SUSTANCIAS PECTICAS

Gabriela Barraza J.

Historia

• Descubierta en 1790 por Vauquelin.

• Braconnot: Sustancia ampliamente

disponible en plantas vivas, con

propiedades gelificantes cuando se

añadía ácido a su solución.

• Pectina ácida: “PECTOS”: sólido,

coagulado.

• FDA: GRAS

Sustancias pécticas

• Son mezclas complejas de polisacáridos que

constituyen una tercera parte de la pared celular

de las plantas dicotiledóneas y de algunas

monocotiledóneas.

• Menor proporción de estas sustancias se

encuentran en las paredes celulares de las

plantas herbáceas.

Sustancias pécticas

• En la pared celular, la protopectina, se halla

asociada a los otros constituyentes de la

membrana (celulosa, hemicelulosa, lignina,

etc.,) mediante uniones físicas y/o químicas,

actuando como cementante intercelular y dando

así rigidez a los tejidos.

Estructura de la pared celular

Principales constituyentes de

sustancias pécticas

• Ácido o-galacturónico unido en cadenas por

medio de enlaces glicosídicos α(1-4).

• Hay monómeros de ramnosa insertados dentro

de la cadena principal de residuos de ácido

galacturónico.

• Otros monómeros serían: galactosa, arabinosa,

xilosa, ácido glucurónico y fucosa.

Sustancias pécticas

Contenido de sustancias pécticas

en vegetales

Clasificación de las sustancias

pécticas• Protopectinas, si todos los carboxilos están esterificados. Estas son

insolubles en agua y se hallan en mayor cantidad en los tejidos de los

frutos no maduros o verdes.

• Ácidos pectínicos: Si solo una parte pero mayoritaria de los carboxilos

está esterificada. Estos compuestos son capaces de formar geles si las

condiciones de sólidos solubles y pH son adecuadas. Las sales de estos

ácidos se llaman pectinatos.

• Pectinas: Son los ácidos pectínicos, solubles en agua caliente, con un

contenido medio de éster metílico. La principal característica es su

capacidad de formar geles en presencia de suficientes sólidos solubles,

ácidos o iones polivalentes.

• Acidos pécticos: Estos compuestos no poseen grupos carboxilicos

esterificados. Las sales de estos se denominan pectatos y reaccionan

fácilmente con los iones calcio de las células para producir compuestos

insolubles en los jugos de frutas, dando un precipitado visible comúnmente

en la separación de fases o abanderamiento en los néctares.

Pectinas.

• Polímeros del ácidogalacturónico. Cadaanillo de la cadenaposee un grupocarboxilo (-COOH).

• Este grupo puedeestar esterificado conmetanol produciendogrupos éster metílicos,(-COOCH3) oneutralizado por unabase.

Características

• Grado de esterificación

– Pectinas de bajo metoxilo

(LMP, Low Methoxyl Pectins)

presentan esterificación menor

del 50% y ayudan en la

gelificación con la sola

presencia de iones calcio.

– Pectinas de alto metoxilo

(HMP, Hih Methoxyl Pectins)

poseen grupos carboxilo

esterificados en mas del 50%.

Características

• Habilidad para formar complejos con

calcio

– Incremento de tendencia a la formación de

gel mientras decrece el grado de

esterificación.

Características

• La viscosidad y el peso molecular de la pectina

• La viscosidad de las soluciones de pectina de HM depende de:– Grado de esterificación

– Longitud de la molécula

– Concentración de electrolitos

– pH

– temperatura.

• Concentraciones diferentes de un azúcar y diferentes azúcaresafectan a la viscosidad de manera diferente.

• La viscosidad se incrementa marcadamente a medida que latemperatura se acerca a la temperatura de ebullición.

• El peso molecular de la pectina, relacionado con la longitud de lacadena, es una característica muy importante de la que dependenla viscosidad de sus disoluciones y su comportamiento en lagelificación de las jaleas.

Propiedades de 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 parcialmente

solubles en jarabes ricos en azúcares.

Dispersabilidad-solubilidad

• La disolución en agua de las pectinas en polvo tiene lugar en tresetapas: Dispersión, hinchado y disolución.

– Para la dispersión del polvo es necesaria una fuerte agitación afin de separar bien los gránulos de pectina e impedir laformación de grumos que serían posteriormente insolubles.

