TRABAJO PRÁCTICO Nº 4 EXTRACCION DE PECTINAS DE TEJIDOS VEGETALES

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1 1 Objetivos TRABAJO PRÁCTICO Nº 4 EXTRACCION DE PECTINAS DE TEJIDOS VEGETALES Extraer la pectina de desechos cítricos y manzanas. Evaluar el rendimiento de la extracción. Evaluar el grado de gelificación de las pectinas obtenidas. Introducción Las sustancias pécticas son un grupo complejo de polisacáridos localizados en la lamela media y la pared primaria de las células vegetales, son heteropolímeros de carbohidratos cuya unidad principal es el ácido galactopiranosilurónico unido por enlaces glucosídicos α (1-4). Algunos grupos carboxilo del ácido galactopiranosilurónico pueden estar esterificados con grupos metilo. Un factor importante que caracteriza las cadenas de pectina es el grado de esterificación (DE) de los grupos carboxilos de los residuos de ácido urónico con alcohol metílico. El uso más importante de la pectina en la industria de los alimentos deriva de su capacidad para formar geles; se emplea por eso abundantemente en la fabricación de mermeladas, jaleas y conservas. Para que una pectina forme un gel se precisa un agente deshidratante: alcohol o acetona son los más típicos utilizados en la extracción y manufactura de la pectina; en la producción de jaleas y mermeladas este papel esta desempeñado por el azúcar. Además de su uso en la industria alimenticia, también se emplean en otras industrias, como la farmacéutica, en las que se requieren modificar la viscosidad de sus productos, y en la industria de los plásticos así como en la fabricación de productos espumantes, como agente de clarificantes y aglutinantes. Las pectinas se dividen en dos grupos según sus propiedades de gelificación los que están asociados con el grado de esterificación metílica (Figura 1): a. Pectinas de alto índice de metoxilo: contienen más de un 50 % de unidades del ácido poligalacturónico esterificadas y por lo tanto no reaccionan con iones calcio. El poder de gelificación depende, entre otros, del ph, de la concentración de pectina y de la cantidad de solidos solubles. Estas pectinas reaccionan con la caseína y sirven para estabilizar bebidas fabricadas a partir de leche acida. b. Pectinas de bajo índice de metoxilo: contienen menos del 50 % de unidades esterificadas del ácido poligalacturónico y por lo tanto forman geles no solo con sólidos solubles que contienen iones calcio sino también en presencia de azucares y otros ácidos. En este caso el poder de gelación depende de la concentración de iones calcio y en parte del ph el cual influye en la textura del gel. 1

2 2 Figura 1. Pectinas de alto y de bajo grado de metoxilo Como constituyente natural de los tejidos vegetales, las sustancias pécticas son responsables en buena medida de la firmeza y textura de los frutos y las hortalizas. Las pectinas se obtienen de materiales vegetales que tienen un alto contenido de éstas, tales como manzanas, frutas cítricas, piña, guayaba dulce, tomate de árbol, maracuyá y remolacha. Los subproductos de la industria de zumos de frutas, bagazo de manzanas y albedos de cítricos (limón, limón verde, naranja, toronja), constituyen básicamente las fuentes industriales de pectinas. La Tabla 1 muestra el rendimiento promedio de pectina obtenida a partir de éstas: Tabla 1. Rendimiento de pectina. Las cualidades de la pectina que influyen en los caracteres del gel son: la longitud de la molécula péctica, el grado de esterificación y la proporción entre los grupos hidrofóbicos e hidrofílicos. La longitud de la molécula condiciona la rigidez o firmeza del gel. A valores de longitud muy bajos una pectina no da geles. 2

3 3 El grado de metilación contribuye por un lado a regular la velocidad de gelificación y también es responsable de algunas propiedades organolépticas de los geles. La proporción entre grupos hidrofóbicos e hidrofílicos en la molécula de pectina determina su solubilidad. Los factores del medio que influyen en mayor medida en la formación de gel son: la temperatura, el ph, los iones calcio, el azúcar y otros solutos. 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. ph: la pectina es un ácido con ph de aproximadamente 3,5. Un porcentaje alto de grupos ácidos disociados respecto a no disociados hace a la pectina más hidrofílica. Por los tanto la tendencia a gelificar aumenta al bajar el ph. El azúcar y otros solutos similares: Estos hidratos de carbono tienden a deshidratar las moléculas de pectina en solución. Cuantos más sólidos en solución hay, menos agua disponible para actuar como disolvente de la pectina hay y por lo tanto la tendencia a gelificar se favorece. Los iones calcio: al contrario de las pectinas de alto metoxilo, las de bajo metoxilo desesterificadas requieren bastante calcio y un rango estrecho de dicho catión para una óptima gelificación 3

