OBTENCIÓN DE PECTINAS Y PROPIEDADES QUÍMICAS DE LAS PECTINAS.
La extracción de pectina de frutos, principalmente cítricos, mediante hidrólisis ácida es el principal y más utilizado procedimiento industrial de obtención de ésta, a pesar que en los últimos años se están realizando estudios de extracción de pectina por métodos enzimáticos y microbiológicos.
La hidrólisis ácida puede ser inducida por varias alternativas, después de realizar un análisis técnico - económico se opta por utilizar ácido cítrico en el proceso.
Los procesos esenciales para producir pectina de calidad, son: control de calidad de la materia prima, hidrólisis ácida, evaporación, secado y molienda.
Con el proceso desarrollado, hidrólisis ácida, se logra obtener una pectina que cumple con los requerimientos de mercado, esto es: porcentaje de metoxilos, grado de gelificación, peso equivalente y porcentaje de ácido galacturónico; el proceso presenta un buen rendimiento económico, lo cual hace que sea una alternativa para los agricultores de cítricos hacia quienes está enfocado este proyecto.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.
La Pectina es una sustancia de origen vegetal, presente en las plantas, principalmente en sus frutos, su característica principal es ser un gelificante natural. El método más conocido para obtener pectina es la hidrólisis ácida, el cual consiste en someter a las cáscaras a una cocción en medio ácido, posterior filtración y purificación, con lo cual se logra separar la pectina presente del resto de compuestos de las cáscaras, para luego secarla y molerla hasta tener un fino polvo listo para comercializarlo.
Actualmente se conocen varios métodos de obtención de pectina, a escala industrial el más utilizado es la hidrólisis ácida. Por esta razón se prueba este método con algunas modificaciones hasta obtener un proceso sencillo y acorde a nuestro medio, así se trabaja utilizando varios ácidos como el sulfúrico, tartárico y cítrico, concluyendo que el último reactivo es el más conveniente por varios factores, incluyendo el económico.
El proceso de obtención de pectina (ver Anexo 1), consta de las siguientes etapas:
Selección de la materia prima. Preferentemente, la fruta a utilizarse debe ser sana, la madurez debe ser intermedia, la corteza no debe presentar magulladuras y partes en estado de descomposición; esto permite tener un buen rendimiento y buena calidad de pectina.
Lavado. Durante 10 minutos con agua a 60 °C se somete a las cáscaras a un lavado, para eliminar sustancias solubles en agua caliente, las cuales perjudican sus características organolépticas, es decir, puede la pectina adquirir mal sabor y olor.
Inactivación bacteriana. Durante 3 minutos con agua a 100 °C se somete a las cáscaras a éste proceso, para controlar la proliferación de microorganismos que pueden degradar la materia prima.
Hidrólisis ácida. A las cáscaras se las somete a una hidrólisis ácida, durante 80 minutos aproximadamente, se adiciona agua acidulada (pH = 2, utilizando ácido cítrico), en una relación cáscaras / agua acidulada de 1/3, a 85°C y agitación constante de 400 rpm. Proceso en que la protopectina (insoluble en agua) presente en la materia prima se transforma en pectina (soluble en agua), que luego es fácilmente separada del resto de componentes insolubles de la materia prima (celulosa especialmente). Es importante mencionar que para realizar la hidrólisis ácida se utiliza agua desmineralizada, con el propósito de eliminar especialmente los iones calcio, los cuales tienen un efecto negativo en el rendimiento del proceso.
Evaporación. El producto del proceso anterior, se lo somete a evaporación y tiempo suficiente para evaporar el 75 % de la carga inicial. Se controla rigurosamente la temperatura, no debe superar los 65°C ya que la pectina es muy susceptible de degradación a temperaturas altas, para lo cual es necesario trabajar en condiciones de vacío; la pectina líquida así obtenida se la puede envasar y comercializar directamente.
Secado. Controlando de igual manera la temperatura, 65°C, y tiempo suficiente para secarla totalmente, se obtiene pectina sólida, para esta operación se utiliza un secador de bandejas y se trabaja en condiciones de vacío.
