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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGIENERÍA ESCUELA DE INGIENERÍA QUÍMICA

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CH E R DE EVALUACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DEL ÁCIDO CÍTRICO EXTRAIDO DEL JUGO DE LA PIÑA.

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO (Trabajo para optar al título de Ingeniero Químico)

Realizado por: Shirly M. Rosales P.

Tutor Académico: Prof: Ing. José Ferrer

Maracaibo, Diciembre 2010

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DEDICATORIA

Esta historia comenzó al ver la alegría y el orgullo que sintió mi padre José Jesús al culminar mi primera carrera, fue impresionante para mí ver la emoción que expresaba. Durante su discurso, dijo que yo iba a continuar estudiando, pues él siempre quiso llamarme “Ingeniera”. ¿Y cómo negarme?

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Yo haría lo que fuese por ver esa sonrisa que tenía mi padre en su cara, jamás

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la olvidaré, yo simplemente no podía creer que alguien estuviese tan orgulloso

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de mi, era demasiado halago porque siempre nos enseñó a ser humildes.

CH E R No meDloEestán preguntando, pero él nunca me pidió regalos en su

cumpleaños, sólo me decía que si salía bien en los estudios ese era su regalo más grande, y lo comprobé el día de mi graduación. Es por ello, por su incondicional apoyo y cuidado en todo momento que mi carrera es dedicada a mi padre, mi mentor, mi maestro de vida, mi ídolo, mi héroe, mi líder familiar, y la persona más honesta y sincera que jamás haya conocido. Te voy a extrañar todos los días de mi vida, pero siempre trataré de hacerte sentir orgulloso de mi. Gracias por ser tu hija y haber sido el mejor padre del mundo. Te amaré por siempre!

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AGRADECIMIENTOS Agradezco a mi Dios por bendecirme con todo lo que recibo cada día y acompañarme en todo momento. A Pedro Javier por entregarme todo su amor y cariño en todo momento, por ser tan especial y único conmigo, ser el mejor amigo que jamás haya

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tenido, haber sido mi apoyo y soportarme. Eres un hombre increíble. Gracias

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por tus detalles, hacerme reír, y enseñarme a llevar la vida más feliz. Jamás

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olvidaré tu entera compañía en los momentos más difíciles de mi vida. Eres mi

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gordo bello. Te amo mi rey!

A mi familia entera por su apoyo incondicional, en especial mis sobrinas Shaijan, Carolay, Casilda, Nicole, Maria Antonella, Genesis, Camilita y mi sobrino José Andrés, por quererme tanto como yo los quiero a ellos, por hacerme feliz cuando están a mi lado. Y a mi negrito José Jesús, quien está de la mano de mi padre. A mis amigos por su apoyo durante mi carrera y momentos de mi vida. Siempre los recordaré. Gracias por regalarme un pedacito de ustedes y haberme hecho parte de sus vidas. A mis profesores, en especial a mi tutor, el profesor Ingeniero José Ramón Ferrer por regalarme sus conocimientos y haber creído en mí durante mis estudios. Excelente maestro y admirable persona. A usted, que Dios le pague por haberme dado la oportunidad de mi trabajo especial de grado. A los profesores Ingeniero Nelson Molero e Ingeniero Oscar Urdaneta por su enseñanza, amistad y gran ayuda. Gracias. Gracias!!!

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RESUMEN Se realizó el estudio de la evaluación de la concentración de ácido cítrico en el jugo extraído de la piña, ratificándose la presencia del ácido y determinando su concentración en la muestra por medio de la técnica de cromatografía líquida de alta presión (HPLC). Se evaluaron algunos parámetros fisicoquímicos del jugo de piña, como lo son el pH y los grados Brix, utilizando un pH metro digital y un refractómetro. Al comparar la concentración

OS D A limón y naranja reportados en la literatura, se observó RV que el jugo de limón E S Econ respecto a los demás jugos, y a R contiene mayor cantidad de ácidoS cítrico HO mayor cantidad de ácido que el jugo de piña. C su vez el jugo de naranja contiene E R E D Dichas diferencias se atribuyen principalmente a sus propiedades

determinada en el jugo de piña con respecto a la concentración del jugo de

características, y al estado de maduración de cada una de ellas. Palabras claves: ácido cítrico, piña.

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INDICE GENERAL.

Introducción…………………………………………………………………… 9

CAPITULO I EL PROBLEMA

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Planteamiento del Problema………………………………………………… 12

CH E R DE Objetivos de la Investigación………………………………………………… 13 Formulación del Problema……………………………………………………. 13

Objetivo General…………………………………………………………13 Objetivo Especifico………………………………………………………13 Justificación………………………………………………………………………14 Delimitación de la Investigación……………………………………………… 15 Delimitación Espacial…………………………………………………………...15 Delimitación Temporal………………………………………………………….15

CAPITULO II MARCO TEORICO

Antecedentes………………………………………………………………......17 Bases Teóricas…………………………………………………………………19 La piña…………….…………………………………………………………….19 Ácidos orgánicos………..……………………………………………………..20

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Importancia comercial de los ácidos orgánicos…………………..………... 20 Ácido cítrico…...………………………………………………………………....21 Historia del ácido cítrico…..………………………………………………..…..24 Propiedades físicas del ácido cítrico..…………….………………………..…25 Aplicaciones industriales del ácido cítrico……………………………….…..27 Producción mundial del ácido cítrico…...………………………………….…29

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Cromatagrofía líquida de alta presión (HPLC)……...…………………….…31

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Antioxidantes…………………………………………………………………... 32

CH E R DE Emulsificantes.……………………………………………………………….... 33 Acidulantes…………………………………………………………………….. 33

Conservantes…………………………………………………………………...33 Secuestrantes….……………………………………………………………….34 Mapa de Variables………………………………………………………….….35

CAPITULO III MARCO METODOLOGICO

Tipo de Investigación…………………………………………………………..37 Diseño de la Investigación…………………………………………………….37 Técnicas de Recolección de Datos…………………………………………..39 Fases de la Investigación……………………………………………………..39

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CAPITULO IV ANALISIS DE LOS RESULTADOS

Resultados y Análisis………………………………………………………….44 Conclusiones…………………………………………………………………..50 Recomendaciones…………………………………………………………….51

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Bibliografía……………………………………………………………………..52

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Anexos…………………………………………………………………………56

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LISTA DE TABLAS

. Tabla 1. Propiedades físicas del ácido cítrico………………………..……25 Tabla 2. Aplicaciones Industriales del Acido Cítrico……………...….…..27 Tabla 3. Compañías Productoras de Acido Cítrico en el Mundo…...…..30 Tabla 4. Porcentaje de Crecimiento Anual por Sector Consumidor……31

LISTA DE TABLAS DE ANALISIS Y RESULTADOS Tabla 5. Concentración de ácido cítrico extraído del jugo de la piña.….44 Tabla 6. Parámetros del patrón estándar para la curva de calibración...45 Tabla 7. Parámetros físicoquímicos del jugo de piña……………………47 Tabla 8. Concentraciones de los jugos de piña, limón y naranja………48

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Curva de calibración para el patrón estándar.……………....45 Figura 2. Cromatograma del patrón estándar de ácido cítrico 0,624%, inyección 10 µL…………………………………………………………………………46

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Figura 3. Cromatograma de la muestra de jugo de piña conteniendo 5906mg/L

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de ácido cítrico, inyección 10 µL………………………………………….46

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Figura 4. Comparación de las concentraciones de los jugo de piña, limón y naranja…………………………………………..…………………………….48

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INTRODUCCIÓN Como sabemos muy bien, el mundo se está moviendo a un ritmo increíble. La vida en muchos sentidos es más compleja, ya que debemos hacer frente a la afluencia constante de datos e información que se nos imponen. Las exigencias del día a día del desarrollo de productos exitosos deben coexistir en este ambiente. Para que eso suceda, todos tenemos que emplear nuevas

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estrategias.

