organolépticas, es decir, puede la pectina adquirir mal sabor y olor.
4. INACTIVACIÓN ENZIMÁTICA Y BACTERIANA Durante 3 minutos con agua a100°C se somete a las cáscaras a éste proceso, para controlar la proliferación de microorganismos que pueden degradar la materia prima.
5. HIDROLISIS ACIDA A las cáscaras se las somete a una hidrólisis ácida, durante80 minutos aproximadamente, se adiciona agua acidulada (pH=2, utilizando ácido cítrico), en una relación cáscaras/agua acidulada de1/3, a85°C y agitación constante de 400 rpm.
Proceso en que la protopectina (insoluble enagua) 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 la calidad del agua a emplear, esta no debe tener metales pesados y muy poco calcio y magnesio, es decir el agua debe de ser blanda. Con respecto al ácido pueden ser utilizados: Ácido Cítrico, Ácido Láctico, Ácido Sulfúrico (H2S04), Ácido Clorhídrico (Cl.), Ácido fosfórico (H3PO4) 6. FILTRACION DEL EXTRACTO Se realiza con la finalidad de separar el extracto pectínico del bagazo, es decir separar de la parte sólida (donde se encuentra la pectina) lo acuoso. 7. PRECIPITACION DE LA PECTINA Se efectúa parea precipitarla pectina del extracto, para lo cual se puede utilizar alcohol etílico de 95 – 96GL, en una cantidad de 40-60% del volumen de filtrado (Solución que contiene la pectina) a una. T°=38°CTambiénsepuede utilizar ciertas sales como él:
El sulfato de Aluminio(AI2( SO4)3 y El cloruro de Al (Al Cl3)
Previa, neutralizaciónconCO3Na2aunPH=3- 4,5 8. LAVADO Se realiza, utilizando alcohol a 80-90ºGL.Estosellevaacaboconla finalidad de eliminar los pigmentos, cenizas y sustancias amargas. 9. SECADO Se utiliza para obtener un polvo estable. Se lleva a cabo en un secador de túnel con una temperatura de 70-80°C o en estufa de 24- 48h con una temperatura de50°C de preferencia se debe utilizar secadores al vacío. 10. MOLIENDA Se realiza para obtener un tamaño de partícula adecuado para su utilización en la industria.
11. EMPACADO Se debe empacar el producto en empaques que lo protejan de la humedad como puede ser la bolsa, de polietileno.
Para este experimento se tuvo como referencias varios estudios respecto a este tema, los cuales se pueden observar en la bibliografía de este trabajo. El proceso de obtención de pectina a partir de cáscara de granadilla en este trabajo lleva las mismas etapas que se utilizan comúnmente en las industrias para la obtención de pectina a partir de frutos cítricos. En cada una de las referencias bibliográficas, mencionadas con anterioridad, se puede notar que aún no se ha determinado los parámetros exactos para la etapa de hidrólisis ácida dentro del proceso de obtención de pectina, debido a que la materia prima no es la misma o el uso que se le da a estas pectinas es diferente para cada caso. Por lo tanto la calidad necesaria de la pectina final tampoco es igual. Teniendo en cuenta cada una de estas referencias bibliográficas y los parámetros que se mencionan en cada una, además de aquellos establecidos en el trabajo que precede a esta, se define diferentes variables y niveles durante la etapa de hidrólisis ácida que van dentro del rango de los parámetros de los experimentos que ya se han realizado anteriormente de este tema.
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