Cinéticas de extracción y caracterización de pectinas de los subproductos de naranja mediante asistencia acústica

Abstract

[spa] Una de las principales materias primas vegetales procesadas y que contribuyen en mayor medida a la generación de subproductos son los cítricos, especialmente las naranjas. Se estima que la producción mundial de naranjas en el 2013 fue de 71,445,352 t; de las cuales aproximadamente el 70% se destinó a la manufactura de productos tales como zumos y mermeladas. Los subproductos resultantes del procesado de los cítricos representan cerca del 50% del peso de los mismos. Los subproductos generados en la producción de zumos constituyen potenciales fuentes de compuestos bioactivos. Destacan por su alto valor comercial los aceites esenciales, compuestos fenólicos y polisacáridos (celulosa, hemicelulosa y pectina). En cuanto a las pectinas, sus principales aplicaciones en la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética se deben a sus propiedades gelificantes y estabilizantes. Los métodos convencionales de extracción de pectinas emplean ácidos minerales (HCl, HNO3, H2SO4) y elevadas temperaturas (entre 60 y 100°C); el proceso es lento (0.5 hasta 7 h) y las pectinas pueden sufrir degradaciones en estas condiciones. El objetivo principal de este trabajo es evaluar la aplicación de asistencia acústica como tecnología para favorecer la extracción de pectinas de subproductos de naranja (var. Navelina), utilizando un ácido orgánico (ácido cítrico) como disolvente, potenciando así su posible uso alimentario. Para alcanzar el objetivo planteado se procedió a estudiar el efecto de la potencia acústica y el pH del medio sobre las cinéticas de extracción, el grado de metilesterificación, el color y la composición de los extractos obtenidos. Para evaluar el efecto de la asistencia acústica, se utilizaron dos potencias de ultrasonidos (US) (US1=542±4 y US2=794±4 W L-1 ), usando como control el tratamiento sin asistencia acústica con agitación a 82 rpm. Como medio de extracción se utilizó ácido cítrico a dos pH (1.5 y 2.0); y se obtuvieron las cinéticas a diferentes tiempos de extracción (0, 3, 6, 10, 20, 30, 40, 50 y 60 min); todas las experiencias se realizaron a temperatura controlada de 25±2°C; las cinéticas se modelizaron mediante el modelo empírico de Weibull. Se caracterizaron los extractos obtenidos mediante la determinación de color, microestructura, composición en monosacárido y polisacáridos y grado de metilesterificación (GME). Los resultados obtenidos indicaron que la asistencia acústica aumenta significativamente el rendimiento de extracción en ambos pH estudiados, sin embargo dicho aumento es más evidente a pH de 1.5. El modelo de Weibull permitió realizar la predicción con una elevada precisión de las curvas de extracción (los valores medios del porcentaje de varianza explicada fueron mayores del 91.9%, y los errores relativos medios menores del 7.2%), tanto para los procesos de extracción control como para las extracciones con asistencia acústica. La identificación paramétrica mediante este modelo, demostró que los rendimientos máximos de extracción aumentaron de forma lineal en función de la potencia acústica y que además se obtuvieron cinéticas de extracción más rápidas con la aplicación de US. Los extractos obtenidos mediante asistencia acústica presentaron una ligera decoloración y pérdida de luminosidad con respecto a los obtenidos mediante condiciones control; sin embargo, al calcular la diferencia total de color de todos los extractos obtenidos con respecto al color blanco, no se observaron diferencias significativas entre los extractos obtenidos en las diferentes condiciones estudiadas. En cuanto a la microestructura, se pudo observar diferencias entre los extractos obtenidos mediante asistencia acústica y los obtenidos en las condiciones control; ya que los primeros presentaron una estructura visiblemente más plana y lisa. La evaluación de la composición en monosacáridos de los extractos demostró una disminución significativa en el contenido de azúcares pécticos con la aplicación de US cuando el tiempo de extracción fue de 60 min para ambos pH estudiados, lo que se traduce en un aumento significativo en el contenido de azúcares no pécticos en aquellos extractos obtenidos mediante asistencia acústica, sin embargo no se observaron cambios significativos en el contenido de azúcares pécticos con la aplicación de US cuando el tiempo de extracción fue de 30 min para ninguno de los pH. La estructura de las pectinas se vio afectada por una disminución de la linealidad de las mismas cuando se extrajeron mediante asistencia acústica a pH 2.0 durante 60 min, con respecto a las condiciones control. En cuanto al grado de metilesterificación, se pudo concluir que éste no se vio afectado por la asistencia acústica, pero sí por el pH de extracción, obteniéndose pectinas con mayor grado de metilesterificación a pH 1.5. A dicho pH no se observaron diferencias significativas entre las pectinas extraídas a 30 y a 60 min; sin embargo a pH 2.0, las pectinas extraídas a 60 min presentaron un GME significativamente superior. En definitiva, los resultados experimentales obtenidos indicaron que la extracción mediante asistencia acústica permitió la obtención de rendimientos más altos que en las condiciones control, especialmente en el pH más bajo (pH 1.5); sin afectar la calidad de las pectinas con respecto al contenido de azúcares pécticos, estructura y GME, en tiempos de extracción de 30 min, siendo este último parámetro (GME) afectado principalmente por el pH de extracción de tal manera que se obtuvieron pectinas con mayor GME con el pH de extracción más bajo (pH 1.5).