El mercado de los alimentos es uno de los mercados con mayor

CH E R DE mundial de ingredientes de alimentos es un valor aproximado de 20 billones de

demanda tanto de producción como de nuevos sabores y variedad. El mercado dólares y ha crecido a un ritmo de 2,3% por año. No es sorprendente que las regiones más desarrolladas de los Estados Unidos, Europa y Japón representan el mayor segmento de alimentos y bebidas procesados y, en consecuencia, sus ingredientes. Asia y América Latina son también importantes regiones que están demostrando un excelente crecimiento. Este mercado está compuesto por ingredientes de los productos tales como colorantes, acidulantes, potenciadores del sabor, vitaminas y minerales, etc. Sin embargo, los sabores son claramente el componente más importante (Rosskam, Skip. 2001). Es por ello que la industria alimenticia implementa acidulantes en la preparación de sus bebidas y alimentos para mejorar o modificar su sabor, y además se utiliza como conservante. Entre los acidulantes más utilizados por la industria se encuentra el ácido cítrico, que de los ácidos orgánicos más utilizados en la industria alimenticia, éste es altamente soluble en agua, puede ofrecer una explosión de acidez adecuado para la modificación o mejora el sabor, y puede quelar iones metálicos potencialmente pro-oxidante, lo que permite a los antioxidantes funcionar con mayor eficacia en el retraso de la oxidación y deterioro del producto. Además, la sal del ácido cítrico puede ser

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utilizada para el almacenamiento temporal o emulsión, o como una fuente de catión con fines tecnológicos o nutricionales. El ácido cítrico puede ser utilizado en productos como las bebidas, postres de gelatina, productos horneados, jaleas y mermeladas, frutas y verduras, lácteos, carnes, pescados y mariscos, grasas y aceites, etc. En la actualidad no existe otro método de producción más eficaz para este ácido que las fermentaciones fúngicas. El ácido cítrico se encuentra en

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diferentes frutas tales como la piña, el limón, la naranja, la uva, la manzana, la

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toronja, el semeruco, entre otros.

CH E R DE local. No obstante, esa actividad se puede convertir en una más atractiva,

La producción de piña es prácticamente para satisfacer el consumo

debido al potencial del mercado de las frutas tropicales a nivel mundial y en particular en los países desarrollados que cobijan ampliamente a la piña. El cultivo de piña se convierte en una actividad promisoria para los países con condiciones agroecológicas óptimas y de visión y desarrollo agroindustrial con orientación exportadora, tanto para la producción fresca como para los productos procesados. Y en nuestro país, la piña (ananas comosus) es una de las frutas autóctonas que ha mantenido su aceptación y conservado su cultivo en Venezuela. Aunado a esto, el ácido cítrico es una materia prima ampliamente utilizada en nuestro país, y que aún ninguna empresa local o extranjera ha decidido su inversión para la producción de este ácido dentro de nuestro territorio. La totalidad del ácido cítrico se importa. Es por ello, que el objetivo de este trabajo es evaluar la concentración de ácido cítrico en el jugo extraído de la piña, y así poder dar a conocer el análisis para que en un futuro cercano sea posible la implementación de una planta para la obtención de este producto.

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Capítulo I El Problema

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Capítulo I El Problema

1.1 Planteamiento del problema El ácido cítrico es una materia química producida y consumida en todo el

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mundo. Es uno de los aditivos más utilizados por la industria alimentaria,

SE E R S mandarina, uva, manzana y la piña, fruta del kiwi, la pulpa del limón, naranja, O H C sustratos para la producción de ácido cítrico. Ecomo R entre otros, son E usadas D principalmente como conservante y acidulante. Por ejemplo, la peladura de la

Aunque la obtención del ácido cítrico es una de las fermentaciones industriales más antiguas, su producción mundial continúa en rápido crecimiento. La producción global de ácido cítrico en 2007 fue alrededor de 1.6 millones de toneladas. En años recientes, una considerable investigación se ha realizado acerca del uso de desperdicios agrícolas, los cuales son renovables y abundantemente disponibles para producir productos de valor añadido. Cerca del 92% de la producción de ácido cítrico mundial es elaborada por la Unión Europea, Estados Unidos, China y Guatemala. China produce proporcionalmente menor volumen de ácido cítrico de alta calidad, es decir, purificado y refinado. Sin embargo, su capacidad de elaboración del producto crudo representa el 24% del total mundial, Alimentos Argentinos (2006). La Unión Europea incrementó su elaboración ubicándose primera en el ranking mundial debido, fundamentalmente, a su uso como materia prima para la fabricación de detergentes biodegradables, aunque la expansión de la demanda mundial de ácido cítrico se debe, fundamentalmente, a su utilización como aditivo en la industria de alimentos y bebidas. Por ejemplo, en Estados Unidos este sector demanda el 72% del total. El consumo de ácido cítrico en el mundo crece a razón de 5-8% anual y la tendencia parece mantenerse estable, Maulik P. Desai, Jairai A. Doshi, Dwarkadas J. Sanghvi (2002).

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La piña (Ananas comosus) es originaria de la América del Sur, siendo Brasil uno de los principales productores a nivel mundial y el más cercano a nuestro país; sin embargo, éste no alcanza a cubrir su demanda interna de dicha fruta tropical. En Venezuela, el cultivo de la piña es utilizado principalmente para la comercialización de la fruta fresca, y adaptaciones a los procesos agroindustriales para la obtención de jugo, concentrados, polvos y frutas en almíbar.

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Existen estudios anteriores sobre la obtención del ácido cítrico a partir

SE E R S ninguna evaluación sobre elH jugo de la piña ni comparado los rendimientos de O C RE tiene objeto realizar esta evaluación lo que permitiría los mismos. Este DEtrabajo

del jugo de limón y la naranja, sin embargo hasta ahora no se ha realizado

en un futuro tener una base para decidir la producción del ácido cítrico en Venezuela.

1.2 Formulación del problema ¿Cuál será la concentración obtenida del ácido cítrico a partir del jugo de piña comparado con la concentración del ácido cítrico extraído del jugo de limón y la naranja?

1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo general Evaluar la concentración del ácido cítrico extraído del jugo de la piña. 1.3.2 Objetivos específicos 1. Determinar la concentración del ácido cítrico extraído del jugo de la piña. 2. Caracterizar el tipo de ácido cítrico extraído del jugo de la piña de acuerdo al comportamiento físico – químico.

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3. Comparar la concentración del ácido cítrico del jugo de la piña con la concentración del jugo de limón y de la naranja.

1.4 Justificación El ácido cítrico ha llegado a ser el acidulante preferido por la industria de las bebidas, debido a que es el único que otorga a las bebidas gaseosas, en polvo o liquidas, propiedades refrescantes, de sabor y acidez naturales.

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Además actúa como preservativos en las bebidas y alimentos, contribuyendo al

SE E R asegurar la apariencia natural ySla consistencia normal de los productos. O H EC R También tiene diversas aplicaciones en otros sectores, tales como el sector E D

logro del gusto deseado mediante la modificación de los sabores dulces,

farmacéutico, agroindustrial e industrial.

Debido al auge que ha presentado éste sector dentro del mercado venezolano y mundial, es importante mencionar que la tendencia al crecimiento se debe principalmente al gran mercado interno que posee dicho país y a la demanda cada vez mayor por parte de jóvenes con altos consumos hacia la comida preparada. Esta industria también experimenta cada año un mayor crecimiento como resultado de la creciente demanda por parte del consumidor de bebidas nutritivas, al igual que los nuevos sabores introducidos y los avances en la seguridad de los empaques y productos. El mercado de alimentos procesados tiene una tendencia a incrementarse en un 9% durante los próximos años. Debido a éste diverso consumo, el ácido cítrico supone casi las tres cuartas partes del consumo acidulante total en la comunidad. A pesar de que nuestro país produce la piña, ésta fruta ni ninguna otra, se emplea para la elaboración del ácido cítrico, trayendo como consecuencia la importación del mismo. Éste sólo se ha obtenido en laboratorios de instituciones de educación superior a través de los procesos de fermentación microbiana, y extraídos de la fruta conocido como ácido cítrico natural.