Molienda. La pectina seca es sometida a un proceso de molienda, que se realiza en un molino de bolas hasta pulverización total, para tener un producto semejante al importado.
Las operaciones de secado y molienda, antes descritos, se los debe realizar en forma continua y envasarlos lo más rápidamente posible, en recipientes herméticamente sellados, para así evitar la oxidación y humedecimiento de la pectina, ya que ésta es fácilmente oxidada y altamente higroscópica, o sea, adquiere humedad del medio ambiente de forma casi inmediata.
El rendimiento de pectina de varios frutos, obtenido al nivel de laboratorio, es el siguiente:
Cuadro N° 3
Rendimiento de pectina de varios frutos
FRUTO
% Pectina
Toronja
9,24
Naranja agria
9,99
Maracuyá amarillo
5,38
Maracuyá rojo
5,18
Limón mandarina
4,07
El parámetro químico más importante es el grado de esterificación (M.), es decir, el número de funciones
carboxilo esterificadas por 100 grupos galacturónicos; esto permite distinguir dos grupos de pectinas:
pectinas fuertemente metiladas (H.M. > 55 %);
pectinas débilmente metiladas (L.M. < 45 %).
PROPIEDADES QUÍMICAS DE LAS PECTINAS
Las pectinas son hidrocoloides que en solución acuosa presentan propiedades espesantes, estabilizantes y sobre todo gelificantes. Son insolubles en alcoholes y disolventes orgánicos corrientes y parcialemente solubles en jarabes ricos en azúcares.
Dispersabilidad-solubilidad:
La disolución en agua de las pectinas en polvo tiene lugar en tres etapas: Dispersión, hinchado y disolución.
Para la dispersión del polvo es necesaria una fuerte agitación a fin de separar bien los gránulos de pectina e impedir la formación de grumos que serían posteriormente insolubles.
Una vez dispersada, la pectina necesita tiempo mas o menos largo (función de la temperatura, de la concentración, de la dureza del agua, etc.) para hidratarse: es la etapa de hinchado. Por ejemplo para una pectina HM 150 SAG, se dispersa en una solución al 4% en agua fría o tibia.
Finalmente cuando las moléculas han fijado una cantidad suficiente de agua, entre 15 y 25 veces su propio peso según las condiciones de trabajo, se obtiene una solución homogénea.
Propiedades de las disoluciones.
A temperatura ambiente y a su propio pH, (2,8-3,2) las pectinas son tanto mas solubles en agua cuanto mayor es su grado de esterificación. Las disoluciones que se obtienen presentan un carácter aniónico (carga negativa) que puede comportar incompatibilidades en la formulación de algunos productos alimenticios.
La viscosidad de la solución depende de:
- La concentración y la temperatura,
- El peso molecular y el grado de esterificación de la pectina,
- La presencia de electrolitos en el medio,
- La dureza del agua, especialmente en las pectinas de bajo metoxilo.
Este grado de esterificación determinará el comportamiento de las pectinas junto a los ingredientes necesarios para la gelificación. Es así que las pectinas con alto metoxilo necesitan para formar geles contar con una concentración mínima de sólidos solubles y un valor de pH que oscila entre un rango relativamente estrecho.
El peso molecular de la pectina, que depende directamente de la longitud de la cadena molecular, influirá en la solidez del gel producido, es decir del poder gelificante de la pectina.
Este poder se ha convenido expresarlo en los grados SAG. Estos grados se definen como "el número de gramos de sacarosa que en una solución acuosa de 65 º Brix y un valor de pH 3,2 aproximadamente, son gelificados por un gramo de pectina, obteniéndose un gel de una consistencia determinada".
Los grados SAG de una determinada pectina extraida de una fruta como la manzana o cáscaras de cítricos, varían principalmente según el grado de madurez de la fruta, del proceso de extracción y condiciones de almacenamiento de la pectina obtenida.
