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Propiedades coagulantes de extractos naturales secos de semillas de M. Ole�fera y hojas C. Spinosa en jugo de naranja

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Coagulating properties of dry natural extracts of M. Ole�fera seeds and C. Spinosa leaves in orange juice

 

 

�Propriedades coagulantes de extratos naturais secos de sementes de M. oleifera e folhas de C. spinosa em suco de laranja

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: hmurillo6652@utm.edu.ec

 

Ciencias naturales

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*Recibido: 21 de febrero del 2021 *Aceptado: 20 de marzo del 2021 * Publicado: 08 de abril de 2021

 

        I.            Estudiante, Carrera de Ingenier�a Qu�mica, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Manab�, Ecuador.

     II.            Estudiante, Carrera de Ingenier�a Qu�mica, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Manab�, Ecuador.

   III.            Ingeniera Qu�mica, Posgrado Agroindustria, Escuela Superior Polit�cnica Agropecuaria Manab�, Sitio El Lim�n, Calceta, Manab�, Ecuador.

  IV.            Magister en Administraci�n Ambiental, Ingeniero Agroindustrial, Tecn�logo en Agroindustrias Doctor En Ciencias T�cnicas, Departamento de Procesos Qu�micos, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Manab�, Ecuador.

     V.            M�ster en Sistemas Integrados de Gesti�n, Ingeniero Qu�mico, Departamento de Procesos Qu�micos, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Manab�, Ecuador.

Resumen

La industria de las bebidas naturales busca cada d�a innovaci�n y mejoras en sus procesos, los cuales se ven reflejados en la calidad del producto final, utilizando aditivos naturales, por lo tanto se eligi� a la Moringa Ole�fera y Caesalpinia Spinosa para evaluar propiedades coagulantes de sus extractos secos en jugo de naranja. Se emple� ensayos de pruebas de jarras para comprobar existencia de coagulanci�n, y se valor� por la remoci�n de turbidez en NTU en el jugo aplicado de forma directa; las variables fueron: tipos de extractos secos de semillas de moringa y hojas de guarango; dosis 500, 1000 y 1500 ppm y tiempo de reposo 7, 24, 32 y 48 horas;. Se aplic� un dise�o experimental de A*B*C triplicado, un ANOVA con 95% de confianza y test de Dunnet. Se obtuvo como resultado que dosis de 500 a 1500 ppm generan la clarificaci�n del jugo, mientras que, valores menores no tienen efecto y dosis mayores generan um enturbiamiento. La turbidez frente a cada una de las variables presentaron un p ˂ 0,05 en todos los tratamientos; siendo el mejor tratamiento de acuerdo a Dunnet la mezcla de los extractos moringa m�s guarango a 500 ppm durante 48 horas.

Palabras clave: Turbidez; coagulante; bebidas.

 

Abstract

The natural drinks industry seeks innovation and improvements in its processes every day, which are reflected in the quality of the final product, using natural additives, therefore Moringa Ole�fera and Caesalpinia Spinosa were chosen to evaluate the coagulating properties of their dry extracts in orange juice. Jar test trials were used to check for coagulation, and was assessed by removing turbidity in NTU in the juice applied directly; variables were: types of dry extracts of moringa seeds and guarango leaves; doses 500, 1000 and 1500 ppm and resting time 7, 24, 32 and 48 hours. A triplicate A*B*C experimental design, an ANOVA with 95% confidence and Dunnet test were applied. Concentrations of 500 to 1500 ppm generate an acceptable coagulation, lower values have no effect and higher values cause supersaturation. The turbidity against each one of the variables presented a p ˂ 0.05 in all the treatments; being the best treatment according to Dunnet the mixture of the moringa plus guarango extracts at 1000 ppm for 48 hours.

Keywords: Turbidity; coagulant; beverages.

 

 

Resumo

A industria de las bebidas naturales busca cada dia inovaci�n y mejoras en sus procesos, los cuales se ven reflejados en la calidad del producto final, utilizando aditivos naturais, por lo tanto se eligi� a la Moringa Ole�fera y Caesalpinia Spinosa para avaliar propiedades coagulantes de sus extractos secos en jugo de naranja. Se empleo ensayos de pruebas de jarras para comprobar existencia de coagulanci�n, y se valor� por la remoci�n de turbidez en NTU no jugo aplicado de forma directa; las variables fueron: tipos de extractos secos de semillas de moringa y hojas de guarango; dosis 500, 1000 e 1500 ppm e tempo de reposi��o 7, 24, 32 e 48 horas ;. Se aplicou un dise�o experimental de A * B * C triplicado, un ANOVA con 95% de confianza y test de Dunnet. Se obtuvo como resultado que dosis de 500 a 1500 ppm generan la clarificaci�n del jugo, mientras que, valores menores no tienen efecto y dosis mayores generan um enturbiamiento. La turbidez frente a cada uma das vari�veis ​​presentaron un p ˂ 0,05 en todos los tratamientos; siendo el mejor tratamiento de acuerdo a Dunnet la mezcla de los extractos moringa m�s guarango a 500 ppm durante 48 horas.

