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Obtención de la pectina a partir de desechos industriales de maracuyá (página 2)




Partes: 1, 2


P.e.B.s.a., laboratorio de Control de Calidad, Pascuales.

La metodología empleada para el desarrollo de esta Tesis fue el analítico - sintético.

Partiendo del tema de investigación se pudo realizar la descomposición del mismo en sus partes elementales para de esta manera comprender su estructura y así, planificar los capítulos y subcapítulos del mismo.

Mediante la síntesis de contexto se logró la completa comprensión de la esencia de lo que se ha investigado. El empleo de técnicas secundarias tales como: textos, revistas, materia dictada en el transcurso de la carrera y la información obtenida a través del Internet, permitió la recopilación de datos para completar este informe.

Diagrama de Flujo para la Obtención de la Pectina

Materia Prima

  • Selección à consiste en clasificar la fruta de maracuyá, debe estar sana, libre de magulladuras, picaduras y partes obscuras.
  • Cortado à partir la fruta por la mitad para eliminar las partes no aprovechables (semillas y jugo) y obtener solamente la cáscara, luego cortarla en partes pequeñas.
  • Secado à colocar los trozos de cáscara en trozos en una estufa por una hora a 60°C, para eliminar la humedad y evitar que se deteriore.
  • Molienda à a la cáscara seca se la tritura en un molino para que faciliten luego la operación.
  • Pesada à Primero pesar las cáscaras húmedas con el fin de determinar el peso promedio, luego pesar las cáscaras secas y molidas para proceder al respectivo análisis.
  • Extracción de la Pectina à Se realizarán dos tipos de proceso de extracción: una como medio de extracción el ácido clorhídrico y en el otro ácido sulfúrico.
  • Filtración à el extracto líquido se separa de la cáscara molida por medio de la filtración.
  • Decoloración à como el extracto que se obtiene es un poco turbio, es necesario decolorarlo.
  • Precipitación à el extracto ligeramente decolorado es precipitado mediante la adición de alcohol, el cual rápidamente forma coágulos gelatinosos, es decir formando un gel, el mismo que tiene una coloración cremosa.
  • Filtración à el precipitado obtenido se lo lleva a filtración para poder separarlo del alcohol.
  • lavado del Precipitado à este lavado se lo realiza con el objeto de eliminar el ácido clorhídrico que se encuentra impregnado en la pectina precipitada, esto se logra mediante sucesivos lavados, con alcohol al 60%.
  • Secado à una vez lavada y filtrada la pectina se procede a secarla en una estufa por una hora a 60°C, cuando está bien seca la pesamos.
  • Molienda à la pectina seca es finalmente pulverizada, obteniendo una coloración beige.
  1. REVISION DE LITERATURA
  1. GENERALIDADES
  1. Generalidades de la Pectina

Braverman J.B.S. (1967), introducción a la bioquímica de los alimentos señala: Las pectinas o sustancias pécticas son polisacáridos que se componen principalmente de ácidos poligalacturónicos coloides, se hallan en los tejidos de las plantas.

Las pectinas tienen la capacidad de formar geles con compuestos polihidroxilados, como los azúcares o cantidades diminutas de iones polivalentes.

Kertesz Z.I.(1951), the pectic substances indica: El nombre de pectina, es originado del término griego (coagulado, duro) fue empleado para denominar a estas sustancias por Braconnot en 1825, en reconocimiento a su capacidad de formar geles. En realidad se trata de sustancias estrechamente relacionadas. Estas llenan los espacios intercelulares en los tejidos vegetales. En los tejidos jóvenes especialmente en los frutos, las pectinas se encuentran en cantidades abundantes formando canales anchos, apartando entre sí a las células.

  1. Estructura de la Pectina

Lawrence (1976), Pectina muestra: Las sustancias pécticas son polímeros lineales del ácido galacturónico, que tienen una parte más o menos amplia de grupos carboxilos esterificados por radicales metilo.

La base de su estructura química la constituye el ácido D-galacturónico, cuyos grupos carboxilos están esterificados por radicales metilos en diferente proporción, lo que le da un grado de metilación del cual dependerá su capacidad de producir geles en condiciones normales con azúcar y ácido.

www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomia/2006228/teoria/obmerm/p3.htm avisa: El grado de metilación mencionado, es lo que hará que a las pectinas se les pueda clasificar entre las de alto contenido de metoxilos o las de bajo contenido de metoxilo.

Estudios de Voragen y Pilnik se han orientado hacia la aclaración de la estructura de la pectina en relación a los cambios que pueda sufrir al ser extraída de los frutos, sobre todo de los cítricos para la producción comercial, pues se sabe que los diferentes métodos de extracción hacen variar las propiedades y características de las pectinas, sobre todo su capacidad de producir geles, que es la característica más importante.

Kertesz Z.I.(1951), the pectin substances apunta: Las sustancias pécticas se encuentran principalmente en las paredes celulares y los espacios intercelulares de los tejidos vegetales; son capaces de retener gran cantidad de agua y participan en la transferencia de agua en las plantas.

  1. Braverman J.B.S. (1967), propiedades de la pectina señala: La pectina es la más conocida de las sustancias pécticas. Es un material de peso molecular elevado; se dispersa en el agua para formar una solución coloidal viscosa reversible, es decir que pueda ser disuelta en agua, precipitada, secada y redisuelta, sin perder sus propiedades físicas.

    La pectina seca se disuelve en agua; la solución se efectúa más rápidamente por medio del calor y por adición de azúcar.

    El alcohol y varias sales precipitan las pectinas, se obtendrá una solución clara por transición de luz y obscura si la luz es reflejada.

    Bajo el microscopio se encontrará en ésta solución numerosas partículas en libre movimiento, estas partículas varían en tamaño, aunque todas son pequeñas.

