DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES REALIZADAS

Transcripción

1 DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES REALIZADAS META Nº1: OBTENCIÓN DE INULINA. Primeramente se determinaron las condiciones óptimas de extracción de las fructanas contenidas en la piña del agave mezcalero potosino, las cuales fueron: Como variable de respuesta se cuantificaron los azúcares reductores totales extraídos a las diferentes condiciones de extracción. Se utilizó el método de Millar (1954) para determinar los ART. Las mejores condiciones de extracción fueron a una relación sólidos/agua de 1/6; temperatura de 70ºC y un tiempo de maceración de 30 minutos. Fue necesario realizar dos ciclos de extracción para obtener arriba del 90% de las fructanas presentes en la piña del agave. Una vez extraídas las fructanas se procedió a precipitar las inulinas mediante la adición de etanol a diferentes concentraciones para de esta forma estimar la concentración de etanol más adecuada para la precipitación de inulina (Figura 1). Etanol Extracto Concentración a 50ºBrix Precipitación Centrifugar Humedad Cenizas ART y ARD G y F GPP y PMP Inulina en polvo Liofilizar Figura 1: Diagrama de flujo en el proceso de obtención de inulina

2 Los extractos de fructanas fueron previamente concentrados a 50ºBrix en un rotavapor a 50ºC. Las inulinas contenidas en los extractos ya concentrados fueron posteriormente precipitadas con etanol a diferentes concentraciones. Logrado lo anterior las inulinas fueron centrifugadas a 10,000 rpp durante 10 minutos con objeto de eliminar el exceso de agua. Finalmente las inulinas fueron secadas por liofilización y el polvo obtenido se guardó en recipientes color ámbar, secos y herméticos que fueron almacenados para su posterior análisis. Se estimó el rendimiento del proceso en base a la inulina obtenida y como análisis final, a las inulinas obtenidas se les determinó su contenido de humedad, cenizas, azúcares reductores directos y totales, glucosa y fructosa y con esto, su grado de polimerización promedio y su peso molecular promedio (Tabla 1). Tabla 1: Caracterización química de las inulinas obtenidas del agave Fracción de la planta A N A L I S I S Bases Piña Humedad (%) Cenizas (%) BS ART (%) BS ARD (%) BS GLUCOSA (%) BS FRUCTOSA (%) BS GPP PMP Rendimiento (%) El contenido de humedad y cenizas fue determinado por los métodos gravimétricos descritos en el AOAC (2004), Los ART y ARD fueron determinados por el método de Miller (1959), La glucosa se determinó por el método de Trinder (1969) y la fructosa por diferencia; es decir, F= ARD - G. El grado promedio de polimerización se obtuvo al dividir ART/ARD, mientras que el peso molecular promedio se obtuvo por: PMP = GPP x 162, ya que el peso molecular de cada residuo de fructosa es de 162 unidades. El bajo contenido de humedad en la inulina obtenida favorece la conservación del producto. Las cenizas representan el contenido de sales minerales en un determinado producto y la inulina así obtenida prácticamente no contiene cenizas, lo cual se

3 debe a las repetidas etapas de extracción, precipitación y secado en las cuales se van eliminando las sales provenientes de la materia prima. El contenido de ART fue del 100%, lo que indica que el proceso de extracción y purificación fue eficiente para la especie química en cuestión. La relación F/G en las inulinas de las bases fue de 4.0:1, y de 5.67:1 para la inulina de la piña. De acuerdo con estas relaciones, el GPP y el PMP para la inulina de las bases fue de 5.56 unidades y de 900 g/mol, respectivamente; mientras que para la inulina de la piña del agave fueron de 7.69 unidades y de 1246 g/mol, respectivamente. El bajo GPP y PMP de las inulinas obtenidas de ambas fracciones son indicativos de que durante la concentración de los extractos se produjo una hidrólisis parcial de los polímeros, por lo que se hace necesario en una siguiente etapa de optimización del proceso, tener más cuidado en la temperatura de extracción y concentración de los polímeros. META Nº2: ELABORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LOS JARABES DE ALTA FRUCTOSA. Extractos de piña del agave concentrados a 20% de Azúcares Reductores Totales (ART) fueron sometidos a hidrólisis enzimática con una mezcla de exoy endo-inulinasas de Aspergillus Níger para determinar el tiempo necesario para lograr la hidrólisis total de los polímetros presentes en dichos extractos. De acuerdo con la actividad específica que presentan las enzimas y a fin de que la hidrólisis de los polímeros no exceda de un tiempo máximo de 3 horas, el proceso de hidrólisis se realizó a un ph de 4.5 unidades, temperatura de 50ºC, y se adicionaron 25 unidades de actividad enzimática por cada 10 ml de extracto concentrado. Cada 30 minutos se tomaron muestras para determinar el contenido de azúcares reductores directos por el método de Miller, (1959) y de esta forma, estimar el tiempo mínimo requerido para alcanzar la hidrólisis total de las fructanas contenidas en los extractos. (Figura 2). La hidrólisis completa de los polímeros presentes en los extractos se alcanzó en un tiempo mínimo de 2.5 horas, pues no existe una diferencia estadística significativa en el contenido de azúcares reductores directos presentes en los extractos a tiempos de hidrólisis mayores. Bajo las condiciones de hidrólisis previamente determinadas, se procedió a obtener una mayor cantidad de extracto hidrolizado, tanto de las bases de las hojas como de la piña del agave.

