Obtención de la Pectina a partir de la Cáscara de la Naranja

Obtención de la Pectina a partir de la cáscara de la naranja Ing. José Manuel Cruz Armenta M.C. Blanca Estela Velasco Díaz Instituto Tecnológico Superior de Teziutlán. Resumen. El presente trabajo se realizó con el objeto de aprovechar el desperdicio de la Industria Citricola Citrosol ubicada en la Ciudad de Martínez de la Torre Veracruz dando un valor agregado a la cáscara de Naranja de la extracción del jugo debido al gran problema que presenta como desecho. Existe un déficit comercial de pectina en México. Prácticamente toda la pectina que se consume en el país es de importación. Las dos empresas más grandes que tienen operaciones en México son Hércules de México y Danisco, la primera es una empresa Norteamericana y la segunda Danesa. Entre las dos abastecen prácticamente todo el mercado nacional. La posibilidad de producir en México la pectina con una industria propia será nuestra opción. Introducción. Los subproductos de la industria de zumos de frutas, bagazos de manzanas y albedos de cítricos (limón, naranja, toronja) constituyen básicamente las fuentes industriales de pectinas. La pectina, de la palabra griega “Pekos” (denso, espeso, coagulado ), es una sustancia mucilaginosa de las plantas superiores. Esta sustancia se asocia con la celulosa y le otorga a la pared celular la habilidad de absorber grandes cantidades de agua. La celulosa tiene un importante rol en la estructura ya que le da rigidez a las células, mientras que la pectina contribuye a su textura. Durante mucho tiempo, el ama de casa ha utilizado la pectina contenida en las frutas “in situ “ para “espesar jaleas”. Su extracción industrial se inició a principios del siglo XX. El parámetro químico más importante es el grado de esterificación (M), es decir, el numero de funciones carboxilo eterificadas por 100 grupos galacturonicos; esto permite distinguir dos grupos de pectinas: • Pectinas fuertes metiladas (H.M. mayor 55%) • Pectina débilmente metiladas (L.M. menor 45%) Los procedimientos de fabricación se basan en una hidrólisis, separación y recuperación. Las posibilidades de obtención de pectina y substancias extensamente usadas en las industrias alimenticias y farmacéuticas y que no se fabrican en cantidades necesarias en nuestro país, a partir de un desperdicio insuficientemente industrializado: La cáscara de naranja. En la actualidad en México se tienen grandes cantidades de cáscara de naranja de las cuales se emplean, una pequeña parte para forraje y para extraerle el aceite esencial, airándose o quemándose la mayor parte debido a las dificultades que presenta su almacenamiento, pues es necesario secarla para evitar que se fermente. La pectina se puede extraer industrialmente de otras frutas como la manzana, perón, membrillo y algunos cítricos, como el limón, toronja y lima; se escogerá la naranja debido a que es una de las frutas que más se producen en nuestro país.

