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Laboratorio de Química industrial. Práctica # 3. Extracción de pectina Obtención de pectina a partir de la cáscara (madura) de parchita de alto índice de metoxilo mediante la hidrólisis ácida con ácido clorhídrico Uzcategui, E. Urdaneta I.
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[email protected] Laboratorio de Química Industrial Escuela de Ingeniería Química. Departamento de Química Industrial y Aplicada Mérida, estado Mérida, febrero 2017 Resumen La pectina es el principal componente enlazante de la pared celular de los vegetales y frutas, teniendo la propiedad de formar geles en medio ácido y en presencia de azúcares. La misma es un producto tecnológicamente funcional de interés para la industria de alimentos en el desarrollo de productos por sus propiedades reológicas que son favorables para la elaboración de diferentes productos aportando textura y consistencia. Comercialmente la pectina se extrae tratando la materia prima con ácido caliente y diluido a pH bajo. El intervalo preciso de tiempo varía con la materia prima, el tipo de pectina deseada, el pH, entre otros. En el laboratorio se consiguió extraer las sustancias pécticas de la fruta de la parchita (cáscaras de cítrico), a través de un procedimiento riguroso, mediante una hidrólisis ácida con HCl, a las condiciones de extracción pH: 2.0, temperatura entre 70-80 ºC y tiempo de calentamiento 60 minutos. En general, el rendimiento de extracción de pectina de diferentes fuentes puede variar dependiendo de los parámetros de procesamiento y características de la muestra (los parámetros y características de cada grupo se ven en la Tabla 1 ). El rendimiento de la pectina extraída para el grupo 7 de la cáscara de parchita fue de 0,95% (p/p) en base húmeda y de 1,90% (p/p) en base seca (para los otros grupos ver Tabla 2 ). También se calculó el % de humedad para todos los grupos mostrados en la Tabla 2 , en referencia al nuestro fue de 49,86%. Lo que nos indica que este proceso de extracción es viable y de mucha utilidad para reutilizar materia prima que desechan otros procesos como el de obtención de jugos. Introducción La pectina es un coloide por excelencia que tiene la propiedad de absorber una gran cantidad de agua. Pertenece al grupo de los polisacáridos, es heterogénea, soluble en ácido y agua, además de encontrarse en la mayoría de los vegetales, especialmente en frutas como naranja, toronja, parchita, limón y limonzón (Nwanekezi, 1994). La pectina es una fibra natural que se encuentra en las paredes celulares de las plantas y alcanza una gran concentración en las pieles de las frutas, lo que implica que sea un producto completamente natural, ella no aporta ningún nutriente a nuestro cuerpo, solo se encarga de eliminar los residuos y toxinas que se encuentran en nuestro organismo. De ahí que la pectina sea un buen aliado para mantener nuestro cuerpo en perfectas condiciones. (Marquez, 2006). Figura 1 . Estructura química de la pectina (Taravillo, 2017) Laboratorio de Química industrial. Práctica # 3. Extracción de pectina La protopectina es la sustancia péctica srcinal, entre sus características está que es insoluble en agua y se encuentra en las plantas. Se convierte en un polímero del ácido galacturónico (soluble en agua), mejor conocido como pectina, su principal función es formar geles con el azúcar y los ácidos. (Srinrangarajan, 1979). Por otra parte, las propiedades físicas (tiempo y temperatura de gelificación) y químicas (contenido de metoxilo, contenido de ácido galacturónico, grado de esterificación y grado de gelificación) en la molécula de pectina son función de la naturaleza de la planta, del estado de maduración y de la metodología de extracción (Miyamoto, 1992), estableciéndose variaciones en cuanto al contenido y calidad de pectina. Estas propiedades son claves fundamentales para prever la calidad de la pectina obtenida por lo que es importante definirlas: Tiempo y temperatura de gelificación: Es el lapso requerido para que una jalea o mermelada tome cierta contextura, y la temperatura a la que se gelifico la pectina se llama temperatura de gelificación. Contenido de metoxilo: Esta importancia radica en la propiedad de hacer geles de una pectina. Una pectina completamente metoxilada tendría un contenido de 16,3% de metoxilos en su estructura. Contenido de ácido galacturónico : Importante para definir la pureza del producto, y la característica principal que la define como pectina. Grado de gelificación: Define la calidad de la pectina, será mejor pectina mientras tenga mayor facilidad para formar geles. Grado de Metilación o esterificación: el cual se refiere a la esterificación de los grupos carboxilos por radicales metilos, de acuerdo a su contenido en metoxilo, se le dará a la pectina un grado determinado. Si es mayor de 7%, será alto, de lo contrario será bajo. La Degradación, en donde las pectinas se pueden degradar mediante Despolimerización (donde se produce la ruptura de Índice los restos del ácido galacturónico no metilado) o mediante Desmetilacion (donde el grado de metilación disminuye con la maduración). Tipos de Pectina Según el Grado de Esterificación Las pectinas están clasificadas como de alto metoxilo (HM) y bajo metoxilo (LM) pectinas, dependiendo del grado de esterificación. Pectinas de