  2. Propiedades Físicas
  3. Propiedades Químicas

Amos A. J. (1969), manual de industrias de los alimentos/Pectina indica: El principal componente de la pectina es el ácido galacturónico parcialmente metilado.

Algunos azúcares neutrales se encuentran también presentes en la molécula. El porcentaje de unidades de ácido galacturónico que están esterificados con etanol dan el grado de esterificación, lo cual influye en las propiedades gelificantes de la pectina. Si se usa amoniaco durante la desestirificación de las pectinas de alto metoxilo serán convertidos en grupos amidas.

El químico suizo Von Fellemberg, encontró que el ácido pectínico forma a través de sus grupos de ésteres (grupo metoxil CH3O), un componente importante en la molécula de la pectina.

www.ucm.es/info/nutrihum/Nutricion05-06.pdf afirma: Desde entonces se ha comprobado que el contenido de metoxil es crítico para la facilidad en la formación de gel. Al ác. Galacturónico se le agrega los grupos ésteres. Y el éster del ác. Galacturónico con los arabanos forman la molécula de la pectina, de gran tamaño que se encuentra en los tejidos de las frutas.

Los álcalis destruyen las pectinas aún en estado frío, mientras que la acidez débil también le afecta pero bajo la influencia de calor. Las temperaturas altas sin la intervención de otro agente, parten la molécula de la pectina, que invariablemente provocan la reducción de su poder gelificante.

  1. Localización

Avila J. (1979), Diccionario de los Alimentos muestra: Las pectinas se encuentran en las plantas esencialmente bajo cuatro formas distintas según su solubilidad y composición.

  1. Kertsz Z.I.(1951), Passion substnaces señala: Está acumulada en los jugos de las bayas especialmente y es de gran tendencia a la formación de geles.

  2. Pectina Disuelta en los Jugos Vegetales
  3. Pectina Fácilmente Soluble en Agua Caliente

Loesecke H.W.(1949), Outlines of food Technology afirma: Se obtiene de la carne de los frutos que han sido privados de su jugo, o de otras partes de las plantas prensadas o hervidas con alcohol, por una corta ebullición en agua o por un calentamiento de mayor duración con agua a 80 - 90 °C y precipitados de estos extractos por medio de alcohol.

Su composición es variable, parcialmente descompuesta por fermentación y con gran tendencia a la formación de geles. Una vez aislada es reversiblemente soluble en agua fría.

  1. Pectina Genuina Estable de las Laminillas Centrales

www.food-info.net/es/qa/qa-wi6/solubilidad.htm avisa: Se encuentra bajo una forma completamente insoluble en agua fría, sustancia fundamental que constituye el esqueleto de los frutos carnosos y de las raíces, así como de las partes verdes de las hojas y los tallos.

Consiste probablemente del carbón con sales de ácido pectínico. Se disuelve lentamente por ebullición con agua durante largo tiempo y más rápidamente bajo presión, y en este caso resulta por desdoblamiento hidrólico una forma química modificada, la hidrapectina.

Una vez conseguido el extracto se puede precipitar en su mayor parte con alcohol.

  1. Combinaciones Intercelulares de Pectina y Lignina

www.lalinaza.com/pectina.htm apunta: Se trata aquí de formas de transición de la pectina a la lignina, (según Ehrlich por la acción enzimática y procesos químicos, la pectina se convierte en lignina) que se encuentra en la parte leñosa de los tallos.

En la hidrólisis con ácidos, dan los productos de desdoblamiento de la pectina normal, pero en otras proporciones y entre ellos, dan siempre una sustancia que en sus propiedades y reacciones es muy parecida a la lignina.

  1. Características
  1. Precipitación

Hurtado P.F.(1968), Propiedades químicas de la pectina señala: Las pectinas, después de haber sido sometidos a una ebullición prolongada en agua pura o ligeramente acidulada, es fácilmente precipitada por adición de alcohol o acetona, que actúan como agentes deshidratantes, en forma de una suspensión gelatinosa, que volverá a ser soluble en agua.

Esta precipitación puede lograrse también mediante ciertas sales, como sulfato de aluminio e hidróxido amónico, con lo que se forma hidróxido de aluminio.

Cuando la precipitación se logra por adición de alcohol o acetona en más de un 60% la pectina precipita en forma de hilos, fibras y masas esponjosas.

  1. Solubilidad

Braverman(1967), Introducción a la química de los alimentos/pectina/solubilidad afirma: Una vez lograda la precipitación de la pectina, ésta puede ser secada y convertida en polvo siendo el tamaño de la partícula un factor importante.

La solubilidad de la pectina será rápida cuando muestre un alto grado de dispersión, de lo contrario al adicionarle agua tenderá a formar grumos viscosos por fuera y secos por dentro, por esta razón es recomendable que la pectina se mezcle siempre antes con un poco de azúcar (5 - 8 veces su peso), sales amortiguadoras, o también humedecer con etanol antes de añadir agua.

Al adicionarles pequeñas cantidades de iones metálicos como aluminio, cobre, níquel, hierro, etc., se logrará un aumento en la dispersión. La dispersibilidad de las partículas está en función del revestimiento con una capa delgada de iones tales como: aluminio, níquel, cromo y cobre.

  1. Degradación

Braverman J.B.S.(1967), Introducción a la bioquímica de los alimentos/pectina/degradación enzimátiza anuncia: Según Cheftel, las pectinas una vez liberadas de sus enlaces con la celulosa pueden degradarse según dos procesos diferentes:

  • Despolimerización.- El calentamiento en medio ácido o la acción de hidrolasas (pectinasas, pectino-hidrolasas, etc.) originan escisiones de las cadenas en trozos más cortos. La acción de estas enzimas se llevan a cabo a un pH óptimo de 4.0 a menos que sea la polimetilgalacturonasa, en la despolimerización sólo se produce la ruptura de los restos de ácido galacturónico no metilados.