La pectina es un coloide natural, liofílico, reversible, es decir; puede disolverse en agua, precipitarse, secarse y volver a disolver sin afectar sus propiedades. La pectina es soluble en agua y en ella se dispersa para dar soluciones muy viscosas, esta solubilidad disminuye cuando aumenta su tamaño molecular. En solución las pectinas presentan grandes áreas superficiales que están relacionadas con su carga eléctrica negativa. Esta carga varía según la proporción de grupos carboxilo libres y aparentemente responsables de la rápida precipitación de las pectinas con electrolitos de diferentes potenciales eléctricos. La pectina es soluble en alcohol, acetona, éter y casi todos los disolventes orgánicos. Algunos electrolitos como: cloruro de Aluminio, Sulfato de Amonio, Sulfato de Cobre, Cloruro Férrico, Sulfato de Magnesio y Sulfato de Aluminio, precipitan a la pectina en solución, en condiciones apropiadas de P.H. y concentración, en este caso se presenta más bien una coagulación semejante a la que ocurre cuando a ciertos coloides se les añade un electrolito apropiado que neutraliza las cargas trayendo por consecuencia una precipitación por el aumento de volumen de las partículas que se unen entre sí. Como la principal propiedad de las pectinas en el aspecto de la industria alimenticia, en su habilidad para formar jaleas , cada año los Estados Unidos importan más de siete millones de libras de pectina con un costo de $6 a $ 12 por libra para ser utilizadas como agente para cuajar comidas , jaleas, conservas y mermeladas. En la industria farmacéutica como coagulante sanguíneo y emulsificante. (1) Desarrollo. . 1. Tratamiento de la materia prima En la mayoría de los casos la materia prima para este proceso consiste en cáscaras de residuo de las extracciones del jugo de naranja por medio de máquinas automáticas que dejan la cáscara con bagazo y semillas, aunque en algunos casos se emplea el fruto entero cuando hay sobreproducción de la fruta. En el epicarpio de la naranja contiene apreciables cantidades de aceite esencial, producto que purificándolo es valioso en la Industria, algunos fabricantes extraen dicho aceite con máquinas especiales antes de tratar la cáscara para obtener la pectina. La cáscara de naranja es transportada primeramente a unos tanques donde se le somete a un lavado con agua a presión para eliminar impurezas como semillas y parte del bagazo, lo mismo todas las substancias solubles en ello. Después de este lavado se escurren o decanta el agua y la cáscara se pasa a una máquina que la tritura y desmenuza en pequeñas partes. El objeto de cortar la cáscara en pequeños trozos es para facilitar las operaciones posteriores, principales de la extracción. La cáscara molida se pasa a los tanques de extracción, éstos tanques tienen falso fondo y serpentina de vapor. A la cáscara se le somete a un calentamiento de 93 grados centígrados; durante 15 minutos para inactivar a las encimas presentes en la cáscara que degradan a la pectina; este calentamiento se puede omitir si la cáscara es sometida inmediatamente al proceso de extracción. Antes de someter a la cáscara al proceso de extracción, es necesario eliminarle más cantidad de impurezas como azúcares, pigmentos, resinas, etc.; esto se logra añadiendo a la cáscara grandes cantidades de agua y agitando a una temperatura de 40 a 60 grados centígrados durante unos minutos, algunos fabricantes añaden carbonatos de sodio para facilitar la eliminación, esta operación se repite si es necesario varias veces, decantando por el falso fondo el agua de desecho.

2.2. Extracción de la pectina y separación del extracto En esta operación el problema fundamental es seleccionar el PH, temperatura y tiempo apropiados, esto se logra aplicando los resultados previamente obtenidos en el laboratorio. Usualmente se agrega a la pulpa una solución de ácido clorhídrico o sulfúrico, en cantidad suficiente para obtener una relación de 3:1 entre el agua acidulada y la pulpa y obtener un PH entre 2 y 2.2 durante un tiempo de calentamiento entre 30 y 40 minutos a una temperatura entre 85°C y 90°C., según las condiciones óptimas de extracción determinadas en la parte final de este trabajo. Algunos investigadores como Myers y Baker (18) emplean temperaturas entre 95°C y 100°C., durante 60 min. , con el pH de 1.8 enfriando y diluyendo con agua fría. Otros como Owens y Mcm Cready (6) emplean pH de 1.3 a 1.4 durante 80 minutos