4 4 DESARROLLO PRÁCTICO Nº 4 EXTRACCION DE PECTINAS DE TEJIDOS VEGETALES Consignas - Inactivar enzimas pécticas para aumentar la eficiencia de extracción. - Extraer las pectinas de las diferentes materias primas. - Evaluar el rendimiento de extracción y realizar comparaciones. Inactivación de enzimas pécticas Con el propósito de hacer más eficiente el proceso de extracción es necesario inactivar las enzimas pécticas, poniendo la materia prima en agua, con concentraciones cercanas a 300 g/l y calentando hasta ebullición, lo cual contribuye a eliminar suciedades o microorganismos presentes en la cascara. La solución heterogénea se decanta el agua y la materia prima queda lista para la hidrolisis. Materiales y métodos Muestra: - Frutas cítricas y manzanas Materiales: - Vasos de precipitados - Cuchillos - Probeta de 1000 ml - Placas de Petri - Mechero de bunsen Reactivos: - Agua destilada Equipos: - Balanza - Cronómetro - Termómetro - Estufa Metodología Muestra: Albedo de frutas cítricas o manzanas 1. Pesar 300 g de albedo o manzana y llevarlo a un vaso de pricipitado 2. Adicionar 1 litro de agua. 3. Calentar hasta ebullición (elimina MO y suciedad) 4. Descartar el agua. 5. Secar. Hidrolisis Acida Al material solido se le agrega la misma cantidad de agua usada inicialmente y a esta solución se le agrega ácido sulfúrico, ácido nítrico o, preferiblemente, ácido clorhídrico hasta obtener un ph entre 1,5 y 3. No se observan diferencias notables en el rendimiento en este intervalo. 4

5 5 El proceso de extracción de las pectinas es una simple hidrolisis acida, por lo cual existen dos métodos: abierto y cerrado. En el método abierto el calentamiento de la solución se hace en un recipiente abierto a la atmosfera, mientras que en el método cerrado se emplea un condensador, acoplado a la tapa del recipiente, para hacer el reflujo del solvente. El tiempo de calentamiento de la solución es de 30 a 40 minutos a partir que se alcanza el punto de ebullición; debe mantenerse agitación permanente para evitar que el material solido se deposite en el fondo. Filtración de los residuos Una vez pasado el tiempo de la hidrolisis se suspende la agitación, se filtra la solución con ayuda de un filtro de tela, para separar el material sólido y la solución liquida. La hidrolisis del material solido se puede repetir una o dos veces más, para mejorar la eficiencia de la extracción. Concentración Para preparar la solución para la precipitación de las pectinas es conveniente concentrarla. Esta concentración tiene por objeto disminuir el uso de alcohol en el proceso de precipitación. Una buena alternativa es concentrar la solución a presión reducida y a temperaturas menores a 60ºC. Precipitación Se puede emplear sales o alcoholes, se prefieren estos últimos porque como las pectinas se usan en la industria de los alimentos se deben evitar residuos, mientras que con las sales es necesario un lavado muy cuidadoso para retirar todo residuo; en los ensayos se utilizará etanol 96º. En la precipitación de las pectinas se recomienda un volumen de alcohol equivalente al 80 % de la solución que se va a precipitar. Sin embargo, en ensayos de laboratorio se encontró que disminuyendo el volumen de alcohol a un 60 % del volumen de la solución, no se disminuye el rendimiento. Lavado El aspecto final de la pectina depende en buena parte del proceso de lavado, que se debe realizar varias veces, considerando el grado de impurezas que pueda contener. Este proceso consiste simplemente en volver a disolver la pectina, que está separada en el filtro de tela, en agua acidulada (ph 1,5 a 3) y precipitarla nuevamente en alcohol. Secado El proceso de secado de la pectina se realiza a baja temperatura (aprox. 40ºC) en una corriente de aire caliente, por unas doce horas. Cuando se usa una estufa para el secado se observa que el color de la pectina se oscurece. 5

