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Práctica de laboratorio

INSTITUTO TECNOLÓGICO NACIONALDIRECCIÓN DE EDUCACIÓN TÉCNICA SUPERIORÁREA: QUÍMICA INDUSTRIAL

Asignatura: BIOQUÍMICA.Docente: MSc. Nelson Zamora Rodríguez.

Guía de práctica de laboratorio Nº 3.

Nombre de la práctica: Obtención de polisacáridos.

I. OBJETIVO

Qué los estudiantes sean capaces de extraer dos polisacáridos de interés industrial (almidón y pectina) a partir de tubérculos y frutas de la temporada. En el caso de la yuca por el método de decantación y secado. La pectina por el método de la hidrolisis ácida.

II. INTRODUCCION

Los polisacáridos son carbohidratos complejos de interés alimenticio, nutricional y farmacéutico, que se obtienen de diferentes fuentes naturales y por diferentes métodos según el grado de pureza que se desea obtener. Dos de ellos se pretenden obtener en condiciones de laboratorio: el almidón y la pectina.

Almidón.Desde el punto de vista químico el almidón es un polisacárido, formado por una mezcla de dos sustancias, amilosa y amilopectina, que sólo difieren en su estructura: la forma en la que se unen las unidades de glucosa entre si para formar las cadenas. Pero esto es determinante para sus propiedades. Así, la amilosa es soluble en agua y más fácilmente hidrolizable que la amilopectina.

El tamaño y la forma de los granos de almidón de las células del endospermo, varía de un cereal a otro; en el trigo, centeno, cebada, maíz, sorgo y mijo, los granos son sencillos, mientras que los de arroz son compuestos. La avena tiene granos sencillos y compuestos predominando estos últimos.

El almidón es el carbohidrato más importante en la actividad humana por su función alimenticia y por sus múltiples aplicaciones en la industria y el comercio. A diferencia de los almidones de cereales, que requieren procesos industriales muy tecnificados, los almidones de raíces y tubérculos (papa, batata, achira y yuca) son más fáciles de obtener en el medio rural: su obtención sólo requiere de molienda, tamizado, separación con agua, sedimentación y secado.

MSc. Nelson Zamora Rodríguez

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Pectinas.Las pectinas son heteropolisacáridos que se presentan en la naturaleza como elementos estructurales del sistema celular de las plantas. Su componente principal es el ácido poligalacturónico, que existe parcialmente esterificado con metanol. Se encuentran principalmente en las frutas y vegetales, para aprovechar su capacidad para balancear el equilibrio del agua dentro del sistema (Herbstreith, 2001).

Las pectinas se obtienen de materiales vegetales que tienen un alto contenido de éstas, tales como manzanas, frutas cítricas, piña, guayaba dulce, tomate de árbol, maracuyá y remolacha. Según el tratamiento que se haga a las materias primas se obtienen diferentes calidades de pectinas, de acuerdo con las necesidades de los productos terminados. Estas pectinas son, en la actualidad, ingredientes muy importantes en la industria de los alimentos, para hacer gelatinas, helados, salsas, queso. También se emplean en otras industrias, como la farmacéutica, que requieren modificar la viscosidad de sus productos, y en la industria de los plásticos así como en la fabricación de productos espumantes, como agente de clarificación y aglutinantes (Gómez, 1998).

Las pectinas se dividen en tres grupos según sus propiedades de gelación, que están asociadas con el grado de esterificación metílica (Herbstreith, 2001).

1. Las pectinas con alto índice de metóxilo,2. Las pectinas con bajo índice de metóxilo y3. Las pectinas amídicas con bajo índice metoxilo,

Antes de la práctica, investigue en que consiste cada tipo de pectina.

III. MATERIALES Y REACTIVOS

Un trozo de yuca, cuchillo, dos vasos de precipitado de 500 ml, embudo Büchner, Kitasato, embudo, papel filtro, soporte, aro, gasa (alumno), bomba de vacío, probeta 100 ml, lienzo o tela fina, vidrio de reloj, 1 rayador, desecadora o mufla.

