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UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
INGENIERÍA EN ALIMENTOS
TRABAJO RECEPCIONAL TESIS
OBTENCIÓN DE ACEITE DE CACHICHIN (Oecopetalum mexicanum) APLICANDO TECNOLOGÍA EMERGENTE
PRESENTA Abimael Chagala Magdaleno
DIRECTOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL M. En C. Josué Antonio Del Ángel Zumaya
DIRECTOR EXTERNO DEL TRABAJO RECEPCIONAL
Dra. Rosa Isela Guzmán Gerónimo
ORIZABA, VER. JUNIO, 2012
AGRADECIMIENTOS
Son muchas las personas especiales a las que me gustaría agradecer su amistad, apoyo, ánimo y
compañía en las diferentes etapas de mi vida. Algunas siguen aquí y otras en mis recuerdos y en
el corazón. Sin importar en donde estén, quiero darle las gracias por formar parte de mí, por
todo lo que me han brindado y por todas sus bendiciones.
A mi madre; por todo su esfuerzo, apoyo y por la confianza que depositaste en mí. Gracias
porque siempre, aunque lejos, has estado a mi lado en los momentos difíciles.
A mi padre; éste es un logro que quiero compartir contigo, por su gran apoyo, esfuerzo y por
creer en mi, dándome la oportunidad de llegar a este lugar.
A mis maestros; por todas y cada una de sus enseñanzas y apoyo brindado, pero sobre todo
muchas gracias a mis directores de tesis, por el tiempo, dedicación y apoyo incondicional que me
brindaron para poder realizar esto, y a pesar de todas las dificultades haber confiado en mi.
A mis amigos; gracias por compartir tantos momentos de felicidad, por toda su paciencia, su
apoyo y por cada momento divertido en el que nunca podía faltar algo agradable lleno de risas.
Pero sobre todo a Dios; por haberme permitido llegar a este punto de mi vida, dándome la fuerza
para no rendirme en momentos difíciles que solo fueron oportunidades para fortalecer la fe y por
haber colocado en esta pequeña parte de mi vida a personas maravillosas que día tras día me dan
razones para seguir adelante.
I
INDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL ....................................................................................................................................... I
ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................... III
ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................................ III
RESUMEN .................................................................................................................................................. IV
1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 1
2. MARCO TEORICO ....................................................................................................................... 4
2.1 Tecnologías emergentes ............................................................................................................ 5
2.1.1 Microondas .............................................................................................................. 6
2.1.2 Ultrasonidos ........................................................................................................... 10
2.2 Cachichín (Oecopetalum mexicanum) ..................................................................................... 17
2.3 Lípidos .................................................................................................................................... 19
2.3.1 Estructura Molecular General de los Lípidos ........................................................ 20
2.3.2 Clasificación de los lípidos .................................................................................... 21
2.4 Análisis de alimentos .............................................................................................................. 24
2.5 Análisis de lípidos ................................................................................................................... 25
2.6 Caracterización de los lípidos ................................................................................................. 25
2.6.1 Peso específico ....................................................................................................... 25
2.6.2 Índice de refracción ............................................................................................... 26
2.6.3 Índice de saponificación ........................................................................................ 26
2.6.4 Índice de yodo ........................................................................................................ 26
2.7 Deterioro de lípidos ................................................................................................................. 27
2.7.1 Índice de acidez ...................................................................................................... 27
2.7.8 Índice de peróxidos ................................................................................................ 28
2.7.9 Índice de ésteres .................................................................................................... 28
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACION ................................................... 29
4. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS ........................................................................................................ 30
4.1 Hipótesis ................................................................................................................................. 30
4.2 Objetivo general ...................................................................................................................... 30
4.3 Objetivos específicos .............................................................................................................. 30
II
5. METODOLOGÍA ......................................................................................................................... 31
5.1 Pruebas fisicoquímicas ............................................................................................................ 32
5.1.1 Determinación de % de humedad .......................................................................... 32
5.1.2 Determinación de % de cenizas ............................................................................. 32
5.1.3 Determinación de % de proteínas .......................................................................... 32
5.1.4 Determinación de grasas ....................................................................................... 33
5.2 Pruebas previas del tratamiento con microondas .................................................................... 33
5.3 Pruebas para selección del solvente adecuado para extracción ............................................... 34
5.4 Diseño experimental aplicando tecnología emergente ............................................................ 36
5.5 Análisis sensoriales del aceite de cachichín ........................................................................... 37
5.5.1 Aspecto y color ....................................................................................................... 37
5.5.2 Olor ........................................................................................................................ 37
