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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
TESIS
PRESENTADA POR:
LOPEZ GAMARRA, Milagros Sofía
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGROINDUSTRIAL
TARMA – PERÚ
2013
EXTRACCIÓN DE PECTINA DE COCONA
(
Solanum sessiliflorum dunal)) POR ACIDULANTES Y SU CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA
I
2
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚFACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA
AGROINDUSTRIAL
EXTRACCIÓN DE PECTINA DE COCONA
(Solanum sessiliflorum)
POR ACIDULANTES Y SU CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA
Tesis presentada por:
LOPEZ GAMARRA, Milagros Sofía Sustentada y aprobada ante el siguiente jurado:
________________________ ________________________
Mg. ……… Mg. ………
VOCAL VOCAL
_________________________
Mg. ………
VOCAL
________________________ ________________________
Mg. ……… Mg. ………
VOCAL VOCAL
II
3 ASESOR:
MSc. GRETA QUIÑONEZ HINOSTROZA
III
4
A nuestro señor Jesús, quien me dio la oportunidad y quien guío mi camino, al alcanzar uno de mis objetivos, y día a día dirige mi futuro.
A mi Madrecita que siempre está conmigo, a mis hermanos con mucho cariño, quienes me inculcan, apoyan y motivan a ser cada día mejor como persona.
IV
5
AGRADECIMIENTOS Expreso mi sincero agradecimiento:
A la Universidad Nacional del Centro del Perú y Facultad de Ciencias Aplicadas por la formación profesional.
A los docentes de la Facultad de Ciencias Aplicadas por la formación profesional durante la vida académica y por sus transmisión de conocimientos, enseñanzas y orientaciones para mi formación profesional.
Al Ing. MSc. Greta Hinostroza Quiñonez, asesora del presente trabajo de investigación, por sus orientaciones, y su apoyo para la realización del presente trabajo de investigación.
A mis padres y familiares que me apoyaron moral y económicamente;
para la investigación realizada.
V
6 RESUMEN
El trabajo de investigación realizado, tiene a evaluar el rendimiento y las características fisicoquímicas en la extracción de pectina de cocona, con dos acidulantes.Se inició, primero el índice de madurez (3,27), porcentaje de pectina (2.60) en estado pintón, luego se procedió a la extracción ácida de pectina teniéndose como variables temperatura de 80 y 89°C, tiempo de 90 y 100 min. y pH de 2.
Se procedió a la precipitación, con etanol.se tomó como variable el volumen de alcohol (de 96º de pureza), se adicionó 45% y 60% (v/v) respecto al jugo péctico, dejándose en reposo 30 min. Se tomó como factor el pH de floculación de pectina de 2,5. Adicionándose 4 g de ácido cítrico 50% (w/v) a 100 mL. Se lavó con alcohol, (65°,85° y 95°) para arrastrar los cloruros. Se realizó la deshidratación, molienda y empacado.
Se desarrolló a nivel de laboratorio, con un diseño completamente al azar con arreglo factorial, el cual constó de 6 tratamientos y dos repeticiones.
Como resultados con el acidulante de ácido clorhídrico fue: 1518,57 peso equivalente: 11.23% de metoxilo, 62,29% grado de esterificación, 95,20 ácido galacturónico; 0.54°% valor acetil; 68ºde temperatura de gelificación y 2.03 min. Gelificación; y grado de pectina de 110º.
La pectina con el acidulante de ácido cítrico fue: 1398.34 peso equivalente;
9,82% contenido de metoxilo; 55,52% grado de esterificación; 91,59% ácido galacturónico; 0.32° valor acetil; 63ºC temperatura y 4.21 min. Gelificación; y grado de pectina de 90º.
VI
7 Abstract
The research work has to evaluate the performance and the physicochemical characteristics in extracting pectin cocona with two acidulantes.Se began the process of sorting and grading fruit, first maturity index (3.27), percentage pectin (2.60) in pintón state, then proceeded to the acid extraction of pectin taking as variables at 80 and 89 ° C, time 90 and 100 min. and pH 2.
After the acid extraction proceeded to precipitation with etanol.se variable was the amount of alcohol (96 ° purity), was added 45% and 60% (v / v) over the pectic juice, allowed to stand 30 min. Citric acid in precipitation was taken as the pH factor flocculation Pectin 2.5. Being added 4 g of citric acid 50% (w / v) to 100 mL. Pectin is then washed with alcohol, (65 °, 85 ° and 95 °) to remove the chlorides and then was dehydration, grinding and packaging.
It was developed in the laboratory with a completely randomized design with factorial arrangement, which consisted of 6 treatments and two replications Such analysis with hydrochloric acid acidulant was: 1518.57 equivalent weight:
11.23% methoxyl content, degree of esterification 62.29%, 95.20 galacturonic acid, acetyl value 0.54 °%, 68 ° C gelation temperature and 2.03 min.
Gelation, and degree of pectin 110
VII
8
INTRODUCCIÓN
La cocona (Solanum sessiliflorum) es un fruto nativo de los valles interandinos del Perú, poco conocido, difundido y aprovechado industrialmente.
Este fruto posee características apreciables como su contenido de pectina, (2,6) en estado pintón, con cáscara y en base húmeda. Debido a esta característica particular se realizó el trabajo de investigación titulada
“Extracción de pectina de cocona (solanum sessiliflorum) por acidulantes y su caracterización fisicoquímica”.Actualmente en el Perú la pectina es importada, siendo este un aditivo alimentario que se usa para gelificar y espesar, dar consistencia a diversos preparados alimentarios como mermeladas, jaleas, compotas etc; debido, a esto es importante buscar nuevas fuentes de materia prima para extraer este producto.
Por tanto se tomó como materia prima un fruto nativo que debido a esta propiedad puede darse un incremento en su producción y de esta manera transformarse en subproductos agroalimentarios a nivel industrial.La extracción de pectina conlleva a una serie de operaciones para lo cual es importante realizar estudios sobre éstas; la precipitación es una de las operaciones determinantes, que influye en las características y en el rendimiento del producto final.