Las poligalacturonasas producidas por las levaduras son endoglucosidasas que pueden romper la cadena péctica, o bien reducirla en ácidos digalacturónico y galacturónico.

También existen enzimas (exogalacturonasas) capaces de despolimerizar completamente la cadena péctica; éstas se preparan industrialmente.

  • Desmetilización.- Durante el madurado de las frutas ocurre variaciones en la metilación, es decir con la maduración disminuye el grado de metilación.

Kertsz Z.I.(1951), The pectic substances/Enzimatic degradation indica: La acción de alcoholes aún en frío, o de las pectinometilesterasas tiene como efecto desmetilar la pectina que se transforma en ác. Péctico, insoluble en agua, el calentamiento en medio ácido también puede efectuarse la desmetilación pero al mismo tiempo fragmenta la cadena poligalacturónica.

  1. Coagulación

www.lalinaza.com/pectina.htm avisa: Según Doesburg el fenómeno de coagulación de las pectinas depende de los siguientes factores:

  1. Constituyentes del compuesto orgánico añadido.
  2. Presencia, distribución y números de grupos disociados o disueltos y sus características.
  3. El número de ramificaciones y no ramificaciones de los polímeros.
  4. Concentración de los polímeros.
  5. El grado de polimerización de los polímeros.
  6. Valencia de los electrolitos.
  7. Presencia de grupos terminales que son encubridores de los grupos funcionales, que después con los grupos disociados influyen en los cambios con los polímeros.
  1. Grado de Metilación

Braverman J.B.S.(1967), Introducción a la bioquímica de los alimentos/pectina/Grado de metilación apunta: Como parte de la estructura de la pectina se encuentran los grupos carboxilos, los cuales son esterificados por radicales metilo, a éstos se los conoce como metilación de una pectina.

La importancia de la metilación radica con la propiedad más importante de la pectina que es la capacidad de formar geles.

  1. Pectina de Gelificación Rápida

Con un grado de metilación de por lo menos el 70%, que forma geles con adición de azúcar y ácidos a pH de 3,0 - 3,4; y a temperaturas superiores a los 85°C. Esta pectina produce el espesamiento o gelificación al poco tiempo de ser agregada. Esto mantiene las frutas y las partículas de pulpa uniformemente en todo el lote o en los envases, evitando el problema de "flotación".

  1. Pectina de Gelificación Lenta

www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomia/2006228/teoria/obmerm/p3.htm señala: Con un grado de metilación entre el 50 - 70%, que forma geles con azúcar y ácido a pH óptimo entre 2,8 - 3,2 y su gelificación puede empezar a temperaturas menores a 85°C.

El uso de esta pectina evita que la jalea se solidifique antes de ser colocada en los envases.

  1. Pectina de Alto Contenido de Metilación

Son aquellas que forman geles con un contenido de azúcar superior al 50%.

Cuando la pectina tiene un alto contenido de metoxilo el grado de hidratación se reduce mediante la adición de azúcar y la disminución de carga eléctrica que se consigue por un aporte de iones (hidrógeno) H+, o dicho de otra forma de ácido, el enlace de unas moléculas pécticas a otras queda básicamente asegurado, en este caso por uniones de hidrógeno entre grupos hidroxilos, éstos son enlaces débiles y los geles pécticos de este tipo se caracterizan por una gran plasticidad, lo que induce a pensar que se debe a la movilidad de unas moléculas con relación a otras.

  1. Pectina de Bajo Contenido de Metilación

www.producciondepectina/gradosdemetilacion.htm anuncia: Tiene un grado de metilación inferior al 50%. No forma geles con adición de azúcar y ácido; pero sí en presencia de iones divalentes como el calcio, magnesio y otros.

Este tipo de gel se denomina "gel iónico" en este caso la pectina tiene gran cantidad de grupos -COOH. Si se agrega una sustancia que pueda formar un enlace entre éstos se formará un gel.

Los geles iónicos se emplean como alimento dietético de bajo valor calorífico, útiles para diabéticos.

  1. Usos y Aplicaciones de la Pectina

Amos A.J.(1969), Manual de industrias de los alimentos/pectina/usos afirma: El uso principal de las pectinas es para la fabricación de jaleas y conservas de frutas.

Las industrias de productos de frutas emplean pectina líquida y pectina en polvo, y algunas empresas fabrican su propia pectina.

  • Empleo de la pectina en alimentos.- la pectina es utilizada en la preparación de geles, mermeladas, jaleas, como estabilizantes, etc.
  • Empleo de pectinas para fines medicinales.- la pectina puede ser utilizada como emulgente para la preparación de ungüentos, polvos, tabletas y otros medicamentos.
  1. Posibles Sustitutos de la Pectina

Kirk, Othmer(1962), Enciclopedia de Tecnología Química/Pectinas/sustitutos de la Pectina indica: Entre los principales tenemos:

Agar-agar, carragenina, goma de zapote, gelatinas sin sabor y almidón modificado.

  1. Pectina como Agente Gelificante

Calvet(1959), Química general Aplicada a la Industria/pectina/agente gelificante señala: La etapa más crítica para la obtención de una buena mermelada o jalea lo constituye la etapa de cocimiento, en la cual se debe producir el fenómeno de gelificación en forma adecuada, factor muy importante en la calidad del producto final.

Para la gelificación en la elaboración de jaleas y mermeladas es necesaria la presencia de tres factores: azúcar, ácido y pectina en las proporciones correctas.