– Una vez dispersada, la pectina necesita tiempo mas o menoslargo (función de la temperatura, de la concentración, de ladureza del agua, etc.) para hidratarse: es la etapa de hinchado.Por ejemplo para una pectina HM 150 ºSAG, se dispersa en unasolución al 4% en agua fría o tibia.

– Cuando las moléculas han fijado una cantidad suficiente deagua, entre 15 y 25 veces su propio peso según las condicionesde trabajo, se obtiene una solución homogénea.

Poder gelificante

• Grados SAG:– “El número de gramos de sacarosa que en una

solución acuosa de 65 º Brix y un valor de pH 3,2aproximadamente, son gelificados por un gramo depectina, obteniéndose un gel de una consistenciadeterminada".

• Los grados SAG de una determinada pectinaextraida de una fruta como la manzana ocáscaras de cítricos, varían principalmentesegún el grado de madurez de la fruta, delproceso de extracción y condiciones dealmacenamiento de la pectina obtenida.

Gelificación con pectinas de alto

metoxilo.

• Requiere la presencia de cuatro

ingredientes:

– PECTINA - AGUA - AZUCAR - ACIDO

Gelificación

• Cuando la pectina entra en solución acuosa, sus grupos carboxilo sedisocian parcialmente para formar iones carboxilo con carga negativa (R-COO -) provocando así el aumento de la carga negativa de las moléculas yla recíproca repulsión entre ellas. Todo esto favorece la disociación de lapectina.

• La adición de azúcar y de ácido modifica completamente este cuadro.– El azúcar desarrolla una acción deshidratante sobre la pectina y la lleva al limite

de la solubilidad

– El ácido, liberando iones hidrogeno positivos, neutraliza la acción de los ionescarboxilos negativos, reduce al mínimo el aumento de la carga eléctrica y ladisociación de la pectina, y favorece las uniones físicas de sus moléculas.

• De la acción mutua entre el azúcar y del ácido sobre la pectina en solución,a temperatura suficiente para facilitar la solubilización y las uniones físicasde los componentes, nace la típica estructura reticular que, enfriándose sesolidifica en forma de gel.

• La elección de la pectina a emplear, depende de las características delproducto que se desea obtener y del proceso de elaboración seguido.

Pectinas de bajo metoxilo.

• Forman geles termoreversibles por interacción con el calciopresente en el medio; el pH y la concentración de sólidos sonfactores secundarios que influyen en la velocidad y la temperaturade gelificación y además en la textura final del gel.

• Tienen la propiedad de formar gel cuyo soporte esta constituido poruna estructura reticular de PECTINATOS DE CALCIO, mientras sucontenido de sólidos solubles puede bajar hasta 2%, y el valor depH acercarse a la neutralidad. Para la gelificación, por esto, la solapresencia de la pectina y de las sales de calcio es necesaria ysuficiente.

• El comportamiento de las pectinas de bajo metoxilo estáinfluenciado por varios factores: entre los cuales el azúcar y el ácidoque, si bien no son necesarios, condicionan las dosis de loscomponentes para la óptima gelificación.

Empleo de la pectina

• Pectinas de alto metoxilo:– Industria alimentaria

– Farmacéutica

– Cosmética

– Preparación de pastas y cremas gelificadas, comodispersante y en general para reducir la presencia de azúcar.

• Pectinas de bajo metoxilo y sus sales (pectinatos):

• Industria alimentaria: preparación de pudines deleche, geles de jugos de fruta o mezclas de frutas,geles para rellenos de pastelería, mermeladas parabizcochería y mermeladas con contenido de sólidosinferiores al 55%.

Métodos para la medición de la graduación de la

pectina

• Graduación de una pectina es

medida por la consistencia o

fuerza del gel obtenido al emplear

una formulación determinada.

• Métodos usados:

• Medida de los grados SAG,

recomendado por el Comité de

Expertos IFT (International Food

Technologist) para la

normalización de pectinas desde

1.959.

• Usa un rigelímetro el cual dispone

de un tornillo que permite medir la

deflexión de un gel normalizado.

Este gel ha sido preparado con la

pectina a la cual se le desea

medir sus grados SAG.

Métodos para la medición de la graduación

de la pectina

• Gelómetro de Tarr-Baker

• Mide la presión necesaria

para provocar la rotura de la

superficie libre de del gel con

un pistón de forma y

dimensiones preestablecidas.

• Medidas hechas con este

aparato son poco prácticas y

de uso complicado, no son

siempre reproducibles y dan

una aproximación del 5%

mas o menos.

