Extracción de pectina a partir de la cáscara de plátano (Musa AAB, subgrupo plátano) clon Hartón

Pectin extraction from plantain (Musa AAB, sub-group plantain) peel, Harton clone

R. Vasquez, L. Ruesga, R. D'addosio, G. Páez y M. Marín

Autor de correspondencia e-mail: ronald@yahoo.com

Facultad de Ingenieria. Universidad del Zulia

Resumen

El presente estudio tuvo como objetivo la extracción y caracterización de la pectina a partir de la cáscara de plátano (Musa AAB subgrupo plátano, clon Hartón), la cual constituye una materia prima de alta disponibilidad en el mercado nacional y que actualmente está siendo sub-aprovechada. La cáscara fue obtenida de la receptora Comercializadora Selecta ubicada en el Sur del Lago de Maracaibo. El aislamiento del material péctico se realizó mediante el método de hidrólisis ácida utilizando HCl como agente extractante. Se ensayaron dos condiciones de pH (2,0 y 3,0) durante 60 minutos a 85ºC. La calidad de la pectina extraída se evaluó mediante las variables: contenido de humedad, cenizas, ácido anhidrourónico y metoxilo, tiempo de gelificación, viscosidad relativa, espectroscopía de infrarrojo y se elaboró mermelada de manzana con la pectina extraída para evaluar sus propiedades organolépticas. La extracción a pH 2,0 presentó la composición máxima en base seca (20,68% m/m) y a pH 3,0 se obtuvo la pectina de mejor calidad, cuyos contenidos de ácido anhidrourónico y metoxilo fueron de 12,72 y 2,22%, respectivamente, con un tiempo de gelificación de 9,43 minutos y mayor aceptación en la evaluación sensorial. Los resultados de la espectrometría de infrarrojo confirmaron que la pectina obtenida en ambas condiciones de pH es de bajo metoxilo. La pectina evaluada se clasifica de gelificación lenta de acuerdo al contenido de metoxilo y acido anhidrourónico. La pectina obtenida a pH 3,0 posee características competitivas dentro de su tipo para ser destinada a industria de alimentos.

Palabras clave: plátano, pectina, hidrólisis ácida, metoxilo, ácido galacturónico.

Abstract

In this study the main objective was the extraction and characterization of pectin from plantain peel, specifically from Harton clone, which constitutes a raw material with a high availability in national market and it is not to take in advantage. Peel was obtained from Selecta processor plant located in south of Maracaibo Lake. Isolation of peptic material was accomplished through the acid hydrolysis by using HCl as extractor agent. Two pH conditions (2.0 and 3.0) were essayed during 60 minutes of heating at 85ºC. Quality of the extracted pectin was determined by analysis of moisture, ash, gelling time, anhydrous-uronic acid content, methoxyl content, relative viscosity, infrared spectrometry and finally, apple marmalade was made with this pectin to analyze its sensorial properties. The maximum composition obtained was 20.68% wt/wt on dried basis from the extraction made at pH 2.0. The best quality pectin was extracted at pH 3.0 showing 12.72% of AUA content, 2.22% of methoxyl content, 9.43 minutes of gelling time and this pectin showed the better acceptance in the sensorial analysis. The infrared spectrometry confirmed that pectin obtained was low methoxyl content. Pectin evaluated is qualified as slow gelling according to the methoxyl and anhydrous-uronic acid content. Pectin obtained to pH 3.0 has competitive characteristics inside of its type to be guided to the feeding industry.

Key words: pectin, plantain, acidic hydrolysis, methoxyl, galacturonic acid.

Recibido el 21-6-2006 Aceptado el 8-11-2007

Introducción

La pectina constituye un ingrediente muy importante en la industria de los alimentos por su capacidad de formar geles, por esta razón se emplea en la fabricación de gelatinas, helados, mermeladas y otros alimentos, manufactura de fármacos y en la elaboración de plásticos (Devia, 2003). La materia prima más común para la producción de pectina son los residuos de manzana y cítricos (Carbonell et al., 1990). La pectina utilizada en la industria de alimentos y farmacéutica venezolana es importada (Camejo et al., 1996), a pesar de que esta sustancia se encuentra en las frutas y vegetales producidos en el país, cuya obtención se puede realizar por distintos métodos como son hidrólisis química, enzimática, entre otros.