En la extracción de pectina, hay varios métodos de precipitación: por ejemplo el método tradicional por etanol, por sales metálicas, y por hidrolisis acida
9 ÍNDICE
PORTADA I
DEDICATORIO III
AGRADECIMIENTO V
RESUMEN VI
ABSTRACT VII
INTRODUCCION VIII
INDICE XI
LISTA DE TABLAS XIV
LISTA DE FIGURAS XVI
ANEXO XVII
10 CAPITULO |
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO
1.1. Determinación del problema 18
1.2. Formulación del problema 19
1.3. Objetivo de investigación 19
1.4. Justificación e importancia 19
1.5. Delimitaciones de la investigación 20
CAPITULO II MARCO TEORICO
2.1 Antecedentes de investigación 21
2.2 Bases teóricas 26
2.2.1.Generalidades, de la cocona 26
A. Origen 26
B. Taxonomía 28
C. Descripción botánica 29
D. Composición química proximal 34
2.2.2. Pectina 36
A. Localización 38
38 B. Estructura de las sustancias pecticas 36 C. Clasificación de sustancias pecticas 41
D. Propiedades de pectina 43
E. Características química física de la pectina 47 F. Degradación de sustancias pecticas 59
11
CAPITULO III
METODOLOGIA DE INVESTIGACION
3.1 Tipo de investigación 78
3.2 Nivel de investigación 78
3.3 Método de investigación 79
3.3.1. Técnicas de análisis de la materia prima 79 3.3.2. Técnicas de análisis de producto final 80
3.3.3 Lugar de ejecución 81
3.4 Diseño de investigación 81
3.4.1 metodología experimental 81
3.5 Población y muestra 83
3.5.1 Población 83
3.5.2 muestra 84
G. Efecto de temperatura, tiempo y pH en la obtención de pectina
2.2.3 Preparación industrial de la pectina
2.2.4 Importancia tecnofuncionales de pectinas
63 66 68 71
2.3 Desarrollo de variables
2.3.1 Variables independientes 75
2.3.2. Variable dependiente 75
2.3.3. Variables constantes
76
2.4 Hipótesis de investigación
76
2.5 Variables operacionalizacion
77
12
3.6 Técnicas, instrumentos y procedimientos
de recolección de información de datos: 84
3.6.1 técnicas e instrumentos 84
3.6.2. Procedimiento de recolección de datos 84
CAPITULO IV
RESULTADOS Y DISCUSIONES 4.1 Presentación, análisis e interpretación
de información de datos 92
4.1.1. Análisis de la materia prima 90 4.1.2. Resultados de flujo de extracción definitivo de
pectina de cocona. 94
4.1.3 Rendimiento de pectina de cocona a través
de dos métodos de extracción. 96
4.1.4. Resultados de las características químicas de la pectina de cocona obtenida con dos
métodos de extracción. 97
4.1.5. Resultados de las características físicas reológicas de la pectina de cocona obtenida
con dos métodos de extracción 98
13
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 118
LISTA DE TABLAS
4.2 Discusiones de los resultados 97
4.2.1. Análisis de la materia prima 97
4.2.2. Determinación de las características físico
morfológicas de la cocona. 99
4.2.3 La determinación de grado de madurez y del
contenido de pectina de la cocona 100
4.2.4 Rendimiento de pectina de cocona a través
de dos métodos de extracción. 101
4.2.5. Discusiones de las características químicas de la pectina de cocona obtenida con dos
métodos de extracción.
104 4.2.6. Discusiones de las características físicas
reologicas químicas de la pectina de cocona obtenida con dos métodos de extracción
109
CONCLUSIONES 115
SUGERENCIAS 117
Tabla Página
1 Producción mensual de cocona, según región o subregión 2010
25
2 Clasificación científica de la cocona 26
3 Caracterización composición de la fruta de 33
14
cocona por 100 gramos 4 Exportación de cocona y sus derivados
según empresas exportadoras 1999 – mayo
2004 (volumen en kg 34
5 Especificaciones oficiales de pureza para pectinas comerciales
58
6 Efecto del grado de esterificación de la pectina sobre la melificación
57
7 Relación entre el grado de esterificación y el tipo de pectina (por su gelificación)
58
8 Aplicación de la pectina en alimentos 73
9 Operacionalización de la Hipótesis 76
10 Diseño experimental de la determinación de pectina 81 11 Composición química proximal de la fruto de cocona 91 12 Determinación de las características físico
morfológico de la cocona ecotipo II
91
13 Determinación de grado de madurez y del contenido de pectina de la cocona.
92
14 Rendimiento de pectina de cocona (%) obtenida con dos métodos de extracción en base seca
94
15 Resultados de las características químicas de la pectina de cocona obtenida con dos métodos de extracción
96
15
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
1 Cocona variedad ecotipo I 30
2 Cocona variedad ecotipo II 30
3 Cocona variedad ecotipo III 31
4 la pectina 35
5 Estructura de la pectina 37
6 Protopectina 39
7 Acido poligalacturónico 39
8 Clasificación de pectinas según el porcentaje de metoxilo
41 9 Gel de pectina-azúcar-agua-ácido interaccionan con
enlaces de hidrógeno
56 10 Diseño experimental de la extracción de pectina con
dos acidulante
81 11 Flujograma de la Extracción de pectina de cocona 85 12 Diagrama de flujo de la obtención de pectina de
cocona
93 16 Resultados de las características Físicas Reológicas
de la pectina de cocona obtenida con dos métodos de extracción:
97
16
LISTA DE ANEXOS
Anexo Página
I Análisis de varianza de DCA para dos tratamientos de extracción de pectina: con ácido clorhídrico y
cítrico. 124
II Metodología para determinar la granulometría (NTP 305.001.1970) módulo de finura e índice de
uniformidad 125
III Metodología para el análisis de pectina de cocona 127 IV Fotografías correspondientes a la obtención Dela
extracción de pectina de cocona
139 V Fotografías correspondientes a los análisis en la
obtención de pectina de cocona con dos acidulantes
141
17 CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO
1.1. DETERMINACIÓN DEL PROBLEMA
En la actualidad el uso de aditivos alimentarios es importante para la elaboración de productos de consumo alimentario, es así que la pectina es uno de estos aditivos utilizados en diversos productos como jaleas de frutas, mermeladas, compotas, espesantes de jarabes, de sopas entre otros; debido a sus propiedades tecnofuncionales como solubilidad, viscosidad y habilidad de formación de gel. Su precio es elevado ya que no es producido en volúmenes elevados en nuestro país, esto se debe a diversas causas como: la tecnología inadecuada, disponibilidad de materia prima, bajo rendimiento. etc.
Siendo la cocona un fruto de la selva oriental y central, y su producción se va incrementando (MINAG 2010) en cantidades apreciables es posible la utilización de los frutos pequeños como fuente para la extracción de pectina, y por lo cual se hace necesario evaluar la y calidad y rendimiento de esta pectina.
18 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
a) Problema general
¿Existirá diferencia significativa en la extracción de pectina de cocona (Solanum sessiliflorum), con dos acidulantes, respecto al rendimiento y a las características físico químicas?
1.3. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN OBJETIVO GENERAL
Evaluar el rendimiento y las características fisicoquímicas en la extracción de pectina de cocona (Solanum sessiliflorum) con dos acidulantes.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Obtener pectina de cocona extraída con dos acidulantes: ácido clorhídrico y ácido cítrico.
b) Determinar los rendimientos de la extracción de pectina de la cocona (Solanum sessiliflorum).
c) Caracterizar física químicamente la pectina extraída de cocona (Solanum sessiliflorum).
1.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
La necesidad de explorar nuevas técnicas de extracción así como conseguir nuevas fuentes o mejorar las ya existentes para extraer pectina de frutos, nos conllevo a la extracción de este aditivo de la cocona
19
(Solanum sessiliflorum), fruto que podemos encontrar en la selva central.
Este estudio es de importancia para los tecnólogos que desean industrializar este fruto, a través de los procesos adecuados que nos conlleven a obtener un rendimiento elevado y características apropiadas de la pectina para uso como aditivo en la agroindustria, para la diversidad de productos.
1.5. DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN
La investigación realizada sobre obtención y caracterización de pectina de cocona se desarrolló durante el año 2012, la materia prima fue proveniente de la provincia de Chanchamayo, departamento de Junín, y los métodos de extracción con ácido cítrico y ácido clorhídrico, métodos propuestos y recomendados por Maldonado, Salazar, Millones, Torres y Vásquez (2010); para la obtención de pectina; su caracterización a través de la adaptación de métodos propuestos por la AOAC- FAO; la cual fue ejecutada en los laboratorios de la FACAP.
