Trabajo Final de Biotecnología

Facultad de Ingeniería Industrial y de Sistemas

DOCENTES: BLGA. MARIBEL HUATUCO LOZANO CURSO: BIOTECNOLOGÍA INTEGRANTES: BERAÚN CORONEL PEDRO BRAVO JOAQUÍN JORGE CÓRDOVA CHIRA GIANCARLO DÍAZ PALOMINO ANGEL

INDICE INTRODUCCIÓN 1. RESUMEN 2. OBJETIVOS 3. DESCRIPCIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.1. GENERALIDADES DE LA NARANJA 3.2. CARACTERÍSTICAS DE LA NARANJA 3.3. POSCOSECHA DE LA NARANJA 3.4. ENFERMEDADES DE LA NARANJA 3.5. ESTRATÉGIAS DE CONTROL DE LA NARANJA 3.6. DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN BOTÁNICA DE PLANTA Y FRUTO DE LA VARIEDAD CITRUS SINENSIS 3.7. DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN BOTÁNICA DE PLANTA Y FRUTO DE LA VARIEDAD CITRUS PARADISI 3.8. GENERALIDADES DE LA PECTINA 3.9. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LA PECTINA 3.10. CADENAS DE LA PECTINA 3.11. CLASIFICACIÓN DE LA PECTINA 3.12. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE LA PECTINA 3.13. USOS DE LA PECTINA 3.14. MÉTODOS DE EXTRACCIÓN DE LA PECTINA 3.15. APLICACIONES DE LA PECTINA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA 4. DISEÑO EXPERIMENTAL 4.1. MATERIALES, EQUIPOS E INSUMOS 4.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DE ELABORACIÓN DE LA PECTINA 4.3. BALANCE DE MATERIA EN LA ELABORACIÓN DE LA PECTINA 4.4. EVALUACIONES DE MUESTRA 5. RESULTADOS 5.1. RESULTADOS 5.2. CONTROL DE CALIDAD 6. CONCLUSIONES 7. RECOMENDACIONES 8. ANEXOS 9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 9.1. CÁLCULO Y RENDIMIENTO DE LA PECTINA 9.2. CALCULO DE GRADO METOXILO DE LA PECTINA 9.3. CALCULO DE PORCENTJE DE ACIDO GALACTURÓNICO DE LA PECTINA

ELABORACIÓN Y ANÁLISIS COMPARATIVO DE PECTINA DE NARANJA DE LAS VARIEDADES CITRUS SINENSIS Y CITRUS PARADISI

INDICE INTRODUCCIÓN 1. RESUMEN 2. OBJETIVOS 3. DESCRIPCIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.1. GENERALIDADES DE LA NARANJA 3.2. CARACTERÍSTICAS DE LA NARANJA 3.3. POSCOSECHA DE LA NARANJA 3.4. ENFERMEDADES DE LA NARANJA 3.5. ESTRATÉGIAS DE CONTROL DE LA NARANJA 3.6. DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN BOTÁNICA DE PLANTA Y FRUTO DE LA VARIEDAD CITRUS SINENSIS 3.7. DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN BOTÁNICA DE PLANTA Y FRUTO DE LA VARIEDAD CITRUS PARADISI 3.8. GENERALIDADES DE LA PECTINA 3.9. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LA PECTINA 3.10. CADENAS DE LA PECTINA 3.11. CLASIFICACIÓN DE LA PECTINA 3.12. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE LA PECTINA 3.13. USOS DE LA PECTINA 3.14. MÉTODOS DE EXTRACCIÓN DE LA PECTINA 3.15. APLICACIONES DE LA PECTINA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA 4. DISEÑO EXPERIMENTAL 4.1. MATERIALES, EQUIPOS E INSUMOS 4.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DE ELABORACIÓN DE LA PECTINA 4.3. BALANCE DE MATERIA EN LA ELABORACIÓN DE LA PECTINA 4.4. EVALUACIONES DE MUESTRA 5. RESULTADOS 5.1. RESULTADOS 5.2. CONTROL DE CALIDAD 6. CONCLUSIONES 7. RECOMENDACIONES 8. ANEXOS 9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 9.1. CÁLCULO Y RENDIMIENTO DE LA PECTINA 9.2. CALCULO DE GRADO METOXILO DE LA PECTINA 9.3. CALCULO DE PORCENTJE DE ACIDO GALACTURÓNICO DE LA PECTINA


INDICE DE TABLAS Tabla N° 1: Enfermedades de la naranja Tabla N° 2: Clasificación botánica del Citrus Sinensis Tabla N° 3: Clasificación botánica del Citrus Paradisi Tabla N° 4: Cadenas de la pectina Tabla N° 5: Clasificación de la pectina Tabla N° 6: Materiales, equipos e insumos para la elaboración de pectina Tabla N° 7: Rendimiento de pectina en Citrus Sinensis, temperatura 85°C ±2 Tabla N° 8: Rendimiento de pectina en Citrus Paradisi, temperatura 85°C ±2 Tabla N° 9: Resultados e identificación en las variedades Citrus Sinensis y Citrus Paradisi Tabla N° 10: Porcentaje de grupos metóxilo en muestras de Citrus Sinensis, temperatura 85°C ±2 Tabla N° 11: Porcentaje de grupos metóxilo en muestras de Citrus Paradisi, temperatura 85°C ±2 Tabla N° 12: Porcentaje de ácido galacturónico en muestras de Citrus Sinensis, temperatura 85°C ±2 Tabla N° 13: Porcentaje de ácido galacturónico en muestras de Citrus Paradisi, temperatura 85°C ±2