El plátano es producido en gran magnitud a nivel nacional, principalmente en la zona del Sur del Lago de Maracaibo, estado Zulia, constituyendo la región de cultivo por excelencia, abasteciendo la mayor parte del mercado. La pulpa de plátano de la región zuliana es utilizada para la elaboración de una gran variedad de productos tales como tostones, bocadillos, conservas, medicamentos naturales, comidas típicas de la región, entre otros, quedando la cáscara de plátano como un residuo agroindustrial, que esta siendo destinada a la elaboración de alimento para el ganado y como materia prima para la elaboración de harina (Haddad y Borges, 1970). Sin embargo, es posible la utilización de las cáscaras de plátano como fuente para la extracción de pectina, solucionando el problema ambiental del cúmulo de material de desecho de la actividad agroindustrial de este rubro, y a la vez, incrementando el beneficio empresarial, dada la importancia económica de este subproducto vegetal para la industria alimenticia.

De este modo, el aprovechamiento de la cáscara de plátano para la obtención de pectina como alternativa rentable al creciente desarrollo agroindustrial de la industria platanera, hace necesario evaluar la cantidad y calidad de pectina presente en la cáscara de plátano, siendo éste el propósito del presente estudio.

Materiales y métodos

Materia prima

La materia prima utilizada fueron cáscaras de plátano (Musa AAB, subgrupo plátano, clon Hartón) suministrados por la empresa Comercializadora Selecta, las cuales procedían de plantas cultivadas en la región comprendida entre Santa Bárbara, estado Zulia y El Vigía, estado Mérida, ubicada en la zona sur de la cuenca del Lago de Maracaibo. Se tomaron muestras de 15 kg de concha de plátanos seleccionados según el criterio práctico para la industrialización de los mismos, es decir, en estado de madurez verde tomando sólo aquellos sanos y sin daños mecánicos durante un período de cinco días en el mes de diciembre de 2006.

Tratamiento de la materia prima

Una vez en el laboratorio, las cáscaras se lavaron con agua de chorro y posteriormente, se sometieron de nuevo a lavados sucesivos con agua destilada, con el fin de remover posibles restos de pulpa e impurezas presentes sobre la superficie. Tras el lavado, el agua excedente del material se escurrió y se procedió a triturar este material en una licuadora industrial, con el propósito de aumentar el área superficial de contacto y facilitar así el proceso de extracción de la pectina. Este material triturado se colocó en un colador para lavarlo con agua destilada y seguidamente, se transfirió a una tela de liencillo donde se presionó para extraer la mayor cantidad de agua.

Inactivación de enzimas pécticas

Con el propósito de hacer más eficiente el proceso de extracción se inactivaron las enzimas pécticas, usando la relación de un litro de agua por cada 300 g de la concha de plátano triturada, luego se procedió a calentar esta mezcla a 95-98ºC durante 15 minutos. Las enzimas inactivadas fueron las pectinesterasas responsables de la hidrólisis de grupos éster metílicos que inducen la formación de metanol y por ende pectinas de menor metoxilo; así como, las poligalacturonasas que rompen los enlaces glucosídicos entre las moléculas poligalactrurónicas, despolimerizando la cadena a fracciones más cortas hasta llegar al monómero del ácido poligaracturónico (Carbonell et al., 1990). Transcurrido este tiempo, la mezcla se filtró y lavó con agua destilada hasta detectar en el agua de desecho cero sólidos solubles totales (ºBrix), medidos con un refractómetro marca Bausch & Lomb modelo Abbe 3L. El exceso de agua en el material se extrajo presionando en una tela de liencillo y luego se sometió a un proceso de secado a 60ºC hasta alcanzar peso constante, inmediatamente se procedió a pulverizar y envasar herméticamente la cáscara seca (Devia, 2003).