Métodos para la medición de la graduación

de la pectina

• Rigidometro de Owens & Macllay– Mide el ángulo de rotación de una paleta mecánica,

sumergida en el gel, sobrepuesta a una determinada parejade torsión. Las medidas hechas con este equipo, de uso algocomplicado, dan una aproximación también del mas o menos5%.

• Rigidómetro "Exchance" de Cox & Higby– Mide el hundimiento de la forma de un gel dejado en reposo.

Por la medida del hundimiento reportado sobre un diagramasuministrado con cada equipo, se obtiene la real graduaciónde la pectina examinada. La aproximación obtenida con esteequipo es de 2% mas o menos. Su uso rápido y seguro y lareproducibilidad de las medidas han merecido su utilizaciónmas generalizada.

Extracción de pectina

• Influyen en el desarrollo del método y de

la sucesión de operaciones:

– La calidad y condición de la materia prima

– La cantidad y pureza del agua usada

– El ácido empleado

– El pH logrado

– La temperatura y duración de la extracción.

Extracción de pectina

• Extracción de pectina comprende:

– Solubilizacion de los constituyentes insolubles

de la pectina.

– Verdadera disolución de los componentes

pécticos.

– Éxito en la extracción de pectina es

determinada por el rendimiento de unidades

de gelificación obtenida.

Extracción de pectina

• Preparación de la materia prima

– La destrucción enzimática de la pectina

puede ser reducida por deshidratación del

producto, por tratamiento con alcohol o

blanqueado con agua hirviendo.

Extracción de pectina

• Solubilización y extracción

• Proceso es realizado con ácido diluido y adición de calorpara convertir la protopectina en pectina soluble.

• Gran variedad de ácidos son usados:– ácido clorhídrico, sulfúrico, cítrico, láctico y fosfórico.

• Proporción de agua: materia sólida, tiempo, temperaturay pH deben de ser cuidadosamente controlados paraejecutar con mayor e­ficiencia la extracción.

• Separación del desecho del extracto es generalmenterealizada con filtros hidráulicos y sistemas de filtroprensa.

Extracción de pectina

• Precipitación

• La pectina es recuperada del extracto con la adición desolvente orgánico o sales metálicas.– Alcohol isopropílico, alcohol etílico o acetona son usados como

precipitantes y comúnmente la sal de cobre o de aluminio.

• El utilizar metales como precipitantes, es necesario queéstos sean luego removidos con alcohol acidulado.

• La pectina precipitada es a menudo separada del líquidopor prensas hidráulicas.

• En la etapa final de producción, la pectina es secada,estandarizada y mezclada en un polvo homogéneo.

Extracción de pectina

• Los métodos de extracción de pectina sonsimilares, variando sólo en el elementousado como precipitante, teniéndose lossiguientes métodos:

– Método de obtención por precipitación consolventes orgánicos.

– Método de obtención por precipitación consales metálicas.

– Método de obtención por precipitación coniones polivalentes.

Flujo General para la obtención de

Pectina de cáscaras de maracuyá

MATERIA PRIMA

EXTRACCIÓN

ENFRIADO

FILTRADO I

PRECIPITADO

FILTRADO II

LAVADOS

PRENSADO

SECADO

MOLIENDA

TAMIZADO

PECTINA H M

CONTROLES

Cascara deshidratada 3 variables: Tº, O, pH Hasta 25ºC Por centrifugación Con etanol (95%) Relación: 60% del extracto Por prensado manual 2 a 3 veces con etanol Manual En túnel a 40 o 50ºC por Hrs. Hasta pasar malla 0.60 Empacada Físico y químico

M.Sc. Ing Américo Guevara Pérez

Caracterización de la pectina

• Determinación del peso equivalente

(P.e.)

– Usado para calcular el contenido de ácido

anhidrogalacturónico y el grado de

esterificación. Este es determinado por

titulación con NaOH a pH 7.5, usando como

indicador rojo fenol o indicador Hinton’s.

Caracterización de la pectina

• Contenido de Metoxilo (%M)

– Determinado por saponificación de la pectina

y titulación del grupo carboxilo liberado.

Caracterización de la pectina

• Acido Anhidrurónico (% A.A)

– La estimación del contenido de ácido

anhidrurónico es esencial para determinar la

pureza y grado de esterificación y para

evaluar las propiedades físicas.