  1. Propiedades del Poder Gelificante

Braverman J.B.S.(1967), Introducción a la bioquímica de los alimentos/pectina/gelificación muestra: Desde el punto de vista de la tecnología alimentaria la propiedad más importante de las pectinas es su aptitud para formar geles; por lo que concierne a la pectina en sí misma, los caracteres del gel dependen esencialmente de dos factores: Longitud de la molécula péctica y su grado de metilación.

Para un mismo contenido en pectina del gel final la longitud de la molécula condiciona su rigidez o firmeza; por debajo de una cierta longitud molecular una pectina no forma geles, cualquiera que sea la dosis empleada y las restantes condiciones del medio. En cuanto al grado de metilación contribuye por un lado a regular la velocidad de gelificación, pero debido fundamentalmente a la influencia de los enlaces entre moléculas pécticas también es responsable de algunas propiedades organolépticas de los geles pectina-azúcar-ácido, que forman las pectinas de alto contenido de metoxilo.

  1. ESTUDIO DE LA MATERIA PRIMA
  1. Característica de la Planta de Maracuyá

www.upbusiness.net/Descripcióndelproducto.html apunta: La familia de las Passifloraceae cuenta con 600 especies herbáceas o plantas que dan frutos, de las cuales 2 son cultivadas industrialmente: la Passiflora edulis sims o Fruta de la Pasión Morada y la Passiflora edulis flavicarpa o Fruta de la Pasión Amarilla.

Mientras que la Fruta de la Pasión Morada crece a altitudes en áreas templadas, la variedad amarilla es más adaptable a las bajas regiones tropicales.

www.agronegocios.gob.sv/comoproducir/guiascenta/Maracu.pdf afirma: La passiflora es una planta trepadora que tiene zarcillos y con una base de madera; los tallos alcanzan entre 20 y 50 mts. de largo, y algunas veces crecen hasta 80 mts.

Las hojas de la planta son ovaladas, lobuladas, dentadas de color verde claro para la variedad morada y más larga con marcas rojizas similares al tallo en la variedad amarilla.

www.upbusiness.net/descripcióndelproducto indica: Las flores son blancas con estrías moradas que se vuelven más desarrolladas con la variedad flavicarpa.

www.agronegocios.gob.sv/comoproducir/guiascenta/Maracu.pdf indica: La fruta es como una baya redonda u ovoide, con un diámetro de 35 a 80 mm y un peso hasta de 30 gr. La Fruta de la Pasión Amarilla es más larga que la Morada. La delgadez, el grosor de la piel depende de la variedad ya sea si es morada o amarilla. El endocarpio es blanco; la cavidad contiene numerosas pepitas comestibles con una pulpa dulce de color naranja - amarillo con un aroma muy característico. Cuando la fruta está madura se cae al piso y empieza a arrugarse. Para exportación como fruta fresca este deberá ser cosechado antes de este estado.

La variedad amarilla es más rica en minerales y en vitamina A que la morada. Ambas variedades tienen propiedades sedantes y relajantes.

  1. Variedad Principal entre el Maracuyá Amarillo y el Púrpura

MARACUYÁ PÚRPURA

MARACUYÁ AMARILLA

Cultivo

Enredadera poco vigorosa, que se adapta a las zonas altas y frías, siendo más susceptibles al ataque de plagas y enfermedades.

Enredadera más vigorosa y se adapta a las zonas bajas subtropicales y de buena resistencia a plagas y enfermedades.

Fruta

Fruta pequeña (5cm) de color púrpura, con semillas de color negruzco.

Fruta más grande (8 a 10 cm) de color amarillo canario, cáscara gruesa, con semillas de color marrón.

Sabor y uso

Ácido, de sabor agradable. Sirve para elaborar jugos, néctares, jaleas, etc.

Ácido, sabor algo menos agradable. Sirve para elaborar néctares y jaleas

Producción

28.500 a 57.500 kgs. Por hectárea.

Vida productiva más larga que la púrpura 5.700 a 11.500 kgs. Por año y por hectárea.

  1. Composición Química

www.huitoto.udea.edu.co/FrutasTropicales/maracuya.html indica: Estudios realizados sobre la composición química revelan que el contenido total de sólidos es de 19.6%, sólidos solubles 17.4%, carbohidratos 12.4% y ácidos orgánicos 3.4%. Los carbohidratos por lo tanto constituyen el 63.3% de sólidos totales y el 71.3% de los sólidos solubles aproximadamente, estos carbohidratos han son los siguientes:

  • Azúcares
  • Almidón
  • Vitaminas
  • Carotenoides
  • Sustancias Pécticas
  • Contenido de Nitrógeno

En resumen podemos decir, que la fruta del maracuyá es un alimento nutritivo, rico en carbohidratos, carotenos, ácido ascórbico, ácido nicotínico, riboflavina y materias minerales.

  1. Valor Nutritivo

www.agronegocios.gob.sv/comoproducir/guiascenta/Maracu.pdf muestra: Valor nutritivo de 0.01 kg de jugo de maracuyá amarillo.

Componente Cantidad

Componente Cantidad

Valor energético

78 calorías

Humedad

85%

Proteínas

0.8%

Grasas

0.6 g

Hidratos de carbono

2.4 g

Fibra

0.2 g

Cenizas

Trazas

Calcio

5.0 mg

Hierro

0.3 mg

Fósforo

18.0 mg

Vitamina A activa

684 mg

Tiamina

Trazas

Riboflavina

0.1 mg

Niacina

2.24 mg

Ácido ascórbico

20 mg

  1. Procesamiento del Maracuyá

Lawrence A.A.(1976), proceso del Maracuyá apunta: Para fabricar los distintos productos del maracuyá es necesario primero extraer su jugo natural, el cual se emplea en la elaboración de concentrados, jugo natural preservado, mezclas de jugos, néctares, refrescos, jarabes, ponches, cocotales, ponches, helados, jaleas, mermeladas, pectinas, etc.