INDICE DE FIGURAS Figura N° 1: Fotografía del árbol Citrus Sinensis Figura N° 2: Fotografía del árbol Citrus Paradisi Figura N° 3: Estructura de la pectina Figura N° 4: Selección y lavado de la materia prima Figura N° 5: Corte y picado del albedo Figura N° 6: Prueba de hidrólisis ácida Figura N° 7: Corte del albedo Figura N° 8: Separación de a celulosa en el filtrado Figura N° 9: Metoxilación Figura N° 10: Secado y molienda de la pectina Figura N° 11: Balance de materia Figura N° 12: Esquema de evaluaciones de hidrólisis de muestras Figura N° 13: Mezcla de ácido clorhídrico y alcohol con la pectina Figura N° 14: Filtrado y secado Figura N° 15: Secado Figura N° 16: Fenolftameína para la titulación Figura N° 17: Saponificación Figura N° 18: Comparación de porcentaje de pectina cuantificada en Citrus Sinensis Figura N° 19: Comparación de porcentaje de pectina cuantificada en Citrus Paradisi Figura N° 20: Comparación de porcentaje de pectina extraída en ambas variedades de naranja Figura N° 21: Comparación de grupos metóxilo en ambas variedades de naranja Figura N° 22: Comparación de ácido galacturónico en ambas variedades de naranja


INTRODUCCIÓN La mayoría de subproductos usados de zumos de frutas, bagazos de manzanas y de cítricos (limón, naranja, toronja) constituyen básicamente las fuentes industriales de pectinas. La pectina durante su obtención se pudo observar 3 características importantes es denso, espeso y coagulado. La pectina tiene un importante rol durante su uso, ayuda a absorber agua y se encarga de dar la textura necesaria a las sustancias. Durante mucho tiempo, el ama de casa ha utilizado la pectina contenida en las frutas “in situ “para “espesar jaleas”. Los procedimientos de fabricación se basan en una hidrólisis, separación y recuperación. Las posibilidades de obtención de pectina y substancias extensamente usadas en las industrias alimenticias y farmacéuticas y que no se fabrican en cantidades necesarias en nuestro país, a partir de un desperdicio insuficientemente industrializado: La cáscara de naranja. La pectina se puede extraer industrialmente de otras frutas como la manzana, membrillo y algunos cítricos, como el limón, toronja y lima; se escogerá la naranja debido a que es una de las frutas que más se producen en nuestro país. En nuestro país existen diversas variedades de naranja, de las cuales se pueden obtener subproductos diferentes al zumo tales como: aceites esenciales, abonos, concentrados y pectina. La pectina tiene diversos usos. En la industria farmacéutica para la elaboración de suspensiones, emulsiones, cosméticos, etc. En la industria alimenticia se utiliza como viscosante en la fabricación de jaleas y conservas, y en vinos como deshidratante de los tejidos de las plantas, en la leche para precipitar la caseína etc. La extracción de pectina se hará partir de la cáscara de naranja a través de una hidrolisis ácida efectuando para ello cambios de pH y tiempos de extracción con lo cual se espera obtener mayor rendimiento.


1. RESUMEN La pectina es un coloide natural, liofílico, reversible, es decir; puede disolverse en agua, precipitarse, secarse y volver a disolver sin afectar sus propiedades. Este texto argumenta la elaboración y el análisis comparativo de la pectina de dos variedades de naranja Citrus Cinencis y Citrus Paradisi; por lo cual vemos la descripción y clasificación de las dos tipos de variedades de naranja, ya que siendo de la misma especie obtenemos resultados diferentes. La elaboración de la pectina se basa en un proceso experimental que demanda de ciertos insumos y materiales. El proceso de elaboración de la pectina empieza con la recepción de la materia prima que sigue una secuencia de selección, lavado, separación del albedo, corte, hidrolisis, cocción, filtrado, metoxilacion, molienda, tamizado y almacenamiento. Todo este proceso conlleva a una serie de análisis del producto final, el cual podemos comparar y así obtener a ciertas conclusiones.


2. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: -

Extraer y evaluar pectina a partir de las cáscaras de naranja de las variedades Citrus sinensis y Citrus paradisi.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: -

Cuantificar el contenido de pectina extraído a partir de cáscara de Citrus sinensis y Citrus paradisi.

-

Establecer las condiciones de pH y tiempo de calentamiento óptimos que nos dan mayor rendimiento de pectina.

-

Realizar pruebas de controles de calidad a la pectina extraída como son ensayos de identificación, ensayo de grupos metoxilico y ensayo de ácido-galacturónico.


3. DESCRIPCIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.1.

GENERALIDADES DE LA NARANJA:

El naranjo, es un árbol originario del lejano oriente, específicamente de China, en la edad media fue llevado a Europa, por los musulmanes. En 1565 los españoles trajeron esta fruta a América, donde plantaron naranjos en las regiones de Florida y California, que actualmente son las principales regiones productoras del mundo. El nombre del género botánico, Citrus, deriva del griego Kitros, que era como designaban a aquel fruto. El término se escribe en latín Aurantia, por su color de oro. En lenguaje dravídico (de la India), significa “perfume interior”.

