AGROINDUSTRIA

Influencia del estado de coloración y del agente de extracción sobre la obtención de pectina a partir de dos variedades de maracuyá (passiflora edulis)
 
Influence of the coloring state and the extraction agent on the obtaining of pectin from two varieties of passion fruit (passiflora edulis)
 
Cuenca Nevárez Gerardo1*; Intriago Flor Frank1; Viviana Talledo Solórano1; Jennifer Rivera Molina2
 
1  UTM – Facultad de Ciencias Zootécnicas. Extensión Chone Km 2 ½ vía Boyacá, sitio Ánima.
2  UNAL-Palmira Facultad de Ciencias Agropecuarias Carrera 32, vía Candelaria, Valle del Cauca.
* Autor para correspondencia: gcuenca@utm.edu.ec
 
Resumen
 
Se analizó la influencia del estado de coloración y del tipo de agente extractante (HCl, H3PO4, C3H4OH (COOH)3) sobre la obtención de pectina a partir de las cáscaras de dos variedades de maracuyá Passiflora edulis flavicarpa (amarilla) y Passiflora edulis sims (púrpura). La extracción de pectina se realizó siguiendo un diseño estadístico de experimentos completamente al azar con arreglo factorial 2x6x3, considerando los factores: variedad de Passiflora, estado de coloración y agente extractante. Las muestras se sometieron a hidrólisis ácida con las siguientes condiciones de extracción: pH 2,5; temperatura 90–95 °C por 60 minutos. En lo que respecta al análisis de calidad de la pectina, se evaluó mediante la determinación del peso equivalente, grado de esterificación y tiempo de gelificación. Se obtuvo un rendimiento de pectina de 7,26% al usarse como extractante C3H4OH (COOH)3 en la variedad P edulis flavicarpa; mientras que para la variedad Passiflora edulis sim se encontró 8,3% al usarse como extractante C3H4OH (COOH)3. La corteza de la maracuyá en el estado de madurez verde de la variedad P edulis sim presentó el mayor contenido de pectina, mientras que la extraída de la variedad P edulis flavicarpa, exhibió mejor gelificación.
 
Palabras clave: maracuyá, pectina, hidrólisis ácida, gelificación, rendimiento.
 
Abstract
 
The purpose of this study was to analyze the influence of the coloring state and the extractant type (HCl, H3PO4, C3H4OH (COOH)3) on the production of pectin from two varieties of passion fruit Passiflora edulis flavicarpa (yellow) and Passiflora Edulis sims (purple). The extraction of pectin from passionfruit husks was carried out following a statistical design of completely randomized experiments with factorial arrangement 2x6x3, considering the factors: passionflower variety, coloring state and extractant agent. The samples were subjected to acid hydrolysis, with the following extraction conditions: pH 2.5; Temperature 90-95 °C and heating time 60 minutes. Regarding the quality analysis of pectin, this was evaluated by determining the equivalent weight, degree of esterification and gelation time. The yield of pectin obtained was 7.26% when the extractant C3H4OH(COOH)3 was used on the variety P edulis flavicarpa; while for the variety Passiflora edulis sim, it was 8.3% with C3H4OH (COOH)3 used as extractant. The passion fruit rind in the green maturity stage of the P edulis sim variety showed the highest pectin content, while the P edulis flavicarpa variety showed better gelation.
 
Key words: Passion fruit, pectin, acid hydrolysis, gelation, yield.
 
Introducción
 
Según datos del Ministerio de Agricultura, Gana- dería, Acuacultura y Pesca, MAGAP (2014), en la costa ecuatoriana la superficie cosechada de ma- racuyá fue de 28 747 hectáreas, lo que apunta a que este es un recurso de alta disponibilidad para la industria alimenticia que elabora concentrados, jaleas y mermeladas a partir de la pulpa de esta fruta. Estos procesos generan gran cantidad de cáscaras como residuos.
 