20 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Se presenta algunas investigaciones del contexto internacional, nacional y local:
Hinostroza (2001); en su trabajo de investigación sobre la comparación de dos métodos de extracción de pectina de tomatillo de árbol, (Cyphomandra betacea), tuvo el propósito de comparar dos métodos de precipitación: con etanol y con cloruro de aluminio. La extracción ácida de pectina se realizó a 80 y 89°C, tiempo de 80 y 120 min. y pH de 1,7 . Luego de la extracción ácida se procedió a la precipitación, con etanol y cloruro de aluminio. La obtención de las pectinas óptimas: por precipitación con alcohol y cloruro de aluminio, se desarrolló a nivel de laboratorio, con un diseño completamente al azar con arreglo factorial, el cual constó de 8 tratamientos y dos repeticiones. Los tratamientos óptimos se eligieron en base al rendimiento y calidad (porcentaje de metoxilo). Los resultados de la caracterización físico-química de la pectina obtenida por precipitación con alcohol fue: 9,33% de contenido de
21
metoxilo, 69,82% grado de esterificación, 76,24% de ácido galacturónico;
5,038X104 de peso molecular, 72ºC de temperatura de gelificación y 2,12 min. de gelificación; y grado de pectina de 130º. La pectina precipitada con cloruro de aluminio, reporto los siguientes resultados: 7,37% de contenido de metoxilo; 56,20% grado de esterificación; 74,73% de ácido galacturónico; 3,346X104 de peso molecular, 59ºC de temperatura y 22 min. de gelificación; y grado de pectina de 100º. Finalmente se realizó una evaluación sensorial con las dos pectinas obtenidas en mermelada de piña, permitiéndose evaluar su aceptabilidad general, así como el olor, color, sabor para determinar si influían estos atributos de la materia prima en el producto final
Untiveros .B. G (2003); Se realizó una investigación, obtención y caracterización de pectina de alto y bajo metoxilo de la manzana variedad Pachacamac. Se caracterizó mediante el índice de madurez, el análisis proximal y el contenido total de pectina. Las condiciones óptimas para la extracción de pectina de lo alto de metoxilo corresponden a una relación de materia prima agua acidulada de 1:16, el pH de 1.6 la temperatura es de 90°C y 75min de tiempo de extracción.
La pectina de bajo metoxilo se obtiene por hidrolisis alcalina de pectina alto de metoxilo, correspondiente a una cinética de segundo orden. La confirmación de las estructuras de las pectinas se realizó por los
22
siguientes análisis: contenido de ácido anhídrido galacturónico, peso equivalente y aspecto infrarrojo.
Campos, Chávez, Figueroa y Luján (2005); Se realizó la investigación en la determinación de la relación de dilución (1:5, 1:10) de la cáscara de tres cítricos (naranja, limón y toronja) adecuada sobre el rendimiento de extracción de pectina Se estudiaron 6 tratamientos (cáscara de naranja- 1:5, cáscara de naranja-1:10, cáscara de limón-1:5, cáscara de limón- 1:10, cáscara de toronja-1:5, cáscara de toronja-1:10) con 3 repeticiones, en las cuales se evaluó el efecto individual e interactivo que tienen las variables; relación de dilución Kg. cáscara/ Kg. Agua acidulada y tipo de cáscara sobre el rendimiento de pectina. El aislamiento del material péctico se realizó mediante el método de hidrólisis ácida utilizando HCl como agente extractante. Luego del análisis del rendimiento de pectina el análisis estadístico determino que en el proceso de extracción llevado a cabo con la cáscara de toronja-relación de disolución 1:10, obteniendo el rendimiento más alto de 0.577%.
La investigación realizada por Guidi y Quiroga (2010); realizó una investigación en la obtención de pectina a partir de la cáscara de maracuyá (Passifloraedulis), mediante hidrólisis se desarrolló en tres fases. La primera fase, el fruto de maracuyá de consistencia dura, lisa y cerosa, de unos 3mm de espesor.
23
Segunda fase: Consistió en realizarla experimentación aplicando el diseño experimental factorial y concentración del ácido cítrico), con las características cualitativas de las insolubles en alcohol, solubles en agua y formar un precipitado al agregar alcohol a una relación 1 a 100.Tercera fase; Obteniendo la cáscara tratada ésta será trasladada con la ayuda de un elevadora un tanque, En el cual se añadirá agua a una relación1:3 (cáscara: agua); La combinación de los factores, que dio un mayor rendimiento en pectina, fue de 50°C, con un tiempo de 10 min ya una concentración de 0.0045M; su rendimiento fue de 8.59% y 7.09% (con su respectivas replicas). El grado de esterificación obtenido fue de en relación al 20% y del 30%, por lo tanto, la pectina obtenida se clasificaría como pectina de baja metoxilación.
Los investigadores :Maldonado, Salazar, Millones, Torres y Vásquez (2010); realizaron una investigación sobre extracción de pectina mediante el método de hidrólisis ácida en frutos de Maushan (Vasconcellea weberbaueri (Harms) V.M. Badillo) en dos índices de madurez, provenientes del distrito de San Miguel de Soloco, región Amazonas;
para lo cual se recolectó frutos de Maushan con índice de madurez 3,64 y 6,51 respectivamente; empleando el método de hidrólisis ácida con tres tipos de ácidos (ácido clorhídrico, ácido fosfórico y ácido cítrico, en tres niveles de pH del agua acidulada 2,0; 2,5 y 3,0) para la extracción de pectina; evaluándose rendimiento, porcentaje de ácido galacturónico y
24
tiempo de gelificación de la pectina extraída mediante un experimento factorial del tipo 2AX3BX3C bajo un DCA con 3 repeticiones. El mejor rendimiento de pectina, porcentaje de ácido galacturónico y menor tiempo melificación registrados fueron en frutos de Maushan en estado de zason el mayor rendimiento de pectina se registró cuando se empleó un pH 2,0 de agua del agua acidulada con ácido cítrico y ácido fosfórico ,obteniéndose un 2.15% y 2.10% de rendimiento de pectina, respectivamente
Los mayores porcentajes de ácido galacturónico se registraron cuando se empleó pH 2.0 y 2,5 en el agua acidulada con ácido cítrico y ácido fosfórico .obteniéndose porcentaje de ácido galacturónico de 25,86% a 28.5% el menor tiempo de gelificacion (5.63 minutos) se registró cuando se empleó agua acidulada con ácido cítrico a pH 2,0.
2.2. BASES TEÓRICAS
2.2.1. GENERALIDADES DE LA COCONA A. Origen
La cocona (solaum sessiliflorum) parece ser nativa de las vertientes de los andes orientales de los andes del Perú, ecuador y Colombia, especialmente del primero de estos países.
Esta especie de manera natural entre los 200 y 100 m de altitud;
asimismo, se conoce que fue introducida al cultivo hace unos 50 años.