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Si Venezuela fabricara el ácido cítrico, contaría con la ventaja de la disponibilidad de materias primas, y constituiría, además, una alternativa para agregar valor al sector de frutas en el marco de una industria alimentaria en permanente expansión. Es por ello, que se realizará una evaluación sobre el rendimiento del ácido cítrico en el jugo de piña y el rendimiento de éste en comparación con el obtenido a partir del jugo de limón y de la naranja, lo cual permitirá tener una base de estudios para su producción a futuro en nuestro país, y al mismo

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1.5 Delimitación

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tiempo ampliar nuestros conocimientos sobre el tema.

1.5.1 Delimitación espacial La investigación se llevará a cabo en el Laboratorio de Química Ambiental I y II de la Facultad de Ciencias de la Universidad del Zulia, ubicada en el sector Grano de Oro del Municipio Maracaibo del Estado Zulia.

1.5.2 Delimitación temporal La investigación se realizará en un periodo comprendido entre abril y diciembre de 2010.

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Capítulo II Marco Teórico

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Capítulo II Marco teórico

2.1 Antecedentes 

(Soccol, Carlos R.; Vandenberghe, Luciana P.S.; Rodrigues, Cristine;

OS D A acido cítrico. En su estudio destacan que R enV su actualidad existen una E S E gran demanda del consumo deR acido cítrico debido a su bajo toxicidad S O Hotros C en comparación con acidulantes utilizados principalmente en las E ER D industrias alimenticias y farmacéuticas, además de las otras industrias. Pandey, 2006) Nuevas perspectivas para la producción y aplicación del

Establecen que la demanda/consumo de acido cítrico anual es de 3,54,0%. La producción por la fermentación sumergida todavía esta dominando. Sin embargo, los procesos de estado sólido pueden crear las nuevas posibilidades de productores, y pues una reducción de costos en la producción de estado cítrico puede ser alcanzada usando los substratos menos costosos. 

(Sara C. Cunha; José O. Fernández, 2002). Determinación de ácidos orgánicos en jugos de frutas y néctares por HPLC/UV. Un método inverso de HPLC (cromatografía liquida de alta presión) para la separación y la determinación de ácidos orgánicos en zumo y néctares de fruta se presento. Las determinaciones fueron realizadas en la gama linear de 0.05-2g/l para los ácidos láctico, acéticos y succínicos, 0.112g/l para los ácidos tartáricos, málicos y cítricos. Los límites de detección

eran

0.025g/l,0.017g/l,

0.050g/l,

0.025g/l

y

0.060g/l,

respectivamente para los ácidos lácticos, acéticos, tartáricos, málicos, succínicos y cítricos. Los perfiles de acido orgánico de los agrios, de los jugos naturales de piña y de la manzana (hechos en casa), de los jugos y de los néctares comerciales fueron establecidos.

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

C.T. Tran, *L.I. Sly and D.A. Mitchell, (1998). Selección de una tensión del aspergillus para la producción de acido cítrico de la basura de la piña en la fermentación de estado sólido. Las tensiones de ACM 3996 (AFRR 3558) y tres aspergillus niger ACM 4992 (AATCC 9142), ACM 4993 (AATCC 10577), ACM 4994 (AATCC 12846) fueron comparado para la producción de acido cítrico dela cascara de la piña en la fermentación de estado sólido. El A. Niger ACM 4992 produjo la cantidad más alta de

OS D A V condiciones ópticas, basura fermentada seca de la piña R bajo E S E R representando una producción de 0.74 azucares cítricos de gramos S HO Las condiciones optimas eran los 65% (w/w) C acido/gramos consumidos. E ER D contenido de agua inicial, el 3% (v/w) metanol, 30°C, una inicial sin acido cítrico, con una producción de g 19.4 del acido cítrico por 1009 de

ajustar pH de 3,4, un tamaño de partícula de 2 milímetros y 5ppm Fe2+. La producción de acido cítrico era la mejor con producciones más bajas que eran obtenidas en bioreactores de la bandeja y del tambor rotativo. 

Chau T. Tran, David A. Mitchell, (1995). Basura de la Piña  un substrato Nuevo para la producción de acido cítrico por la fermentación de estado sólido. Determinación de la producción de acido en la fermentación de estado sólido por el foetidus ACM3996 de Aspergillus era la mejor en basura de piña que en la pulpa de manzana, el salvado de trigo o el salvado de arroz. El grado de acido cítrico más alto alcanzado en basura de piña era g 16.1 por 100 g basura secada de la piña, con un contenido de agua del 70% y en presencia del metanol del 3%. Esto representa una producción de 62,4% basados en el azúcar consumido.



Hernández Yurena; Lobo, M. Gloria; González; Mónica (2009). Factores que afectan a la extracción de la muestra en la determinación cromatografica liquida de ácidos orgánicos en papaya y piña. Un método de la extracción solvente fue desarrollado para la extracción de los

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ácidos orgánicos de los ácidos (oxálico, cítrico, tartárico, L-málico, químico, succínico y fumarico) en papaya y piña. El diseño central fue utilizado para optimizar los parámetros siguientes de la extracción: numero de extracciones, composición de la mezcla del solvente de extracción, tiempo de la extracción y temperatura de la extracción. Los resultados sugieren que la composición del solvente de extracción sea estadístico el factor más significativo y que son los valores ópticos para las variables: tres números de extracciones, agua con solvente de

OS D A extracción). La separación y la determinación RVde los ácidos orgánicos E S Eliquida con detección de UV Vis. R fueron realizadas por cromatografía S HO C E DER

extracción, 60min (tiempo de la extracción) y 65°C (temperatura de la

2.2 Bases Teóricas

2.2.1 La piña La piña es económicamente el más importante miembro de la familia Bromeliacea, en términos de producción de frutas tropicales del mundo. La cosecha puede cultivarse en plantaciones de gran escala y, en consecuencia, se cultiva por los menos en 26 países, siendo Tailandia, Filipinas, Brasil, China e India los principales productores. Los dos primeros países dominan la producción mundial, (Rohrbach y col. 2003). En 2004, la producción mundial de piña fue de 15.288.018 toneladas con un rendimiento de 181.030 hectáreas (http://faostat.fao.org). La piña fresca es importante tanto en el mercado doméstico como en el de exportación. La parte comestible de la fruta, la cual constituye alrededor del 60% de su peso, contiene aproximadamente 85% de agua, 0,4% de proteína, 14% de azúcar (sucrosa), 0,1% de grasa y 0,5% de fibra (Rangan, 1984). La tendencia mundial de este cultivo son las conservas de la fruta, con incrementos recientes en la producción de jugos concentrados y frutas cortadas refrigeradas. (Hepton y Hodgson 2003).

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Venezuela es un lugar ideal para la producción de piña. Esto debido a que posee las condiciones en cuanto al suelo y al clima, lo cual es indispensable para la producción a gran escala de este fruto. Además, la elaboración de acido cítrico tendría u impacto muy positivo en la demanda de este cultivo. La producción de piña es prácticamente para satisfacer el consumo local. No obstante esta actividad se puede convertir en una más atractiva, debido al potencial del mercado de las frutas tropicales a nivel mundial y en particular en los países desarrollados que cobijan ampliamente a

OS D A V agroindustrial con condiciones agroecológicas optimas y de visión deR desarrollo E S R orientación exportadora, tanto para laEproducción fresca como para los S HO C productos procesados. E DER la piña. El cultivo de piña en una actividad promisoria para los países con

2.2.2 Ácidos Orgánicos Los ácidos orgánicos son una variedad de ácidos que se concentran habitualmente en los frutos de numerosas plantas. Son compuestos orgánicos que poseen al menos un grupo acido. Se distinguen el acido cítrico, el málico, el tartárico, el salicílico, el oxálico y los grasos.

