TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOPRÁCTICA N°3: EXTRACCIÓN DE CARRAGENINA I. OBJETIVOS Extraer la carragenina a partir de algas (Gigartina chamisso) denominada cochayuyo o mococho. Explicar el fundamento de la extracción de gelificantes a partir de fuentes naturales. II. MATERIALES - 100g. de mococho - Balanza - Tocuyo - Embudo - Cocina eléctrica - Vasos de precipitación - NaOH (0.02%) - Alcohol 96° III. METODOLOGÍA Lavado. - Lavar el mococho con el fin de eliminar la suciedad y cuerpos extraños. Picado. - Picarlo finamente. Pesado. - Pesar 100 gramos. Extracción. – Suspender el mococho picado en 300 ml de solución de hidróxido de sodio al 0.02% y poner a 95°C por 30 minutos. Enfriado. – Hasta alcanzar temperatura ambiente. Centrifugado o pasar por el tamiz. – Se puede realizar una segunda extracción con el sedimento de la centrifugación o el remanente insoluble del tamizado. Purificación. – Al sobrenadante o filtrado del paso anterior, agregar con agitación constante 2 volúmenes de alcohol de 96° por volumen de muestra. TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Reposo. – Dejar en reposo media hora. Centrifugado. – Centrifugar y descartar el sobrenadante, desmenuzar las fibras de la carragenina. IV. RESULTADOS CARRAGENINA Figura 1. Diagrama de flujo para la obtención de carragenina a partir del mococho (Gigartina chamisso). LAVADO PICADO ENFRIADO EXTRACCIÓN FILTRADO PRECIPITACIÓN REPOSO FLÓCULOS FILTRAR SECAR 100 g Mococho / 300 ml NaOH 0.02% NaOH 0.02% Ebullición 95°C/ 30 min Tº ambiente 96% Alcohol 2 vol. OH/ 1 vol. precipitado 30 minutos TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO V. DISCUSIÓN En la presente práctica de laboratorio se utilizó el mococho como materia prima para evaluar el rendimiento obtenido de la extracción de carragenina mediante una extracción básica con NaOH al 0.02%; consiguiendo así los siguientes resultados: Tabla 1. Rendimiento de carragenina (%) a partir de mococho (Gigartina chamisso). Materia Prima Peso Mococho (g) Peso final: Carragenina obtenida (g) Rendimiento (%) Mococho/ Cochayuyo 100 0.6573 0.66 Las carrageninas son polisacáridos naturales que se encuentran presentes en la estructura de ciertas variedades de algas rojas. Son capaces de formar coloides viscosos o geles, en medios acuosos y/o lácteos (Porto, 2003) Craige y Leigh (1978), La carragenina es obtenida de diversos géneros y especies de algas marinas de la clase Rodophyta. El contenido de carragenina en las algas varía de 30% a 60% del peso seco, dependiendo de la especie del alga y de las condiciones marinas tales como luminosidad, nutrientes, temperatura y oxigenación del agua. Algas de diferentes especies y fuentes producen carrageninas de diferentes tipos: kappa, iota y lambda. Algunas especies de algas pueden producir carrageninas de composición mixta como kappa/iota, kappa/lambda o iota/lambda. Las especies productoras de carragenina tipo kappa son la Hypnea Musciformis, la Gigartina Stellata, la Eucheuma Cottonii, la Chondrus Crispus y la Iridaea. Las especies productoras de carragenina tipo iota son la Gigartina Teedi y la Eucheuma Spinosum. Las especies productoras de carragenina tipo lambda son, en general, del género Gigartina (Porto, 2003). TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Según Olivares (1992), las carrageninas son gomas solubles en agua, presentes en ciertas especies de algas rojas de la familia. Químicamente, son polisacáridos sulfatados lineales de D-galactosa y 3,6-anhidro-D-galactosa unidos glucosídicamente por enlaces alternados 1,3 (alfa) y 1,4 (beta). Tienen un contenido éster sulfato del 18% o más por lo que son polielectrolitos aniónicos cuyo radical activo es justamente el grupo sulfato. Según Craige y Leigh (1978), Las algas preparadas son tratadas con hidróxido de potasio al 6% P/P con agitación vigorosa para promover la extracción total de polisacárido. Deberán permanecer en la solución alcalina durante 24 horas. Evacuar parte de la solución alcalina dejando un remanente que cubra solamente las algas por otro tiempo igual. Se retiran las algas de la solución alcalina y se observa el agua remanente, presenta un matiz amarillo intenso. En nuestro experimento no se tuvo que esperar las 24 horas que propone Craige y Leigh (1978), ya que se calentó la solución de NaOH para disminuir el tiempo a 30 minutos. Según Salas et al, (2008), El proceso de extracción se basa en: solubilidad en agua caliente e insolubilidad en solventes orgánicos polares. La fase gametofita es punto de partida para la producción de κ-carragenano y la fase esporofita se