  1. Jugos

www.Sniaecuador.org/internas/boletin07/boletín_contenido07.htm señala: El jugo de maracuyá se extrae de la pulpa mediante procesos tecnológicos adecuados.

Su color es amarillo-oro, principalmente a causa de la presencia de pigmentos como el caroteno xantófila esterificada y compuestos no saponificables. Se caracteriza por poseer alta acidez, debido al elevado porcentaje de ác. Cítrico, ác. Tartárico en menor cantidad y ausencia de ác. Oxálico.

  1. Concentrado

www.proexant.org.ec/Ht_maracuy%C3%A1.html afirma: Para la obtención del jugo concentrado es preciso que el proceso tecnológico de producción ofrezca las mejores garantías de conservación de las características organolépticas y bioalimentarias del jugo fresco.

  1. Subproductos

www.detounpocotv.com/yerbas/maracuya.htm avisa: Además de los productos anteriormente mencionados se puede obtener algunos subproductos a partir de la cáscara y de las semillas.

  • Cáscaras.- la composición de las cáscaras muestran que tiene entre un 17 y un 20% de materia seca, alta en carbohidratos y fibra, baja en materiales solubles y es una buena fuente de proteína, pectina y minerales. Puede ser utilizada en la alimentación del ganado vacuno, también en las dietas de cerdo de engorde y crecimiento.

Un análisis de la cáscara deshidratada mostró los siguientes resultados:

Humedad

16.80%

Proteína Cruda

4.58%

Extracto Etéreo

0.33%

Cenizas Totales

6.76%

Fibra Cruda

25.66%

Extracto Libre de N.

45.87%

TOTAL

100.00%

La cáscara fresca o deshidratada también puede ser utilizada como abono.

  • Semillas.- constituye del 7 al 12% del peso del fruto y contiene un 20% de lípidos, lo cual se lo puede utilizar como fuente de grasas comestibles o para uso industrial en la fabricación de barnices y pinturas.
  • Tallos, Hojas y Plantas.- de estos se puede extraer la pasiflorita, que es un producto medicinal utilizado ampliamente en el Brasil por sus cualidades sedantes derivadas de la presencia de alcaloides.
  1. INGENIERIA DEL PROCESO

3.1 Procedimiento Técnico para la Extracción de la Pectina a Partir de Desechos Industriales del Maracuyá

  1. Procedimiento General

Se clasifica las frutas y se las lava para quitarle la suciedad, se parten a la mitad y se separa la cáscara del jugo. Una vez realizado esto se parten en pedazos pequeños la cáscara y son calentadas en una estufa para evitar que las enzimas causen alteraciones perjudiciales a la buena calidad de la pectina.

La pectina se extrae por medio del agua caliente acidulada, en un medio de pH bajo, el ácido empleado puede ser ácido clorhídrico ó ácido sulfúrico; el tiempo de calentamiento depende de la temperatura de extracción, cuanto más alta más corta es la duración del calentamiento.

Dos horas de calentamiento a 79-85 °C o una hora a 95 °C pueden ser empleados.

El extracto líquido se separa del bagazo y éste se prensa.

El extracto péctico turbio se deja reposar por varias horas para su sedimentación. Cuando su temperatura ha descendido a unos 38 °C, se eleva el pH a 4.5 y se agregan enzimas clarificadas para descomponer el almidón, las dextrinas y algunas proteínas; después de esto el extracto es rápidamente calentado para inactivar las enzimas.

Se filtra y el extracto de pectina resultante se precipita con etanol al 95% que contiene ácido clorhídrico 0.05 N.

La pectina precipitada es lavada con etanol al 60% hasta que quede libre de cloruros, finalmente se la seca a 60 °C; luego de secada se muele y se normalizan. La recuperación de pectina varía entre el 14 y el 25% en base seca.

3.2 Selección de los Métodos de Obtención

Se encontraron varios métodos de extracción de la pectina, en algunos casos los procedimientos están ligados al tipo de materia prima utilizados como fuente de pectina. Para la selección del proceso empleado en este trabajo de investigación se consideró la disponibilidad de equipos y la facilidad para la obtención de los reactivos a nivel local.

El proceso como se indica más adelante consiste básicamente de las siguientes operaciones: secado, extracción, filtración, decoloración, precipitación, lavado y secado.

En el proceso de extracción se utilizan dos reactivos el ác. Clorhídrico y el ác. Sulfúrico, a fin de determinar el que produce mejor rendimiento al extraer la pectina.

3.3 Descripción del Proceso Experimental para la Obtención de la Pectina

  1. Selección y Clasificación de la Fruta

Esta es una operación muy importante, consiste en clasificar la fruta del maracuyá, la que debe estar sana; es decir libre de magulladuras, picaduras y partes obscuras.

En esta operación se hicieron los siguientes análisis a la cáscara del maracuyá tanto físicos como químicos.

Físicos: como son peso, longitud y diámetro.

Químicos: como son: humedad, grasa, proteína, fibra, acidez, pH y carbohidratos.

  1. Cortado

Se partió la fruta por la mitad para eliminar las partes no aprovechables (semillas y jugo) y obtener solamente la cáscara que luego fue cortada en partes pequeñas.

  1. Secado

Luego de cortadas las cáscaras en trozos pequeños se las colocó en una estufa por una hora a 60 °C, con el objeto de eliminar la humedad y evitar que se deteriore la misma por acción de las enzimas.

  1. Molienda

Cuando la cáscara estuvo seca se las trituró en un molino de 800 r.p.m. para que faciliten luego la operación.