Las principales zonas productoras son Junín, Lima Puno, San Martín Cuzco, ICA, Huánuco, y Pasco. El año 2007 se produjeron 292,780 TM de naranjas. Junín y Lima, concentraron el 61.7 de la producción nacional con 8,684 has y 1,912 has. Respectivamente, lo que representa el 66.9% de la superficie cultivada. Los mayores rendimientos los registraron los departamentos de Lima con 26.79 TM/ha y Pasco con 19.92 TM/ha, Junín con 14.73 TM/ha e Ica con 13.95 TM/ha. 3.2.

CARACTERÍSTICAS DE LA NARANJA:

La naranja y su zumo son fuente excelente de vitamina C, flavonoides y beta-caroteno, por lo que esta fruta se considera especialmente interesante para la salud cardiovascular. Estas sustancias tienen función antioxidante; inhiben la oxidación del llamado "mal colesterol" (LDL-c) e impiden que éste se deposite en las paredes de los vasos sanguíneos y previenen de este modo la aterosclerosis. Estas sustancias tienen capacidad antioxidante; combaten la acción nociva de los


radicales libres, sustancias responsables del desarrollo de enfermedades cardiovasculares, degenerativas y de cáncer. 1 3.3. -

POSCOSECHA DE LA NARANJA: Calidad: intensidad y uniformidad de color, firmeza, tamaño, forma, suavidad de la cáscara, ausencia de pudriciones y libertad de defectos incluyendo daño físico (abrasión y magulladuras), defectos en la cáscara o decoloración, daño por congelamiento y daño de insectos. La calidad del sabor está relacionada a la relación de sólidos solubles/acidez y la ausencia de compuestos que producen sabores indeseables, incluyendo metabolitos producidos por fermentación.

-

Temperatura óptima: 3-8°C hasta 3 meses, dependiendo del cultivar, estado de madurez de la cosecha y área de producción. Algunos cultivares pueden ser mantenidos a 0-1°C.

-

Humedad relativa óptima: 90-95%.

-

Tasa de respiración

-

Tasa de producción de etileno: < 0.1 µL/kg x h a 20°C.

-

Efectos del etileno: Exposición a 1-10 ppm de etileno durante 1-3 días a 20-30°C puede ser usado para desverdizar naranjas. Este tratamiento no afecta la calidad interna (incluyendo relación sólidos solubles/acidez) pero puede acelerar el deterioro e incidencia de pudriciones.

-

Efectos de atmósferas controladas (A.C.): una combinación de 5-10% O2 y 0-5% CO2 puede ser beneficiosa en atrasar la senescencia y retener la firmeza, pero no tiene un efecto significativo en la incidencia y severidad de pudriciones, las cuales son el factor limitante en el almacenaje prolongado de las naranjas. Niveles fungistáticos de CO2 (10-15%) no son utilizados porque dan sabores indeseables debido a la acumulación de productos de la fermentación. El uso comercial de la AC en el almacenamiento y transporte de naranjas es muy limitado.2

1 2

Namesny, A. (1996). Pimientos. España: Ediciones de Horticultura. p.135. AGRINova. (2010). El cultivo de las naranjas. Productos AGRI-nova Science.


3.4.

ENFERMEDADES DE LA NARANJA:

Tabla N° 1: Enfermedades de la naranja. ENFERMEDADES DE LA NARANJA Moho verde (Penicillium digitatum). Moho Azul (Penicillium italicum). Pudrición terminal por Phomopsis (Phomopsis citri). Pudrición terminal (Lasiodiplodia theobromae). Pudrición Parda (Phytophthora citrophthora). Pudrición Agria (Geotrichum candidum). Fuente: Elaboración propia. 3.5. -

ESTRATÉGIAS DE CONTROL DE LA NARANJA: Minimizar el daño físico durante la cosecha y el manejo.

-

Tratamientos de post-cosecha con fungicidas y/o antagonistas biológicos. Los tratamientos de calor también pueden ser utilizados.

-

Rápido enfriamiento y mantenimiento de la temperatura y humedad relativa óptimas a través de la cadena de comercialización.

-

Remoción y/o exclusión del etileno.

-

Procedimientos efectivos durante todo el manejo de post-cosecha.

-

Perspectiva de exportación de la naranja

3.6.

DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN BOTÁNICA DE PLANTA Y FRUTO DE LA VARIEDADE CITRUS SINENSIS

El naranjo es un árbol generalmente pequeño, que oscila entre 6 a 10 metros de altura, con una copa compacta, cónica, con el tronco de color gris y liso, algunas veces espinoso.


Figura N° 1: Fotografía del árbol Citrus Sinensis. Las hojas son perennes, coriáceas, de un verde intenso y brillante, con una forma oval o elípticolanceolada, con la base en forma de cuña, el ápice agudo. Las flores, son de naturaleza hermafrodita, de tamaño medio, aparecen solitarias o en pequeños racimos durante la primavera, presentan cinco pétalos blancos, carnosos y muy perfumados.

3

La naranja, como fruto es una baya especial, formada por una piel externa más o menos rugosa y de color anaranjado, con abundantes glándulas que contienen aceites esenciales, y una parte intermedia adherida a la anterior, blanquecina y esponjosa (fibra). Finalmente, posee una parte más interna y desarrollada, dividida en una serie de gajos. Tabla N° 2: Clasificación botánica del Citrus Sinensis . Reino División Subdivisión Clase Familia Subfamilia

3

Plantae

Anthophita Angiospermas Dicotiledónea Rutáceae Aurantiodeae

VELARDE.C, y MENESESS. L. (2003). Distribución del sistema radical de los patrones d e cítricos naranjo agrio (citrus sinensisl).