orienta a la producción de λ-carragenano. La capacidad gelificante (κ-carragenano) y el comportamiento viscosante (λ-carragenano) de los carragenanos son características que se aplican para gelificar o espesar sistemas acuosos. Según Suqueyama (1978), al igual que la mayoría de los otros hidrocoloides generadores de viscosidad, las sales de carragenina se vuelven más fluidas cuando se las calienta y ofrecen mayor resistencia al flujo cuando se enfrían. Esta propiedad es tomada en cuenta en la etapa de extracción ya que se trabajó a una temperatura de 95ºC. Según Krauss (1967) citado por Suqueyama (1978), la fracción de lambda carragenina puede ser precipitado mediante la adición de algún alcohol. Esto se pudo comprobar en la práctica ya que se trabajó con el método de extracción en el cual se realizó la precipitación con la ayuda de alcohol de 96°. TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO En la tabla 1 podemos observar el rendimiento obtenido de la extracción de carragenina mediante un proceso alcalino de extracción con NaOH al 0.02% con 95°C por 30 minutos; a partir de mococho o cochayuyo (Gigartina chamisso); el cual fue de 0.66%. En Gigartinales se reportan variaciones respecto al rendimiento y calidad del carragenano, en diferentes localidades y épocas del año (Doty y Santos, 1978; Dawes et al., 1977). Pickmere et al. (1973) encontraron pequeñas fluctuaciones en el rendimiento entre plantas femeninas, masculinas y tetraspóricas con niveles que van de 50 a 60%. Fuller y Mathieson (1972) reportan en Chondrus crispus Stackhouse máximos en verano (76%) y mínimos en invierno (62%); en Mastocarpus papillatus (C. Agardh) Kützing, del Pacífico, presentó un máximo en verano (68%) y un mínimo en invierno (58%) (Zizumbo-Alamilla, 1999) y en Eucheuma uncinatum (Dawson) del Golfo de California, el máximo fue en verano- otoño (42%) y el mínimo en invierno-primavera (32%) (Zertuche- González, 1988). Muñoz et al. (2004) encontraron un rendimiento de aproximadamente 37% en carragenina para alga K. alvarezii utilizando extracción en agua caliente, en la cual después de la filtración la solución se ajustó a pH 8.5-8.6 con una solución de NaOH 0.3N y el filtrado fue precipitado con una utilización de brometo de hexadecil-trimetil-amonia y acetona 9:1, después de eso, la carragenina recuperada fue lavada con acetato de sodio y con etanol 95% y, por fin la carragenina resultante fue secada en estufa a 60° por 24 horas. Corona et al. (2007), realizó una caracterización de carrageninas obtenidas a partir de diferentes especies de macroalgas marinas cubanas, donde el rendimiento promedio de carragenina obtenida oscila entre 10 y 20 % (Tabla 2- Anexos). Webber (2010), indico que el rendimiento en carragenina en K. alvarezii oscila en 43-53% base seca en invierno y 21-33% en verano pero el rendimiento de extracción práctico fue de 18 y 35% para Webber (2010). Hayashi et al. (2007) obtuvieron de rendimiento de carragenina 21 a 35 % y también utilizó una extracción natural de K. alvarezii, pero no utilizó un secado por atomización, y si TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO precipitación en alcohol seguido de secado en estufa, como se realizó en nuestra práctica de laboratorio. De lo propuesto anteriormente por todos los investigadores, se evidencia que según la Tabla 1, nuestro rendimiento fue realmente bajo (0.66%) en comparación con la bibliografía; este error varía principalmente en los tiempos y temperaturas de extracción ya que se utilizó 95°C a 30 minutos para la extracción mientras los autores propones tiempo de 15 minutos por 90°C dependiendo de las concentraciones de NaOH, dando así rendimientos entre 21 a 35% de carragenina; dependiendo también del alga a partir de la cual se realiza la extracción. Según Suqueyama (1978), la carragenina se degrada a altas temperaturas por largo tiempo y este efecto se acelera a un pH inferior a 3.5. Por lo que se puede deducir que durante el tratamiento, pudo haberse degradado la carragenina en solución ácida, debido a errores experimentales. Según Olivares 1992, las carrageninas son solubles en agua caliente. El rango normal para las fracciones gelificantes se halla entre 40 y 70ºC dependiendo de las concentraciones de la solución y de los cationes presentes. La temperatura empleada en la práctica fue de 95ºC, la que se encuentra fuera del rango propuesto por el autor, pero se debe tomar en cuenta las concentraciones de la solución, la relación materia prima: agua y el pH de extracción. Según Guiseley (1981) citado por Olivares (1992), la producción de carragenina es una