5.5.3 Sabor ...................................................................................................................... 37
5.6 Análisis fisicoquímicos del aceite de cachichín ..................................................................... 38
5.6.1 Peso específico ....................................................................................................... 38
5.6.2 Índice de yodo ........................................................................................................ 38
5.6.3 Índice de saponificación ........................................................................................ 39
5.6.4 Acidez libre ............................................................................................................ 40
5.6.5 Índice de ésteres ..................................................................................................... 40
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................................................. 41
6.1 Propiedades fisicoquímicas del cachichín .............................................................................. 41
6.2 Tratamiento térmico con microondas y selección del solvente ............................................... 42
6.3 Tratamiento con microondas y ultrasonido de cachichín molido ........................................... 44
7. CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 51
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 53
III
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Espectro de onda ............................................................................................................................ 6
Figura 2 Movimiento de las moléculas de agua por microondas ................................................................. 7
Figura 3 Colapsamiento de burbujas .......................................................................................................... 11
Figura 4 Inactivación de M.O. (patógenos y deteriorativos) ....................................................................... 12
Figura 5 Oecopetalum mexicanum Greenm & C. H. Thomps (cachichín) .................................................. 17
Figura 6 Ácidos grasos esenciales .............................................................................................................. 22
Figura 7 Estructura del Ácido eicosapentaenoico (EPA)
y del Ácido docosahexanoico (DHA) .......................................................................................... 22
Figura 8 Métodos principales para el desarrollo experimental .................................................................... 31
Figura 9 Tratamiento previo con microondas del cachichín molido. .......................................................... 34
Figura 10 Tratamiento de la muestra con sonicador.................................................................................... 35
Figura 11 Concentración de aceite de cachichín, utilizando Rotavapor ...................................................... 35
Figura 12 Aceite extraído de cachichín ...................................................................................................... 36
Figura 13 Obtención del mejor rendimiento
a través de una superficie de respuesta,. ..................................................................................... 46
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Análisis del aceite de cachichín extraído mediante el sistema soxhlet .......................................... 19
Tabla 2 Determinación del perfil de ácidos grasos del aceite de cachichín ............................................... 19
Tabla 3 Clasificación de Lípidos de acuerdo a su saponificación ............................................................... 23
Tabla 4 Clasificación de Lípidos según su estructura ................................................................................. 23
Tabla 5 Caracterización fisicoquímica de la semilla de cachichín ............................................................. 41
Tabla 6 Tratamiento de las muestras de Cachichín con Microondas ......................................................... 42
Tabla 7 Corridas experimentales arrojadas por el programa
Desing Expert 8.0MR ...................................................................................................................... 44
Tabla 8 Resultado del rendimiento del aceite de cachichín
obtenido por tecnología emergente ............................................................................................... 45
Tabla 9 Sonicación con ultrasonido de potencia: 20, 40 y 80% .................................................................. 47
Tabla 10 Análisis fisicoquímico del aceite de cachichín ............................................................................. 50
IV
RESUMEN
En el presente trabajo se estudió la aplicación de tecnologías emergentes: Energía de microondas y energía
ultrasónica para la extracción de aceite a partir del cachichín. Su nombre científico es Oecopetalum
mexicanum y pertenece a la familia Icacinaceae. El cual, es una semilla que llega a medir de 2 a 3 cm de
largo y de 1 a 2 cm de ancho, esta semilla es de color café claro. Su hábitat es en la zona de Misantla,
Veracruz y norte de Guatemala, sus árboles llegan a medir de 2 a 25 m de altura.
La parte experimental cuenta con diversas fases, comenzando con la recolección de la muestra (cachichín)
y la molienda de éste, para poder realizarle algunos análisis fisicoquímicos. En algunos métodos se
necesitaron hacer pruebas previas para poder continuar satisfactoriamente con el desarrollo experimental,
como es, en el caso del tratamiento térmico con microondas en el cual se tuvieron que hacer diversas
muestras cambiando algunas condiciones de tratamiento (potencia, tiempo) para poder elegir un rango de
trabajo en el cual no se alteraran de manera negativa las propiedades sensoriales de la muestra, como son
el olor y color, pero permitiendo alterar el sabor amargo, característico del cachichín el cual se necesitaba
disminuir. De igual manera se realizaron pruebas a distintas amplitudes de ultrasonido para comparar los
rendimientos y obtener el mejor, utilizando distintos solventes para también elegir el mas eficaz para
extraer el aceite de cachichín. Una vez elegido el solvente con mejores resultados de extracción, en este
caso el hexano, también se hicieron pruebas a distintas concentraciones con relación a la muestra, para
determinar un rendimiento satisfactorio minimizando la cantidad del solvente. Por ultimo se realizaron
análisis fisicoquímicos al mejor rendimiento de aceite obtenido a partir del cachichín con la aplicación de
estas dos tecnologías emergentes.
Como resultado del tratamiento aplicado, se minimizó el uso de solvente a utilizar sin alterar el mayor
rendimiento obtenido gracias a la aplicación del tratamiento adecuado con las tecnologías emergentes,
además de esperar una mejor calidad en las propiedades físicoquímicas y organolépticas del aceite.
1
1. INTRODUCCIÓN
El avance de nuevas tecnologías ha impactado a nivel mundial en nuestras vidas diarias,
especialmente en la Industria Alimentaria obteniendo alimentos mínimamente
procesados a la vez seguros que conservan sus cualidades nutricionales y organolépticas.