2.2.2.1 Importancia comercial de los ácidos orgánicos Loa ácidos orgánicos han establecido su aplicación importante no solo en las industrias de comidas y bebidas, sino también en una variedad de industrias. Estos ácidos poseen tres principales características que los aptos en varias formulas como uno de los principales ingredientes. Entre sus más solicitadas características incluyen su solubilidad a temperatura ambiente, carácter higroscópico, zonas de separación y naturaleza quelantes. Los ácidos orgánicos son principalmente como acidulantes en comidas (Taing y Taing 2007; Wang y col. 2008). Los principales ácidos orgánicos utilizados en las industrias son los ácidos cítricos, acético, tartárico, málico, glucónico y láctico.

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El ácido o orgánico o más utilizzado es el e acido cíttrico (Milso on et al. 1985; 1 Moe eller et al. 2007). 2 El co ompuesto de acido cítrico, c citra ato de hierrro es usad do en la in ndustria fa armacéuticca como una fuentte de hierrro y acid do cítrico para presservar preparacioness de cosm méticos, ungüentos u , sangre almacenad da y table etas. Los ácidos á org gánicos se obtienen como prod ductos fina ales o com mo el componente in ntermedio de un ciclo bioquímico particu ular. (Poon nam Singh nee’ am, 2009). Niga

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2.2.3 3 Ácido Cíítrico

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El ácido o cítrico es el acido 2-Hidroxi-1,,2,3-propanotricarboxxilico:

CH E R DEHO C----CH ---CC(OH)(CO H)---CH 2

2

2

2

----CO2H

Es el mejor m cono ocido com mo el acid do de las frutas. Ess ampliam mente distrribuido en la naturale eza y la principal ex xistencia de e este acid do es el limón, nara anja, toron nja, llama adas frutas cítricas; se encuentran ta ambién en e la remo olacha, piñ ña, pera, melocotón n y durazn no; acomp pañada de e málico en e la cere ezas, framb buesas y frresas, el acido tartárico en el frruto tamariindo. (Góm mez y Mén ndez, 1988). á libre o sal, se encuentra e en las sem millas y loss jugos de gran Como ácido varie edad de fllores y pla antas. Es un compo onente del vino, de los produ uctos lácte eos, los tejidos t y líquidos de anima ales, es un interm mediario en e el meta abolismo de d carbohid dratos y como c tal siempre s esstá presentte en el cu uerpo del hombre h y otras o criatu uras. El ion n citrato ex xiste norma almente en n la sangre e y la orina a, y es probableme p ente sintettizado y oxidado o en proceso os metabó ólicos norm males del organismo o animal. (G Gómez y Méndez, M 1988).

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El ácido cítrico se presenta en forma de cristales incoloros, traslucidos, o polvos finos o granular, inoloro y con un sabor acido agradable. Cristaliza en dos formas estable como un compuesto anhídrido o como monohidrato (contiene 91.4% de acido y 8.6% de agua). Ambos son comercialmente accesibles, pero la tendencia es cada vez más a favor del material anhídrido, porque su estabilidad, es superior a cambios de temperaturas ambiente. El acido cítrico es una acido orgánico fuerte, con una constante de disociación a

K1 = 7,45x10¯4

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EC R E D K = 4,02x10¯ K2 = 1,73x10¯5 3

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25°C. (Gómez y Méndez, 1988).

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Por consiguiente, es tribásico y manifiesta las propiedades visuales de un acido polibásico, forma sales neutras, 2 sales diferentes monoalcalinas y 2 sales diferentes dialcalinas. (Gómez y Méndez, 1988). De este modo, los citratos puros son en general, altamente solubles en agua o

cerca de la temperatura ambiente pero normalmente los citratos

alcalinotérreos son escasamente solubles. La solubilidad de los sustratos de metales pesados es en realidad relacionada por poderosa propiedad gelificante o complejidad poseída por el acido cítrico en virtud de sus tres grupos carboxílicos y sus grupos hidroxilo. De hecho el acido cítrico es metabolizado por una serie de reacciones en las mitocondrias, ciclo de Krebso del ciclo tricarboxilico, a través de la condensación de oxalacetado con acetil coenzima. El oxalacetato reacciona como acetil CoA y H2O para producir citrato CoA. Esta reacción, que es una condensación aldolica seguida de una hidrólisis es catalizada por citrato sintelasa. El oxalacetato se condensa primeramente por acetil CoA que luego se hidroliza hasta citrato y CoA. (Gómez y Méndez, 1988).

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Acetil-CoA + oxalacetato +H2O – Citrato + CoA.SH El citrato se isomeriza hasta isocitrato, isomeración que se consigue mediante una etapa de deshidratación, seguida por una hidratación. El resultado es un intercambio de un H+ por un OH-. El enzima que cataliza ambas etapas se llama aconotasa porque el intercambio que se supone es el aconitato. (Gómez y Méndez, 1988).

OS D A RHVO + isocitrato

E RES

Citrato + H2O + CSI – aconotasa

2

S O H C y descarboxila hasta alfa cetoglutanato. Esta El isocitratoR seEoxida E D descarboxilización oxidativa está catalizada por la isocitrato -deshidrogenada; el Mn++ es un componente importante en esta reacción. Existen dos clases de isocitrato deshidrogenasa; una es especifica en NAD+; la otra parte el Nicotinarnida Adenin nucleótido fosfato (NADP+). La enzima específica para el NADP+ que se encuentra localizado en las mitocondrias es la importante para el ciclo del acido cítrico. (Gómez y Méndez, 1988) Isocitrato + NAD+ Oxalasiccinato + cetoglutanato + C02 + NADH* + H+ Se forma succinil coenzima A por descarboxilación del alfa cetoglutarato. Esta reacción va catalizada por el complejo de la cetoglutarato deshidrogenasa, un conjunto organizado que consta de tres tipos de enzimas. (Gómez y Méndez, Pág.. 10, 1988). Cetoglutarato + NAD+ + CoA.SH —> Succinil CoA + C02 + NADH + H+ Se genera un enlace fosfato de alta energía a partir del succinil coenzima A. El succinil tioester del CoA es un enlace rico en energía, La rotura

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del enlace tioéster del succinil CoA se acopla a la fosforilación del guanosin difosfato (GDP). (Gómez y Méndez, 1988). Succinil CoA + Pi + GDF ----> Succinato + GTP + CoA. SH El acido succínico es deshidrogenado para formar el fumarato con lo cual se forma directamente un doble enlace C-C, originándose un compuesto trans, el fumarato. La enzima responsable es succinato-deshidrogenasa.

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(Gómez y Méndez, 1988).

Succinato + FAD —> Fumarato + FADH2

CH E R DE Adición de agua por el fumarato. Esta reacción es catalizada por la fumarato-hidratasa obteniendo el melato-L (sal del acido metálico). Fumarato + H2L-melato Deshidrogenación del grupo alcohólico secundario del acido málico: la enzima responsable, la malatodeshidrogenasa, transfiere el hidrogeno al nicotinamidadenin-dinucleotido (NAD+ ) como resultado de esta reacción resulta el oxalacetato, que ha servido de punto de partida para toda esta serie de reacciones. (Gómez y Méndez, 1988). L-melato + NAD+—-> Oxalacetato + NADH + H+

2.2.3.1 Historia del ácido cítrico El descubrimiento del ácido cítrico se atribuye al alquimista islámico Jabir Ibn Hayyan en el siglo octavo después de Cristo. Los eruditos medievales en Europa conocían la naturaleza ácida de los zumos de limón y de lima; tal conocimiento se registra en la décimo tercera enciclopedia Speculum Majus del

25

siglo, recopilado por Vincent de Beauvais. El ácido cítrico fue el primer ácido aislado en 1784 por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele, que lo cristalizó a partir del jugo del limón. La producción de ácido cítrico a nivel industrial comenzó en 1860, basado en la industria italiana de los cítricos. En 1893, C. Wehmer descubrió que cultivos de penicillium podían producir ácido cítrico a partir de la sacarosa molecular. Sin embargo, la producción microbiana del ácido cítrico no llegó a ser industrialmente

S

importante hasta la Primera Guerra Mundial que interrumpió las exportaciones

DO A V R

italianas de limones. En 1917, el químico americano James Currie y Claudio

E

ES R S O

Colán descubrió que ciertos cultivos de Aspergillus niger podían ser

CH E R E esta Dusando

productores eficientes de ácido cítrico, y Pfizer comenzó la producción a escala industrial

técnica

dos

años

más

tarde

(http://www.es.wikipedia.org/wiki/Ácido_cítrico).