25
Aparentemente, se beneficia de una sombra ligera de sus primeros estados de desarrollo; requiriendo de buena radiación solar durante el periodo de fructificación. Está adaptada tanto a suelos ácidos de baja fertilidad como a suelos neutros y alcalinos de buena fertilidad, con texturas desde arcillosa hasta arenosa. Se le encuentra cultivada en zonas con altitud desde el nivel del mar hasta los 1500 m.s.n.m. (Flores, 1996; Villachica, 1996)
26 Tabla 1
Producción mensual de cocona, según región o subregión 2010
Nota: Direcciones regionales agrarias *dirección de información agraria
Elaboración: Ministerio de agricultura * oficina de estudios económicos y estadístico* unidad estadística
Región
subregión Total Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic
Nacional 7510 754 766 693 681 641 633 678 640 536 521 469 498
Huánuco 296 18 20 23 24 28 24 26 23 26 29 28 27
Junín 124 10 12 14 14 13 11 10 8 7 9 9 7
San Martin 1417 85 105 128 143 111 109 127 121 96 165 134 93
Loreto 2203 211 231 204 156 151 186 215 206 149 123 148 223
Ucayali 2385 302 298 231 253 250 212 204 195 165 108 81 86
27 B. Taxonomía
Heywood (1979). Menciona que el género Solanum presenta el mayor número de especies, aproximadamente 1400, existente en casi todo el mundo, la mayor parte de ellas se encuentran en América Tropical.
Tabla 2
Clasificación científica de la cocona
Nota :(Tabla adaptada de “instituto de investigación Peruana: Cultivo de cocona” [Carvajal c .,Balcázar ,(2000)]
Clasificación botánica
Reino Vegetal
División Espermatofita
Subdivisión Angiospermas
Clase Dicotiledóneas
Subclase Simpétala
Orden Tubiflorales
Familia Solanaceae
Género Solanum
Especie Solanum sessiliflorum
Nombres comunes cocona, tapiro
28 C. Descripción botánica
- La planta
Es una planta de crecimiento rápido que alcanza hasta los dos metros de altura, al principio es herbácea pero después se toma semilieñosa. El tallo es cilíndrico, grisáceo, con abundante pubescencia dura y ramifica desde cerca del suelo. Las hojas son ovaladas, grandes, de ápice aguzo, de bordes sinuados y lóbulos acuminados y triangulares irregulares con un lado de lámina más alto que el otro; sus dimensiones se encuentran entre los 30 y 50 cm de largo y entre los 20 y 30 cm de ancho. La cara superior de la hoja está cubierta de pelos duros y blancuzcos, con algunos estrellados; mientras que en el lado inferior la pubescencia es suave y estrellada (Villachica, 1996).
- La flor
Las inflorescencias son de tipo cimera monoasicamonohelicorde de péndulo corto con cinco a nueve flores o botones. En una misma inflorescencia se encuentran flores hermafroditas y estaminadas, no obstante, entre dichas flores no se observan diferencias morfólicas marcadas, únicamente difieren por la presencia de un
29
estilete reducido o un ovario rudimentario en las flores estaminadas.
Las flores predominantemente alogamas miden entre 4 y 5 cm de diámetro y están dispuestas en racimos axilares. El cáliz posee 5 sépalos duros, triangulares y pubescentes en el lado extremo y glabros en el interno; la corola blancuzco, ligeramente amarillo o verdoso, y los estambres son amarillos. Las flores hermafroditas poseen estigma de este tipo unido con un estile glabro (Fernández, 1998; villachica, 1996).
- El fruto
El fruto varía desde casi esférico u ovoide hasta, con 4 a 12 cm de ancho ,3 a 6 cm de largo y 24 a 250 g de peso. el color de la baya puede ser desde amarilla hasta rojiza , los frutos de color amarillo normalmente están cubiertos de pubescencia blancuzca, fina y suelta, dicha pubescencia es mucho menos notorio en el ecotipo de color rojizo . La cascara es suave y rodea la pulpa o mesocarpio grueso, amarilla y acuosa. Las cuatro celdas que lo componen están llenas de semillas envueltas en el mucilago claro, similares a las de tomate .El fruto posee una fragancia y
30
sabor especial (ligeramente acido, sin dulce) villachica, 1996.
El número de frutos que produce la planta se relaciona con el tamaño de los mismos ; es así como ,las plantas con frutos pequeños (25 a 40g ) producen entre 119 y 87 frutos, planta con fruto mediano (40 a 60 g ) producen entre 83 y 95 frutos y plantas con frutos grandes (141 a 215 g) producen entre 39 y 24 . Villachica, 1996.
El fruto se clasifica en tres tipos de ecotipos:
1. Ecotipo I;
Los frutos de cocona redonda presentan un promedio de 40.8 g, una longitud promedio de 4.2 cm y un diámetro promedio de 4.37 cm , estos frutos son achatados en los polos y su color varia de amarillo a marrón oscuro . la cascara es lisa , sin pilosidades y representa el 18% del peso total del fruto: la pulpa es de color crema , sabor acido, aroma similar al del tomate de árbol y constituye el 67.2 % del peso total; las semillas son glabras ,ovaladas , achatadas y componen el 14.6% del peso del fruto . Villachica (1996)
31
FIGURA 1: Cocona variedad ecotipo I Fuente: Villachica (1996)
2.) Ecotipo II: son frutos de cocona ovalada, con un peso, longitud y diámetro promedio de 75.79 g ,7.48 cm y 4.55 cm respectivamente los frutos son de forma ovalada elíptica y su color varia de claro a oscuro . la cascara es lisa , firme , con un espesor de 0.6 -0.8 cm ,de sabor ácido y representa el 75.72 % del peso total del fruto y las semillas son abovadas , planas , glabras y constituyen el 10.94% del peso del fruto .
FIGURA 2: Cocona variedad ecotipo II Fuente: Villachica (1996)
32
3. Ecotipo III; son coconas de tamaño gigante, muestra un peso promedio de 290.03g, una longitud de 7.48cm y un diámetro de 4.55 cm. El color externo del fruto varía desde amarillo quemado hasta marrón oscuro.
la baya es ovalada , achatada en los polos y hundida en el punto de inserción del pedúnculo . la cascara es lisa, delgada y compone el 9.68% del peso total del fruto; la pulpa es gruesa (de hasta 2 cm de espeso), de color amarillo cremoso , firme y constituye el 82.44% del peso del fruto , y las semillas son glabras idénticas a las de las otros dos materiales ;pero están dispuestos en 4 de los 6 lóbulos de acuerdo con el tamaño del fruto , y su proporción es del 7.92 del peso total del fruto. Villachica (1996)
FIGURA 3: Cocona variedad ecotipo III Fuente: Villachica (1996)
33 D. Composición química proximal
La cocona posee un alto valor nutritivo, rica en hierro y vitamina B5 (Niacina); además de calcio, fósforo y pequeñas cantidades de caroteno, tiamina y riboflavina. Esta fruta tiene un bajo aporte calórico y contenidos significativos de fibra alimenticia. Son perecibles. Pueden conservarse a temperatura ambiente, con buena aireación y bajo sombra hasta 5 días, luego se inicia el deterioro. La pulpa puede conservarse en refrigeración por tiempo prolongado. El volumen del jugo es de hasta 36 cm3/fruto y el grado Brix de 4-6.