Hidrólisis ácida

A 50 g del material parcialmente seco y pulverizado se le agregó agua destilada hasta completar un litro de solución. La mezcla se agitó constantemente y se añadió HCl hasta ajustar el pH a (2,0 y 3,0). Posteriormente, la mezcla se sometió a calentamiento durante 60 minutos a 85ºC v/v con agitación constante para evitar que el material sólido precipitara. Luego, la mezcla se filtró usando tela de liencillo, presionando suavemente para separar el material sólido del líquido, la fracción líquida se enfrió rápidamente por debajo de 25ºC para minimizar la degradación térmica de la pectina y se centrifugó en tubos cubiertos durante 10 minutos a 3.000 r.p.m. Al sobrenadante se le adicionó etanol al 95% mediante agitación lenta y constante, la mezcla se dejó reposar durante 30 minutos. La pectina se separó de la solución mediante filtración con tela de liencillo y se lavó en un recipiente con dos volúmenes de etanol al 50% v/v. Luego, la pectina se extendió en capsula de vidrio para su secado en estufa a 40ºC hasta peso constante. La pectina obtenida parcialmente seca se trituró, pulverizó y envasó para su almacenamiento en lugar libre de humedad (Normah y Hasnah, 2000).

Caracterización de la pectina cruda

La calidad de la pectina se determinó mediante los parámetros: contenido de humedad (Hart y Fisher, 1984), cenizas (Hart y Fisher, 1984), metoxilo (Royo, 1980), ácido anhidrourónico (McCready y Owens, 1952), tiempo de gelificación (Foda et al., 1983), viscosidad relativa (Foda et al., 1983), espectros de infrarrojo en un equipo marca Perkin-Elmer modelo 1600 serie 1605 (Monsoor et al., 2001) y análisis sensorial de la mermelada con sabor a manzana elaborada con la pectina extraída de la concha de plátano, evaluada mediante una escala hedónica con un panel de 15 personas y una muestra por prueba (Guzmán et al., 1977; Ott, 1992).

Análisis estadístico

El diseño experimental usado fue completamente aleatorizado con dos tratamientos (pH de extracción 2,0 y 3,0) con tres repeticiones y dos muestras por repetición como unidad experimental. El análisis de varianza se realizó mediante el Programa Sistema de Análisis Estadístico SAS (1985). Las medias se compararon utilizando el método de Tukey (P<0,05).

Resultados y discusiones

Rendimiento de pectina

La proporción de pectina extraída de la cáscara de frutos de plátano verde se presenta en el cuadro 1. Puede notarse un incremento del rendimiento con la disminución del pH, observándose el valor más alto a pH 2,0 con 20,68%. La prueba de medias por Tukey indicó que esta diferencia en el rendimiento fue significativa (P<0,05). Los resultados indican que las condiciones de extracción evaluadas afectaron el rendimiento de la pectina extraída de la cáscara de plátano verde. Los valores obtenidos de este parámetro son inferiores al señalado por Von Loesecke (1949) con 25,79% en bananos y superiores a los indicados por Camejo et al., (1996), Corona et al., (1996) y D'Addosio et al., (2005) con 20,54% en limones, 17,4% y 18,45% en corteza de parchita, respectivamente.

Cuadro 1. Rendimiento de pectina extraída de la concha de plátan.

X±D.E. a=0,01 Medias con superíndices diferentes difieren significativamente

El incremento en el rendimiento con el descenso del pH del medio podría estar asociado a la extracción de diferentes biomoléculas existentes en la cáscara tales como almidón, hemicelulosa, celulosa, entre otros, durante el proceso de hidrólisis.

Contenido de humedad

El contenido de humedad de la pectina extraída se muestra en el cuadro 2. El análisis de varianza no arrojó diferencias estadísticas para esta variable entre los tratamientos evaluados, es decir, el pH de extracción no afectó la proporción de agua presente en la pectina extraída. Los valores obtenidos (10,62±1,71 y 11,04±2,10 para pH 2,0 y 3,0, respectivamente) son comparables a los reportados por Corona et al., (1996) y D'Addosio et al., (2005) con 11,82 y 11,09% en corteza de parchita, respectivamente. Asimismo, estos valores se encuentran en el rango aceptado en el comercio.