2.2.3.2 Propiedades físicas del ácido cítrico

Tabla 1. Propiedades físicas del ácido cítrico.

Forma Anhídrido

Forma Monoanhidrido

192.12 g/mol

210.14 g/mol

Gravedad especifica

1.665 (20°C74°C)

1.452

Punto de Fusión

153°C

Pierde Agua a 70-

Peso Molecular

75°C Fuente: Paez, G. 1986.

26

Es el ácido orgánico más ampliamente usado en la industria alimenticia. Es altamente soluble en agua, puede dar una explosión de acidez adecuado para la modificación o realce de sabor, y puede quedar potencialmente iones metálicos pro-oxidantes, permitiendo que los antioxidantes funciones con mayor eficiencia en el retraso de la oxidación y deterioro del producto. El acido cítrico presente en las frutas, fue primero cristalizado a partir del

OS D A partir de soluciones azucaradas por bioprocesos aeróbicos RV fue por primera vez E S E rendimientos obtenidos de este, realizada Penicillium. Debido a S los R bajos HOen los procesos desarrollados posteriormente C Aspergillus niger fue utilizado E R E D (Gökhan Demirel y col, 2005).

jugo de limón en la forma de citrato de calcio. La producción de acido cítrico a

El ácido cítrico se utiliza como un adecuado y más económico sustituyente de polifosfatos en la industria de detergentes. El elevado costo del polifosfato limitaba su uso, además, los detergentes que contiene polifosfatos han sido prohibidos en algunos países, por lo que su uso es utilizado en la industria química como un agente antiespumante, como un suavizante, y en tratamiento de textiles. Se ha establecido como ácido de mayor producción orgánica debido a su amplia gama de aplicaciones. La biosíntesis de ácidos orgánicos ha sido ampliamente estudiada (Soccol y col. 2004) a partir de residuos agrícolas en procesos de fermentación de estado sólido (solid state fermentation, SST). El acido cítrico se ha obtenido a través de la tecnología de SSF (Shankaranand y Lonsane 1993); por muchos años, sin embargo, también se puede extraer del jugo de fruta. La remoción de los ácidos del jugo de la fruta ha sido investigada usando electrodiálisis, utilizando una resina de intercambio de iónico. Recientemente Takatsuji y Yoshida estudiaron la adsorción de ácidos

27

orgánicos de resinas débilmente básicas y recomiendan que el proceso es técnicamente factible para la remoción de ácidos en vinos. La desacidificación de los mostos de uva por método biológico (shizosacchromyces atrapado en alginato) se demostró con éxito en un reactor continuo con una columna de lecho fluidizado. Desde que la extracción de membrana liquida ha ido creciendo como un método simple, efectivo de bajo costo y de eficaz energía, varios grupos de investigación están estudiando la idoneidad de los procesos con base de membrana para extraer productos de valor de fuentes naturales e

S

DO A V R

industriales. (A. Shäfer, Md. M. Hassain, 1996).

E

ES R S O

CH E R DElEácido cítrico tiene una larga lista de aplicaciones en diversos

2.2.3.3 Aplicaciones industriales del ácido cítrico

sectores industriales como alimentos, bebidas, e industrias farmacéuticas. Este es usado para la preservación, anti oxidación, quelación y acumulación. También se utiliza como potenciador del sabor, plasticidad y sinérgico, y como agente secuestrante. Su aumento de la demanda ha traído como consecuencia un aumento de la producción mundial.

El acido cítrico es principalmente

utilizado en la industria alimenticia debido a su agradable sabor acido y a su alta solubilidad en agua.

Tabla 2. Aplicaciones industriales del ácido cítrico

Propiedades y funciones del ácido

Sector comercial

cítrico Acidez: frutas complementarias y sabores de bayas; conservantes

Refresco, zumos de frutas en

antimicrobiano eficaz; ajustador de

conservas, bebidas embotelladas

pH; proporciona acidez uniforme. Acidulante; restringe la inversión de la sucrosa.

Confiterías

28

Ajuste de pH, antioxidante como un quelante de iones metálicos, agentes

Cosméticos

buffer Emulsificador en helados y quesos

Diario (helados y quesos)

procesados; agentes acidificante en muchos productos; antioxidante

H

EC R E D

Grasa y aceites

E

ES R S O

como secuestrante

S

DO A V R

Sinergia con otros antioxidantes,

Disminuye el pH para inactivar

enzimas. Protege el acido ascórbico

Frutas congeladas

mediante la eliminación de metales traza Secuestrante de iones metálicos,

Aplicaciones comerciales

neutralizante, agente buffer Proporciona acidez; ajusta el pH,

Preservas las frutas, mermeladas y confiterías.

Remueve los óxidos metálicos de las superficies de metales ferrosos y no

Purificación de Óxidos Metálicos

ferrosos, para limpieza pre-operatoria y operatoria de los óxidos de hierro y cobre. Como efervescente en polvo y tabletas en combinación con carbonatos. Proporciona una rápida

Farmacéuticos

29

disolución de ingredientes activos. Acidulante en la formulación de astringentes suaves. Anticoagulante Galvanoplastia, cobrizado, limpieza de metales, curtido del cuero, tintas de impresión, productos de lavandería, pisos de cemento, textiles,

Industrial: varios en el mercado

reactivos fotográficos, concreto, yeso,

mundial

E

ES tratamiento de residuos. S R O H2001 C E Fuente: Pandey y col. DER

adhesivos, papel, polímeros, tabaco,

S

DO A V R

materiales refractarios y moldes,

2.2.3.4 Producción mundial La producción de acido cítrico ha crecido notablemente en el presente siglo. Actualmente, la capacidad instalada mundial es de 750.000 ton/año con una producción real de 550.000 ton/año. El acido cítrico es un aditivo que se fabrica en más de 20 países. La Unión Europea, Estados Unidos y China reúnen el 88% del total mundial. Recientemente, se observo un aumento importante en la capacidad productiva de Europa Oriental y del Lejano Oriente, particularmente en China. China produce proporcionalmente menor volumen de acido cítrico de alta calidad, es decir, purificado y refinado. Sin embargo, su capacidad de elaboración del producto crudo representa el 24% del total mundial. La Unión Europea incremento su elaboración ubicándose primera en el ranking mundial debido fundamentalmente, a su uso como materia prima para la fabricación de detergente biodegradable.

30

Se estima que la demanda de Estados Unidos, en los últimos años, creció según una tasa cercana al 7% anual. Este crecimiento se relaciona con la expansión de la industria de alimentos y bebidas. Las primeras firmas productoras a nivel mundial son Bayer y Archer Damiel Mozi, cada una con el 17% del mercado, aproximadamente. Le siguen Jungunziauter, Cargill y Citrique Belge. (Rincón, M. 1992).

S

DO A V R

Tabla 3. Compañías productoras de ácido cítrico en el mundo.