producción integral que consiste en 3 etapas: extracción, purificación y aislamiento. En la práctica se observaron éstas etapas pero con diferente nombre, por ejemplo a la etapa de purificación se llamó filtración y a la etapa de aislamiento se le llamo evaporación o concentración. Según Suqueyama (1978), menciona que existen muchos métodos empleados para la extracción de carragenina a partir de algas, cuyas variaciones tienden a mejorar determinadas características como color, viscosidad, poder gelificante y obtener mayores rendimientos. Además menciona el método tradicional mencionado en la práctica pero con algunas variaciones, por ejemplo después de la extracción se realiza una clarificación con el uso de centrífugas y filtros durante el cual se TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO utilizan adsorbentes. Tierra de diatomeas y carbón activado; sin embargo en la práctica se realizó una simple filtración. Según Porto (2003), las aplicaciones de la carragenina están concentradas en la industria alimentaria. Las aplicaciones pueden ser divididas en sistemas lácticos, acuosos y bebidas. Sin embargo, ya existen actualmente otras diversas aplicaciones de carragenina para una gran variedad de aplicaciones industriales. La carragenina posee diversas funciones de acuerdo con su aplicación: gelificación, espesamiento, estabilización de emulsiones, estabilización de proteínas, suspensión de partículas, control de fluidez y retención de agua. VI. CONCLUSIONES Se determinó el fundamento de la extracción de gelificantes a partir de fuentes naturales (algas). Se pudo extraer la carragenina a partir de la alga (Gigartina chamissoi) denominada cochayuyo o mococho. Se logró la extracción de carragenina a partir de mococho o cochayuyo (Gigartina chamissoi), obteniendo un rendimiento de 0.657 gramos de carragenina por cada 100 gramos de alga. El rendimiento fue muy bajo al compararlo con la bibliografía, principalemente debido a la especie utilizada y a errores por parte de los experimentadores en el proceso. VII. BIBLIOGRAFÍA Salas, 2008.Obtencion de κ-Carragenano y λ-Carragenano a partir de macroalga Chondracanthus chamissoi y su aplicacion en la industria alimentaria. Pdf TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Olivares, 1992. Efectos de Cuatro Sales de Potasio sobre la Viscosidad en Dispersiones de Carragenina extraído de la Alga Marina Gigartina chamissoi (Cochayuyo). Tesis para optar por el título de Ingeniero en Industrias Alimentarias. FIAL. UNALM. Lima-Perú. Porto, 2003. Carragenina. Agargel. São Paulo - Brasil. Página Web. Consultada el 25 de Enero del 2008. Disponible en: http://www.agargel. com.br/carragenina.html Suqueyama, 1978. Usos Industriales de las Algas Marinas: Carragenina (Chondrus crispus industria). Tesis para optar por el título de Ingeniero en Industrias Alimentarias. FIAL. UNALM. Lima-Perú. Corona, R; Quincoces, M; Gil, A; Loi, S; Hereira, M; López, E y Melendrez, E. 2007. Caracterización de carrageninas obtenidas a partir de diferentes especies de macroalgas marinas cubanas. Facultad de Química y Farmacia, Universidad Central de Las Villas. Volumen 19, N°2. Dawes, C.J., Stanley, N.F. and Stancioff, D.J. 1977. Seasonal and reproductive aspects of plant chemistry, and ι-carrageenan from floridean Eucheuma (Rhodophyta, Gigartinales). Botanica Marina, 20: 137–147. Muñoz, J. Freile-Pelegrín, Y.; Robledo, D. 2004. Mariculture of Kappaphycus alvarezii (Rhodophyta, Solieriaceae) color strains in tropical waters of Yucatán, México. Aquaculture, v.239, p.161-177. Webber, V. 2010. EXTRAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE CARRAGENANA OBTIDA DE Kappaphycus alvarezii. Universidade federal de Santa Satarina. Programa de pós-graduação em ciência dos alimentos. Florianópolis. Brasil. TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ANEXOS Cuadro 1. Especificaciones de la carragenina Fuente: Porto (2003) Figura 1. Estructura química de las carrageninas de importancia comercial. TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Tabla 2. Estudio de rendimientos en carragenina. Fuente: Corona et al. (2007) Figura 2. Conversión química de las carrageninas durante tratamiento alcalino. Fuente: Muñoz et al, (2004). Figura 3. 100 gramos de Mococho cortado finamente. TECNOLOGÍA DE LOS PAI II – UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Figura 4. Extracción de carragenina (95°C/30 min.) Figura 5. Precipitación (96° alcohol: precipitado – 2:1) Rendimiento final: Mococho o Cochayuyo (Gigartina chamisso): = W final de carragenina W de mococho × 100 = 0.6573 100 × 100 = . %