Cuadro 2. Humedad y cenizas de la pectina extraída de la concha de plátano.

X±D.E. a=0,05 Medias con superíndices iguales no difieren significativamente

Contenido de cenizas

El contenido de cenizas de la pectina extraída se presenta en el cuadro 2. El análisis de varianza no arrojó diferencias estadísticas para esta variable entre los tratamientos evaluados, es decir, el pH del medio de extracción no afectó la cantidad de minerales presente en la pectina extraída. Los valores obtenidos (0,57±0,24 y 0,54±0,20 para pH 2,0 y 3,0, respectivamente) son inferiores al compararlos a los reportados por Normah y Hasnah (2000), Von Loesecke (1949), Corona et al., (1996) y D'Addosio et al., (2005) con 3,40 en kiwi; 2,23 en bananos; 2,04 y 3,02% en corteza de parchita, respectivamente. Asimismo, estos valores también son inferiores a los arrojados por la pectina comercial MERCK (3,99%).

Contenido de metoxilo

El contenido de metoxilo en la pectina extraída de la cáscara de frutos de plátano bajo dos condiciones de pH se presenta en el cuadro 3. Se observa que el contenido de metoxilo disminuye con el descenso del pH mostrando a pH 2,0 el valor de 1,47%, el cual es 66% menor comparado con el valor arrojado a pH 3,0. La prueba de medias por Tukey indicó que esta diferencia en el contenido de metoxilo fue significativa (P<0,05). Los resultados indican que el pH de extracción afectó el contenido de metoxilo de la pectina extraída. El valor obtenido de este parámetro de calidad a pH 3,0 (2,22±0,43%) es superior al señalado por Von Loesecke (1949) con 1,2% en bananos e inferior a los indicados por Normah y Hasnah (2000), Corona et al., (1996), Camejo et al., (1996), D'Addosio et al., (2005) con 9,36 en kiwi, 10,97 y 9,90% en corteza de parchita, respectivamente.

Cuadro 3. Contenido de metoxilo, ácido galacturónico y grado de esterificación de la pectina extraída de la concha de plátano.

X±D.E. a=0,05 Medias con superíndices diferentes difieren significativamente

El índice de metoxilación encontrado en este estudio se considera bajo (Guzmán, et al., 1977), el cual podría estar relacionado a la composición química del fruto evaluado y al efecto del agente extractante que posiblemente induce el rompimiento de los ésteres metílicos y en consecuencia, causa una disminución del contenido de metoxilo (Haikel et al., 2006; Haikel et al., 2007).

Contenido de ácido anhidrourónico

El contenido de ácido anhidrourónico en la pectina extraída en el presente estudio se presenta en el cuadro 3. La cantidad de ácido anhidrourónico es 62% menor a pH 2,0 en comparación con el pH 3,0; debido probablemente a la menor acción despolimerizante que causa la disminución de la concentración de iones [H⁺]. La prueba de medias por Tukey indicó que la diferencia en el contenido de ácido anhidrourónico fue significativa (P<0,05). Por lo tanto, estos resultados reflejan la influencia del pH de las condiciones de extracción sobre el contenido de ácido anhidrourónico de la pectina extraída de la cáscara de plátano verde. El valor obtenido a pH 3,0 (12,72±2,06%) es superior al señalado por Von Loesecke (1949) con 10,19% en bananos e inferior a los indicados por Camejo et al., (1996), Corona et al., (1996), D'Addosio et al., (2005) con 52,83 en limones; 71,65 y 78,00% en corteza de parchita, respectivamente.

Los valores obtenidos en ambos tratamientos (7,87±2,19 a pH 2,0 y 12,72±2,06) se consideran bajos. Estos bajos porcentajes de ácido anhidrourónico obtenidos en este estudio podría deberse a interferencias por la presencia de impurezas tales como azúcares neutros asociados, látex, taninos, gomas y demás compuestos presentes en la estructura de la cáscara de plátano que pudieron ser hidrolizados junto a la pectina extraída (Jittra et al., 2005).