a 100°C. El uso de PH muy bajo tiene el inconveniente de reducir el poder gelificante de la pectina. La extracción se puede efectuar también por otros métodos como el patentado por Myers y Rouse en el que emplean el agente intercambiador de ionice llamado Zeo/carb (carbón sulfonado) el cual elimina el calcio y magnesio que se encuentran formando pectatos y son los principales causantes de la insolubilidad de las péctinas. El proceso es relativamente sencillo, la pulpa de cáscara limpia se mezcla con Zeo-Carb en un tanque, se calienta durante una hora a 90°C., a un PH de 2.75 con una agitación continua, después de esto, se enfría rápidamente a 60°C., y se separa el extracto, por cualquiera de los métodos que se mencionarán más adelante, de la resina que posteriormente se regenera con ácido diluido para volverla a emplear. Otro método empleado desde hace algunos años para la extracción de la pectina y aún en uso de varias fábricas, es empleado poli fosfato (2) los más empleados son: Hexametofosfato de sodio (Na 3 PO 3 ) 6 Tetrametafosfato de sodio (Na PO 3 ) 4 T etrafosfato de sodio (Na 6 P 4 O 13 ) Pirofosfato tetrasódico (Na 4 P 2 O 7 ) Estas sustancias tienen la propiedad de formar complejos con el calcio y el magnesio, favoreciendo grandemente su solubilidad en la extracción de las péctinas, W. D. Maclay y J. P. Nielsen emplearon polifosfatos para la extracción de la pectina y encontraron que en el uso de estos compuestos es sumamente benéfico en los casos en que la materia prima contenga grandes proporciones de calcio y magnesio; la reacción se efectúa de la siguiente manera: 2 Ca ++ + Na 4 P 6 O = 18 _________________________ Na + + CaP 6 O = 18 Una vez efectuada la extracción por cualquiera de los métodos mencionados, se procede a separar la pulpa de extracto usando en esta operación: Prensa hidráulica, tanques de falso fondo, cedazo vibratorios y centrífugas; dando buenos resultados cualquiera de estos métodos. Aunque los métodos mencionados anteriormente separan casi completamente el extracto de la pulpa quedan sin embargo pequeñas partículas es suspensión las que hay que eliminar por filtración para purificar completamente el extracto. 3. Filtración del extracto Se efectúa usualmente en filtro prensa obteniendo resultados satisfactorios, además, filtros rotatorios y filtros al vacío. Se facilita y se aumenta la eficiencia de la filtración empleando previamente una precapa y posteriormente ayuda al filtro, el que se mezcla en un tanque con carbón. El extracto filtrado es un líquido claro y transparente, procediendo en estas condiciones a precipitarlo. 4. Precipitación del extracto Algunos fabricantes que venden extracto de pectina de 5 grados de jalea concentran el extracto filtrado en un evaporador de doble efecto hasta tener la concentración final adecuada. Para fabricar la pectina en polvo el proceso es más complicado, ya que hay que precipitar la pectina,

el extracto filtrado; existen dos métodos de precipitación: Empleando alcohol: Como la pectina es insoluble en alcohol se emplea este para precipitarla de sus soluciones. Los alcoholes más empleados en esta industria son: el etílico desnaturalizado especialmente y el isipropílico debido a su bajo impuesto. La operación se lleva a cabo agregando alcohol de 80º al extracto hasta precipitarlo completamente, agitando continuamente posteriormente se decanta el alcohol a través de un falso fondo, el precipitado se vuelve a mezclar con alcohol más concentrado (85º - 90º) para darle más consistencia y purificar el precipitado, eliminando finalmente el alcohol residual por medio de prensas hidráulicas especiales, saliendo el precipitado de ellas por una humedad entre el 20% y 30%. El uso del alcohol envuelve varias dificultades tales como: recuperación del disolvente, que debe ser muy eficiente, ya que se emplea aproximadamente 60 litros de alcohol por kilo de pectina en polvo, por lo que se necesita recuperar el disolvente por lo menos en un 75% para que resulte económico su empleo. Se tiene además el peligro de incendio; y almacenamiento del disolvente en tanques especiales. Empleando iones metálicos: el principal es el cloruro de aluminio que a dado muy buenos resultados aunque hay varios iones metálicos que precipitan la pectina. Al extracto filtrado se le agrega carbonato de sodio con el objeto de ajustar el PH de 3.8 a 4.2 apropiado para precipitar el cloruro de aluminio que se agrega