Palavras-chave: Turbidez; coagulante; bebidas.

 

Introducci�n

La evaluaci�n sensorial la mejor herramienta para referirse a calidad, la cual se asocia a un conjunto de propiedades y caracter�sticas que permite valorar la percepci�n del consumidor[1]. Considerando que en el proceso industrial de la elaboraci�n de los jugos de frutas existen varios problemas como: la sin�resis, variaci�n de pH, cambios de color, entre otros [2]. La calidad sensorial de los jugos se relaciona con la turbidez, sedimentos y s�lidos suspendidos que est�n presentes en el mismo, por lo cual se emplean coagulantes[3].

En la extracci�n del jugo de naranja (citrus sinensis), existe la liberaci�n de pectina en el momento de exprimir la fruta, ocasionando com�nmente una separaci�n de fases, por lo que es de vital importancia adicionar aditivos que evite este fen�meno, pues como consecuencia se obtiene un producto final con un grave defecto de calidad, por tal motivo existe una disminuci�n de los atributos relacionados a la apariencia y aceptabilidad como son: el atractivo, el valor nutricional y la comerciabilidad del producto[4].

La funci�n de un coagulante es contrarrestar el efecto repulsivo de part�culas en suspensi�n con la misma carga electronegativa, lo que genera una colisi�n y formaci�n de co�gulos y posteriormente su precipitaci�n. La funci�n de los hidrocoloides, como aditivos alimentarios, son: espesar, gelificar y estabilizar. [5]

Para elegir un hidrocoloide se debe tener en consideraci�n ciertos factores, tales como: sinergismo, pH, requerimientos de elementos minerales y micronutrientes, solubilidad, temperatura, acidez del sistema, tiempo y compatibilidad con otros ingredientes [6]; por tal motivo la problem�tica del uso de coagulantes qu�micos, evidenciados [7] da paso a la investigaci�n de alternativas naturales como coagulantes que se originen o extraigan de microorganismos, animales o plantas. Teniendo en consideraci�n que los pol�meros org�nicos de origen natural presentan por lo general una m�nima o nula toxicidad.� [8]�

La moringa (Moringa ole�fera) es una de las plantas m�s estudiadas, las semillas act�an como uno de los coagulantes primarios m�s efectivos para el tratamiento del agua [9]. As� mismo las semillas contienen cantidades importantes de amino�cidos polares, con un poder coagulante [10]. El contenido de amino�cidos en las semillas de M. ole�fera representa el 6,92% p/p. correspondiendo el mayor porcentaje al �cido glut�mico (1,680%), seguido de arginina (0,687%) y en menor porcentaje a la tirosina (0,105%). Conociendo que ocho de los 17 amino�cidos (aa) caracterizados en el agente activo de las semillas son no polares [11].

�El guarango (Caesalpinia Spinosa) es una planta silvestre con gran potencial econ�mico para la agroindustria y la agro exportaci�n, utilizada como materia prima para la producci�n de �cido t�nico y g�lico. Sus hojas son en forma de plumas, aparcadas, ovoides y brillantes, ligeramente espinosas de color verde oscuro y miden 15 cm de largo [12].� Conociendo que la fuente del principio activo coagulante de estas hojas, se debe a la presencia de galactomananos, ya que generalmente las vainas de guarango han sido una buena fuente para producir tanino, tanino biliar y �cido g�lico[13].

Se relaciona tambi�n que hay influencia del efecto combinado pH-concentraci�n de goma de C. spinosa, sobre la sedimentaci�n y porcentaje de color removido del jugo de ca�a [14] relacionan. �Finalmente las vainas de guarango estudiadas por Romero y otros concluyen que esta planta puede ser aplicada en la industria alimentaria, y ser materia prima para producir hidrocoloides siendo una alternativa a las establecidas en el Codex Alimentario [15, 16].

Los extractos secos son aquellos que tienen una consistencia seca y son f�cilmente pulverizables, se obtienen por evaporaci�n del disolvente y desecaci�n del residuo. Los extractos secos no deben presentar un contenido de humedad mayor del 5%. Presentan una concentraci�n muy superior de principio activo que la droga original, son bastante estables aunque ocasionalmente pueden resultar higrosc�picos y sin embargo son de f�cil manipulaci�n [17].