Tiempo de gelificación y viscosidad relativa

En el cuadro 4 se presenta los resultados del tiempo de gelificación y la viscosidad relativa de la pectina extraída de la cáscara de plátano bajo dos condiciones de pH. El tiempo de gelificación es 1,47 mayor con pH 2,0 que a pH 3,0. La prueba de medias por Tukey indicó que la diferencia en el tiempo de gelificación fue significativa (P<0,05). Por lo tanto, estos resultados reflejan la influencia del pH de extracción sobre el tiempo de gelificación de la pectina extraída de la cáscara de plátano verde. Los valores obtenidos en ambos pH de trabajo (cuadro 4) son superiores al señalado por D'Addosio et al., (2005) con 3:08 minutos para pectina extraída de la cáscara de parchita. Estos resultados permiten inferir la existencia de una fracción importante de impurezas que interferirían con el proceso de gelificación. Respecto a la viscosidad de la pectina, el análisis de varianza no detectó diferencias estadísticas entre los tratamientos evaluados. Los valores fluctuaron de 1,37±0,14 a pH 2,0 a 1,45±0,17% a pH 3,0. Sin embargo, el comportamiento es contrario a la tendencia observada en el tiempo de gelificación, ya que las mejores propiedades gelificantes se presentaron con la pectina extraída a pH 3,0 a pesar de que el mayor rendimiento se obtiene a pH 2,0. Este comportamiento pudiera estar asociado a un menor efecto hidrolizante sobre la molécula durante el proceso de extracción, que se traduciría en un menor desprendimiento de grupos metoxilos y una menor ruptura de la cadena reflejado en el contenido de acido anhidrourónico y el valor de viscosidad, conservando así el poder gelificante (Foda et al., 1983).

Cuadro 4. Tiempo de gelificación y viscosidad relativa de la pectina extraída de la concha de plátano.

X±D.E. a=0,05 Medias con superíndices diferentes difieren significativamente.

Espectroscopía de infrarrojo

En las figuras 1 y 2 se presentan los espectros de infrarrojo (IR) obtenidos para la pectina comercial MERCK y la pectina extraída a pH 3,0 de cáscara parcialmente seca de plátano verde. Al comparar ambos espectros se aprecia la diferencia existente entre la pectina de estudio y la comercial, específicamente en la región que corresponde a los grupos carboxilos libres (COO^-) y esterificados (COOR) ubicados entre las bandas de 1650 y 1750 cm^-1, respectivamente. La ausencia de un alargamiento pronunciado en los grupos carboxílicos esterificados (1750 cm^-1) ubica esta pectina como de bajo metoxilo, lo cual corrobora los resultados obtenidos en la determinación del contenido de metoxilo (Monsoor et al., 2001).

Análisis sensorial de la mermelada con sabor a manzana

En el cuadro 5 se presenta el resultado del análisis sensorial de la mermelada elaborada con la pectina obtenida en el estudio. El análisis de varianza no detectó diferencias estadísticas para las variables color, claridad, aroma, sabor, dulzor, adhesividad y aceptabilidad, mientras que para la firmeza la prueba de medias por Tukey arrojó diferencias (P<0,05), siendo mas firme la mermelada preparada con la pectina obtenida a pH 3,0. Estos resultados confirman lo referido anteriormente sobre las mejores propiedades gelificantes observadas con la pectina extraída a pH 3,0.

Cuadro 5. Resultados del análisis sensorial de la mermelada con sabor a manzana.

X±D.E. a=0,05 Medias con superíndices iguales no difieren significativamente.

Conclusiones

Es posible obtener pectina con buenas propiedades gelificantes a partir de cáscara de plátano verde con un rendimiento de 7,65±1,41%, mediante extracción en medio ácido a pH 3,0; a una temperatura de 85°C y un tiempo de hidrólisis de 60 minutos.

La pectina evaluada se clasifica de gelificación lenta de acuerdo al contenido de metoxilo y acido anhidrourónico.

La pectina obtenida en el estudio posee características competitivas dentro de su tipo para ser destinada en la industria de alimentos.

Literatura citada

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