Actualmente se buscan nuevas alternativas de uso que agreguen valor a estos residuos y así incrementar el aprovechamiento integral de la fruta. Uno de estos usos lo constituye la extracción de pectina, un coloide por excelencia que tiene la propiedad de absorber una gran cantidad de agua (Chacín, Marín, & D'Addosio, 2010). Se encuentra en la pared primaria y en la lámina media, principalmente en los tejidos mesenquimáticos y parenquimáticos (Álvarez & Burgos, 2012)1. Las pectinas se obtienen de recursos vegetales que tienen un alto contenido de estas, en especial manzanas, frutas cítricas, piñas, guayabas dulces, tomates de árbol, maracuyá, remolacha, entre otros (Taipe & Matos, 2011)
 
Durante el desarrollo y maduración de las frutas se efectúa el rompimiento, por hidrólisis, de estos compuestos para formar azúcares y ácidos, y consecuentemente la cantidad y calidad de la pectina (Maldonado., et al. 2010). La pectina como tal es un polisacárido que está compuesto por una cadena lineal de moléculas de ácido Dgalacturónico, las que unidas conforman el ácido poligalacturónico (Loyola, Pavez, & Lillio, 2011). Tiene la propiedad de formar geles en medios ácidos y en presencia de azúcares.
 
Desde el punto de vista nutricional, la pectina en general y especialmente la extraída de la maracuyá como aditivo alimentario (Arellanes, Jaraba, Mármol, Páez, Mazzarri, & Rincón, 2011.) se basa en las siguientes determinaciones: contenido de sacarosa, azúcares totales, azúcares reductores, grados Brix, sodio, fósforo, calcio, magnesio, además de otras características bioquímicas importantes. Tiene un uso legítimo y no limitado en los sistemas de procesado, por cuanto su administración es completamente segura (Paredes, Hernández, & Cañizares, 2015).
 
Las pectinas de alto contenido de metoxilo requieren de grandes cantidades de azúcar y un pH bajo para formar gel. Así mismo, es menester destacar que las pectinas de bajo contenido de metoxilo pueden formar geles con o sin azúcar en presencia de cationes divalentes (Vriesmann, Teófilo, & De Oliveira, 2012). También es importante mencionar que el tiempo de gelificación, contenido de metoxilo, contenido de ácido galacturónico, grado de esterificación y viscosidad presentes en la molécula de pectina se muestran en función de la biología de la planta, del estado de maduración de la misma y la metodología de ex- tracción (Rascón, Martínez, Carvajal, Martínez, & Campa, 2016).
 
Investigaciones recientes indican que existen varios procesos registrados para producir pectinas y en cada método se obtienen productos de distinta calidad (Urias, Rascón, Lizardi, Carvajal, Gardea, & Ramírez, 2010). Esto resulta comprensible debido a la complejidad estructural y la variación natural de la pectina, que depende entre otros parámetros de la especie, de las condiciones de maduración y del tipo de almacenamiento (Vriesmann, Teófilo, & De Oliveira, 2012). Por ello, en este trabajo se evaluó la influencia del estado de coloración y del agente de extracción (HCl, H3PO4, C3H4OH (COOH)3), sobre la obtención y calidad de la pectina en dos variedades de maracuyá Passiflora edulis.
 
Materiales y métodos
 
Diseño experimental
 
Se utilizó un modelo factorial 2 x 6 x 3 en un diseño completamente al azar, en donde los factores son: dos variedades de maracuyá, seis estados de coloración y tres agentes de extracción para un total de 18 tratamientos y 90 réplicas.
  • A: (a1: P. edulis flavicarpa; a2: P. edulis sim),
  • B: estado de coloración (b1: verde-blanco, b2: verde-amarillo, b3: amarillo / b4: verde; b5: púrpura-amarillo, b6: púrpura) y
  • C: agente de extracción (c1: HCl; c2: H3PO4; c3: C3H4OH (COOH)3).
Se evaluaron las variables de respuesta: rendimiento de pectina, grado de esterificación y porcentaje de proteína. Los resultados obtenidos se analizaron mediante un análisis de varianza (ANOVA) y posteriormente se realizó un análisis de significación, usando el software libre InfoStat/L 9.0 desarrollado por la Universidad Nacional de Córdoba.
 
Recolección y tratamiento de muestras
 
Las muestras se tomaron de la zona de Barquero, perteneciente al cantón San Vicente, provincia de Manabí. Se colectaron dos variedades: Passiflora edulis flavicarpa (amarilla) y Passiflora edulis sims (púrpura), cada una con tres estados de coloración, los que determinan el estado de madurez de la fruta. Se tomó en cuenta que las frutas estuvieran sanas, la corteza sin magulladuras ni partes en estado de descomposición.
 
Se procedió a despulpar la fruta con el fin de separar la corteza para continuar con el proceso, luego se recolectaron 3,5 kg de cáscara de fruta de cada estado de coloración (maduración). Posteriormente se lavó durante 10 minutos con agua a 60 °C con la finalidad de eliminar sustancias solubles, que perjudican las características organolépticas de la pectina tales como: sabor y olor.
 