  1. Pesada

Primero fueron pesadas las cáscaras húmedas con el fin de determinar su peso promedio, luego se pesó las cáscaras secas y molidas para proceder al respectivo análisis.

  1. Extracción de la Pectina

Para el proceso de extracción se realizaron 2 tipos de pruebas: en la una se utilizó como medio de extracción ác. Clorhídrico y en la otra ác. Sulfúrico, se pesaron muestras de 120g. de cáscara y se traspasaron a un vaso de precipitación de 1000 ml. Agregamos ClH 0.5% (V/V) o SO4H2 en solución acuosa al 1%. Las muestras se calentaron durante 1 hr. a temperatura de 90 a 95 °C, luego de transcurrido este tiempo se retiró el vaso y se lo dejó enfriar, se tomó el pH de la mezcla y el volumen de la misma.

  1. Filtración

El extracto líquido se separó de la cáscara molida por medio de la filtración, a este extracto se le determinó la densidad a temperatura ambiente y su volumen.

  1. Decoloración

Como el extracto se lo obtiene con cierto grado de turbidez es necesario decolorarlo utilizando para este propósito tierras diatomeas, en la proporción de 1% en 100 ml. del concentrado. La decoloración se la determina por medio de calentamiento a temperatura media y con agitación constante durante 15 minutos, inmediatamente se lo filtra en caliente para facilitar su filtración.

  1. Precipitación

El extracto ligeramente decolorado es precipitado mediante la adición de alcohol, el cual rápidamente forma coagulos gelatinosos, es decir formando un gel, el mismo que tiene una coloración cremosa.

Se eligió para esta operación el alcohol etílico debido a que su costo es bajo y lo hace apropiado para este tipo de precipitaciones, su adquisición es fácil, muy utilizado en la industria y puede ser recuperado por destilación y que luego será utilizado para sus posteriores lavados.

  1. Filtración

El precipitado obtenido se lo lleva a filtración para poder separarlo del alcohol.

  1. Lavado del Precipitado

Se realiza el lavado del precipitado con el objeto de eliminar el ácido clorhídrico que se encuentra impregnado en la pectina precipitada, esto se logra mediante sucesivos lavados con alcohol a 60% hasta comprobar que ha sido eliminado completamente el ácido. Esta comprobación se realiza agregando unas gotas de nitrato de plata al líquido filtrado hasta que no de reacción positiva al ión Cl-.

  1. Secado

Una vez lavada y filtrada la pectina se procede a secarla en una estufa por una hora a 60 °C, cuando está bien seca la pesamos.

  1. Molienda

La pectina seca es finalmente pulverizada; la pectina obtenida tuvo una coloración beige.

3.4 Análisis del Producto Obtenido

  1. Identificación

Se lo puede identificar de la siguiente manera:

  • En agua.- Calentamos 9 partes de agua y una parte de muestra en baño maría, la formación del gel nos indica que el producto tratado era pectina.
  • En alcohol.- Preparamos una solución (1:100) con la muestra, la misma que para su identificación la mezclamos con un volumen igual de alcohol produciéndose un precipitado gelatinoso, indicando por lo tanto que la muestra es pectina.
  1. Solubilidad

La pectina obtenida de la cáscara de maracuyá la tratamos con el objeto de determinar la solubilidad.

Las soluciones empleadas fueron las siguientes:

  1. Una parte de pectina y 20 de agua.
  2. Una parte de pectina mezclada con 7.5 de sacarosa y 35 cc de agua.
    1. Determinación de azúcares y ácidos orgánicos
  3. Es insoluble en alcohol u otros solventes orgánicos.

Se colocó 1g de pectina en un frasco de 500ml luego se humedeció con 3 ó 4 cc de alcohol a 95° C, agregamos rápidamente 100cc de agua destilada, agitamos bien y dejamos reposar hasta que la solución esté completa. A esta solución le agregamos 100cc de alcohol a 95° C que contenga 0.3cc de HCl, agitamos hasta un mezclado completo y filtramos rápidamente.

Luego medimos 25cc del filtrado en un recipiente tarado, evaporamos el líquido en un baño de agua y secamos el residuo en una estufa a 50° C por 2 horas.

  1. Determinación del almidón

Hervimos una solución acuosa de pectina al 1%, luego enfriamos y agregamos unas gotas de yodo; si no hay un cambio de color azul esto nos indica la ausencia de almidón en la pectina.

  1. Análisis de la Materia Prima
    • Se pesa en la bandeja 3g de muestra.
    • Dejar en la estufa por 2 horas a 120° C.
    • Retirar de la estufa y meterlo al desecador por 15 minutos.
    • Pesar hasta obtener peso constante.
    • Hacer cálculos.
  1. Determinación de Humedad

%H = __(cáps + Mta.) - (caps + Mta. Después del secado)_* 100

Peso muestra

  1. Determinación de cenizas
  • Pesar el crisol.
  • Pesar 2g de muestra en el crisol.
  • Ponerlo en la mufla por 4 horas a 500° C.
  • Retirar hata obtener un peso constante.
  • Hacer los cálculos.