E. Uso
Debido a la baja relación de los sólidos solubles y la acidez, que relaciona el sabor dela fruta, la cocona presenta poco grado de dulzor. Por esto, el fruto es raramente consumido al natural, excepto como complemento de bebidas alcohólicas .Se usan como también en jugos, néctar, dulces, mermeladas y compotas, pero también tiene un alto potencial en la elaboración con ají y se emplea como ensalada o como complemento a comidas típicas.
34 Tabla 3:
Caracterización composición de la fruta de cocona por 100 gramos
Componentes Contenido
Humedad Proteína (%)
88, 52 g 0.78g Fibra dietética Extracto etéreo Cenizas Carbohidratos Calcio Fosforo Hierro Pro vitamina Vitamina B1 Vitamina C Azucares totales Glucosa
Sacarosa Fructosa
1.22g 1,21g 0.61g 8,88mg 0.0124mg 0.0.26 0.1293 0.06mg 0.03g 58.7mg 2.087mg 1.273mg 236mg 578mg
Nota: la tabla fue adaptada por Villachica (1996)
35 Tabla 4
Exportación de cocona y sus derivados según empresas exportadoras 1999 – mayo 2004 (volumen en kg)
EMPRESA 1999 2000 2001 2002 2003 ENE - MAY 2004 Agro Export Topara
S.A.C.
0 0 0 0 0 258
Apolo Eximport S.R.L. 26 0 0 0 0 0
Inmolag S.A. 0 0 0 4 0 0
Latin Market S.A.C. 0 140 120 63 0 0
Maloca S.R.L. 3 0 0 0 0 0
Total 29 140 120 67 0 258
Nota: la tabla fue adaptada por “Promex de productos agrícolas de la selva (1998) p91-100
2.2.2. PECTINA
Son polisacáridos del grupo de los heteropolisacaridos encontrados en los tejidos de las plantas superiores. Son los agentes gelificadores por excelencia obtenidos de las frutas y su principal constituyente es el ácido D-Galacturónico, en la naturaleza existen como geles y son importantes de las paredes celulares donde cumplen funciones en la retención de forma y textura de frutas y hortalizas.
Durante el desarrollo y maduración de las frutas se efectúa el rompimiento, por hidrólisis, de estos compuestos para formar
36
azucares y ácidos y consecuentemente la cantidad y calidad de la pectina extraída y dependerá, entre otras cosas, de la edad y de la madurez de sus fuentes.
Las pectinas tienen función estructural junto con la celulosa y la hemicelulosa; además función de retener mucha agua y participar en la transferencia de agua a las plantas. (Belitz G. 1988)
La pectina es considerada como fibra soluble, dado que no todas las fibras son iguales. Si bien los componentes de la fibra se han agrupado en un solo conjunto de sustancias, existen algunas diferencias importantes entre ellos.
La celulosa y la hemicelulosa se caracterizan por ser insolubles en agua y se encuentran principalmente en los granos enteros, algunas frutas y la mayoría de los vegetales. Por su parte, las fibras presentes en la cáscara de la manzana, la avena, albedo de cítricos, el salvado (conocidas como gomas y pectinas), son solubles en agua (hidrosolubles). (Zorel, 2000)
Figura 4: Estructura de la pectina
Nota: (Figura adaptada de “parte de una pectina” [Cubero, N., Monferrer,A., & Villalta, J. 2002)])
37 A. Localización
Según Ferreira (2000), la masa de las paredes celulares primarias en plantas está compuesta de polisacáridos no celulósicos de apariencia de gel denso llamados sustancias pécticas. La pectina se encuentra extensivamente en la lamela media donde funciona como agente de unión entre paredes celulares adyacentes y en algunas células como componentes del citoplasma.
Existen tres formas primarias de la pectina: ácidos pécticos, pectinas y protopectinas, los ácidos pécticos son encontrados en la lamela media y la pared celular primaria, la protopectina se encuentra en las paredes celulares.
Las paredes de las células de las plantas dicotiledóneas contienen aproximadamente un 35% de pectinas, siendo la lámina central presente entre la pared celular principal particularmente ricos en estos compuestos. (Robinson, 1991) B. Estructura de las sustancias pécticas
Davies (1989), menciona que se distinguen tres clases principales de sustancias pécticas: ácidos pécticos, ácidos pectínicos y protopectina. El ácido péctico es la sustancia péctica más sencilla y constituye la base de las restantes. El ácido péctico puro es una cadena no ramificada de unidades D
38
- galacturónicos con uniones α-1,4 que se presenta en forma de silla respecto al anillo de piranosa.
La conformación de la pectina es en forma de cinta plegada, unidas por enlace glucosídicos, formadas a base de monosacáridos. (Belitz, G., 1988)
(Ferreira, 2000); manifiesta que existen tres formas primarias de la pectina: ácidos pécticos, pectinas y protopectinas. Cada una está compuesta principalmente de residuos de ácido D- galacturónico unidos por enlaces (α-1,4) glucosídicos., aunque pueden estar presentes otros monosacáridos (por ejemplo.
arabinanos, galactanos, rhamnosa, xilosa, etc.).
Figura 5. Estructura de la pectina Nota: Izydorczyk, Cui yWang (2005).
I. Ácidos péctico, son los polímeros más pequeños de los tres con un tamaño usualmente de alrededor de 100 residuos de ácido galacturónico con un mínimo de 5. Los ácidos pécticos son solubles en agua, pero
39
pueden volverse insolubles si muchos de sus grupos carboxilo se combinan con Ca++ o Mg++ para formar sales.
II. Las pectinas
Son usualmente más largas que los Ácidos pécticos (por ejm. 200 residuos) y tienen muchos de sus grupos carboxilos esterificados por la unión de grupos metilo.
Wong (1995) menciona que la pectina es un polisacárido constituido por 150 a 500 unidades de ácido galacturónico (peso molecular 30 000 a 100 000) parcialmente esterificado con un grupo de metoxilo. La cadena constituye el esqueleto que contiene también restos de L-ramnosa y esta ramificada con cadenas laterales compuestas mayoritariamente por ß D-galactopiranosa y α L- arabinofuranosa.
a) Las protopectinas
Son de peso molecular mayor quelas pectinas e intermediarias en el grado de metilación entre pectinas y los ácidos pécticos. Son insolubles en agua caliente.
40 Figura 6: Protopectina Fuente: Davies, 1989
Figura 7: Acido poligalacturonico Fuente: Wong (1995)
C. Clasificación de sustancias pecticas
I. De acuerdo al grado de esterificación:
a) Pectina HM, rica en grupos metoxil, con un grado de esterificación (DE) superior a 50%, que gelifica en un medio con un contenido en sólidos solubles
41
(generalmente azúcar) superior al 55% (w/w), a un pH de 2,0 – 3,5
b) Pectina LM, pobre en grupos metoxil, con un grado de esterificación (DE) inferior al 50%. Su gelificación se controla introduciendo iones calcio en el sistema tiene lugar a pH 2,5 a 6,5 en un medio con 10-20% de sólidos solubles. Estas pectinas permiten obtener geles adecuados a concentraciones entre 0,5% y 1,5%
(Wong, 1995)
II. De acuerdo al grado de solubilidad:
A. Soluble en agua, es la que tiene casi todos los grupos carboxilos esterificados con metanol (metoxilados) y alto peso molecular, se encuentra en los jugos de frutas, confiriéndolas cierta viscosidad, es un estabilizador coloidal.(Yúfera, 1997)
B. Soluble en Oxalato de Amonio, son los ácidos Pectínicos coloidales de bajo contenido de grupos ester metil. Se encuentran en cantidades apreciables en la fracción soluble en agua.