Para controlar la actividad microbiana que pudiera atenuar la calidad del producto se procedió a calentar las cáscaras en agua a 100 °C durante cinco minutos; luego, para eliminar el exceso de agua, se filtró y se procedió a secar en una estufa a 60 °C hasta que finalmente se pesó hasta alcanzar una masa constante.
 
Extracción de la pectina
 
Las cáscaras se sometieron a hidrólisis ácida durante 60 minutos. Se adicionó agua acidula- da (pH = 2; utilizando ácido cítrico al 98% marca Fisher, ácido fosfórico Panreac al 85 % y ácido clorhídrico Panreac al 37%), en una relación cáscaras-agua acidulada de 1:3 (5 kg de cáscara en 15 L de agua acidulada) 95 °C y agitación constante. Este proceso permite que la protopectina (insoluble en agua) presente en la materia prima se transforme en pectina (soluble en agua) que luego es separada del resto de componentes insolubles de la materia prima (celulosa especialmente). Posteriormente la mezcla se dejó en reposo durante 30 minutos, se filtró y exprimió manualmente.
 
La pectina se precipitó durante 20 minutos con 300 mL de alcohol potable para luego filtrar y lavar, colocándose el producto en una estufa a 60 ºC durante 2 horas con la finalidad de obtener pectina sólida, la misma que finalmente se so- metió a un proceso de molienda hasta un tamaño de partícula que pase por un tamiz de ojo de malla 80 µm. Los procesos de secado y molienda se realizaron de manera inmediata, debido a que la pectina es altamente higroscópica y se oxida fácilmente al estar en contacto prolongado con el aire.
 
Análisis cualitativo de la pectina
 
Grado de esterificación
 
Empleando el método de valoración de Schultz y Schweiger (Rojas, Perea, & Stashenko, 2008), se determinó el grado de esterificación de la pectina, para lo cual se valoró 10 mL de dilución de pectina al 1% de NaOH 0,1 N, marca Panreac, usando fenolftaleína al 2% ACS marca Fisher como indicador. Se añadieron 20 mL de NaOH 0,5 N y se esperó 30 minutos con la finalidad de desterificar la pectina. Luego se añadieron 20 mL de HCl 0,5 N para neutralizar al NaOH. Finalmente la disolución se valoró con NaOH 0,1 N.
 
Determinación de proteínas (Kjeldahl)
 
Para determinar la proteína en la pectina se utilizó un balón de 500 mL en el cual se añadió 1 g de muestra de pectina, más una pastilla Kjeldahl y 25 mL de H2SO4 Panreac al 98% de concentración. Luego se sometió a digestión por cuatro horas y se dejó enfriar. Posteriormente se agregó lentamente 150 mL de agua destilada más dos granallas de zinc marca Meyer y 80 mL de NaOH al 45,4% (Soda Kjeldahl). Se destiló por 25 minutos. El producto de la destilación se recolectó en un matraz que contenía 100 mL de H2SO4 10N con 3 gotas de rojo de metilo como indicador óptico y seguidamente se procedió a titular con NaOH 10 N. Para este propósito se utilizó un factor de 6,25 (AOAC., 1990)2.
 
Resultados
 
Obtención de pectina a partir de dos variedades de maracuyá (Passiflora edulis)
 
 
Los resultados muestran que la interacción de la variedad de la fruta (A), estado de coloración de la misma (B) y agente extractante (C) no presentan diferencias significativas en el rendimiento y grado de esterificación, no así para el porcentaje de proteína donde se evidencia que existen diferencias significativas (p<0,05) (Tabla 1).
 
Al realizar el análisis de rendimiento de la pectina se determinó que, empleando el extractante C3H4OH (COOH)3 en la variedad P. edulis flavicarpa y estado de coloración verde-amarillo, se obtuvo una media de 7,26%; mientras que con el mismo agente extractante para la variedad P. edulis sim y con estado de coloración verde, se obtuvo una media de 8,3%, existiendo diferencias significativas (p < 0,05) (Tabla 2).
 
Tabla 1. Análisis de varianza para el estudio de la influencia del estado de coloración y del agente de extracción sobre la obtención de pectina a partir de dos variedades de maracuyá (Passiflora edulis).
 