Alto Metoxilo: Posee un grado metoxilo de al menos 70%, forman geles al adicionarles ácidos y azucares entre un pH de 3.0 a 3.4 y a temperaturas relativamente elevadas. La cantidad de ácido es proporcional al porcentaje de carboxilos. Laboratorio de Química industrial. Práctica # 3. Extracción de pectina Pectinas de Bajo Metoxilo: Aquellas que poseen un grado metoxilo de al menos de 50%. No forman geles en presencia de azúcar y ácido, pero si con iones de calcio y otros cationes polivalentes, la fuerza de los geles ligados de esterificación (Taravillo, 2017). Las pectinas son polímeros del ácido galacturónico cuya estructura es la siguiente: Figura 2 Estructura química de la pectina de alto grado metoxilo Figura 3 Estructura química de la pectina de bajo grado metoxilo Mecanismo de Gelificación de Pectinas de Alto Grado de Metoxilacion Una solución coloidal de pectina contiene micelas altamente hidratadas y con cargas negativas debidas al grupo – COO-. Para el pase de solución a gel se debe provocar aproximación de las micelas por la eliminación de sus cargas, rebajándose el pH hasta 2,8-3,5 y retirándose por lo menos parcialmente, el agua de hidratación. Por enfriamiento se forma el gel que es termo-reversible. Considerándose R-COO – nH2O como una representación de la molécula de pectina hidratada, la gelificación se daría según el esquema: OnH COOH ROnH COO R H H 22 OmH azúcar O H mnCOOH ROnH COOH R azúcar 222 (Claus, 2002). La pectina juega un papel fundamental en el procesamiento de los alimentos como aditivo y como fuente de fibra dietética. Los geles de pectina son importantes para crear o modificar la textura de compotas, jaleas, confites, gomas de fruta, rollos de fruta delicados, crema artificial de postre, rellenos para bombones y productos lácteos bajos en grasa. Los preparados de fruta de productos lácteos ácidos requieren pectina, ya que esta proporciona las propiedades reoológicas requeridas y garantiza una regular distribución de fruta en el contenedor debido a su punto de producción, una mezcla homogénea con el producto lácteo fermentado y una buena duración del producto final. (Marquez, 2006). Es también utilizada como ingrediente en preparaciones farmacéuticas como antidiarreicos, desintoxicantes, entre otros. Además, ésta reduce la intolerancia a la glucosa en diabéticos e incluso bajan el nivel del colesterol sanguíneo y de la fracción lipoproteica de baja densidad (Miyamoto, 1992). Desde el punto de vista nutricional y toxicológico, la pectina en general y especialmente la del fruto de parchita como aditivo alimenticio basado en las determinaciones de contenido de sacarosa, Laboratorio de Química industrial. Práctica # 3. Extracción de pectina azúcares totales, azúcares reductores, grados brix, sodio, fósforo, calcio, magnesio, entre otros; además de otras características químicas importantes, tiene un uso legítimo y no limitado en los sistemas de procesado, por cuanto su administración es completamente segura. Para fines industriales, la fuente de obtención se restringe principalmente a las cáscaras de frutos cítricos conteniendo cerca del 25% de sustancias pécticas y del bagazo de manzana rindiendo alrededor del 15-18% de pectina. Otras fuentes de pectina incluyen conchas de mango, residuos de girasol, guayaba, entre otros (Haddad, 1975). Debido a que las pectinas son compuestos que generalmente se emplean en alimentos, es necesario extraerlas del tejido vegetal mediante el uso de reactivos, disolventes y equipos que no dejen residuos tóxicos en el producto final. Existen muchos procesos patentados para obtener pectinas; en cada uno de ellos, se obtienen productos de diferente calidad; así sus aplicaciones dependen mucho del método de obtención. Esto es entendible considerando la complejidad estructural y la variación natural de estos polisacáridos de las plantas, que dependen por ejemplo de la especie, condiciones de maduración y del tipo de almacenamiento Frecuentemente las pectinas se extraen y se separan de los desechos de diferentes frutos mediante la acidificación. Industrialmente, la materia prima es suspendida en agua a altas temperaturas para hidrolizar la protopectina con la cantidad necesaria de un ácido fuerte como el sulfúrico, fosfórico, nítrico, clorhídrico o cítrico con lo que se logra separar la pectina presente del resto de los compuestos en las frutas. Después de un tiempo, la solución resultante es retirada de los sólidos no solubles mediante la filtración; luego, se mezcla con alcohol, cuando la pectina precipita. El precipitado es extraído y se purifica lavando en más alcohol; finalmente, es secado y molido. (Claus, 2002) Para productos, tales como la mermelada, que requieren de un gran contenido de azucares y otros aditivos sólidos, se requieren pectinas con alto índice de metoxilo por lo que es necesario inactivar las enzimas pectinasterazas para evitar disminuir la formación de alcoholes y por ende disminuir el índice de metoxilico. (Rodríguez, 2000) Para obtener un mayor rendimiento en la extracción de pectina y que la misma sea de alta calidad en la hidrolisis ácida se deben tener en cuenta las variables del proceso tales como: temperatura tiempo EL pH de agente extractor Madurez del fruto Es indispensable un control estricto de la temperatura ya que los productos involucrados en el proceso son