Compañía

H

EC R E D

Miles inc

E

ES R S O Localización

EE.UU, Brasil, México,

Capacidad Tota (ton/año) 120.000

Colombia Chas Pfizer

EE.UU, Irlanda

115.000

A.G. Junbunziauer

Austria, Alemania,

110.000

Chemische Fabril

Francia, Indonesia

Citrique Belge

Bélgica

60.000

Biacor

Italia

28.000

Jhon Sturge

Reino Unido

25.000

Cargill

EE.UU

25.000

AKTIVA

República Checa

15.000

Gadot

Israel

12.000

Fuente: (Rincón, M. 1992). Así mismo, cuentan con plantas pequeñas que permiten elaborar en algunos casos un total significativo de toneladas en los siguientes países: 

China (50.000 tn)



Indonesia (25.000 tn)



Rusia (22.000 tn)



India (10.000 tn)

31



Eslovaquia (4.500 tn)



Turquía (4.500 tn)



Tailandia (4.000 tn)

Tabla 4. Porcentaje de crecimiento anual por sector consumidor.

Sector Consumidor

Crecimiento anual

Alimentos y bebidas Fármacos

E

ES R S O

Detergentes CH E R E D Limpiadores de metales

S

DO A V R

porcentual 5-8

2-3

6-7 1-2

Productos textiles

1-2

Cosméticos

2-3

Otros

9-10

Fuente. (Rincón, M. 1992)

2.2.4 Cromatografía líquida de alta presión (HPLC) La Cromatografía líquida de alta eficacia o High performance liquid chromatography (HPLC) es un tipo de cromatografía en columna utilizada frecuentemente en bioquímica y química analítica. También se la denomina a veces Cromatografía líquida de alta presión o High pressure liquid chromatography (HPLC), aunque esta terminología se considera antigua y está en desuso. El HPLC es una técnica utilizada para separar los componentes de una mezcla basándose en diferentes tipos de interacciones químicas entre las sustancias analizadas y la columna cromatográfica. En la HPLC isocrática el compuesto pasa por la columna cromatográfica a través de la fase estacionaria (normalmente, un cilindro con pequeñas partículas redondeadas con ciertas características químicas en su superficie) mediante el bombeo de líquido (fase móvil) a alta presión a través de la

32

columna. La muestra a analizar es introducida en pequeñas cantidades y sus componentes se retrasan diferencialmente dependiendo de las interacciones químicas o físicas con la fase estacionaria a medida que adelantan por la columna. El grado de retención de los componentes de la muestra depende de la naturaleza del compuesto, de la composición de la fase estacionaria y de la fase móvil. El tiempo que tarda un compuesto a ser eluido de la columna se denomina tiempo de retención y se considera una propiedad identificativa característica de un compuesto en una determinada fase móvil y estacionaria.

S

DO A V R

La utilización de presión en este tipo de cromatografías incrementa la

E

ES R S O

velocidad lineal de los compuestos dentro la columna y reduce así su difusión

CH E R disolventes más DEutilizados son el agua, el metanol y el acetonitrilo. El agua dentro de la columna mejorando la resolución de la cromatografía. Los

puede contener tampones, sales, o compuestos como el ácido trifluoroacético, que

ayudan

a

la

separación

de

los

compuestos.

(http://www.es.wikipedia.org/.../Cromatografía_líquida_de_alta_eficacia)

2.2.5 Antioxidantes La presencia de oxigeno puede resultar en rancidez, incluyendo la formación de productos tóxicos, deterioro del color, sabor y valores nutricionales. Así, los antioxidantes son adicionados para combinarse con el oxigeno disponible y detener las reacciones de oxidación en los alimentos. Por ejemplo, los antioxidantes previenen o limitan la rancidez en grasas y alimentos, estabilizando los alimentos mediante la prevención o inhibición de la oxidación de grasas, aceites, colores y saborizantes. Los antioxidantes pueden definirse como una sustancia que impide la reacción de varios de los componentes de los alimentos con el oxigeno. Este efecto protector es conveniente, puesto que muchos alimentos pueden decolorarse o deteriorase cuando la oxidación se lleva a cabo. Una variedad de antioxidantes sintéticos, así como algunos naturales, incluyen vitamina C y E, y

33

los bioflavonoides. Derivados de una amplia gama de fuentes, los antioxidantes juegan un papel importante en la preservación de la calidad alimenticia. (Pszczola, Donald, 2001)

2.2.6 Acidulantes Diferentes acidulantes son usados por la industria alimenticia: tanto los ácidos inorgánicos (por ejemplo, acido clorhídrico y acido fosfórico) y los ácidos

OS D A V de los sabores, por ejemplo, los ácidos orgánicosR contribuyen principalmente a E S E también contribuyen a otros R la acidez, mientras que los ácidos orgánicos S O Hintensidad C aspectos del sabor, como la del sabor, astringencia y la amargura. E R E D (Food Aditives, 2008)

orgánicos (por ejemplo, acido cítrico, málico, fumárico y láctico). En la industria

2.2.7 Emulsificantes Los emulsificantes son una clase de agentes de superficie que mejoran la textura y mantienen la consistencia en una variedad de alimentos que contienen grasas/aceites y agua. Ellos contienen tanto un extremo hidrofóbico molecular, que por lo general es un acido graso de cadena larga, y un extremo hidrófilo, y así actuar como un puente entre dos líquidos inmiscibles, formando una emulsión. Por ejemplo, los emulsificantes mantienen una dispersión uniforme manteniendo el agua y el aceite de fracciones de una mezcla juntos y evitan las grandes formaciones cristalinas en todos los productos como los helados. (Food Aditives, 2008)

2.2.8 Conservantes Los conservantes o preservantes son clasificados como agentes antimicrobianos, que impiden el crecimiento microbiano (bacterias, mohos, levaduras) o antioxidantes, que detienen indeseables cambios oxidativos en los alimentos que se utilizan para retrasar el deterioro natural, para así ampliar la

34

vida útil de los alimentos. Un preservante puede ser usado solo o en combinación con otros aditivos o técnicas preservantes como temperatura de almacenamiento en frio, preservación del calor, o deshidratación. (Food Aditives, 2008)

2.2.9 Secuestrantes Los secuestradores se conocen como agentes quelantes. Son

OS D A V en las reacciones el cobre y el hierro, haciéndolas indispuestas para Rparticipar E S E (Food Aditives, 2008) R negativas como el deterioro en losS alimentos. HO C E DER sustancias que se unen o combinan con trazas de metales no deseados como

35

Mapa de variables Objetivo general: Evaluar la concentración del ácido cítrico extraído del jugo de piña Objetivos específicos

Variable

Subvariables

Indicador

Determinación de la

Concentración de

Concentración de

Cantidad de

concentración de ácido

ácido cítrico extraído

ácido cítrico

ácido

cítrico extraído del jugo

en el jugo de piña

de piña

E

ES R S O

CH E R Caracterizar el tipo de Caracterización del DE

S cítrico/Volumen

DO A V R

de jugo extraído (g/L)

pH

pH

grados Brix

ºBrix

ácido cítrico extruido del

tipo de ácido cítrico

jugo de la piña de

extraído del jugo de la

acuerdo al

piña de acuerdo al

comportamiento

comportamiento

fisicoquímico

fisicoquímico

Comparar la

Concentración de

Comparación de la

Cantidad de

concentración del ácido

ácido cítrico extraído

concentración de

ácido

cítrico extraído del jugo

del jugo de la piña con

ácido cítrico entre

cítrico/Volumen

de la piña con la

respecto a la

el jugo de piña,

de jugo extraído

concentración de ácido

concentración de

jugo de limón y

(g/L)

cítrico del jugo de limón

ácido cítrico del jugo

jugo de naranja

y naranja

de limón y naranja

36

H

EC R E D

E

ES R S O

S

DO A V R

Capítulo III Marco Metodológico

37

Capítulo III Marco metodológico

3.1 Tipo de investigación Este es un estudio de tipo descriptivo, pues es el tipo de metodología

OS D A “comprende la descripción, registro y análisis e interpretación de la naturaleza RV E S E R actual, y la composición o naturaleza de fenómenos”. S HO C E R E D “La investigación descriptiva busca especificar propiedades, que más se ajustó al problema planteado, el cual según Tamayo (1998),

características y rasgos importantes de cualquier fenómeno que se analice”. Los estudios descriptivos miden de manera más bien independiente los conceptos o variables a los que se refieren y se centran en medir con la mayor precisión posible, Hernández, Fernández y Baptista (2003) La aplicación de este tipo de investigación, permitió describir las fases para la obtención del acido cítrico y registrar los resultados con la finalidad de analizar e interpretar el rendimiento del acido cítrico obtenido del jugo de piña, así como también la caracterización del acido cítrico, y así ofrecer a las industrias una base para poder desarrollar una empresa destinada a la obtención del ácido cítrico para uso propio o para la venta dentro y fuera del país.