4 20 15 ARD ( % ) Tiempo de hidrólisis (horas) Figura 2: Cinética de la hidrólisis enzimática del extracto de piña de agave Condiciones: ART=20%, ph = 4.5, T = 50ºC, [E]= 2.5 Unidades/mL Posteriormente los extractos hidrolizados fueron decolorados a través de una columna de carbón activado y después fueron concentrados a 70ºBrix en un rotavapor a 60ºC para evitar el obscurecimiento y lograr la estabilidad y la conservación de los jarabes. Finalmente los jarabes fueron analizados para determinar su composición química (Tabla 2), y compararlos con un jarabe de alta fructosa comercial (Frudex 55) que es obtenido por hidrólisis enzimática del almidón de maíz Se puede observar que el jarabe proveniente de la piña del agave tiene una concentración de fructosa muy superior a la del jarabe de maíz, incluso el jarabe de las hojas del agave contiene mayor proporción de fructosa que el jarabe de maíz. También se puede observar que los jarabes de agave contienen una cantidad de cenizas muy superior a la que contiene el jarabe de maíz, lo cual se debe que los jarabes de agave contienen una mayor cantidad de sales que el jarabe de maíz.

5 Tabla 2: Caracterización química de los jarabes de agave y de maíz. PARAMETRO T i p o d e j a r a b e Bases de hojas Cabeza o piña Maíz ph 4.25 ± ± ± 0.01 Sólidos ( Brix) 70 ± ± ±0.1 Humedad (%) Cenizas (%) 2.9 ± ± ± ARD (% BS ) ± ± ± 0.65 ART (% BS ) ± ± ± 0.72 Fructosa (% BS ) ± ± ± 0.95 Glucosa (% BS ) ± ± ± 1.08 META 3: OBTENCIÓN DE FRUCTOLIGOSACÁRIDOS Pala la obtención de los fructoligosacáridos se partió de la inulina obtenida en la meta Nº1. Para ello se aplicó el siguiente diagrama de flujo (Figura 3). Inicialmente se prepararon dispersiones de inulina en agua al 20% de sólidos determinados como ART (Miller, 1959). Estas dispersiones fueron ajustadas previamente a ph de 4.5 por adición de NaOH 1M, dado que a este ph, la enzima endo-inulinasa de Aspergillus niger presentan su máxima actividad. Posteriormente se clocaron 10 ml de esta dispersión se colocaron en tubos de ensaye con taparosca de baquelita, los cuales se colocaron en un baño maría a una temperatura de 55ºC y con agitación constante, ya que también esta es la temperatura a la cual la endo-inulinasa de Aspergillus níger presenta su máxima actividad. INULINA HIDROLISIS CENTRIFUGAR CARACTERIZACIÓN FISICO-QUIMICA LIOFILIZAR CONCENTRAR Figura 3: Diagrama de flujo en el proceso de obtención de fructoligosacáridos