6 6 Molienda Para homogeneizar el tamaño de la partícula y mejorar la apariencia de la pectina se muele en un mortero hasta que pase por un tamiz de malla 80. Almacenamiento La pectina debe almacenarse en un lugar seco y en recipientes que la protejan de la humedad, para evitar la contaminación y modificaciones en su apariencia en su calidad. Materiales y métodos Muestra: Materiales: Reactivos: Equipos: - Albedo de cítricos y manzana - Cuchillo - Placas de Petri - Filtro con gasa - Tamiz malla 80 - Vasos de precipitados - Mortero - Mechero de bunsen - Tubos para centrifuga - Agua destilada - Ácido Clorhídrico 0,3 N - Etanol 96º - Cronómetro - Peachimetro - Estufa - Macro centrifuga Metodología 1. Pesar 300 g de albedo o manzana y colocar 1 lt de agua. 2. Agregar HCl 0,3 N hasta obtener un ph de 1, Llevar a ebullición por minutos con agitación constante. 4. Filtrar con gasa. 5. Precipitar con etanol 96º utilizando un volumen de 80 % de la solución, dejar reposar por minutos. 6. Centrifugar en macro centrifuga (rpm de 3800 por 5 minutos). 6

7 7 7. Re suspender el precipitado en agua acidulada (ph 1,5 3) y precipitarla nuevamente. 8. Colocar en crisoles y secar a 50 55ºC. 9. Realizar la molienda mediante mortero hasta que pase por tamiz malla Almacenar en lugar seco. 11. Calcular el rendimiento como: Grado de Gelificación Expresada como la cantidad de azúcar (sacarosa) que gelificará una parte de pectina para obtener una firmeza dada bajo condiciones establecidas de ph = 3,2 3,5; de 65 a 70 ºBrix y pectina dentro de los límites de 0,2 a 1,5 %. Para esta prueba, se prepara una escala de 0,4 a 1,4 g de pectina, éstas se colocan en vasos de precipitados de 200 ml, luego se adiciona a cada vaso 50 ml de agua destilada y se lleva a ebullición hasta la disolución completa de la pectina, luego se agrega 100 g de azúcar blanca, se diluye completamente y se agrega agua hasta peso de 150 g, finalmente se adiciona ácido cítrico hasta obtener el ph adecuado (3,2 3,5), estos geles se dejan reposar y luego se procede a desmoldar evaluándose las características de cada uno de ellos en forma visual. Materiales y métodos Muestra: Materiales: Reactivos: Equipos: - Pectinas - Vasos de precipitados - Placas de Petri - Probeta - Agua destilada - Ácido cítrico - Sacarosa - Peachimetro - Balanza Metodología 1. Pesar las pectinas obtenidas. 2. Colocarlas en vasos de precipitados y adicionarles a cada uno 50 ml de agua destilada. 7

8 8 3. Llevar a ebullición hasta disolución completa de las pectinas. 4. Adicionar 100 g de azúcar, diluirla completamente y agregar hasta peso de 150 g. 5. Adicionar ácido cítrico hasta obtener el ph adecuado (3,2 3,5). 6. Dejar reposar. 7. Desmoldar y evaluar las características de forma visual. 8. Calcular el grado de gelificación. Bibliografía FENNEMA, O. R., PARKIN, K. L. DAMORAN, S. Fennema química de los alimentos. 3 a edición, Editorial CRC Press. Edición en la lengua española editorial Acribia S. A. (2008) España. EXTRACCION Y CARACTERIZACION DE PECTINAS. Laboratorio de ingeniería de procesos Agroindustriales. PROCESO PARA PRODUCIR PECTINAS CITRICAS. Revista Universidad EAFIT No. 129 EXTRACCIÓN DE PECTINA A PARTIR DE CÁSCARA DE "NARANJA CRIOLLA" (CITRUS AURANTIUM L.) PROVENIENTE DE LA PROVINCIA DE RODRÍGUEZ DE MENDOZA. Univ. Nac. Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas, Investigaciones Amazonenses. 3(1):