150 g de cáscara de frutas o fruto completo. (Un tipo de fruto por grupo), tela fina (alumnos), 300 ml de etanol (alumnos), 1 beaker de 1000 ml, 1 enlenmeyer de 1000ml, 1 mortero, 1 recipiente de vidrio con tapa de sello hermético (alumnos), 1 par de guantes por grupo (alumnos), ácido cítrico, ácido clorhídrico, agua destilada, agua acidulada con HCl (pH entre 1.5 y 3).


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IV. PROCEDIMIENTO

RECUERDE TRAER UN TRAPO LIMPIO A LA PRÁCTICA.

Parte A. Obtención de almidón.Lavado y pelado de las RaícesEl propósito de esta operación es eliminar la tierra y las impurezas adheridas a la cascarilla de las raíces del tubérculo, (corteza externa o periderma). A continuación se pelan y se vuelve a lavar hasta quedar libre de impurezas.Rallado de las RaícesEs la acción de liberar el almidón de la raíz. En el rallado se liberan los gránulos de almidón contenidos en las células de la raíz. La eficiencia de esta operación determina, en gran parte, el rendimiento total de almidón en el proceso de extracción.Colado o TamizadoPese 50 g de la pasta obtenida y colóquela en un beaker, a continuación agregue 100 ml de agua, agitando vigorosamente la mezcla, luego se deja reposar por 10 minutos. A continuación se filtra utilizando una tela fina.

En este punto se debe determinar el porcentaje de humedad. El residuo se seca en una mufla a 180 ºC.

SedimentaciónEl contenido obtenido del filtrado se deja reposar por 25 a 30 minutos para que el almidón se precipite. (En cantidades industriales el proceso demora hasta 8 horas).Decantación y filtradoA continuación, el almidón sedimentado se separa por decantación y el precipitado obtenido se coloca filtra a presión reducida en un embudo Büchner hasta eliminar todas las aguas. Utilice papel filtro.Secado El producto obtenido colóquelo en un vidrio reloj (o un crisol). A continuación, se pone 5 minutos en una estufa de gabinete a 180°c. Por último, el sólido obtenido se muele para obtener el polvo. Pese el producto obtenido para calcular el rendimiento.

Parte B. Obtención de pectina.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. La fruta se lava con jabón y agua abundante para eliminar los residuos de impureza y el jabón mismos. A continuación se exprime para eliminar el jugo y semillas, dejando únicamente la pulpa o las cáscaras, que se somete a un lavado durante 10 minutos con agua a 60 °C, para eliminar sustancias solubles en agua


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caliente, las cuales perjudican sus características organolépticas, es decir, puede la pectina adquirir mal sabor y olor. La pulpa se separa del líquido resultante.

Inactivación bacteriana. Con el propósito de hacer más eficiente el proceso de extracción es necesario inactivar las enzimas pécticas, poniendo la materia prima en agua, con concentraciones de 150 gramos por 500 ml y calentando hasta ebullición durante 5 minutos, lo cual contribuye a eliminar suciedades o microorganismos presentes en la cáscara. La solución heterogénea se decanta el agua y la materia prima queda lista para la hidrólisis.

Hidrólisis ácida. A las cáscaras se las somete a una hidrólisis ácida con agua acidulada con pH entre 1,5 - 3, (utilizando de 3 a 4 ml HCl en 500 ml de agua). El tiempo de calentamiento de la solución es de 30 a 40 minutos a partir del momento en que se alcanza el punto de ebullición; debe mantenerse agitación permanente para evitar que el material sólido se deposite en el fondo del recipiente de hidrólisis. 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.