La coagulaci�n natural es un proceso de neutralizaci�n de cargas mediante la adici�n de extractos de plantas que contienen polifenoles (taninos), gomas, muc�lagos o prote�nas para generar la desestabilizaci�n coloidal [18]. En la coagulaci�n se incrementa la fuerza i�nica del medio, se reprime la doble capa el�ctrica y por tanto cesa la repulsi�n entre las part�culas coloidales [19].

La hip�tesis de la investigaci�n fue que los extractos secos de moringa y guarango presentan propiedades coagulantes en jugos naturales (jugo de naranja) en la remoci�n de la turbidez, para poder ser empleado como un aditivo coagulante natural en la industria alimenticia.

El objetivo de este trabajo fue evaluar las propiedades coagulantes de los extractos secos de semillas de M. Ole�fera y hojas de C. Spinosa en jugos naturales, mediante pruebas de jarras, y reducci�n de turbidez, para clarificaci�n de los mismos.

 

Materiales y m�todos

●       Para el proceso de extracci�n seca del coagulante a partir de la M. ole�fera y C. Spinosa se utiliz� material vegetal (semillas y hojas) las semillas obtenidas en el mercado natural del cant�n Santa Ana de la provincia de Manab� y las hojas de guarango en el mercado principal de la ciudad de Riobamba, en la provincia de Chimborazo, procurando que procedieran de un mismo lote. Las naranjas (Citrus sinensis L.) para el ensayo fueron de la variedad Valencia tard�a, cosecha de enero del 2020, procedentes de la zona centro sur de la provincia de Manab�, Ecuador, siendo elegidas por su disponibilidad, compradas en la fruter�a Coctel, ubicada en la ciudad de Portoviejo.

 

Extracci�n

Se llev� a cabo la selecci�n de semillas de moringa las cuales debieron estar completamente maduras (color caf� oscuro), luego se retir� la corteza que protegen la almendra, eligiendo semillas sin signos de pudrici�n o decoloraci�n, se determin� la humedad inicial de 10.5% con termobalanza, para dar paso al secado en un secador de bandejas Cakestand PSL durante 4 horas a temperatura constante de 45 �C para eliminar la humedad hasta ≤ 8.0 %. Una vez obtenida la humedad se procedi� con la molienda de la almendra usando un molino de doble aspa marca MAQORITO, para obtener un polvo fino y amarillento[20], el cual se pes� y almacen� en bolsas de polietileno de baja densidad (ziploc).

Para la obtenci�n del extracto de guarango, se separ� las hojas de las ramas y tallos dejando solo las de mejor aspecto, se limpi� con agua para retirar tierra e impurezas, se determin� una humedad inicial de 13%, dando paso al secado mediante secador de bandejas a 40 �C por 3 horas hasta una humedad de ˂ 8%, se continu� con el pulverizado de las hojas secas, con ayuda de un molino de doble aspa, se almacen� el extracto en b en bolsas de polietileno de baja densidad en refrigeraci�n a 10� C.

El jugo de naranja se obtuvo de forma mec�nica como lo establece el Codex [16] el cual para obtener homogeneidad se busc� tener un mismo estado de maduraci�n y grados �Brix, se filtr� el jugo evitando presencia de semillas o part�culas con ayuda de un colador de nylon de granulometr�a 150 mm.

Una vez determinada la dosificaci�n con efecto coagulante, se procede activar el extracto con agitaci�n, para proceder a envasar el jugo en botellas color �mbar evitando contaminaci�n y que afecte la luz.

 

Ensayos de Coagulaci�n

Los ensayos de coagulaci�n se realizaron con el procedimiento est�ndar de prueba de Jarras. En cada ensayo se vari� la dosis desde 0, a 10 000 mg, de extracto por cada litro de jugo de naranja, utilizando para esto 100 ml de jugo por cada dosis, luego se agit� durante varios minutos para estimular el componente activo. Inmediatamente se baj� la velocidad de remoci�n para tener una distribuci�n homog�nea, teniendo en consideraci�n la explicaci�n del fen�meno de coagulaci�n y floculaci�n se ve condicionado por la agitaci�n, debido a que la velocidad de rotaci�n var�a en consecuencia, permitiendo simulaci�n de diferentes intensidades de mezcla y resultados proceso de floculaci�n[7]. Finalmente, se dej� reposar bajo el concepto de la prueba de Imhoff, durante 1 a 6 horas donde se observ� la formaci�n de flocs, previo a medir la turbidez removida[21].