6 De acuerdo a la actividad que presenta la preparacion enzimáticas utilizada, en cada tubo de ensaye se adicionaron 10 Unidades de Actividad Enzimática por mililitro de extracto. Cada 30 minutos se tomaron muestras para determinar el contenido de azúcares reductores directos por el método de Miller, (1959) y de esta forma, estimar el tiempo mínimo requerido para alcanzar la hidrólisis parcial de las fructanas en el proceso de conversión de inulina en FOS (Fig. 4) ARD ( % ) Tiempo de hidrólisis (horas) Figura 4: Cinética de hidrólisis de inulina con endo-inulinasa de A.níger Este procedimiento se realizó por triplicado, tanto para la hidrólisis de la inulina de la piña como para la hidrólisis de la inulina de las bases. Debido a que la endo inulinasa de A. niger hidroliza los enlaces internos de la molécula de inulina y genera una mezcla de fructoligosacáridos de diferente grado de polimerización, no es posible lograr un grado de conversión del 100% de las fructanas a ARD durante la hidrólisis y por ello, la máxima conversión de inulina en ARD se logró en un tiempo de 4 horas, pues a tiempos de hidrólisis mayores ya no hubo una diferencia estadística significativa en el contenido de ARD de los hidrolizados. Bajo estas condiciones de Concentración de sustrato (20%), concentración de enzima (10 unidades por mililitro), ph 4.5 y 55ºC, se procedió a obtener posteriormente una cantidad suficiente de FOS para posteriormente proceder a su clarificación mediante su centrifugación a rpm durante 10

7 minutos, su posterior concentración en rotavapor a 50ºC y hasta 50ºBrix, para enseguida proceder a su liofilización y obtener así los FOS en forma de un polvo fino blanco que fue envasado en recipiente ámbar, cerrado herméticamente y almacenado en un lugar seco y fresco para su posterior análisis bromatológico. Los resultados del análisis físico químico de los fructoligosacáridos se muestran en la tabla 3. Tabla 3: Caracterización química de los fructoligosacáridos Fracción de la planta A N A L I S I S Bases Piña Humedad (%) Cenizas (%) BS ART (%) BS ARD (%) BS GLUCOSA (%) BS FRUCTOSA (%) BS GPP PMP Rendimiento (%) Los FOS obtenidos son de color blanco ligeramente amarillo y de sabor dulce. Su bajo contenido de humedad ayuda a la conservación del producto. Los FOS así obtenidos no contienen cenizas debido a que las sales minerales de la materia prima se van perdiendo durante las repetidas etapas de extracción, precipitación y purificación. Por otra parte su contenido de ART fue del 100%, lo que nos indica que el proceso de extracción y purificación fue eficiente para la especie química en cuestión. La relación F/G en ambos productos fue similar a la que tiene la materia prima de partida; en este caso, las inulinas de la piña y de las bases, respectivamente. De acuerdo con las relaciones de ARD y ART, el GPP y el PMP para los FOS de las bases fue de 2.38 unidades y de 385 g/mol, respectivamente; mientras que para los FOS de la piña del agave fueron de 2.33 unidades y de 377 g/mol, respectivamente. Dado que los FOS no son metabolizados por nuestras enzimas digestivas, y por lo tanto, su consumo no aportan calorías a nuestro organismo, su sabor dulce y su prácticamente nulo contenido de cenizas, hace de los FOS un importante edulcorante especial para personas que quieren cuidar su ingesta calórica sin

8 prescindir de ingerir alimentos dulces. También los hace atractivos para aquellas personas que padecen diabetes e hipertensión. META 4: ESCRITURA DE TESIS A la fecha ya se tiene el borrador de la tesis que para obtener el grado de Maestría en la especialidad de Producción Agrícola Sustentable, presentará la pasante de dicha maestría Carla Gabriela Vargas Vazquez. Su fecha probable de titulación es el 28 de febrero del También derivado del presente trabajo de investigación ya se tiene el borrador de un artículo de divulgación para la publicación de los resultados obtenidos. Dicho artículo se espera que el próximo año sea publicado en una revista especializada y con arbitraje. CONCLUSIONES Se realizó la caracterización bromatológica de las bases de las hojas y de la piña del agave mezcalero potosino. Se determinaron las condiciones óptimas de extracción de las fructanas contenidas en las bases de las hojas y en la piña del agave mezcalero potosino. Se determinaron las condiciones óptimas para la precipitación de la inulina contenida en las bases de las hojas y en la piña del agave mezcalero potosino. Se determinaron las condiciones óptimas para la elaboración de jarabes de alta fructosa mediante la hidrólisis de las fructanas presentes en las bases de las hojas y en la piña del agave mezcalero potosino, Finalmente se determinaron las condiciones óptimas para la elaboración de fructoligosacáridos mediante la hidrólisis enzimática de la inulina extraída a partir de las bases de las hojas y de la piña del agave mezcalero potosino. El proyecto ya ha sido concluido