Esto ha permitiendo alargar la vida útil de muchos productos satisfaciendo los gustos del
consumidor.
La validez de cada método de tratamiento y la determinación de las regulaciones
necesarias para la comercialización son complejas. No hay que olvidar, por ejemplo, que
los alimentos procesados han de cumplir las regulaciones de seguridad que imponen las
diferentes administraciones para nuevos alimentos y procesos antes de poder ser
comercializados y consumidos. También hay que tener en cuenta que allí donde una
tecnología no resulta apropiada a menudo se puede utilizar otra mejor. De hecho, cada
tecnología tiene unas aplicaciones específicas en términos de los alimentos que pueden
ser procesados: la alta presión es adecuada tanto en líquidos como en sólidos; los pulsos
eléctricos, preferentemente en líquidos, y la irradiación, en alimentos sólidos. Los pulsos
lumínicos sólo son adecuados para la pasteurización de superficies y, por lo tanto,
pueden aplicarse a los materiales de envase. De esta forma, cada tecnología presenta sus
ventajas y limitaciones. A menudo, es necesario hacer un planteamiento de métodos
combinados (Raventós, 2003)
Debido a lo anterior se pretende aplicar dos tecnologías emergentes (energía de
microondas y ultrasonido) en un proceso combinado para extraer aceite a partir de
cachichín esperando obtener rendimientos mayores a los normalmente obtenidos con
métodos comúnes.
2
La aplicación de energías como microondas y ultrasonidos han favorecido en gran
medida los procesos de extracción de muestras sólidas y líquidas. La energía de
microondas focalizadas ha hecho posible realizar extracciones a presión atmosférica con
una alta eficiencia así como la de ultrasonidos al poder sustituir los baños ultrasónicos
por sondas de diámetros pequeños (Jiménez et al, 2006).
La aparición de productos mínimamente procesados está asociada a cambios en los
hábitos de consumo. Son productos que presentan un valor añadido y una alta calidad
nutritiva y sensorial, que generalmente se consumen crudos o con un tratamiento térmico
suave. Por este motivo, resulta imprescindible conocer el efecto de las distintas
tecnologías en la calidad de los productos procesados con estos métodos (Herrero y
Romero, 2006).
Los mayores avances en este campo se han conseguido con el desarrollo de sistemas
físicos, que afectan la viabilidad de los microorganismos, sin un incremento sustancial
de la temperatura del alimento. Estos métodos “no térmicos” no afectan, o lo hacen
mínimamente a las características nutritivas y sensoriales de los alimentos. La
optimización del empleo de estos métodos pasa por el diseño de “procesos combinados”,
en los que la asociación o aplicación simultánea de varios procedimientos permita
potenciar el efecto, de cada uno de ellos, en los agentes alterantes y reducir el impacto
adverso en las características de los alimentos tratados (Herrero y Romero, 2006).
Los lípidos son un grupo heterogéneo de compuestos químicos, palabra que proviene del
latín crassus, que representa a algo “denso, gordo”. Sin embargo no existe una definición
exacta para éstas sustancias. Una de ellas considera sus propiedades químicas, por
ejemplo, su solubilidad: “insoluble en agua, pero soluble en disolventes orgánicos como
cloroformo, hexano y éter de petróleo” (Badui, 2006).
3
Los lípidos tienen diversas funciones biológicas en los seres vivos, como fuente o
almacenamiento de energía aislante térmico, estructural de las membranas celulares, así
como participar en el sistemas de transporte de diversos nutrientes, otros son ácidos
grasos indispensables, como vitaminas y hormonas, algunos otros son pigmentos, entre
otros (Mathews, 2002), motivo por el cual debe cubrirse una ingesta diaria a través de
los alimentos.
El cachichín o cacaté es una semilla de cáscara dura y de sabor muy amargo, la cual,
aunque su consumo se remonta a la época de la cultura Totonaca, no se ha indagado a
plenitud todo su potencial alimenticio ni farmacológico, sin embargo, se señala un gran
valor nutricional y gran importancia en la medicina tradicional ya que es un producto
rico en aceite con alto contenido de ácido linoleico, similar a otras oleaginosas (algodón,
cártamo, girasol, maíz y soya), por lo que debería promoverse más su consumo en la
región y en diferentes estados (Ballinas et al., 2009).
Esta semilla se da en el árbol del mismo nombre y es muy común en Misantla, Ver.
También conocida como La Tierra del Cachichin ("tierra de Cachichin") en otros lugares
se conoce como cacaté. Este fruto pertenece a la especie Oecopetalum mexicanum y se
distribuye en el sur de México y norte de Guatemala (Ballinas et al., 2009).