Efectivamente, el proceso de extracción de las pectinas es una simple hidrólisis ácida, para lo cual existen dos métodos: abierto y cerrado. En el método abierto el calentamiento de la solución se hace en un recipiente abierto a la atmósfera, mientras que en el método cerrado se emplea un condensador, acoplado a la tapa del recipiente, para hacer el reflujo del solvente.

Filtración de los residuos: Una vez que se suspende la agitación, se filtra la solución con ayuda de un filtro de tela, para separar el material sólido y la solución líquida. La hidrólisis del material sólido se puede repetir una o dos veces más, para mejorar la eficiencia de la extracción.

Concentración: Para preparar la solución para la precipitación de la pectina es conveniente concentrarla. Pero este proceso depende de la calidad de pectina que se quiera, porque para una pectina blanca, no es conveniente la concentración, mientras que si se acepta la pectina con alguna coloración amarilla, se puede concentrar tanto como se quiera.

Esta concentración tiene por objeto disminuir el uso del alcohol en el proceso de precipitación. Una buena alternativa es concentrar la solución a presión reducida y a temperaturas menores de 60º C.


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Precipitación: En la etapa de precipitación de las pectinas se pueden emplear sales o alcoholes. Se prefieren estos últimos porque como las pectinas se usan en la industria de los alimentos se deben evitar residuos.

En la precipitación de las pectinas se recomienda un volumen de alcohol equivalente al 60% del volumen de la solución sin disminuir el rendimiento de una manera notable y si disminuyen los costos sustancialmente. El alcohol que se usa en la precipitación se recupera, para ser reutilizado, por destilación.

Lavado: El aspecto final de la pectina depende en buena parte del proceso de lavado, que se debe realizar varias veces, considerando el grado de impurezas que pueda contener y que modifican su color. Este proceso consiste simplemente en volver a disolver la pectina, que está separada en el filtro de tela, en agua acidulada con ácido cítrico (pH ~1.5 a 3) y precipitarla nuevamente con el alcohol.

Como formas alternativas de lavado se lavar con abundante agua hasta que el líquido de lavado de negativo para la prueba de cloruros con nitrato de plata (AgNO3).

Secado. El proceso de secado de la pectina se realiza a baja temperatura (~40º C) en una corriente de aire caliente, por unas doce horas, o al aire libre durante varios días.

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. En el caso de laboratorio se utiliza un mortero.

Almacenamiento: La pectina debe almacenarse en un lugar seco y en recipientes que la protejan de la humedad, para evitar la contaminación y modificaciones en su apariencia y en su calidad.

V. CUESTIONARIO

1. Escriba la estructura de almidón y la pectina.2. ¿Qué tipos de enlaces glucosídicos se encuentran presentes en el almidón?3. ¿Cuál es la diferencia entre el almidón y la celulosa?4. ¿Cuál es el rendimiento de almidón obtenido de la muestra?5. ¿En qué consiste la esterificación metílica?6. ¿Por qué se debe evitar que la fruta a utilizar durante la extracción de pectina

presente magulladura o máxima maduración?7. ¿Cuáles son las frutas que tienen mayores índices de producción de pectina?8. ¿Por qué se debe tener precaución con la temperatura cuando se está

extrayendo la pectina?9. ¿Cómo se interpreta el contenido de alto y bajo metoxilo en la composición de

la pectina?


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VI. BIBLIOGRAFÍA:

Alarcón Freddy. 1 998. Almidón agrio de yuca en Colombia producción y recomendaciones. Tomo 1: Producción y Recomendaciones. CIAT. Colombia. 50 p.

Mueckay Mauro. 2 006. Tesis de grado. Obtención de la pectina a partir de los desechos industriales de maracuyá. Universidad Agraria del Ecuador.

R. Vasquez, L. Ruesga, R. D’addosio, G. Páez y M. Marín. 2 008. Extracción de pectina a partir de la cáscara de plátano (Musa AAB, subgrupo plátano) clon Hartón. Universidad de Zulia. Venezuela. Pp 318 – 333


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