Determinación del grado de gelificación o

grado de pectina

• Determinar los gramos de pectina necesarios dividiendo 650 entre el grado estimado.

• Determinar la cantidad de azúcar necesaria restando de 650 la cantidad de pectina obtenida.

• Colocar en un recipiente 20 a 30 gramos de azúcar y añadir la pectina, mezclar bien.

• Tarar la olla y la cuchara y añadir 410 ml de agua destilada.

• Verter el contenido del recipiente a la olla y remover con suavidad durante 2 minutos, procurando sumergir el material sólido en el agua lo antes posible.

• Colocar la olla sobre la fuente de calor y calentar, removiendo sin cesar hasta ebullición completa.

• Añadir el resto del azúcar y remover hasta completa dilución.

• Hervir hasta que el peso neto de la mezcla alcance 1,015 g.

• Si el peso neto es menor al indicado añadir agua destilada y volver a hervir hasta alcanzar el peso indicado.

Determinación del grado de gelificación o

grado de pectina

• La duración total del calentamiento debe ser alrededor de 5 a 8 minutos.

• Tras el pesado final dejar en reposo en superficie horizontal durante 1 minuto.

• Enfriar hasta 95.

• Verter el contenido en tres vasos conteniendo 2 ml de solución de ácido tartárico.

• Remover suavemente.

• Después de 15 minutos tapar los vasos y almacenar a 25 durante 20 a 24 horas.

• Igualar la altura del gel con un cable limpio.

• Desmoldar el gel colocando el vaso en posición invertida en ángulo de 45 sobre una superficie plana ayudando con una espátula.

• Evaluar la fuerza del gel con la prueba del % de hundimiento.

• Solución de ácido: Pesar 48 gr. de ácido y diluirlo en agua destilada enrasando hasta 100 ml.

Pesos de pectina para ser usados en pruebas de

grados de pectina diferentes

GRADO Peso (gr.) GRADO Peso (gr.)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

50.00

25.00

16.66

15.50

10.00

8.33

7.14

6.25

5.55

5.00

4.55

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

4.17

3.85

3.57

3.33

3.12

2.94

2.78

2.63

2.54

2.38

2.27

Flujo de obtención de pectina HM y LMCASCARA

MOLIDO

LAVADO

ESCALDADO

DESHIDRATADO

EXTRACCION DEL ACIDO

FILTRADO

licor

CONCENTRARPRECIPITAR CON

SALES DE ALUMINIO

PRECIPITAR CON

ALCOHOLLAVADO CON ALCOHOL

LAVADO CON

ALCOHOL

PRENSADO

PECTINA

DESESTERIFICADO

CON ALCALI

LAVADO Y

PRENSADO

MOLIDO

STANDARIZADO

EMPACADO

PECTINA LM

MOLIDO

STANDARIZADO

EMPACADO

PECTINA HM

M.Sc. Ing Américo Guevara Pérez

Extracción enzimática de pectina a partir

de calabaza• Shkodina et al (1997) propusieron en metodo enzimatico para la

extracción de pectina a partir de calabaza fresca

• Emplearon HCl 0.1 M y tres preparaciones enzimáticas: Celulasa deTrichoderma viride, Hemicelulasa de Aspergillius níger, y elcomplejo Glycosidasa de Xanthomonas campestris.

• Rendimiento de las preparaciones de pectina, su composición demonosacáridos, el grado de acetilacion, el peso molecular y laviscosidad fueron determinadas.

• Los métodos enzimáticos de extracción dieron mucho mayorrendimiento de extracción de sustancias pécticas.

• Comparando la pectina cítrica comercial y las muestras extraídas decalabaza fresca tuvieron significativamente menor contenido deácidos urónicos y un contenido mas alto de azucares neutros,glucosa y galactosa. Este estudio propone que la pectina de lacalabaza puede contener una cadena larga ramificada formada conazúcares neutros.

Extracción enzimática de pectina a partir

de calabaza

Extracción enzimática de pectina a partir

de calabaza

Esquema de la extracción de Pectina soluble en Ácido

(PSA) del fruto espinoso de Opuntia Ficus-Indica

Composición de la materia prima y de la pectina

extraída de la pulpa de remolacha usando el

procedimiento alcalino

Composición de la materia prima y de la pectina extraida de la

pulpa de papa usando el procedimiento alcalino con

hexametafosfato de sodio como agente secuestrante.