4
2. MARCO TEÓRICO
El gran desarrollo de la industria alimentaria iniciado en el siglo XIX y completado en el
siglo XX la sitúa como el primer sector industrial en la mayoría de países del mundo. El
desarrollo de líneas de producción cada vez mayores exige la aplicación de
conocimientos y técnicas que ya se emplean en otras áreas más consolidadas de la
ingeniería (industrial, química, etc.). Asimismo, el interés por diversificar los productos
y mejorar la calidad impulsa una fuerte actividad en la industria de equipos para la
industria alimentaria, con el fin de dar respuesta a las exigencias de las nuevas
tecnologías (Raventós, 2003).
El interés en tecnologías avanzadas de procesado es más que una respuesta a las
demandas expresadas por el consumidor que valora productos similares a los frescos,
más naturales de apariencias, y alejados de los alimentos altamente procesados cuyas
calidades nutricionales y sensoriales se consideren inferiores.
Los métodos eléctricos para procesar alimentos están recibiendo gran atención en los
últimos tiempos, debido al interés de la industria alimentaria en identificar métodos
rápidos y uniformes de calentamiento o métodos de procesamiento a bajas temperaturas.
Existen varios métodos para procesar alimentos a bajas temperaturas, entre los que
figuran los calentamientos óhmicos y las microondas, los campos eléctricos, los campos
magnéticos oscilantes, los arcos de descarga eléctrica y los campos eléctricos pulsantes
de alta intensidad. La energía eléctrica puede ser aplicada al alimento en forma continua,
generando calor en éste y promoviendo un calentamiento de manera rápida y uniforme.
Por otra parte, si la energía es aplicada en forma de pulsos eléctricos cortos de alta
intensidad, se generará muy poco calor en el alimento lo cual podría ser una ventaja en
cuanto a no dañar de manera significativa las propiedades del producto y mejorar el
rendimiento, debido a la manera en que actúan dichos pulsos eléctricos sobre el alimento
(Fernández et al., 2001).
5
En la actualidad los laboratorios de análisis de alimentos así como los de producción
requieren de métodos analíticos precisos pero que además sean rápidos y económicos.
La complejidad de las muestras ha ocasionado que se requieran muchos pasos para su
preparación, de manera que se pueda aislar la especie de interés lo que ocasiona pérdida
de ésta y una precisión muy deficiente. El uso de energías limpias como el ultrasonido y
las microondas ha facilitado el pretratamiento de matrices complejas mejorando la
precisión y disminuyendo el tiempo de análisis y los costos al utilizar menos reactivos y
de esta manera poder analizar más muestras por unidad de tiempo (Jiménez et al., 2006).
2.1 Tecnologías emergentes
Las tecnologías emergentes son métodos no térmicos de conservación de alimentos,
siendo un proceso alternativo o complementario a los métodos tradicionales de
conservación de alimentos.
Estas nuevas tecnologías ofrecen nuevas alternativas en el procesamiento de alimentos,
tales como: la aplicación de altas presiones, ultrasonidos, irradiación, así como pulsos de
campos eléctricos de alta intensidad, campos magnéticos oscilantes y luz blanca de alta
intensidad.
También existen varios métodos para procesar alimentos a bajas temperaturas, entre los
que figuran los calentamientos óhmicos y las microondas, los campos eléctricos, los
campos magnéticos oscilantes, los arcos de descarga eléctrica y los campos eléctricos
pulsantes de alta intensidad. La energía eléctrica puede ser aplicada al alimento en forma
continua, generando calor en éste y promoviendo la inactivación de los microorganismos
por efecto térmico. Por otra parte, si la energía es aplicada en forma de pulsos eléctricos
cortos de alta intensidad, se generará muy poco calor en el alimento y la inactivación
microbiana se logra con la destrucción de la membrana celular (Fernández et al., 2001).
6
2.1.1 Microondas
Aunque el tratamiento térmico de alimentos con microondas se conoce desde finales de
1940, no fue hasta los años 60 cuando los microondas de uso doméstico adquirieron
popularidad, en especial en EEUU, donde se empezaron a utilizar por primera vez.
La utilización de la energía de microondas para auxiliar la extracción de compuestos
orgánicos se llevó a cabo por primera vez haciendo uso de un horno de microondas
doméstico a finales de la década de los 80 (Ganzler, 1986, 1987). Las ventajas frente a
los tratamientos convencionales son velocidad, limpieza, calentamiento selectivo del
alimento, ausencia de contacto con superficies calientes, reducción de costes, mejora de
la calidad y ahorro de energía. Además de los usos bien conocidos en el ámbito
doméstico para calentar, cocinar y descongelar, se han desarrollado diversos equipos
industriales que han ampliado enormemente el rango de aplicación de las microondas en
alimentos.
Las microondas son parte del espectro electromagnético en el intervalo de frecuencia
comprendido entre las zonas del infrarrojo y las ondas de radio (300 MHz-300 GHz)
como se muestra en la Figura 1; dicho intervalo corresponde a longitudes de onda entre
1 m y 1 mm (Decareau, 1985).