3.2 Diseño de la investigación Esta investigación es de tipo no experimental transeccional. No experimental porque no se manipulan las variables, los datos a reunir se

38

obtendrán a partir de la caracterización del jugo de piña, y transeccional ya que la recolección de datos se realizará en un solo tiempo. La investigación no experimental es la que se realiza sin manipular deliberadamente variables; lo que se hace en éste tipo de investigación es observar fenómenos tal y como se dan en su contexto natural, para después analizarlos. En un estudio no experimental no se construye ninguna situación sino

que

se

observan

situaciones

ya

existentes,

estudios

no

SE E R pueden OS

experimentales

S

DO A V R

intencionalmente, Hernández, Fernández y Baptista (2003) Los

no

ser

de

provocadas

dos

tipos,

CH E R DE recolectan datos en un solo momento, en un tiempo único. Su propósito es

transeccionales y longitudinales. Los diseños de investigación transeccional describir variables y analizar su incidencia y e interrelación en un momento dado, Hernández, Fernández y Baptista (2003) Los diseños transeccionales descriptivos tienen como objetivo indagar la incidencia y los valores en lo que se manifiestan una o más variables dentro del enfoque

cuantitativo,

Hernández,

Fernández

y

Baptista

(2003).

El

procedimiento consiste en medir o ubicar a un grupo depersonas, objetos, situaciones, contextos, fenómenos en una variable o concepto y proporcionar su descripción Hernández, Fernández y Baptista (2003) El rendimiento del acido cítrico en el jugo de piña, al igual que la caracterización del acido cítrico presente en el liquido obtenido, fue medido directamente en el lugar donde se realizaron los ensayos, de manera tal que no existiese la posibilidad de alterarse los resultados. Además, cabe destacar que en la metodología para la obtención del acido cítrico no se manipulo o controlo ninguna variable que no fuesen las estipuladas por el procedimiento para la obtención de dichos productos.

39

3.3 Técnicas de recolección de datos. La técnica de recolección de datos empleada en el presente estudio, fue la observación directa, la cual según Tamayo (1998), “consiste en obtener los datos directamente de la realidad a través del contacto directo del investigador con el fenómeno a estudiar”. Esta técnica permitió obtener los datos directamente de la realidad

OS D A V jugo de piña, y posteriormente, la evaluación delR rendimiento del acido cítrico E S que se extrae del jugo de piña. S RE HO C E DER

mediante la observación de cada una de las fases a las que fue sometida el

3.4 Fases de la investigación.

El objetivo de esta investigación fue la evaluación de la concentración del acido cítrico extraído del jugo de piña. Para ello se utilizó la piña (Ananas comosus). Esta fruta fue sometida a cada una de las fases descritas a continuación, de acuerdo a los objetivos planteados en la investigación.

3.4.1 Fase 1: Determinar la concentración del ácido cítrico extraído del jugo de la piña. En esta fase se realiza la extracción del jugo de la fruta mediante el prensado por centrifugación, utilizando un extractor de jugo centrífugo, Marca Rena Ware, modelo Nutrex Juicer. Luego, se utilizó un cromatógrafo líquido (marca Waters) compuesto por bomba isocrática, inyector U6K con loop de 20 μL, y detector UV de onda variable (210 nm). Temperatura de trabajo: 25 °C. Condiciones: Fase estacionaria: acople de dos columnas:

40

1° columna C8 (Waters) 150 x 3,9 mm (4 um) 2° columna C18 (Merck) 250 x 4 mm (5 µm). Flujo: 0,7 mL/min Fase móvil: H2SO4 0,01 M preparada con agua destilada-desionizada Tipo I. Estándar: solución de ácido cítrico 0,624% (6238,8 ppm) preparada desde la

S

DO A V R

sal sódica de citrato (C6H5Na3O7 .2H2O, 95,5%, Merck, MM=294,10 g/mol).

E

ES R S O

Muestra: se inyectó (por duplicado) 10 µL de las muestras diluidas (tres

CH E R DE 0,01 M y luego filtrado con membranas de nylon de 0,45 µm de poro.

replicas). Un volumen de 1 mL de muestra fue diluido hasta 5 mL con H2SO4

3.4.2 Fase 2: Caracterizar el tipo de ácido cítrico extraído del jugo de la piña de acuerdo al comportamiento fisicoquímico. 3.4.2.1 Determinar el pH del jugo de piña Se toma la muestra y se coloca en un vaso precipitado. Se sumergen los electrodos del pH metro, marca Methohm, modelo 744, en un vaso precipitado que contenga agua destilada, se conecta al aparato y se lleva el control a posición natural, se espera que se caliente por 5 minutos. Se sacan los electrodos del agua destilada y se secan con una toalla de papel fino. En lugar del agua destilada se coloca el envase conteniendo la solución patrón del pH más cercano al pH de la muestra, se sumergen los electrodos en la solución patrón y se calibra el aparato de acuerdo al pH de la solución patrón. Se devuelve el control de la posición neutral, se sacan los electrodos de la solución patrón, luego se lava con agua destilada y se seca con una toalla de papel fino.

41

Se verifica la temperatura de la muestra que se va a medir. Se sumergen los electrodos en la muestra y se lee el valor de pH de la muestra. Se regresa el control a la posición neutral se sacan los electrodos se lavan con agua destilada y se secan con una toalla de papel fino. Se reporta la temperatura obtenida en el pH metro. La determinación del

S

DO A V R

valor pH se hace por duplicado con una tolerancia de 0.01 a 0.09 unidades.

E

ES R S O

CH E R DE producto se agitó perfectamente para asegurar una muestra uniforme

3.4.2.2 Determinar los grados Brix del jugo de piña El

y luego se filtra a través de algodón absorbente o papel de filtración rápida. Se hizo circular agua a temperatura constante, preferiblemente a 20 ºC, a través de la camisa del refractómetro para que el aparato adquiera dicha temperatura. Después con una varilla de vidrio, se colocó una porción de la muestra previamente preparada en el refractómetro. Se continuó la circulación de agua a través de la camisa del aparato durante un tiempo suficiente para que la temperatura de los prismas y de la muestra sea la misma y constante al efectuar la lectura. Los sólidos solubles se expresan en grado ºBrix, o en porcentaje en masa de sólidos solubles y se calcula de la siguiente forma:

Ss =

mxs 15

42

Donde: Ss = Contenido de sólidos solubles en el producto, en porcentajes en pesos. m = Peso de los 100 ml de muestra preparada en gramos. S = Contenido de sólidos solubles en la muestra preparada encontrados por medio de la lectura del refractómetro, una vez corregido para temperaturas y acidez.

OS D A NOTA: El 15 proviene de la cantidad de muestraR enV gramos que están en los E S E R 100 ml de la solución. S HO C E R E D 3.4.3 Fase 3: Comparación de la concentración del ácido cítrico presente en el jugo de piña con respecto al jugo de limón y el jugo de naranja. Se comparará la concentración de ácido cítrico obtenida en el jugo de la piña con respecto a la concentración del jugo de limón y naranja, a través de una tabla comparativa y un gráfico de barras para su mejor observación.