 

 

La nomenclatura utilizada fue la siguiente

a1: Moringa; a2: Guarango; a3: moringa + guarango; b1: 500 ppm,� b2: 1000 ppm; b3: 1500 ppm; ����������

c1: 7 horas; c2: 24 horas; c3: 32� horas; c4: 48 horas

La investigaci�n const� de 40 tratamientos con 3 r�plicas cada uno, que da un total de 120 unidades experimentales, para cada tratamiento; cada unidad experimental de jugo de naranja fue de 500 ml; el cual se mezcl� con extractos de moringa, guarango y guarango m�s moringa (50:50) en dosis de 500, 1 000 y 1 500 ppm; m�s control; el producto se envas� y almacen� para su control por 7 horas, 24 horas, 32 horas y 48 horas, realiz�ndose an�lisis de turbidez. Este proceso se realiz� con precauci�n evitando la contaminaci�n del jugo.

Se aplic� un dise�o experimental de A*B*C utilizando el programa SPSS y STATGRAPHICS versi�n estudiantil, un ANOVA con 95% de confianza, una comparaci�n m�ltiple usando el test de Tuket y de Dunnett y gr�ficos de dispersi�n con Excel.

 

Resultados y discusi�n

Para determinar la concentraci�n a utilizar, se observaron los rangos en los cual se produce el fen�meno de coagulaci�n mostrados en la Figura 1, la cual representa mediante curvas la acci�n de cada tipo de extracto en el jugo de naranja, donde la turbidez var�a dependiendo de los gramos de extractos empleados sobre litros de jugo de naranja ppm.

 

Figura 1: Variaci�n de la turbidez en funci�n de los diferentes extractos y concentraciones

Fuente: Autor de la investigaci�n

Las curvas muestran que al aplicar valores menores de 500 ppm., de extractos secos de moringa y guarango al jugo de naranja no existi� ning�n efecto; mientras que, al utilizar dosis mayores de extracto con valores entre 500 a 1500 ppm, se present� la formaci�n de flocs una vez que se agit� y repos� la muestra, dando paso a la coagulaci�n y consecuentemente a la reducci�n de turbidez, considerando que el proceso de coagulaci�n mal realizado tambi�n puede conducir a una degradaci�n de la calidad, y a la vez representa gastos de operaci�n no justificadas[22].

Teniendo ya comprendida una dosificaci�n de extracto que generan la coagulaci�n se procedi� a buscar el mejor tratamiento que ocasione este fen�meno; por lo cual en la Tabla 5 se muestran los valores de la turbidez en NTU en el jugo de naranja dependiendo de los extractos, dosis empleadas y tiempo de reposo, not�ndose que el valor del tratamiento control fue supera los 4000 NTU, valor que se reduce con la aplicaci�n de extractos, principalmente del tratamiento a3*b1*c3, en el que se redujo a 1 477 NTU de turbidez, registrando como valor m�nimo en el tratamiento a3*b3*c4, con 557 NTU, lo que significa que no solo los niveles de extracto reducen la turbidez sino que el mantener estos extractos en el jugo de naranja con el paso del tiempo sigue teniendo su acci�n clarificante, debido a la presencia de componentes activos en su estructura qu�mica.

 

Tabla 1: Turbidez de jugo de naranja con diferentes extractos, dosis y tiempo

Nota: letras a, b y c representan cada uno de los factores en estudios. Los datos de respuestas de la turbidez est�n dados en NTU. Elaborado por el autor de investigaci�n.

El an�lisis estad�stico ANOVA (Tablas 2, 3 y 4) de turbidez frente al tiempo, tipo de extractos y dosis usadas, muestran significancia en todos los factores con un el p ˂0.05; por lo tanto todos los tratamientos son diferentes y se acepta la hip�tesis de que existe el coagulaci�n al emplear extractos de moringa y guarango en jugo de naranja. Adem�s el an�lisis de varianza indica que se presentan diferencias significativas en las muestras de bebidas. Para determinar cu�l de las muestras es diferente significativamente frente al testigo se utiliz� la prueba de Dunnett.

