Transformación de residuos de la industria frutícola de la Norpatagonia Argentina en ingredientes con valor agregado: Optimización de tecnologías verdes para la extracción de pectinas.

Abstract

La fruticultura es la principal actividad económica en la región de los valles norpatagónicos, generando considerables cantidades de residuos, que incluyen cáscaras, semillas, desechos, líquidos de jugo y agua de lavado, los cuales representan una amenaza para el medio ambiente. Sin embargo, estos residuos aún contienen biocompuestos de interés industrial, lo que hace ventajoso su aprovechamiento para la producción de productos con valor agregado, tales como las pectinas. El objetivo principal de este trabajo fue optimizar la extracción de pectinas para la obtención de un producto en polvo concentrado de pectinas a partir de residuos de pera (var. Williams) provenientes de la conservera CERES S.A. de Río Negro, constituidos principalmente por cáscaras, semillas y pulpa. Para ello, se utilizó el método convencional de extracción ácida con ácido cítrico. Para maximizar el rendimiento y mejorar la calidad de pectinas extraídas se procedió a determinar los parámetros óptimos mediante el método de superficie de respuesta con el objetivo de investigar así la respuesta de las variables y desarrollar un modelo para optimizar dicha respuesta. Esto se llevó a cabo aplicando un diseño compuesto central (CDD) con cuatro variables en tres niveles (-1, 0,+1), evaluando así los efectos de la concentración de ácido (X1= 3, 11, 19% p/v), el tiempo de extracción (X2= 30, 60, 90 min), la relación soluto-solvente (X3= 4, 10, 16 v/p) y la temperatura (X4= 65, 80, 95 °C) en el rendimiento (R) y el grado de esterificación (GE) de las pectinas obtenidas a partir de los residuos de pera. Los resultados obtenidos indicaron que a medida que las condiciones se vuelven más extremas, es decir, con valores más altos de las variables independientes, se observó un aumento en el rendimiento acompañado de una disminución en el GE. A partir de estos resultados se determinó el modelo que mejor ajustaba a cada respuesta. Mediante el método de función deseada se determinó el punto óptimo teórico (X1=27%p/v, X2=70,5min, X3=9,55v/p, X4=94,45°C) con R = 14,34% y GE = 35,7%. Al reproducir este optimo se obtuvo un rendimiento ligeramente menor (11,66% ± 1,23%) y un GE mayor (46,71% ± 0,27%). Por último, se caracterizaron las pectinas obtenidas en cuanto a sus propiedades fisicoquímicas. El contenido de ácido galacturónico (27,62% ± 0,25%) indicó baja pureza según estándares FAO (>65%), influido por la madurez del residuo y la degradación enzimática. El contenido de metoxilo (2,27% ± 0,02%) clasifica la pectina como de bajo metoxilo, con capacidad para formar geles termo-irreversibles. El valor de aw obtenido (0,235 ± 0,012) garantiza la seguridad microbiológica al limitar el crecimiento microbiano y reacciones químicas.

Fruit farming stands as the principal economic activity within the North Patagonian Valleys region, generating significant amounts of waste, including peels, seeds, pulp, juice liquids, and wash water, which pose an environment threat. However, these wastes still contain bioactive compounds of industrial interest, making their utilization advantageous for the production of value-added products, such as pectins. The main objective of this work was to optimize the pectin extraction to obtain a concentrated powder product from pear waste (var. Williams) from CERES S.A. cannery in Río Negro, containing these residues mainly peels, seeds, and pulp. It was employed the acid extraction method using citric acid. To maximize yield and improve the quality of the extracted pectins, optimal parameters were determined using the response surface methodology to investigate the response of the variables and develop a model to optimize this response. This was done by applying a central composite design (CCD) with four variables at three levels (-1, 0, +1), evaluating the effects of acid concentration (X1 = 3, 11, 19% p/v), extraction time (X2 = 30, 60, 90 min), solute-solvent ratio (X3 = 4, 10, 16 v/p), and temperature (X4 = 65, 80, 95°C) on the yield and degree of esterification (DE) of the pectins obtained from pear wastes. The results indicated that as the conditions became more extreme, i.e., with higher values of the independent variables, an increase in yield was observed, paired with a decrease in DE. From these results, the model that best fit each response was determined. Using the desirability function method, the theoretical optimum point was determined (X1 = 27% p/v, X2 = 70.5 min, X3 = 9.55 v/p, X4 = 94.45°C) with R = 14.34% and DE = 35.7%. Reproducing this optimal point yielded slightly lower results (11.66% ± 1.23%) and a higher DE (46.71% ± 0.27%). Finally, the obtained pectins were characterized in terms of their physicochemical properties. The galacturonic acid content (27.62% ± 0.25%) indicates low purity according to FAO standards (>65%), influenced by the maturity of the residue and enzymatic degradation. The methoxyl content (2.27% ± 0.02%) classifies the pectin as low-methoxyl, with the ability to form thermo-irreversible gels. The obtained aw value (0.235 ± 0,012) ensures microbiological safety by limiting microbial growth and chemical reactions.