43

H

EC R E D

E

ES R S O

S

DO A V R

Capítulo IV Análisis de los Resultados

44

Capítulo IV

4.1 Discusión y análisis de resultados

4.1.1 Determinar la concentración de ácido cítrico extraído del jugo de la piña

S

DO A V R

Para determinar la concentración del ácido cítrico del jugo de la piña, se

SE E R S de retención. O identificándose mediante su tiempo H EC R E resultados obtenidos. D

aplicó la técnica de HPLC, inyectándose 10µL de la solución de la muestra, e La tabla 5 muestra los

Tabla 5. Concentración de ácido cítrico extraído del jugo de la piña

Compuesto Ácido cítrico

Concentración

Tiempo de retención

(g/L)

(min)

5,906

14,935

La linealidad fue mantenida sobre la concentración de ácido cítrico. La curva de calibración fue obtenida por determinaciones por triplicado de la calibración estándar. Se utilizó un patrón de citrato de sodio al 0,955% (95,5mg/L) preparado en H2SO4 0,01 M, lo cual corresponde a una concentración de ácido cítrico de 0,624% (6238,8 mg/L).

La tabla 6 contiene

los parámetros de la curva de calibración para el ácido cítrico, en la cual se inyectaron diferentes volúmenes del patrón de citrato.

45

Tabla 6. Parámetros del patrón estándar para la curva de calibración

Vol, µL

masa, µg

Area, µV.s

tr, min

5

31,194

2777044,35

15,156

10

62,388

4542421,00

14,608

15

93,582

6207797,65

15,067

20

124,776

8173174,30

14,877

25

155,970

10038550,95

15,005

S

DO A V R

Patrón = C6H5Na3O7 .2H2O (95,5%, Merck), MM = 294,10

SE E R Dichos parámetros son reflejados en la siguiente figura. S O H EC R E D 12000000,00

y = 58.196,3406x + 901.667,7000 R² = 0,9992

10000000,00

6000000,00

µV.s

Area

8000000,00

4000000,00 2000000,00 0,00 0

50

100 masa, ug

150

200

Figura 1. Curva de calibración para el patrón estándar Para dicho patrón estándar, se obtuvo el siguiente cromatograma (figura 2) mostrando el tiempo de retención característico para el ácido cítrico.

46

S

DO A V R

SE E R ura 2. Cro omatogram ma del pS patrón esttándar Figu O H C E inye ección 10 µL Dµ ER

de e ácido cítrico 0,62 24%,

El crom matograma a presenttado en la figura a 3, mue estra el perfil cara acterístico del d ácido cítrico c dete erminado en e el jugo de la pulp pa de piña, con un tiiempo de retención de 14,935 5 min, el cual c coincid de muy ce ercanamen nte al patró ón estándar utilizad do, confirm mándonos de esta manera m la presencia a del ácido o cítrico en n la muestra analizad da.

Figu ura 3. Cro omatograma de la a muestra a de jugo o de piña a contenie endo 5906 6mg/L de ácido cítrico, inyec cción 10 µL L.

47

4.1.2 Caracterizar el tipo de ácido extraído del jugo de la piña de acuerdo al comportamiento físico-químico. A continuación se muestran los parámetros físicoquímicos de la muestra de jugo de piña analizada.

Tabla 7. Parámetros fisicoquímicos del jugo de piña

Parámetros

R S O CH

fisicoquímicos

EpH DER ºBrix

S

DO A V Jugo de piña R ESE 3,6 10,9

Al medir el pH de la muestra, se logró identificar la acidez de la muestra analizada, demostrando además que la constitución del jugo de piña se encuentra dirigida a los iones hidrógeno (H+). Como se describió anteriormente, los grados Brix miden el cociente total de sacarosa disuelta en un líquido. Sin embargo, cabe destacar que los sólidos disueltos no son solamente sacarosa, sino que hay otros azúcares, ácidos y sales; por lo tanto este es un valor aproximado de la concentración que se acepta usualmente como si todos los sólidos disueltos fuesen sacarosa. En este caso, se obtuvo que el jugo de piña contiene 10,9 gr de sacarosa por cada 100 gr de jugo. Este tipo de análisis es importante para las industrias de alimentos, ya que mide la cantidad aproximada de azúcares en el jugo de la pulpa de piña.

48

3 Compara ar la conce entración del d ácido cíítrico del ju ugo de la p piña con ell jugo 4.1.3 del limón li y de la naranja. a, contiene e los valores de ren ndimientoss obtenido os en La siguiente tabla ara el jugo o de piña y los valore es encontra ados en e el jugo de limón este estudio pa y na aranja en publicacio ones anterriores para a realizar una comparación entre e ellass.

S

DO A V R

Tab bla 8. Conc centracion nes de los s jugos de e piña, limón y naranja

SE ión E R Co oncentrac OS

H CPiña E R DE

Jugo

18,707 (g/kg)

Piña

5,906 (g/L)

Limón

46 (g/L)*

Naranja

8,8 (g/L)***

*(Kristina L. Penniston n y col. 2008) **Cunh ha, Sara C. (200 02)

Para ob bservarlo de una man nera más clara, c a continuación se muestrra en la fig gura 4 la comparació c ón del rend dimiento del d ácido cítrico entre e las difere entes

Concentración (g/L) ió ( / )

fruta as.

60 Limón

40 20 Naranja

0 Piña a

ura 4. Com mparación n de las co oncentraciiones de los jugos d de piña, limón Figu y naranja.

49

Se puede observar que entre los jugos de las frutas analizadas, existe una diferencia de concentración, especialmente entre el jugo de piña y de naranja con respecto al jugo de limón. El jugo de limón presenta mayor concentración de ácido cítrico como era de esperarse, puesto que una de sus características principales es su elevada acidez (pH 2.3). Por el contrario, las concentraciones entre el jugo de piña y el jugo de

OS D A con respecto a éste. Esto se puede deber a RlaV acidez característica y E S E destacar que la acidez está sujeta R maduración de cada una de las frutas. Cabe S O CH a variación en el R proceso de maduración (Salisbury y Ross); estos autores E DE informan que en frutos como piña y naranja, los ácidos orgánicos disminuyen y naranja son parecidos, sin embargo la piña presenta una menor concentración

los azúcares aumentan durante la maduración, además de disminuir la cantidad de fibra, ya que ésta alcanza un máximo valor cuando comienza la maduración y luego decrece continuamente durante la maduración. Es por ello que es importante cuidar del estado de maduración de la fruta con el fin que realmente se quiere, que en este caso es la obtención del ácido cítrico para fines industriales.

50

Conclusiones



Se determinó la concentración de ácido cítrico en el jugo de piña a través de la técnica de cromatografía líquida de alta presión (HPLC), identificándose por medio de su tiempo de retención contra el patrón, ratificándose así la presencia del ácido.



E

ES R S O

S

DO A V R

Se analizaron los parámetros fisicoquímicos (pH y ºBrix) para el jugo de

H

EC R E D

piña, determinando así la acidez y la cantidad total de sacarosa disuelta en el jugo de piña. 

Se observó que el jugo de limón contiene mayor concentración de ácido cítrico en comparación al jugo de piña y naranja.



El jugo de naranja contiene mayor concentración de ácido cítrico que el jugo de piña.

51

Recomendaciones



Debido a la mayor cantidad de ácido cítrico reportado en el jugo de limón, se recomienda obtenerlo a través de ésta fruta.



Existen nuevas alternativas para acidificar alimentos y bebidas que se

OS D A natural y vinagre, el ácido de sulfato de sodio, RVentre otros, los cuales se E S R recomiendan para ser estudiados yE analizados en un próximo estudio. S O CH E R DE La fruta semeruco es una fruta autóctona de la región de Maracaibo, que

están desarrollando, tales como combinación de lactato de potasio



también contiene un alto contenido de ácido cítrico, por lo cual se recomienda analizar en un próximo estudio. 

Con el creciente interés en las frutas exóticas, nuevas y más sabores auténticos puede ser posible a través de la selección apropiada de acidulantes o la combinación de ellos.

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H

EC R E D

E

ES R S O

S

DO A V R

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EC R E D

E

ES R S O

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ANEXOS

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EC R E D

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ES R S O

Medidor de pH digital

Refractómetro

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EC R E D

HPLC

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