 

Tabla 2: ANOVA para turbidez por extractos

Fuente	Suma de Cuadrados	Gl	Cuadrado Medio	Raz�n-F	Valor-P
Entre grupos	1.04969E8	3	3.49895E7	71.64	0.0000
Intra grupos	5.66556E7	116	488410.
Total (Corr.)	1.61624E8	119

1.1.1.1.1.1.1.1.1 Tabla 3: ANOVA para turbidez por ppm

Fuente	Suma de Cuadrados	Gl	Cuadrado Medio	Raz�n-F	Valor-P
Entre grupos	8.1013E7	3	2.70043E7	38.86	0.0000
Intra grupos	8.06112E7	116	694924.
Total (Corr.)	1.61624E8	119

1.1.1.1.1.1.1.1.2 Tabla 4: ANOVA para turbidez por tiempo

Fuente	Suma de Cuadrados	Gl	Cuadrado Medio	Raz�n-F	Valor-P
Entre grupos	4.07539E7	3	1.35846E7	13.04	0.0000
Intra grupos	1.2087E8	116	1.04198E6
Total (Corr.)	1.61624E8	119

 

Por otro lado, los resultados de la Tabla 5 muestran que existe significancia representativa en la variaci�n de la turbidez en todos los tratamientos al aplicar los extractos de moringa, guarango y moringa m�s guarango. Siendo la m�s eficiente esta �ltima, argumento que se respalda con los valores de las diferencia de las medias. Esto ocurre debido a que la composici�n de estas plantas tienen cadena de amino�cidos cuya carga neta positiva y negativa atrapan los s�lidos en suspensi�n que los aglutina removiendo turbidez[23, 24].

Adem�s la dosis del coagulante condiciona el funcionamiento de las unidades de decantaci�n y es imposible realizar una clarificaci�n si la cantidad de coagulante est� mal ajustada. De esta manera al tener las proporciones adecuadas para el uso de los extractos se pueden considerar como aditivos de acuerdo al contenido que oscila entre 100 mg/kg a 10 000 mg/kg, mientras que el auxiliar tecnol�gico va en un rango de 1 mg/kg a 100 mg/kg, sin embargo no siempre se cumple esta condici�n ya infieren muchas variables f�sicas y de ambiente[25].

 

Tabla 5: Comparaci�n m�ltiple de los tipos de extractos aplicando el test de Dunett.

Dependent Variable:� ntu
Dunnett t (2-sided)a
(I) extracto	(J) extracto	Mean Difference (I-J)	Std. Error	Sig.	95% Confidence Interval
					Lower Bound	Upper Bound
moringa	control	-2086.83025*	232.95445	.000	-2624.1252	-1549.5353
guarango	control	-2899.25309*	232.95445	.000	-3436.5481	-2361.9581
m+g	control	-3212.59259*	232.95445	.000	-3749.8876	-2675.2976

Nota:*. The mean difference is significant at the 0.05 level. a. Dunnett t-tests treat one group as a control, and compare all other groups against it. Elaborado por autor de la investigaci�n.

 

Con respecto a lo anterior, al corroborar que todos los extractos generan el efecto coagulante se toma en consideraci�n las investigaciones de Wu, Ding, Jia & He [26], sobre la moringa donde dice que es un hidrocoloide que se comporta como un gel de alta frecuencia, siendo muy �til su aplicaci�n en el procesamiento de alimentos, mientras investigaciones de Basurto [27] enfatizan que el guarango por la cantidad de �cido g�lico de los taninos es empleado como un elemento clarificante en la industria de jugos, cervecera y de vinos, de la misma manera otros coagulantes naturales similares a la moringa y guarango como quitosano utilizados en el jugo de naranja tambi�n reduce la turbidez debido a la presencia de los grupos aminos en la estructura del compuesto[4], confiriendo capacidad a las prote�nas para coagular sustancias coloidales ya que en los extractos naturales el principal mecanismo de coagulaci�n es la adsorci�n y la neutralizaci�n de cargas[23]. Adem�s la coagulaci�n est� principalmente influenciada por la variaci�n del pH, contenido de s�lidos suspendidos, salinidad, temperatura, velocidad y tiempo de agitaci�n[19].

 

Conclusiones

Los extractos secos de semillas de moringa (M. Ole�fera) y hojas de guarango (C. Spinosa) aplicados al jugo natural de naranja presentaron propiedades coagulantes removiendo turbidez del jugo en un lapso de tiempo, empleando dosis de 500 a 1500 ppm, siendo la mejor la combinaci�n de acuerdo a Dunnett fue moringa + guarango en (50:50) en 500 ppm por 48 horas, la cual disminuy� la turbidez de 4 279 a 638 NTU, mostrando una diferencia significativa en todos los tratamientos. Se recomienda por seguridad alimentaria emplear los extractos en forma seca ya que facilita su diluci�n, adem�s debido a la facilidad de obtenci�n se podr�a emplear solo el extracto de moringa, y en cuanto al tiempo a pesar que estad�sticamente el mejor es a las 48 horas por estimaci�n de costos se recomienda emplear las 24 horas.

 

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�2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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