a la solución poco a poco en cantidad determinada previamente en el laboratorio, hasta precipitación completa, esta operación se hace a temperatura ambiente y con agitación continua, el hidróxido de aluminio se forma a un PH de 3.5 y al llegar a 3.8 – 4.2 coprecipita con la pectina ya que la pectina presenta una carga negativa y al contacto con el hidróxido de aluminio cargado positivamente, flocula formando un complejo de pectina, aluminio que flota en la superficie del líquido el coagulo formado es de amarillo verdoso, se deja reposar durante más horas, decantando después el líquido se pasa el coagulo a una prensa hidráulica la torta que sale de la prensa se corta en pequeños trozos, se pasa a un tanque donde se lava con el alcohol acidulado con ácido clorhídrico para eliminar el aluminio; como el cloruro de aluminio es muy soluble en alcohol, es por esto que a este se le agrega ácido clorhídrico para que reaccione con hidróxido de aluminio. Después de eliminado el aluminio es necesario neutralizar la pectina, esto se logra lavándola con alcohol en carbonato de sodio y finalmente con alcohol sólido, pasando el precipitando decantando a la prensa hidráulica de donde sale con una humedad del 20% al 30%. 5. Secado Esta operación se lleva a cabo con relativa facilidad, ya que la pectina no es higroscópica. A las tortas que salen de la prensa hidráulica se les corta con pedazos muy pequeños manualmente o con máquinas, para sacar la pectina generalmente se emplean secadores de banda de dos pasos pasando la pectina por una corriente de aire caliente hasta salir con humedad entre el 3% y el 5% esta operación se efectúa en una operación del 70º; que es la óptima para no alterar las propiedades del producto. Una vez secada la pectina se pasa los trozos en un molino de martillos para pulverizarla y luego a unos tamices vibratorios, que por lo general son dos, uno superior que retiene los trozos muy grandes que se vuelven a meter al molino y uno inferior de 60 mayas por donde pasa el producto final. 6. Ajuste El polvo de pectina corresponde a un lote de fabricación se lleva al laboratorio a donde se

analiza, haciéndole pruebas de grado de jalea, humedad, cenizas y otras pruebas de control de calidad. Como el grado de jalea es la propiedad más importante de la pectina, ya que de él depende su valor comercial hay que ajustar las pectinas al grado de jalea deseado, que generalmente es de 150º para ajustar el lote de pectina se determina primero su grado de jalea y según este se le agregan cantidades apropiadas de dextrosa hasta obtener el grado deseado. Esta operación se hace en una mezcladora de gusano. 7. Envasado Una vez ajustado el lote de pectina, se vuelve a tamizar para eliminar todos lo gránulos que se hayan formado y después se pasa a una tolva de envase por donde se llenan los envases que generalmente son cuñetas de cartón herméticamente sellados, en los que se conserva el producto por mucho tiempo sin alterarse. Conclusión La obtención de pectina a partir de la cáscara de naranja permitirá ser auto suficiente en las industrias farmacéuticas y alimenticias dando así una interdependencia sobre este rublo, generando además un valor agregado a la cáscara de naranja beneficiando a nuestra industria mexicana. Bibliografía AgroBusiness. Trabas para exportar limón a los Estados Unidos. Enero 1, 1997. Banamex. Estructura y perspectivas de la cadena productiva limón. Marzo, 1998 Banamex. La industrial de la naranja en México: un análisis de la industria de jugos concentrados cítricos que recibe financiamiento de Banamex. Junio 1994 Centro de Investigación Regional del Sureste del INIFAP. Comunicación directa. Curtí, D. S. et al. Manual para productores de limón persa en Tabasco. ISPROTAB e INIFAP. Junio, 1999. EUROSTAT. Base de datos. FAO-STAT. Base de datos. INEGI. Anuario estadístico del estado de Veracruz. 1998. Schwentesius, R. y M.G. impacto del TLCAN sobre jugo de naranja. 2000 Agro. Agosto / octubre, 2000. Woolsey, D.M. Japan Citrus Semi-annual 2000. USDA. Mayo 2, 2000. Zubrzcki, H.M. Estructura Básica de la Citricultura Argentina. Reporte de investigación No. 47. Centro de Investigaciones Económicas, Sociales y Tecnológicas de la Agroindustria y la Agricultura Mundial. Universidad Autónoma Chapingo. Abril, 2000. Manual de producción de naranja para Veracruz y Tabasco. INIFAP Libro técnico # 2

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