Tribu

Citrieae

Género

Citrus

Especie

sinensis

Fuente: Elaboración propia. 3.7.

DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN BOTÁNICA DE PLANTA Y FRUTO DE LA VARIEDADE CITRUS PARADISI

Árbol de ocho a quince metros de altura, extendido, de ramas bajas con espinas largas y fuertes. Hojas lisas pequeñas y ovales. Flores color blanco o cremoso. Frutos de forma esférica, achatados por los polos de unos 7.5 a 15 centímetros de diámetro, posee un sabor refrescante ligeramente amargo, se caracteriza por tener pocas semillas de gran tamaño. El pomelo es el cítrico de mayor tamaño y de ahí su denominación latina Citrus Grandis. Sus frutos nacen en racimos lo que también explica su nombre en inglés: Grape-Fruit.

Figura N° 2: Fotografía del árbol Paradisi. Tabla N° 3: Clasificación botánica del Citrus Paradisi. Reino: División:


Plantae Fanerógamas

Clase:

Angiospermas

Subclase:

Dicotiledóneas

Orden:

Geraniales

Familia:

Rutaceae

Subfamilia:

Citroideae

Tribu:

Citreae

Género:

Citrus

Especie:

C. × paradisi

Fuente: Elaboración propia. 3.8.

GENERALIDADES DE LA PECTINA:

El término pectina proviene de la palabra griega “Pekos” (denso, espeso, coagulado), sustancia

mucilaginosa de las plantas superiores. “La pectina se define como un hidrato de carbono purificado que se obtiene de la porción interna de la cáscara de los frutos cítricos o del bagazo de las manzanas exprimidas por extracción con ácidos diluidos.” 4

La cáscara de los cítricos es rica en pectina, modificándose su contenido según la estación y la variedad. Esta sustancia se asocia con la celulosa y le proporciona a la pared celular la habilidad de

4

Rodríguez, Karol. (2004, Marzo). Extracción y evaluación de pectina a partir de la cáscara de naranja de las variedades citrus sinensis y citrus paradisi y propuesta de diseño de planta piloto para su producción. p.24. ELABORACIÓN Y ANÁLISIS COMPARATIVO DE PECTINA DE NARANJA DE LAS VARIEDADES CITRUS SINENSIS Y CITRUS PARADISI

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 confiere la textura. La pectina está formada por poliósidos compuestos, esencialmente por cadenas de ácidos galacturónicos unidos en alfa 1 – 4.

Figura N°3: Estructura de la pectina. La pectina se encuentra en los frutos bajo una forma insoluble conocida como Protopectina, la cual es convertida fácilmente en la forma soluble por hidrólisis suave. Esta solución de pectina puede precipitarse con alcohol o mediante salado, después se lava y se seca, obteniendo ácidos pécticos (pectinas). 3.9.

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LA PECTINA:

Las pectinas son ácido pectínicos que están formadas por diecisiete monosacáridos diferentes, organizados en distintos polisacáridos, a partir de más de veinte diferentes enlaces, formando una red que los une, agrupados en diferentes tipos de cadena, constituido por ácido urónico, hexosas, pentosas y metilpentosas. Diversas unidades estructurales pueden estar sustituidas por metanol, ácido acético y ácidos fenólicos. Las pectinas están clasificadas como de alto metoxilo y de bajo metoxilo según su grado de esterificación, aportando propiedades y poder de gelificación diferentes a cada una de ellas.


3.10. CADENAS DE LA PECTINA: Tabla N° 4: Cadenas de la pectina.

HOMOGALACTURONANA (HG) A NI T C E P A L E D S E L A PI C IN

RAMNOGALACTURONANA (RG-I) R P S A N E D A C

RAMNOGALACTURONANA (RG-II) A NI T C E P

ARABINONA (ARA) A L E D S AI R A D

XILOGALACTURONA (XGA) N U C E S S A N E D A C

ARABINOGALACTANO (ARA – I)

Fuente: Elaboración propia.


3.11. CLASIFICACIÓN DE LA PECTINA: Tabla N° 5: Clasificación de la pectina. BAJO METOXILO (BL): Este tipo de pectinas poseen la mayoría de los grupos carboxilo libres. Son aquellas en las cuales menos del 50% de los grupos hidroxilo están esterificados con metanol. Los geles se pueden obtener entre pH 1 a 7; el pH no afecta la textura del gel ni el intervalo de sólidos solubles, el cual puede fluctuar entre 0 y 80%, pero la presencia de calcio (40 a 100mg) es el factor predominante en la formación del gel. ALTO METOXILO (HM): Poseen la mayoría de los grupos carboxilo esterificados, normalmente entre el 50% al 58%. El grado de esterificación de las pectinas de alto metoxilo influye mucho sobre sus propiedades, en particular, a mayor grado de esterificación, mayor es la temperatura de gelificación. BAJO METOXILO AMIDADA: Se obtienen a partir de pectinas de alto metoxilo mediante una desesterificación alcalina en presencia de amoniaco, por tanto sus grupos metoxilo son sustituidos por una amida. Estas pectinas de bajo metoxilo se caracterizan en que no requieren para gelificar adición de calcio, es suficiente con el calcio presente en los frutos, además de que forman geles termo reversibles