C. Soluble en HCl, a este grupo pertenece la protopectina, que es insoluble en agua, pero soluble en HCl, por
42
hidrólisis controlada bajo condiciones de temperatura y pH dan ácidos pectínicos. (Yúfera, 1997)
Figura 8: Clasificación de pectinas según el porcentaje de metoxilo
D. Propiedades de la pectina
A. Solubilidad, esta característica se encuentra asociada con la capacidad de hinchamiento de los coloides
P
O R C E N T A J E D E M E T O X I L O
11 10 9
8 7 6 5 4 3 2
1
Pectinas de alto metoxilo
Pectinas de índice de metoxilo medio
Pectinas de bajo metoxilo
Ácidos pecticos
43
hidrofilícos, en muchos casos la dilatación puede seguir a la solubilización.
Para que una pectina muestre su poder gelificante debe estar completamente disuelta. La solubilidad de una pectina será rápida cuando muestra un alto grado de dispersión, lo cual previene la formación de grumos viscosos por fuera y secos por dentro después de la adición de agua.
La capacidad de solubilidad y poder gelificante pueden ser limitados por el tamaño de gránulo de pectina.
Numerosos autores han demostrado que las pectinas se disuelven mejor en soluciones que contienen no más de 25% de sólidos solubles. Doesburg, (1965) mencionado por Puerta (1996).
B. Viscosidad, La viscosidad es la propiedad de un fluido que Refleja la resistencia a fluir. Se expresa como coeficiente de viscosidad, (µ); que es el cociente entre el esfuerzo cortante (), y el gradiente de (v) velocidad de flujo: µ v = . (Fenema, 1993)
Los geles de numerosas macromoléculas hidrofillícas se comportan como fluidos pseudoplásticos; es decir su
44
viscosidad disminuye cuando aumenta la rapidez de corte, lo cual se relaciona con la orientación de estas macromoléculas para formar capas que fluyen fácilmente. La viscosidad disminuye debido a que los enlaces hidrógeno son muy sensibles al esfuerzo cortante, (Fenema (1993)
La viscosidad de las disoluciones de pectina depende de factores intrínsecos como: de las características químicas, grado de esterificación, carga, peso molecular, y de factores extrínsecos como: la temperatura, pH, presencia de electrolitos. (Badui, 1993)
Una sustancia péctica en solución es susceptible de degradación irreversibles como la pérdida de viscosidad y disminución del poder gelificante. (Puerta, 1996)
C. Hidratación, la protopectina y ácidos pécticos, unidos por enlaces covalentes tienen una limitada habilidad para hidratarse en el agua. El grado de hidratación depende de la estructura de la red del peso molecular, grado de esterificación, de la presencia de cadenas
45
laterales, del pH y de la presencia de sales en el medio.
Las sustancias pécticas sólidas con menos de 10% de humedad permanecen casi inalterables por mucho tiempo a temperatura de medio ambiente (18 - 22°C).
(Puerta,1996)
D. Coagulación, según Doesburg (1965) mencionado por Puerta (1996) las pectinas y otras sustancias pécticas, solubles en agua pueden por adición de compuestos orgánicos como: alcohol, acetona y sustancias inorgánicas (electrolitos) pueden coagular.
Esto se encuentra gobernado por muchos factores:
Constitución del compuesto orgánico.
Presencia, distribución y número de grupos disociados o disueltos.
Grado de polimerización.
De la cantidad de ramificaciones y no ramificaciones de estos polímeros.
La presencia de grupos secundarios que impiden a los grupos principales cumplir sus funciones.
La valencia de los electrolitos. (Puerta,1996).
46
E. Caracterización química física de la pectina
La característica química más importante es que a diferencia de la gran mayoría de los polisacáridos, estos contienen grupos carboxilo que pueden estar protonados (COOH) a pH
<3; en forma ionizada (COO-) a pH > 3, ó como éster metílico (COOCH3); en cada caso las pectinas tienen diferente capacidad de interacción con los otros constituyentes de los alimentos, pero en el de los carboxilos ionizados son más reactivos. (Badui D., 1996)
1. Porcentaje de metoxilo,
Los grupos carboxilos de una cadena de pectina se encuentran parcialmente esterificados por radicales metilos (-O-CH3). La importancia de la metilación radica en su relación con la propiedad más importante de formar geles, aunque existen discrepancia sobre cuán importante es su proporción dentro de la estructura de la pectina. Doesburg (1965) reportado por Puerta (1996).
El número de grupos de metoxilo desempeña un papel importante en la capacidad de formar geles, sin embargo el grado de metilación, no es la única propiedad determinante, sino también el peso molecular.
47
La metoxilación es muy importante, por la cual las pectinas comerciales se han dividido en dos grandes grupos: de alto metoxilo que contienen 55 a 88% de sus grupos carboxilos esterificados y de bajo metoxilo que presenta de 18 a 45%
de esterificación. (Badui, D. 1996)
2. Porcentaje de esterificación
Representa el porcentaje de los Ácidos galacturónico que se encuentran en forma de ésteres metílicos. Cuanto más elevado es el grado de esterificación, mayor es su solubilidad en frío. Linden G.; Lorient D. (1996).
La cantidad de grupo carboxilo esterificados de los residuos de ácido urónico, presentes en forma de metil ésteres, varía y depende de la especie de planta utilizada y del cuidado puesto durante la extracción para minimizar la saponificación.
Las pectinas comerciales son mezclas de pectinas con diversos grados de esterificación y ácidos pécticos.
(Robinson,1991) 3. Peso equivalente
Puede ser definido como el número de gramos de ácido poligalacturónicos puros los cuales corresponden con un equivalente de grupos carboxilos libres. (Puerta, 1996)
48 4. Acido Anhidro Urónico
Según Sunkist 1977 citado por Huertas (1990) el nivel de ácido anhidro urónico debe ser superior a 74 % en base seca, es considerado de alta pureza; si el contenido de ácido galacturónico está por debajo de 70% indica la presencia de ácido no urónicos.
El porcentaje de ácido anhidro urónico refleja la pureza de la pectina y de manera indirecta sus impurezas (material orgánico de similar comportamiento a las pectinas con respecto a la precipitación).
Fenema (1993), menciona que la pectina purificada contiene invariablemente cantidades apreciables de azúcares no urónicos, unidos por enlaces covalentes tales como la ramnosa, arabinosa y xilosa
5. Valor Acetyl
La presencia de más de un número dado de grupos acetilo esterificados a grupos OH- a lo largo del polímero inhibe la formación de la jalea. (Charley, 1991).