Figura 1. Espectro de onda
7
Debido a la proximidad existente entre las bandas de las microondas y de las ondas de
radio, pueden solaparse las primeras en la zona de las ondas del radar. Con el fin de no
interferir con estos usos, los microondas domésticos e industriales operan a unas
frecuencias de 2450 MHz y 915 MHz (Mingos y Baghurst, 1991; Schlegel, 1992).
Las microondas se generan en el magnetrón, dispositivo que transforma la energía
eléctrica en un campo electromagnético. Cuando las microondas se aplican a los
alimentos, la polaridad del campo electromagnético que se origina cambia de dirección
varios millones de veces por segundo. Así, los componentes polares e ionizables (agua y
sales minerales, principalmente) intentan orientarse con la dirección de dicho campo
electromagnético, produciéndose fricciones y choques entre las moléculas que dan lugar
a un aumento de la temperatura en el interior del alimento (Figura 2), este hecho, es el
que diferencia el calentamiento con microondas de los tratamientos térmicos
tradicionales. Una vez que se genera calor en el alimento, éste se transmite por
conducción y convección térmica a través de toda su superficie (Decareau & Peterson,
1986). El agua, grasas y otras sustancias presentes en los alimentos absorben la energía
de las microondas en un proceso llamado calentamiento dieléctrico.
Figura 2. Movimiento de las moléculas de agua por microondas
8
El procesamiento térmico con microondas representa una alternativa en cuanto al
escaldado de los alimentos, ya que permite un calentamiento rápido y uniforme,
minimizando los cambios en el sabor, color, textura y valor nutrimental del producto
(Kidmose y Ramesh 1999).
La energía de microondas es utilizada en forma limitada en procesos de alimentos a
pesar de que puede ofrecer varias ventajas, como lo es el ocupar menor espacio que el
utilizado por los equipos de deshidratación térmica. Otra ventaja de la deshidratación por
microondas de los alimentos es la de controlar el tiempo te tratamiento. La
deshidratación con concentrados de jugos de fruta, leche y té, así como la producción de
cereales y pastas (Rosenberg, 1987).
Para el desarrollo del procesamiento térmico con microondas aplicado en la extracción
de aceites, se han realizado diversas pruebas para estudiar la influencia que este
tratamiento tienen hacia los lípidos y microestructura.
Estudios previos han demostrado que el tratamiento térmico con microondas disminuye
reacciones de oscurecimiento enzimático en el caso del aguacate (Dorantes, 2000). Así
mismo, el efecto combinado del tratamiento con microondas, disminución del pH y
adición de sales de zinc permite conservar el color verde en puré de aguacate debido a la
formación de complejos clorofila-zinc (Guzmán et al, 2002). De igual forma se han
evaluado los cambios en el perfil de ácidos grasos y microestructura en el puré de
aguacate por efecto del tratamiento térmico con microondas encontrando resultados
positivos, que sugieren que los tiempos de calentamiento aplicados permiten obtener un
producto en el cual la composición de ácidos grasos no se ve afectada. Así mismo,
investigaciones realizadas en aceite de cáñamo calentado con microondas durante 0, 3, 6
y 12 min señalan mínimas diferencias en el perfil de ácidos grasos del aceite calentado
con microondas en comparación con el control (Oomah et. al 2002).
9
En estos estudios realizados se pudo observar que el perfil de ácidos grasos de los purés
no presentó cambios al ser calentado con microondas (p < 0.05). Así mismo, no se
detectaron ácidos grasos trans. Por otra parte, cambios significativos en la
microestructura del puré de aguacate tratado con microondas fueron detectados. Se
encontró que a tiempos menores de 40 s, se conserva en mayor grado la estructura de los
idioblastos del aguacate, mientras que a tiempos mayores de 40 s, se observaron zonas
de rompimiento de las paredes y membranas celulares, liberando de manera sencilla el
aceite y mostrando restos de idioblastos vacíos, lo cual se correlaciona con la evaluación
sensorial en donde se encontró que a tiempos de calentamiento de 60 s, las muestras
fueron calificadas como aceitosas o grasas.
González et al, 2009. Desarrollo métodos de extracción de aceite asistido por
microondas a partir de microalgas, comparandolo con otros procedimientos de
destrucción celular como autoclave, molino de bolas, resonancia inducida y shock
osmotico, seguidos todos por una extracción con la mezcla metanol-cloroformo
obteniendo mediante la combinación microondas/solventes, el doble de la cantidad de
aceite que se extrajo con las otras técnicas evaluadas.
En otro estudio realizado se determino la influencia del tratamiento con microondas
sobre la estabilidad del aceite de oliva, en el cual, aceitunas de las variedades Picual y
Shemlali fueron expuestas a una fuente de microondas generadas en un horno de
microondas a potencia baja y moderada durante 3, 6, 9 y 12 minutos. Se determinaron
las constantes físico-químicas y la composición en ácidos grasos de muestras de aceite
de oliva extraído de aceitunas irradiadas y no irradiadas con microondas.