Fuente: Elaboración propia. 3.12. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE LA PECTINA: Como polímeros del ácido galacturónico, las pectinas tienen muchas propiedades físicas y químicas únicas, debidas principalmente al grupo carboxílico presente en las unidades de la cadena [44]. - Solubilidad: La pectina es casi completamente soluble en agua a 25°C, pero a pesar de su solubilidad forma grumos viscosos, por lo tanto para una dilución más rápida se adicionan sales amortiguadoras, azúcar o se humedece con alcohol. La pectina también es soluble en ELABORACIÓN Y ANÁLISIS COMPARATIVO DE PECTINA DE NARANJA DE LAS VARIEDADES CITRUS SINENSIS Y CITRUS PARADISI

formamida, dimetilformamida y glicerina caliente e insoluble en solventes orgánicos, soluciones de detergentes cuaternarios, polímeros, y proteínas. - Viscosidad: La pectina en agua forma soluciones viscosas dependiendo de su peso molecular, grado de esterificación, pH y concentración electrolítica de la solución. Las soluciones de pectina completamente esterificadas no cambian apreciablemente su viscosidad al variar el pH, pero al disminuir el grado de esterificación la capacidad de formar geles se vuelve dependiente del pH. El calcio y otros iones polivalentes aumentan la viscosidad de las soluciones de pectinas y algunas pectinas de bajo metoxilo pueden gelificar si la concentración de calcio supera un cierto límite. - Acidez: El pH de las soluciones de pectina varía de 2.8 a 3.4 en función del grado de esterificación. Sin embargo, las pectinas son neutras en su estado natural. Como polielectrolitos las pectinas tienen una constante de disociación aparente de 0.1 a 10x10-4 a 19ºC. - Poder de Gelificación: Un gel de pectina puede considerarse como un sistema en el cual el polímero está en una forma entre completamente disuelto y precipitado. Segmentos de la cadena molecular están juntos por cristalización limitada para formar una red tridimensional, en la cual el agua, el azúcar y otros solutos se mantienen unidos por los puentes de Hidrógeno; la aproximación necesaria de las cadenas pectínicas es posible por la acción deshidratante del azúcar y por la pérdida de electronegatividad de las cadenas del ácido péctico. El poder gelificante de un ácido pectínico, depende primeramente de su tamaño molecular, pero esta relación no se conoce muy bien. - Peso molecular: El peso molecular de la pectina, está relacionado con la longitud de la cadena, es una característica muy importante de la que dependen la viscosidad de sus disoluciones y su comportamiento en la gelificación o formación de jaleas. La determinación cuidadosa del peso molecular es difícil, debido a la extrema heterogeneidad de las muestras y a la tendencia de las pectinas a agregarse, aún bajo condiciones no favorables a la gelación.


3.13. USOS DE LA PECTINA: La pectina, no solo es importante como componente de las frutas, sino que además presenta diversos usos en la industria, cabe mencionar: Industria Alimenticia -

Fabricación de jaleas (gelatinas) y conservas.

-

Como espesante en la mayonesa.

-

Precipitación de la caseína de la leche.

-

Como estabilizador en los sorbetes.

-

Preparación de jugos.

Industria Farmacéutica -

Coagulante sanguíneo.

-

Emulsificante de preparados farmacéutico.

-

Como antídoto en intoxicaciones con metales pesados.

-

Preparación de medios de cultivo bacteriológico.

-

Como agente suspensor

3.14. MÉTODOS DE EXTRACCIÓN DE LA PECTINA: Con los métodos de extracción que se citan se puede obtener la pectina con diferentes grados de pureza: Precipitación con acetona: La acetona tiene la propiedad de precipitar la pectina; dando una coagulación más firme, pero tiene el inconveniente que precipita otras materias no pépticas. Precipitación con sales metálicas: Las sales más comúnmente usadas son: sulfato de cobre y alumbre. Este procedimiento da buen resultado pero tiene el inconveniente de la remoción posterior del metal.


Precipitación con alcohol etílico: Tiene la propiedad de precipitar la pectina directamente de la fuente vegetal. La precipitación de la pectina con alcohol depende de la presencia de electrolitos y del grado de esterificación. 3.15. APLICACIONES DE LA PECTINA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA: Para la industria alimenticia, la pectina puede aplicarse en: -

Dulces y mermeladas: Da fuerza de gel y baja la sinéresis agua / jugo.

-

Caramelos de fruta: El uso de pectinas permite una buena estructura agradable al paladar.

-

Bebidas a base de fruta: Otorga estabilidad en fibra y pulpa.

-

Bebidas lácteas acidas: Confiere estabilidad a la proteína.

-

Sorbetes: Facilita y favorece la liberación del sabor y permite el control de formación de cristales de agua.

-

Preparados de fruta: Viscosidad controlada, trixotopia y efecto de recuperación.

-

Postres ácidos: Mejora su estructura y la resistencia del gel, confiriendo buena textura y brillo.