% C = __(peso del crisol + ceniza)- peso del crisol vacío__

Peso muestra

    1. La determinación del pH se debe efectuarse por duplicado sobre la muestra convenientemente homogenizada.
    2. Colocar aproximadamente 300cc de la solución preparada en un beaker limpio.
    3. Introducir los electrodos del phchímetro en la solución.
    4. Efectuar la lectura.
  1. Determinación del pH
  1. Equipos y Materiales Utilizados
  • Estufa
  • Mortero
  • Mufla
  • Balanza
  • Termómetro
  • Materiales de vidrio
  • Embudos
  • Balones de fondo plano
  • Agitador
  • Cápsulas de porcelana
  • Pinzas
  • Buretas
  • Espátula
  • Papel filtro
  • Materia prima
  • Reactivos
  1. RESULTADOS Y DISCUSION
  • Todas las muestras de pectina obtenidas en el laboratorio pasaron las pruebas estándar de identificación
  • Las pruebas de normalización de la pectina indican que una parte que las muestras de pectina obtenida en el laboratorio presentan características casi similares a la comercial.
  • Los resultados de los análisis practicados sobre las muestras de pectina obtenidas en el laboratorio mediante la extracción con HCl y con SO4H2.
  • Las pruebas organolépticas que se efectuaron sobre las muestras de pectina obtenidas en el laboratorio y las comerciales no muestran conforme a los datos de la tabla #, diferencias extraídas con el HCl y la comercial, pero en el caso de la extraída con SO4H2 si se presentan diferencias principalmente en cuanto la apariencia, color y textura.
  • De los resultados obtenidos se observa que la temperatura y el tiempo de calentamiento empleados en el proceso no influyen en forma proporcional sobre los rendimientos de pectina.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Como resultado de la elaboración de esta tesis puedo determinar las siguientes conclusiones y resultados:

Conclusiones:

  • Todas las pruebas estándares de identificación a que se han sometido las muestras de pectina en el laboratorio dieron resultados satisfactorios, por lo que puede concluirse la factibilidad de utilizar cáscaras de maracuyá como materia prima para la obtención de pectina.
  • Los mejores resultados tanto en rendimiento como en apariencia se obtuvieron empleando disoluciones de ácido clorhídrico como medio de extracción.
  • El grado de metilación de la pectina y el tamaño del polímero son factores determinantes en el tipo de pectina en cuanto a su poder de gelificación; por lo tanto, aquellas que se obtuvieron de la extracción mediante ácido clorhídrico tienen un mayor contenido de metóxilos de ácido galacturónico, estos presentan las mejores características de calidad.
  • Un aumento de la cantidad de alcohol recomendado en la técnica para precipitar las pectinas no incrementa el rendimiento, por el contrario cuando se aumentó su dosis se produjo una dispersión del gel formado.
  • La variación del tiempo de extracción y la temperatura recomendada por la técnica seleccionada para esta investigación no incide en el rendimiento; por el contrario el uso de una temperatura muy alta provoca la desnaturalización de la pectina. Se puede considerar óptima la temperatura empleada y los minutos de extracción.

Recomendaciones:

Con respecto a los procedimientos operacionales para la obtención de la pectina se puede formular las siguientes recomendaciones:

  • Los equipos utilizados deben ser construidos de materiales que no reaccionen con los reactivos empleados en el proceso, deben ser de acero metálico y los materiales de vidrio perfectamente bien lavados para que no suceda ninguna reacción.
  • El agua que se utilice en el proceso de obtención de la pectina no debe contener metales pesados, su contenido de calcio y magnesio debe ser muy bajo.
  • Para inhibir la acción enzimática que disminuye el contenido de pectina de las cáscaras de maracuyá se recomienda secarlas inmediatamente a 60° C durante unos 60 minutos.
  • La cantidad de alcohol empleada no debe exceder de la proporción indicada, pues un exceso de alcohol disminuye el rendimiento de pectina y su poder de gelificación.
  • Cuando se deja la pectina almacenada por mucho tiempo su grado de gelificación se va deteriorando.
  • Los residuos del ácido clorhídrico empleado en el proceso de extracción deben ser eliminados completamente, para lo cual se recomienda efectuar tantos lavados como sean necesarios.
  • Para blanquear la pectina se pueden usar tierras diatomeas.

BIBLIOGRAFIA

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  2. Avila J. 1979.- Diccionario de los alimentos.- A, B, C, D
  3. Braverman J. B.S. 1967.- Introducción a la bioquímica de los alimentos.- Pectina.- Editorial Acribia.- pags.
  4. Calvet 1959.- Química general aplicada a la industria con prácticas de Laboratorio Vol. 4.- Pectinas.- pags 696 - 697
  5. Dermeval C. 1971/1972.- Instituto de Tecnología de Alimentos Vol. 4.- Extracto de pectina de maracuyá.- pags. 63-68
  6. Hurtado, P. F. 1968.- Ensayo de procesamiento del maracuyá.- Propiedades químicas de la pectina.- Tesis de grado.- Universidad Nacional Agraria la Molina
  7. Kefford, J. F. 1961.- Passion fruit products. CS/RO.- Food preservation Quarterly 21(1).- Art # 1433
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  10. Lawrence, A.A. 1976.- Food Technology review.- Pectin.- Revista pags. 36-58-103
  11. Loesecke, H.W. 1949.- Outlines of Food Technology.- Citrus pectin.- London.- Revista pags. 73-75
  12. Pruthi, J.S. 1963.- Advances in food research 12.- Physiology, chemestry and Tecnology of passion fruit.- New york.- pags. 203-274
  13. Teoría tomada de los apuntes de la clase de Agricultura.
  14. Zapata, L.E. 1987.- Revista del Instituto de investigación.- Manejo,cosecha y postcosecha de maracuyá para la exportación.- Tomo #166.-pags. 3-15
  15. www.bioplaneta.com/bioesp/propagaciondesemillas.html
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  22. www.sniaecuador.org/internas/boletin07_contenido07.htm
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  25. www.virtual.unal.edu.co/cursos/agronomia/2006228/teoria/obmerm/p3.htm