Los datos demostraron que la irradiación con microondas no altera los valores de los
parámetros antes mencionados si se compara con el aceite extraído de aceitunas no
irradiadas. Las pruebas de garantía de calidad (índice de acidez, índice de peróxido y
TBA) mostraron que la irradiación con microonda aumentó la estabilidad del aceite de
10
oliva de las variedades Picual y Shemlalíi durante su almacenamiento. En suma, la
irradiación con microondas generadas en horno a potencia moderada durante 12 minutos
produce un poder antioxidante sobre el aceite de oliva equivalente al que se obtuvo con
el BHT a 200 ppm (Farag et al. 1997).
2.1.2 Ultrasonido
Otra tecnología emergente con presencia ya en nuestros mercados, es el uso de
ultrasonidos, el cual pueden definirse como ondas acústicas inaudibles de una frecuencia
superior a 20 kHz. Las ondas de ultrasonido son generadas por vibraciones mecánicas de
frecuencias mayores a 18kHz, las cuales pueden llegar hasta los 5MHz en gases o los
500MHz en líquidos y sólidos (Kuldiloke, 2002). La aplicación de fuerzas sinusoidales
sobre la superficie de un material puede generar bien sea ondas de compresión, si la
fuerza aplicada es perpendicular a la superficie del material, u ondas de corte, si por el
contrario la fuerza aplicada es paralela a la superficie del material. Dado la gran
amplitud del intervalo en el cual se pueden encontrar, las ondas de ultrasonido se
subdividen en dos tipos a saber: de alta frecuencia y de baja frecuencia; más adelante se
explicará en detalle la importancia y aplicaciones de cada uno de ellos.
La irradiación ultrasónica ya no constituye una técnica aislada sino que se ha convertido
en una técnica habitual en los laboratorios, no sólo para síntesis. De hecho, una de las
mayores aplicaciones de los ultrasonidos es la extracción, tanto de compuestos orgánicos
como de inorgánicos, de diversos tipos de muestras (Ghosh y Nichols, 1996).
Para la conservación de los alimentos, son más eficaces las ondas ultrasónicas de baja
frecuencia (18-100 kHz; λ=145mm) y alta intensidad (10-1000 W/cm2). El efecto
conservador de los ultrasonidos está asociado a los fenómenos complejos de cavitación
gaseosa, que explican la generación y evolución de microburbujas en un medio líquido.
11
La cavitación se produce en aquellas regiones de un líquido que se encuentran sometidas
a presiones de alta amplitud que alternan rápidamente. Durante la mitad negativa del
ciclo de presión, el líquido se encuentra sometido a un esfuerzo tensional y durante la
mitad positiva del ciclo experimenta una compresión (Figura 3).
Figura 3. Colapsamiento de burbujas
El resultado es la formación ininterrumpida de microburbujas cuyo tamaño aumenta
miles de veces (se expanden) en la alternancia de los ciclos de presión. Las
microburbujas que alcanzan un tamaño crítico implosionan o colapsan violentamente
para volver al tamaño original.
La implosión supone la liberación de toda la energía acumulada, ocasionando
incrementos de temperatura instantáneos y focales, que se disipan sin que supongan una
elevación sustancial de la temperatura del líquido tratado. Sin embargo, la energía
liberada, así como el choque mecánico asociadas al fenómeno de implosión, afectan la
estructura de las células situadas en el microentorno.
12
No obstante, el efecto de los ultrasonidos sobre los agentes alterantes de los alimentos es
limitado y dependiente de múltiples factores por ello, su aplicación se ha encaminado
hacia la combinación, simultanea o alterna, con otras técnicas de conservación
(McClements, 1995 y Knorr, 2004). Esto también permite tener una inactivación de
microrganismos patógenos y deteriorativos en los alimentos como se observa en la
Figura 4.
Figura 4. Inactivación de M.O. (patógenos y deteriorativos)
Las ondas de ultrasonido pueden ser caracterizadas en función de su amplitud (A) y
frecuencia (f), las cuales son definidas por el investigador y controladas por el generador
de onda con el que se trabaja. Por otro lado, tanto la velocidad ultrasónica (c), como el
coeficiente de atenuación (α) y la impedancia acústica (Z) son parámetros que varían
dependiendo de las propiedades físicas del material expuesto a la onda y por lo tanto su
medición reviste de importancia para la determinación de cambios en la estructura,
composición o estado físico de los materiales. Por ejemplo, la velocidad a la cual las
ondas de ultrasonido se desplazan a través de un material es función de propiedades
físicas como la densidad (ρ) y el módulo de elasticidad (E) del material mismo, de
acuerdo con la ecuación 1:
13
Ec. 1 �
��=
�
�
Por lo tanto, si tanto el módulo de elasticidad como la densidad son propiedades físicas
que dependen de la estructura, composición y estado físico del material, sería entonces
posible utilizar medidas de velocidad ultrasónica para obtener información válida acerca
del comportamiento de los materiales durante su procesamiento. De igual manera, el
coeficiente de atenuación (α), que es una medida de la disminución en la amplitud de
una onda ultrasónica que se desplaza a lo largo de un material, podría ser utilizado para
caracterizar algunas propiedades físicas de materiales. Recordemos que la atenuación de
la onda ultrasónica es causada principalmente por adsorción y por dispersión, los cuales
son fenómenos que dependen de propiedades físicas del material como la viscosidad, la
concentración, la conductividad térmica, la relajación molecular y la homogeneidad del
mismo. Por último, la impedancia acústica (Z) es otra propiedad física fundamental que
depende de la composición y microestructura del material por cuanto es directamente
proporcional al producto de la densidad por la velocidad ultrasónica (ρc), luego su
medición puede brindar también importante información acerca de las propiedades
físicas de un material (McClements., 1995).