La aplicación de pectinas otorga la liberación de sabor, gusto y control de cristalización de sorbetes, adicional a esto ha mostrado que reduce los niveles de colesterol en la sangre, funciona como fibra dietaria soluble en el intestino grueso y colon. También tiene una amplia aplicación en el campo de los complementos alimenticios. Sus propiedades gelificantes permiten que la pectina sea aplicada como un efectivo depurador del sistema digestivo.5

5

Marounek, M., Volek, Z., Synytsya,A., & Copíková, J. (2007). Effect of pectin and amidated pectin on cholesterol homeostasis and cecal metabolism in rats fed a high-cholesterol diet. Physiological Research/Academia Scientiarum Bohemoslovaca, 56(4). 433442. ELABORACIÓN Y ANÁLISIS COMPARATIVO DE PECTINA DE NARANJA DE LAS VARIEDADES CITRUS SINENSIS Y CITRUS PARADISI

4. DISEÑO EXPERIMENTAL 4.1.

MATERIALES, EQUIPOS E INSUMOS:

Tabla N°6: Materiales, equipos e insumos utilizados para la elaboración de pectina. ALBEDO DE NARANJA (100gr)

ACIDO CÍTRICO (10gr)

ALCOHOL de 96°

TABLA DE PICAR

CUCHILLO

RECIPIENTE

CUCHARON DE MADERA

NaOH

PAPEL FILTRO

COLADOR MEDIANO

VASO PRECIPITADO

BALANZA


MATRAZ

PHMETRO

FENOLFTALEÍNA

HCL

TERMOMETRO

AGUA DESTILADA


4.2.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DE ELABORACIÓN DE LA PECTINA:

SELECCIÓN Y LAVADO DE LA MATERIA PRIMA: Las naranjas verdes contienen mayor cantidad de pectinas y por lo tanto se logra un mejor rendimiento. Es importante seleccionar cáscaras de naranjas en buen estado, es decir, sin hongos, gusanos o partes en descomposición.

Figura N° 4: Selección y lavado de la materia prima. Fuente: Elaboración propia.

CORTE Y PICADO DEL ALBEDO: Para aumentar el área superficial de contacto es recomendable reducir el tamaño de los pedazos del albedo y pesar 25g de albedo para cada muestra.

Figura N°5: Corte y picado del albedo. Fuente: Elaboración propia.


HIDRÓLISIS ÁCIDA: Al material sólido se le agrega 300 ml de agua y a esta solución se le agrega 7gr de ácido cítrico hasta obtener pH de 2 y 3.

Figura N°6: Prueba de hidrólisis ácida. Fuente: Elaboración propia.

COCCIÓN: El tiempo de calentamiento de la solución es de 30 y 60 minutos para pH 2 y 3 manteniendo 85ºC; debe mantenerse agitación permanente para evitar que el material sólido se deposite en el fondo del tanque de hidrólisis.

Figura N°7: Cocción del albedo. Fuente: Elaboración propia.


PRIMER FILTRADO: Separación de la celulosa.

Figura N° 8: Separación de la celulosa en el filtrado. Fuente: Elaboración propia.

METÓXILACIÓN: Como la pectina es insoluble en alcohol se emplea este para precipitarla de sus soluciones. Se Agrega 100ml y se vierte al vaso precipitado.

Figura N°9: Metoxilación. Fuente: Elaboración propia.

SEGUNDO FILTRADO: Separación de la pectina del alcohol.


SECADO Y MOLIENDA: Se pasó a secar la pectina a una temperatura de 60°C por 8 horas. Por último se pasó a moler la pectina. Obteniendo 5,2g de pectina .

Figura N°10: Secado y molienda de la pectina. Fuente: Elaboración propia.


4.3.

BALANCE DE MATERIA EN LA ELABORACIÓN DE PECTINA: 1kg Naranja Sinensis y Paradisi

SELECCIÓN DE MATERIA PRIMA

LAVADO

SELECCIÓN DE LAS CASCARAS 25gr de Albedo de Naranja SEPARACIÓN DEL ALBEDO

CORTE Y PICADO DEL ALBEDO 300ml Agua Desmineralizada 7gr Ácido Cítrico (pH=2 y 3)

HIDROLISIS

Agregar agua a necesidad

400rpm COCCIÓN

1º FILTRADO

85 °C CELULOSA

100ml de Alcohol de 96º METOXILACION 200ml ALCOHOL 2º FILTRADO

SECADO

PECTINA CITRICA

MOLIENDA

TAMIZADO

Figura N°11: Balance de Materia


ALMACENAMIENTO

4.4.

EVALUACIONES DE MUESTRAS:

Cascara de Naranja

Muestra 1, pH 2,85ºC

Mx.A, 30min

Muestra 2, pH 3,85°C

Mx,B, 50min

Mx.A, 30min

Figura N° 11: Esquema de evaluaciones de hidrólisis de muestras Fuente: Elaboración propia.


Mx,B, 50min

a.)

ENSAYO DE GRUPO GALACTURÓNICO:

MEZCLA: 5.0 g de pectina y agitar durante 10 minutos con una mezcla de 5 mL de ácido clorhídrico y 100 ml de alcohol al 60 %.

Figura N° 12: Mezcla de ácido clorhídrico y alcohol con la pectina. FILTRADO Y SECADO: Filtrar la muestra y lo obtenido someterlo a una estufa a 100°C por 1 hora.

Figura N°13: Filtrado y secado. SECADO: Transferir 125 mg de la muestra a un Erlenmeyer de 250 ml y humedecer con 2 ml de alcohol. Agregar 100 ml de agua destilada, tapar y agitar hasta que la pectina este completa disuelta.