LAS PECTINAS DE ALTO METOXILO (HM) pueden encontrarse en el mercado de tres tipos:
Gelificación de la pectina
Porcentaje esterificación
Lenta
60 - 67
Mediana
68 - 70
Rápida
71 - 76
Estas pectinas de alto metoxilo se caracterizan por un diferente comportamiento respecto a la gelificación, entendiéndose por gelificación el inicio de la formación del gel que aparece cuando una vez completada la cocción, la masa se enfría y alcanza la temperatura crítica de gelificación Esta temperatura es característica de cada pectina.
Las disoluciones de pectina son estables en medio ácido (pH: 2,5 a 4,5) incluso a temperaturas elevada; por el contrario sufren una rápida degradación en medio alcalino.
Las enzimas pectolíticas degradan las soluciones de pectina. Según el tipo de enzima se producirá una reacción diferente que afectará el grado de esterificación o su peso molecular y con esto su poder gelificante.
Este tipo de daño lo sufren mas intensamente las pectinas de alto metoxilo.
Estas pectinas encuentran su mayor empleo en la preparación de mermeladas cuando las frutas con las cuales se preparan a nivel industrial poseen un bajo contenido en pectinas.
PECTINAS DE BAJO METOXILO.
Al contrario de las pectinas de alto metoxilo las pectinas de bajo metoxilo (LM) forman geles termo reversibles por interacción con el calcio presente en el medio; el pH y la concentración de sólidos son factores secundarios que influyen en la velocidad y la temperatura de gelificación y además en la textura final del gel.
En efecto estas pectinas tienen la propiedad de formar gel cuyo soporte esta constituido por una estructura reticular de PECTINATOS DE CALCIO, mientras su contenido de sólidos solubles puede bajar hasta 2%, y el valor de pH acercarse a la neutralidad. Para la gelificación, por esto, la sola presencia de la pectina y de las sales de calcio es necesaria y suficiente.
El comportamiento de las pectinas de bajo metoxilo está, como para las otras pectinas, influenciado por varios factores, entre los cuales el azúcar y el ácido que, si bien no son necesarios, condicionan las dosis de los componentes para la óptima gelificación.
Entre estos factores están:
El grado de esterificación de la pectina,
El peso molecular de la pectina,
Los o Bx del producto,
El valor del pH del producto,
La cantidad de sales de calcio presente en los componentes.
Las pectinas que se pudieran conseguir en el mercado (internacional) varían en su grado de esterificación y en algunos casos ya llevan incorporadas cantidades de sales de calcio para ser utilizadas con valores de pH y sólidos solubles precisos. La extensión del campo de empleo, desde pH=2,5a 6,5 y Bx=0-80%, permite obtener una amplísima gama de productos interesantes para la industria de alimentos, de dulces, cosmética, farmacéutica, etc.
La dosis de pectina, que generalmente se determina por pruebas con pequeñas cantidades de materias primas disponibles, está normalmente comprendida entre 0,3 y 2% del peso final del producto. Las modalidades de empleo práctico no difieren de las empleadas con pectinas de alto metoxilo, y como para estas, hay que tener un máximo cuidado en su perfecta disolución para la completa utilización del poder gelificante.
Estas pectinas también tienen un amplio rango de temperaturas para la gelificación el cual oscila entre 38 y 100 ºC.
EMPLEO DE LA PECTINA
El empleo de la pectina como gelificante ha sido muy extenso debido a las características de las pectinas de bajo metoxilo, de los pectatos y ácidos pépticos, para formar geles con calcio o iones equivalentes, sin o casi sin la presencia de azúcar.
Con estas pectinas se hallan geles que encuentran interesantes aplicaciones no solo en la industria alimentaria, sino también en la farmacéutica y cosmética, para la preparación de pastas y cremas gelificadas, como dispersante y en general para reducir la presencia de azúcar.
En muchos casos además, el empleo de las pectinas de bajo metoxilo es facilitado por la baja temperatura de fusión de los geles obtenidos y por su capacidad de retomar el aspecto primitivo, después de la fusión.
Las pectinas de bajo metoxilo y sus sales (pectinatos) son utilizados en la industria alimentaría para la preparación de pudines de leche, geles de jugos de fruta o mezclas de frutas, geles para rellenos de pastelería, mermeladas para bizcochería y mermeladas con contenido de sólidos inferiores al 55%.