Ultrasonido de alta frecuencia, llamada también ultrasonido de baja intensidad,
implica ondas con baja amplitud de propagación y utiliza niveles de potencia muy bajos
(<1W/cm2) que no causan alteraciones físicas ni químicas en el material sobre el cual
actúan por lo cual son conocidas como no destructivas. La aplicación más común de este
tipo de ultrasonido es en el campo médico para el análisis de imágenes, el análisis
químico y en estudios de fenómenos de relajación. Igualmente, en el campo de la
ingeniería de alimentos es utilizado como prueba analítica para obtener información
importante acerca de las propiedades fisicoquímicas y el estado físico de los alimentos
(Povey et al, 1998; Javanaud, 1998; McClements, 1995 y Kuldiloke, 2002).
14
En el ultrasonido de señal, el producto modifica la señal, y esta proporciona información
sobre dicho producto. Son utilizadas para monitorear un proceso o producto; además, y
son señales de ultrasonido de baja intensidad. Ejemplos de aplicaciones en la industria
alimentaria incluyen: medida del grosor de la carcasa en animales vivos, medición del
grosor de la cáscara de huevos, detección de agujeros en quesos y papas, medición de
estado de maduración en melones y aguacates, determinación de propiedades reológicas
en quesos, propiedades de textura en frutas como manzana, kiwi y melocotón y
determinación de edad de huevos y papas (Mulet et al., 1999).
Aun cuando la posibilidad de utilizar ultrasonido de baja intensidad para caracterizar
sistemas alimentarios se propuso hace más de 60 años, en las industrias de alimentos no
está todavía muy difundido su uso debido a la poca existencia de instrumentos
comerciales específicamente diseñados para alimentos. Sin embargo, durante los últimos
años se ha despertado un enorme interés por esta técnica y finalmente se está
evidenciando el enorme potencial que su utilización reviste para la industria.
Como se mencionó anteriormente, el análisis de alimentos por ultrasonido se basa en la
relación que existe entre las propiedades fisicoquímicas (composición, estructura y
estado físico) y las propiedades ultrasónicas (velocidad, coeficiente de atenuación e
impedancia) de los mismos. Camarena et al., 2004, demostraron que magnitudes
ultrasónicas como el coeficiente de absorción y la velocidad de propagación son
sensibles a los cambios producidos por la pérdida de turgencia y los niveles de
deshidratación en tejido de naranja poniendo de manifiesto el hecho de que es posible
sustituir las medidas de deshidratación y de rotura de la glándula del aceite por las de
absorción y propagación de ultrasonido. Este mismo estudió evidenció que la velocidad
de propagación disminuye a medida que la fruta se deshidrata como consecuencia lógica
de la pérdida de elasticidad. Por otra parte, la pérdida de homogeneidad de la piel al
deshidratarse produce un aumento en el coeficiente de absorción.
15
El ultrasonido se presenta como una principal ventaja debido a que es una técnica rápida,
no destructiva y no invasiva que puede ser aplicada a sistemas concentrados y opacos.
Sin embargo, la presencia de pequeñas burbujas de gas en una muestra puede atenuar la
onda hasta el punto de que no exista propagación de la misma a través de ella.
Ultrasonido de baja frecuencia, Se conoce también como ultrasonido de alta
intensidad y, contrariamente a la primera, utiliza niveles de potencia más altos (en el
rango de 10-1000Wcm-2) que generan intensos gradientes de presión, temperatura y
corte dentro del material sobre el cual actúan y por lo tanto alteran su estructura y
reactividad química (Suslik y Shoh, 1998).
La aplicación de ultrasonido para mejorar productos y procesos es mucho menos popular
en la industria de alimentos que en otras industrias. Sin embargo, recientemente los
grandes avances de investigación en este campo han permitido detectar un gran número
de potenciales aplicaciones de importancia para la industria de alimentos. Los usos
benéficos del ultrasonido radican en el efecto físico, mecánico y químico que causan
sobre el alimento facilitando fenómenos como el rompimiento celular, la des-
gasificación, de líquidos, homogenización de emulsiones y la dispersión de materiales
agregados entre otros (Suslik y Shoh, 1998).
El uso de tratamientos de ultrasonido puede representar importante beneficios no
solamente para el diagnóstico, control y seguimiento de procesos de transformación de
alimentos sino también para el diseño de nuevas tecnologías y procesos que modifiquen
la estructura y propiedades tanto químicas como físicas de los mismos.