Figura N°14: Secado. TITULACIÓN: Agregar 5 gotas de fenolftaleína y titular con una solución de NaOH 0.5 N, anotar el valor como valoración inicial.

Figura N° 15: Fenolftameína para la titulación. Agregar exactamente 20 ml de NaOH 0.5 N. Tapar, agitar vigorosamente y dejar reposar por 15 minutos. Luego agregar exactamente 20 ml de HCl 0.5 N. y agitar hasta que desaparezca el color rosado. Agregar 3 gotas de fenolftaleína y valorar con solución de NaOH 0.5 N , hasta obtener una coloración rosada débil que persista después de agitar fuertemente la mezcla, anotar el valor de saponificación.


Figura N° 16: Saponificación. Cada ml. de NaOH 0.5 N VS consumido, es equivalente a 15.52 miligramos de grupos metoxilos (OCH3), en muestra seca. b.)

ENSAYO PARA ÁCIDO GALACTURÓNICO:

Cada ml de solución de NaOH 0.5 N VS consumido en la valoración total (valoración inicial + valoración de saponificación en los grupos metoxílicos) es equivalente a 97.07 mg. de ácido galacturónico (C6H10O7).


5. RESULTADOS 5.1.

RESULTADOS:

Tabla N°7: Rendimiento de pectina en Citrus Sinensis, temperatura 85 °C ± 2 RESULTADOS pH 2

Porcentaje Promedio

MUESTRA

Tiempo(m)

Pectina(g)

Porcentaje (%)

1

30

5,2

20,8

2

50

5,7

22,8

RESULTADOS pH 3

(%) 21,8

Porcentaje Promedio

MUESTRA

Tiempo(m)

Pectina(g)

Porcentaje (%)

1

30

6,1

24,4

2

50

6,9

27,6

(%) 26

Fuente: Elaboración propia. Con los resultados obtenidos se determinó que a medida se incrementa el pH y tiempo de extracción determinados, el porcentaje de pectina obtenido es mayor.

26 25 24 23

26

22 21

21.8

20 19

pH 2

pH 3 % Promedio de Pectina


Figura N° 17: Comparación de porcentaje de pectina cuantificada en Citrus Sinensis Fuente: Elaboración propia. Tabla N°8: Rendimiento de pectina en Citrus Paradisi, temperatura 85°C ±2. RESULTADOS pH 2

MUESTRA

Tiempo(m)

Pectina(g)

Porcentaje (%)

1

30

7,2

28,8

2

50

7,9

31,6 RESULTADOS

pH 3

MUESTRA

Tiempo(m)

Pectina(g)

Porcentaje (%)

1

30

8,4

33,6

2

50

9,1

36,4

Porcentaje Promedio (%)

30,2

Porcentaje Promedio (%)

35

Fuente: Elaboración propia. Con los resultados obtenidos se determinó que a medida se incrementa el pH y tiempo de extracción determinados, el porcentaje de pectina obtenido es mayor.

35 34 33 32 35

31 30 29

30.2

28 27

pH 2

pH 3 % Promedio de Pectina


Figura N° 18: Comparación de porcentaje de pectina cuantificada en Citrus Paradisi Fuente: Elaboración propia

35 30

a n i t 25 c e P e d 20 o i d 15 e m o r 10 P %

35

30.2 26 21.8

5 0

pH 2

pH 3

Figura N° 19: Comparación de porcentaje de pectina extraída en ambas variedades de naranja. Fuente: Elaboración propia 5.2.

CONTROL DE CALIDAD:

Tabla N°9: Resultados de identificación en las variedades Citrus Sinensis y Citrus Paradisi.

IDENTIFICACIÓN VARIEDAD

PECTINA + AGUA DESTILADA EN BAÑO DE VAPOR

PECTINA + ALCOHOL ETÍLICO

SOLUCION DE PECTINA + 1mL DE NaOH 2 N

PRECIPITADO Citrus sinensis

GEL CONSISTENTE

TRASLUCIDO Y GELATINOSO


GEL TRANSPARENTE

PRECIPITADO Citrus paradisi.

GEL CONSISTENTE

TRASLUCIDO Y

GEL TRANSPARENTE

GELATINOSO

Fuente: Elaboración propia. Tabla N° 10: Porcentaje de grupos metóxilo en muestra de citrus sinensis, temperatura 85±2°C

pH 2

pH 3

Volumen de

Porcentaje de

Porcentaje Promedio de Metóxilo (%)

MUESTRA

Tiempo(m)

Saponificación

Metóxilo (%)

1

30

0,35

4,34

2

50

0,43

5,34

Volumen de

Porcentaje de

Porcentaje Promedio de Metóxilo (%)

MUESTRA

Tiempo(m)

Saponificación

Metóxilo (%)

1

30

0,55

6,83

2

50

0,65

8,07

4,84

7,45

Fuente: Elaboración propia. Tabla N°11: Porcentaje de grupos metóxilo en muestra de Citrus Paradisi, temperatura 85±2°c.

pH 2

pH 3

Volumen de

Porcentaje de

Porcentaje Promedio de metoxilo (%)

MUESTRA

Tiempo(m)

Saponificación

Metoxilo (%)

1

30

0,46

5,88

2

50

0,51

6,52

Volumen de

Porcentaje de

Porcentaje Promedio de metoxilo (%)

MUESTRA

Tiempo(m)