ANEXOS

PRUEBAS DE IDENTIFICACIÓN DE LA PECTINA

PRUEBA DE IDENTIFICACIÓN

PECTINA

COMERCIAL

_________OBTENIDA___________

Ác. HCl Ác. SO4H2

Prueba de Gelificación en agua caliente

+

+

+

Prueba de precipitación con alcohol

+

+

+

Prueba de solubilidad en agua a 26° C

+

+

+

Prueba de solubilidad en agua + sacarosa

+

+

+

Prueba de solubilidad en alcohol

-

-

-

NORMALIZACIÓN DE LA PECTINA

PECTINA

COMERCIAL

_________OBTENIDA___________

Ác. HCl Ác. SO4H2

Contenido de metoxilos

9.8%

9.4%

8.7%

Ácido galacturónico

80%

78%

75%

Poder gelificante

250° SAG

200° SAG

196° SAG

ANALISIS DE LA PECTINA

PECTINA

COMERCIAL

ÁC. CLORHIDRICO

ÁC. SULFURICO

Humedad

7.22%

8.20%

9.08%

Ceniza

2.46%

2.10%

1.90%

Almidón

0.0%

0.0%

0.0%

pH

3

3

3

ANALISIS ORGANOLEPTICO DE LAS PECTINAS

PECTINA

COMERCIAL

_________OBTENIDA___________

Ác. HCl Ác. SO4H2

Color

Beige

Beige

Cafe

Sabor

Agri-dulce

Agri-dulce

Agri-dulce

Olor

Agradable

Penetrante

Agradable

Apariencia

Buena

Buena

Regular

Textura

Fina

Fina

Semi-gruesa

RENDIMIENTO OBTENIDO DE LA EXTRACCIÓN CON ClH

PRUEBAS

PESO DE CASCARA (g)

PESO DE PECTINA (g)

RENDIMIENTO

%

1

50

1.98

3.96

2

50

1.75

3.50

3

85

3.4

4.0

4

100

4.0

4.0

5

100

4.0

4.0

RENDIMIENTO OBTENIDO DE LA EXTRACCIÓN CON SO4H2

PRUEBAS

PESO DE CASCARA (g)

PESO DE PECTINA (g)

RENDIMIENTO

%

1

50

1.47

2.94

2

50

1.41

2.82

3

100

2.94

2.94

DETERMINACIÓN DEL GRADO DE PECTINA POR MEDIO DEL VISCOSÍMETRO DE OSWALD A 28° C

CONCENTRACIÓN

(g/100cc)

1.0

0.5

0.25

TIEMPO (seg)

FLUJO DEL SOLVENTE

76

76

76

TIEMPO (seg)

FLUJO DE LA SOLUCIÓN

412

330

182

Ph

3.1

3.1

3.1

VISCOSIDAD RELATIVA

(m r)

5.42

4.34

2.40

VISCOSIDAD ESPECÍFICA

(m sp)

4.42

3.34

1.40

VISCOSIDAD ESPECÍFICA REDUCIDA

1.49

1.9

1.72

VISCOSIDAD INHERENTE

(m inh)

1.49

2.59

3.1

RESUMEN DE LOS DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

(EXTRACCIÓN CON ÁCIDO CLORHIDRICO)

NUMERO DE PRUEBAS

VARIEDAD DE MARACUYÁ

PESO DE CÁSCARA

(g)

pH

TIEMPO DE CALENTAMIENTO

(min)

TEMP. DE CALENTAMIENTO

(° C)

VOL. DE AGUA ACIDULADA CON ClH

(cc)

VOL. ALCOHOL A 95° C

(cc)

PECTINA EXTRAÍDA

(g)

1

Amarilla

50

3

60

90

250

200

1.98

2

Amarilla

50

3.4

90

95

250

250

1.75

3

Amarilla

50

3.1

60

90

420

340

3.4

4

Amarilla

100

3

60

90

500

400

4

RESUMEN DE LOS DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

(EXTRACCIÓN CON ÁCIDO SULFÚRICO)

NUMERO DE PRUEBAS

VARIEDAD DE MARACUYÁ

PESO DE CÁSCARA

(g)

pH

TIEMPO DE CALENTAMIENTO

(min)

TEMP. DE CALENTAMIENTO

(° C)

VOL. DE AGUA ACIDULADA CON ClH

(cc)

VOL. ALCOHOL A 95° C

(cc)

PECTINA EXTRAÍDA

(g)

1

Amarilla

50

3

60

90

250

200

1.47

2

Amarilla

50

3.2

90

92

300

250

1.41

3

Amarilla

100

3

60

95

500

400

2.94

ANÁLISIS DE LA CÁSCARA DESHIDRATADA

HUMEDAD

16.80%

PROTEÍNA

4.58%

CENIZAS

6.76%

FIBRAS

25.66%

CARBOHIDRATOS

45.87%

Agradezco a Dios, por darme la fuerza necesaria para poder realizar este trabajo. A la U. A. E por la oportunidad a través de sus enseñanzas impartidas. Al Ing. Víctor Núñez por su orientación como tutor de este trabajo.

A mis Padres:

Gustavo Mueckay y Rosa Vareles, por su amor y su guía por el camino del bien.

A Javier Mueckay que me inculcó el espíritu de superación.

A mi Tía y mis primos que con su ayuda pude culminar otra etapa de mi vida.

Todas las afirmaciones, conclusiones e ideas son de absoluta responsabilidad del autor; los derechos corresponden a la

Universidad Agraria del Ecuador.

 

 

Autor:

Mauro Adolfo Mueckay Varerles

UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGIENERIA AGRÍCOLA

MENCIÓN AGROINDUSTRIAL

PROGRAMA DE TECNOLOGÍA EN ALIMENTOS

TESIS DE GRADO

PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL

TEMA

OBTENCIÓN DE LA PECTINA A PARTIR DE DESECHOS

INDUSTRIALES DE MARACUYÁ

GUAYAQUIL - ECUADOR

2006


Partes: 1, 2


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