6. Peso molecular
Cuanto más alto es el peso molecular de la pectina mayor es su poder gelificante; el peso molecular está muy
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condicionado por propiedades tales como viscosidad y formación de gel. Fenema (1993)
7. Grado de Gel
Cuantifica el poder gelificante de una es considerada por algunos como característica industrial. El tiempo de asentamiento, es el tiempo entre el momento de adición del ácido después de la cocción y el momento en que se observa la solidificación del gel la Pectina sólida. Es la relación de la cantidad de azúcar que ha de gelificar con respecto a la cantidad de pectinas en la preparación de jaleas y mermeladas, a condiciones de pH. Esta medida es muy importante ya que es la que determina la calidad de la pectina en la industria. (Ranganna, 1979)
8. Temperatura y tiempo de asentamiento
La temperatura de asentamiento de una pectina está influenciada por el pH, un incremento en el pH, significa una disminución en la temperatura, también influye la presencia de iones metálicos y concentración de sólidos.
Doesburg (1960) mencionado por Véliz (1984).
Las pectinas altamente metiladas (casi del 75%) son las de gelificación rápida igual que aquellas con bajo contenido de
50
metoxilo. Las que tienen un contenido intermedio de metoxilo (casi del 50%) son de gelificación lenta. (Charley, 1991)
Tabla 5
Especificaciones oficiales de pureza para pectinas comerciales
Nota :(*) FAO: Food and Agriculture Organization (**) FCC: Food Chemical Codex
Puerta (1996)
CARACTERÍSTICAS FAO (1978)* FCC(1981)**
REFERENCIAS
Humedad Max 12% Max 12%
Cenizas totales _ Max 10%
Metanol, etanol Max 1 % _
Contenido de nitrógeno pectina Max 0,5% _
Total de ácido galacturónico en el contenido de pectina
_ Min 70 %
Grado de esterificación de pectina HM
- Min 50%
Grado de esterificación de pectina de LM
- Max 50 %
Metales Pesados ppm - Max 40 %
51 9. Fuerza de gel
La fuerza de gel dependerá enteramente de la fuerza de las zonas de unión que mantienen la estructura estabilizada. Si la longitud de las zonas de unión no se une entre sí muy fuertemente, las moléculas se separan por simple presión, por incremento de temperatura que aumenta el movimiento de los polímeros. Si están implicados largos segmentos de cadena en las zonas de unión, resistirán a la aplicación de presión o excitación térmica; tales geles son firmes y térmicamente estables.
Las cargas negativas provocan la aparición de fuerzas de repulsión, por lo que los segmentos de cadenas no se aproximan uno a otro y no forman por tanto zonas de unión. (Fenema, 1993).
Cuando los geles de pectina son sometidos a ligera presión mecánica son capaces de comportarse como fluido plástico.
La firmeza de los geles se correlaciona positivamente con las moléculas de pectina de alto peso molecular y una intensa asociación intermolecular. (Fenema, 1993).
52
Según Linden (1996), las pectinas de alto metoxilo son geles elásticos (soft) y las de bajo metoxilo el gel es más o menos cohesivo dependiendo del calcio.
Según Ranganna (1979) mencionado por Véliz (1984), refiere que los equipos usados para medir la fuerza del gel se divide en dos grupos:
Grupo I, Rinden las fuerzas de ruptura de los geles cuando ellos se rompen después de exceder sus límites elásticos, así tenemos en este grupo:
a. Sucharipa, medidor dinámico de jalea para estudiar la resistencia y elasticidad de las mismas.
b. Método del penetrómetro.
c. Método del pectinómetro
d. Ensayos Delaware, indica la fuerza necesaria para romper la jalea con un émbolo.
Grupo II, mide la fuerza del gel pero tomando en de los geles dentro de sus límites elásticos: cuenta la deformación
a. Gelómetro de Bloom
53
b. Método de hundimiento de Wageningen, probador de geles B.A.R mide la distorción del gel producida por aplicación de una fuerza.
c. Ridgelímetro o método de Cox Highy que mide la blandura de un gel. Este método mide el hundimiento del gel al ser desmoldado de envases calibrados. Es del grado indicado si el hundimiento es solo del 10%.
10. GELIFICACIÓN
Badui (1993), manifiesta que la gelificación de estos hidratos de carbono se debe a que tienen gran facilidad de producir una red tridimensional estabilizada por dos mecanismos diferentes, de los cuales predomina uno de acuerdo con el grado de metoxilación.
Según Robinson (1991), el gel puede definirse como un producto que puede retener una forma estructural firme reconocible embebiendo una fase líquida continua, en una matriz macromolecular dispersa; o también como un líquido con una resistencia finita.
I. Gelificación en pectinas de baja esterificación, en el caso de las de baja esterificación se requiere la presencia
54
de iones de calcio y de un pH de 2,8 a 6,5 ya que en estas condiciones los carboxilos se encuentran ionizados y pueden establecer uniones iónicas con otras moléculas de pectina mediante el Ca++, de esta manera se crea la estructura básica del gel , en la cual los hidroxilos de los residuos del ácido galacturónico retienen agua por medio de puentes hidrógenos .
Para su gelificación no requieren sacarosa, aun cuando una pequeña cantidad ayuda a proporcionar mayor rigidez puesto que ésta favorece la interacción carboxilo-calcio.
Este tipo de pectina es el que se emplea en la elaboración de postres y otros productos con textura de gel destinados a los diabéticos, y en los cuales el azúcar se sustituye por un edulcorante sintético, como la sacarina o el aspartamo.
(Badui, 1996)
Los geles de pectina de bajo metoxilo son elásticos, su rigidez disminuye al aumentar la temperatura, son propensos a sinéresis durante almacenaje. Esta pectina se usa para postres, yogurt, queso, salsas, budines, etc.
(Cheftel, 1983)
55
II. Gelificación en pectinas de alta esterificación, por su parte las pectinas de alto metoxilo, gelifican dentro de un intervalo de pH 2,0 a 3,5 y con 60 a 65% de sacarosa.
Mediante estudios de difracción de rayos X se ha comprobado que los geles integrados de esta manera están estabilizados por un gran número de enlaces débiles, los carboxilos se encuentran protonados y crean puentes de hidrógeno entre sí o con los hidroxilos de una molécula vecina de pectina o del disacárido.
La adición del azúcar ejerce un efecto deshidratante sobre los polímeros, lo que ocasiona que se favorezcan las interacciones polisacáridos - polisacáridos de manera hidrófoba y se cree una estructura tridimensional que rodea las moléculas de sacarosa altamente hidratadas. En general, las pectinas más metoxiladas producen geles más sólidos y más rígidos que los de menor esterificación.
(Badui, 1996)
Las pectinas y ácidos pécticos son hidrocoloides, fuertemente hidratados, que se encuentran en solución, las moléculas de agua están unidas por enlaces hidrógeno a los grupos hidroxilo de la cadena polimetilgalacturónica.
(Cheftel, 1983).