Saponificación

Metoxilo (%)

1

30

0,62

7,70

2

50

0,71

8,81



6,2

8,3

9 8 a 7 n i t c 6 e P e d 5 o i d 4 e m o r 3 P %2

7.45

8.3

6.2 4.84

1

0

pH 2

pH 3

Figura N° 20: Comparación de grupos metóxilo en ambas variedades de naranjas. Fuente: Elaboración propia. Tabla N° 12: Porcentaje de ácido galacturónico en muestras de Citrus Sinensis, temperatura 85±2°C.

pH 2

pH 3

Volumen Total

Porcentaje de Ácido

Porcentaje Promedio de

Galacturonico (%)

Ácido Galacturonico (%)

MUESTRA

Tiempo(m)

1

30

1,0

77,65

2

50

1,05

81,53

Volumen Total



Galacturonico (%)


MUESTRA

Tiempo(m)

1

30

1,09

84,65

2

50

1,15

89,30


79,6

86,9

Fuente: Elaboración propia. Tabla N° 13: Porcentaje de ácido galacturónico en muestras de Citrus Paradisi, temperatura 85±2°C.

pH 2

pH 3

Volumen Total



Galacturonico (%)


MUESTRA

Tiempo(m)

1

30

1,07

83,09

2

50

1,09

84,65

Volumen Total

83,8



Galacturonico (%)


MUESTRA

Tiempo(m)

1

30

1,18

91,63

2

50

1,20

93,19

92,4


95 a n i t c 90 e P e d o i 85 d e m 80 o r P %

92.4 86.9 83.8 7…

75 70 pH 2

pH 3

Figura N° 21: Comparación de ácido galacturónico en ambas variedades de naranjas. Fuente: Elaboración propia.


6. CONCLUSIONES -

El producto obtenido presenta buena apariencia y sus características de gelación son comparables a las de productos del mercado.

-

Es posible obtener una pectina en un rendimiento cercano al 10% y con buenas características de gelación por una extracción en medio ácido, con un pH cercano a 2.0 y tiempo de hidrólisis de unos 30 a 40 minutos. Sin embargo en nuestro caso, no se obtuvo el rendimiento deseado debido a la cantidad y bajo porcentaje de concentración del alcohol añadido durante proceso.

-

La apariencia de la pectina es diferente si se trata la cáscara completa o si se retira únicamente el albedo como en nuestro caso, se obtiene un material muy blanco.

-

El pH y tiempo de extracción óptimos son pH 3 y 50 minutos, manteniendo constante la temperatura a 85°C, en ambas variedades de naranja, además estos resultados dieron positivas las pruebas realizadas como lo son identificación, porcentaje de ácido galaturónico, como también porcentaje de grupos metóxilo.


7. RECOMENDACIONES -

Para efectos de la comercialización del producto obtenido, se recomienda su análisis químico completo para cumplir con especificaciones, que son diferentes según el uso que se le vaya a dar a éste.

-

Para mejorar el rendimiento se puede hacer una segunda hidrólisis del residuo que se obtiene una vez filtrada la mezcla inicial.

-

Trabajar de manera ordenada, siguiendo los pasos indicados en clase.

-

Los materiales a utilizar deben estar asépticos.

-

Realizar los análisis correspondientes, para asegurarnos la calidad de la pectina.


8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS -

Namesny, A. (1996). Pimientos. España: Ediciones de Horticultura.

-

AGRINova. (2010). El cultivo de las naranjas. Productos AGRI-nova Science.

-

VELARDE.C, y MENESESS. L. (2003). Distribución del sistema radical de los patrones de cítricos naranjo agrio (citrus sinensisl).

-

Marounek, M., Volek, Z., Synytsya,A., & Copíková, J. (2007). Effect of pectin and amidated pectin on cholesterol homeostasis and cecal metabolism in rats fed a high-cholesterol diet. Physiological Research/Academia Scientiarum Bohemoslovaca.

-

Rodríguez, Karol. (2004, Marzo). Extracción y evaluación de pectina a partir de la cáscara de naranja de las variedades citrus sinensis y citrus paradisi y propuesta de diseño de planta piloto para su producción.

-

Suárez, Diana (2014). Obtención y caracterización de pectina a partir de la cascarilla de cacao del theobroma cacao l., subproducto de una industria chocolatera nacional.

-

Chasquibol, Nancy. (2008). Extracción y caracterización de pectinas obtenidas a partir de frutos de la biodiversidad peruana.

-

Durán, Jorge. (2011). Análisis técnico y económico de la pectina, a partir de la cáscara de la naranja (Citrus sinensis).


9. ANEXOS 9.1.

CÁLCULO Y RENDIMIENTO DE LA PECTINA:

%   =

      

× 100

Muestra n° 1 Citrus Sinensis a pH 2, por 30min a 85°C =5,2g Sustituyendo: %   =

5,2 25

× 100

%   = 20,8

Se realiza el mismo procedimiento para todas las muestras. 9.2.

CALCULO DE GRADO METOXILO DE LA PECTINA:

%   =

    × .    

× 100

Muestra n° 1 Citrus Sinensis a pH 2, por 30min a 85°C volumen gastado de NaOH = 0,35ml Sustituyendo: %   =

0,35 × 15,52/ 125

%   = 4,34

Se realiza el mismo procedimiento para todas las muestras


× 100

Trabajo Final de Biotecnología

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