En relación al grado de esterificación se aprecia que al disolverse las fracciones de pectina con H3PO4 y C3H4OH (COOH)3, se obtuvieron los valores más altos en la variedad P. edulis flavicarpa con un estado de madurez verde-amarillo de 81,3% y 84,96%, respectivamente (Tabla 2 y Figura 1).
 
Para la proteína, el valor obtenido en el presente estudio es de 2,78% para la variedad P. edulis flavicarpa con estado de madurez verde-amarillo y agente extractante C3H4OH (COOH)3; así mismo para la variedad P. edulis sim, estado de madurez verde y ácido extractante C3H4OH (COOH)3 el valor fue 2,80%,como se observa en la Tabla 2 y la Figura1.
 
Tabla 2. Rendimiento, grado de esterificación y porcentaje de proteína. Datos empleados para el estudio de la influencia del estado de coloración y del agente de extracción sobre la obtención de pectina a partir de dos variedades de maracuyá (Passiflora edulis).
 
 
 
Figura 1. Rendimiento, grado de esterificación y porcentaje de proteína, empleado para el estudio de la influencia del estado de coloración y del agente de extracción sobre la obtención de pectina a partir de dos variedades de maracuyá (Passiflora edulis).
 
En lo que respecta al peso equivalente, tiempo de gelificación y °Brix, estos parámetros se midieron sobre las interacciones A2*B4*C2 y A2*B4*C3 que se constituyeron en los tratamientos que mejor se perfilaron en este estudio (Tabla 3).
 
Tabla 3. Peso equivalente, tiempo de gelificación y grados Brix parámetros analizados en el presente estudio sobre los tratamientos: Variedad P. edulis sim, estado de madurez verde y agentes extractantes H3PO4 y C3H4OH (COOH)3.
 
Discusión
 
El rendimiento en la extracción de pectina extraída de la maracuyá reporta rangos que están por encima de los valores reportados por Chacín et al. (2010) (1,65%) en un estudio de extracción de pectinas realizado a partir de la pulpa de guayaba madura. Por otro lado, los resultados de este trabajo en cuanto a los rendimientos pueden contrastarse con los trabajos realizados por Stephen, Phillips, & Wiliams ( 2006).
 
En lo que respecta al grado de esterificación, Grunauer y Cornejo (2009) indican que en el estado verde predomina la protopectina con alto grado de esterificación, la cual se convierte en pectina soluble por acción del proceso metabólico del fruto y de segregación de pectinas en el mismo, ocasionando una desesterificación progresiva a medida que el mismo madura. Así mismo, Loyola et al., (2011), reportan que en manzanas rojas el grado de esterificación tiene un valor de 68,27% siendo este valor intermedio a los presentados en este estudio. Estos valores se comparan a estudios previos realizados por Chasquibol, Arroyo, & Morales (2008), quienes reportaron pectinas con un alto grado de esterificación: 86,24% y 88,79%, en la pulpa de níspero y mesocarpio de granadilla, respectivamente.
 
Los porcentajes de proteína obtenidas en el presente estudio, se encuentran dentro de los rangos requeridos para la pectina, por tanto se puede decir que la pectina extraída podría ser utilizada para la industria alimenticia como lo detallan en un estudio Taipe y Matos (2011).
 
Luego de haber determinado los tratamientos, los valores más altos empleados corresponden a las combinaciones A2*B4*C2 (P. edulis sim x verde x H3PO4) y A2*B4*C3 (P. edulis sim x verde x C3H4OH (COOH)3); se realizaron análisis de peso equivalente (150 g), tiempo de gelificación 4,54 – 1,52) y °Brix (60-65); encontrándose dentro de los rangos establecidos en estudios previos reportados por Páez (2005), lo que permite afirmar que es posible obtener pectina de buena calidad para aplicaciones en la industria alimenticia, así como la posibilidad de procesarla a escala industrial.
 
Conclusiones
 
El mayor rendimiento de la pectina, grado de esterificación y porcentaje de proteínas se obtuvo con la combinación de tratamientos A2*B4*C2 y A2*B4*C3, con las respectivas características física-químicas requeridas para este tipo de productos. Por otra parte, las pectinas obtenidas alcanzaron un grado de esterificación por encima del 50% por lo que son consideradas pectinas con alto grado de esterificación de los grupos carboxilos de la cadena de ácido galacturónico, lo que les confiere un elevado poder gelificante, razón por la cual puede ser usada tanto en la industria alimenticia como farmacéutica. Esto demuestra que es factible obtener pectina de buena calidad para la industria alimenticia, por lo que es posible procesar este polisacárido a escala industrial.
 
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