56
Según Fenema (1993), el gel de pectina-azúcar-agua-ácido interaccionan con enlaces de hidrógeno, los cuales pueden ser:
Hidroxilo- hidroxilo Carboxilo-carboxilo Carboxilo-hidroxilo | | |
O C C | H O O O O
≡ H ≡ H H H ≡ H ≡ ≡ O O O O | |
C |
FIGURA 9: Gel de pectina-azúcar-agua-ácido interaccionan con enlaces de hidrógenoFuente Fenema: (1993),
Las pectinas difieren en su capacidad de formar geles en virtud de las distintas longitudes de sus cadenas de ácido poligalácturonico y del diferente grado de esterificación, de sus grupos carboxilos con alcohol metílico por tanto no es posible que existan dos pectinas con idéntica estructura y longitud de cadena. (Cheftel, (1983)
57 Tabla 6:
Efecto del grado de esterificación de la pectina sobre la melificación
Nota: (Tabla adaptada “química de los alimentos” [Fenema, (1993)]
Tabla 7
Relación entre el grado de esterificación y el tipo de pectina (por su gelificación)
Grado de
esterificación (%)
Tipo de Pectina 80 – 82
74 – 76 68 – 72 60 – 65
De gelificación ultra rápido De gelificación rápida De gelificación media De gelificación lenta
Nota: Doesburg (1965) mencionado por Huertas 1990
Grado de
esterificación
Requisitos Para Gelificar
pH Azúcar (%) Ión divalente Velocidad de gelificación
> 70 50 – 70
< 50 ( Bajo metoxilo )
2,8–3,4 2,8–3,4 2,5–6,5
65 65 Ninguno
No No Sí
Rápida Lenta Rápida
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a) Gelificación de Pectinas de bajo metoxilo mediante uniones electrostáticas con iones calcio.
b) Gelificación de pectinas de alto metoxilo por puentes hidrófobos de los grupos metilo.
c) Estructura tridimensional de gel de las pectinas, cuya unión (círculos), es por los mecanismos (a) ó (b); los OH-- del ácido galacturónico quedan libres para retener agua mediante puentes hidrógeno.
F.Degradación de sustancias pecticas:
A. Por condiciones ácidas, el calentamiento en medio ácido hidroliza los enlaces éster metíl (desmetoxilación) y los enlaces glucosídico (despolimerización), que traen consigo una reducción de la calidad, conduciendo a la formación de ácidos galacturónicos. (Badui, 1996)
B. Por Alcalis, con tratamientos con álcali a elevada temperatura conduce a una rápida saponificación y degradación de la pectina. Aún en frío, el álcali diluido remueve los grupos metil éster y causa degradación de la pectina transformándola en ácido péctico. (Cheftel, 1983)
59
C. Por Agentes Oxidantes, la pectina también puede ser oxidada por un número de agentes oxidantes como los peróxidos, ácido ascórbico, permanganato, dicromato y halógeno libre.
Se ha prestado mucho interés en cuanto al ácido ascórbico, ya que este se encuentra en muchos frutos, fuentes de pectinas, así se deduce que ocurre mediante una reacción compleja, la cual se produce solo en presencia de un aceptor de H+ conveniente. La reacción es muy lenta a pH menor o igual a dos, pero es incrementada a más altos valores de pH.
Una ligera reacción oxidativa causa una severa disminución de la viscosidad o poder gelificante de solución de pectina. Mientras el grado de esterificación y la cantidad de sustancias pécticas no son afectadas.
Doesburg (1965) mencionado por (Puerta, 1996)
D. Por procesos térmicos, las altas temperaturas producen un rompimiento total o parcial de la cadena de unidades de ácido galacturónico de pectina, lo que provoca la reducción de su poder gelificante, y de la viscosidad debido a que el calor persistente
60
descompone la pectina en ácidos pécticos, el cual no tiene poder gelificante, cuando las pectinas están en solución es más fácil que se produzca esta degradación, la cual aumenta la velocidad cuando la temperatura de almacenamiento se incrementa. (Huertas, 1990)
E. Degradación por Irradiación, Ocurre cuando los polisacáridos pectinas, gomas etc.) Son irradiados en estado sólido o en solución. Se deduce por la caída de viscosidad, al ser irradiados soluciones acuosas de estos polisacáridos. (Huertas, 1990),
F. Por Acción Enzimática, Badui (1996) reporta las siguientes enzimas que degradan la pectina, en algunos casos esta acción es benéfica.
1. Pectina metilesterasas, hidrolizan los enlaces éster metílico, liberando metanol y produciendo pectinas de bajo metoxilo e incluso ácido poligalacturónico. Las pectina metilestearasas no se encuentran en todos los vegetales: así por ejemplo, se identifican en el tomate, y agrios
61
como naranjas, toronjas; en algunas variedades de manzanas.
2. Poligalacturonasas, rompen el enlace glucosídico α 1,4 de las Pectinas por una acción que se puede llevar a cabo tanto en el interior (endo) del polímero, como a partir de los extremos (exo), en la primera forma la viscosidad se reduce rápidamente y en la segunda producen moléculas libres de ácido galacturónico y la viscosidad no es afectada tanto.
3. Pectin liasas o pectin transeliminasas, que son las liasas de mayor importancia en la tecnología de alimentos, su acción produce dobles ligaduras entre los carbonos 4 y 5 de la molécula de ácido D – galacturónico, lo que trae como consecuencia el rompimiento del enlace glucosídico principalmente en las pectinas de alto metóxilo (no lo producen las frutas, sino los
hongos de frutas contaminadas
microbiológicamente.
62
4. Pectoliasas, que actúan en los ácidos poligalacturónicos o en pectinas de bajo metoxilación con una acción similar a la descrita para la pectin liasa (producida por bacterias)
G. EFECTO DE TEMPERATURA, TIEMPO Y pH EN LA OBTENCIÓN DE PECTINAS
I. pH en la solución de extracción:
A pH relativamente bajos, tiempos largos, baja temperatura conlleva a obtener pectinas de bajo grado de esterificación.
Las pectinas pueden ser fácilmente hidrolizadas por acción de ácidos y álcalis fuertes, con tiempos de exposición largos.
(Puerta, 1990).
Cuando las pectinas están en condiciones ácidas los enlaces glucosídicos y métil éster son llevados a una hidrólisis dando ácidos galacturónicos. Los diferentes tratamientos ácidos llevan a una descarboxilación y degradación extensiva, en un tratamiento ácido a baja temperatura el grado de hidrólisis glucosidíco es menor que el grado de esterificación.
El tratamiento con álcali a temperaturas elevadas da lugar a una violenta saponificación y degradación, aún a
63
temperatura ambiente el álcali remueve rápidamente los grupos metiléster y causa degradación. El pH recomendado para la extracción de pectina es de 1,5 a 3. El pH de la solución de extracción, puede variar de acuerdo a la materia prima. (Doesburg, 1965)
II. Temperatura de Extracción en la Obtención de pectina Si la temperatura es muy alta en la extracción, influye negativamente en su capacidad de gelificación pues se desdobla considerablemente.
Las temperaturas inferiores a 86 ºC no son lo suficientemente altas para poder producir hidrólisis y solubilizar la pectina, a valores superiores causan daños de desdoblamiento de la pectina razón por la cual decrecen los rendimientos. (Guerra, 1990)
III. Tiempo de Extracción
Según Guerra (1990), en su trabajo reporta que ha tiempos inferiores de 70 minutos no son los suficientes para poder hidrolizar la pectina. Puesto que la extracción depende del tiempo en que la materia prima está en contacto con el agua acidulada.
Peña (1998), manifiesta que encontró un mayor rendimiento con un tiempo de extracción de 90 min, que con 60 min.