Hoy en día el ultrasonido de potencia se considera una prometedora tecnología para la
industria de procesamiento de alimentos (The Sonochemistry Centre, 2006). Con una
frecuencia más baja y mayor potencia producen cambios físicos y químicos en el medio
a través de la generación y subsiguiente colapso de burbujas de cavitación, las cuales
16
aparecen, crecen y colapsan dentro del líquido. Esto ocurre asimétricamente cerca de las
interfaces y golpes sobre la superficie sólida. Se requiere de un medio líquido, un
generador de energía y un transductor, el cual convierte energía eléctrica, magnética o
cinética en energía acústica (Mulet et al., 2003).
Como ya se ha mencionado, el ultrasonido, entre muchos otros, se convierte en una
alternativa muy promisoria para el procesamiento de alimentos por cuanto permite
realizar operaciones de estabilización sin incrementar drásticamente la temperatura del
sistema y por lo tanto preservan mucho mejor las características sensoriales del
producto. En la industria de alimentos por ejemplo, la utilización de ultrasonido ha sido
objeto de investigación e investigación durante muchos años y se ha demostrado que
puede ser utilizado igualmente, en la evaluación de la textura, composición y viscosidad
de alimentos (Lee et al., 2003).
Para extracción mediante ultrasonido, González et al, (2009), desarrollaron una técnica
de ultrasonido que consiste en la exposición de las microalgas a ondas acústicas de una
frecuencia determinada, la utilización de ondas acústicas para la destrucción de la pared
celular de las microalgas fue estudiada entre otros por Faerman et al. (2002), quienes
demostraron experimentalmente que la aplicación de ultrasonido a baja frecuencia, causa
una fuerte destrucción celular, incluso mayor que cuando se aplican ondas de alta
frecuencia. Cravott o et al. (2008), desarrollaron una técnica de extracción con
ultrasonido y asistida por microondas simultáneamente, trabajando a frecuencias entre
19 y 300 kHz obtuvieron incrementos significativos en la cantidad de aceite de
microalgas extraído en comparación con métodos más convencionales.
Se ha utilizado el ultrasonido para crear burbujas de cavitación en el solvente. La
explosión de estas burbujas en las proximidades de las paredes celulares provoca su
ruptura y la liberación del aceite que contiene. Una de las principales ventajas de esta
técnica comparada con otros métodos convencionales es que requiere una
17
instrumentación simple y rápida. Se obtiene un rendimiento bastante elevado, que puede
alcanzar más 80% dependiendo del tipo de alga. Adicionalmente, el emisor de
ultrasonidos no ocupa mucho espacio ni supone un aumento de precio muy grande con
respecto a los equipos habituales de extracción.
2.2 Cachichin (Oecopetalum mexicanum)
El cachichín es una especie descrita por Greenman y Thompson en 1914. Se distribuye
en México en los estados de Veracruz y Chiapas, aunque también existe en Guatemala
(Gutiérrez, 1994). El tamaño del cachichín es de 2.3 a 2.5 cm de largo x 2.5 de ancho, de
color oscuro, cuando maduran, con un característico sabor amargo como se observa en la
Figura 5
.
Figura 5. Oecopetalum mexicanum Greenm & C. H. Thomps (cachichín)
El cachichín es una semilla de cáscara dura, se da en el árbol del mismo nombre; esta
semilla es muy común en Misantla, Veracruz, también conocida como la tierra
del Cachichin, en otros lugares se conoce como cacaté (Oecopetalum mexicanum).
Etimológicamente esta palabra proviene del maya y está compuesta por kaj, que
significa amargo, e ichim que es maíz.
18
Esta semilla se da en un árbol de hasta 15 metros de altura con copa regular, una corteza
rugosa, gris morena y con característica de ser perennifolio, sus hojas glabras de color
verde oscuro en el haz, verde claro en el envés de 12 a 13 cm de largo, 4 ó 5 cm de
ancho, alternas con bordes lisos, pecíolo de 1.5 cm de largo, ápice agudo y base agudo
decusada. Sus flores muy pequeñas con 5 sépalos unidos persistentes, tienen
inflorescencias terminales en racimos de color blanco-cremoso (Martínez, 1979).
Éstos se consumen tostados y la madera del árbol se usa para construcciones rurales.
Hay que saberla tostar para que se pueda apreciar bien su sabor sin que se amargue, las
semillas son transportadas por los colectores a sus casas en las que se extienden por
toda la casa dejando que se seque bajo sombra de 8 a 15 días.
Posteriormente es tostado en cilindros de metal que normalmente se utilizan para los
granos de café y se pueden almacenar en seco o tostado hasta 6 meses (Lascurain y
López, 2008). Como ya se mencionó, el cachichín o cacaté (Oecopetalum mexicanum)
es muy consumido en la región donde se obtiene gracias al gran valor nutricional e
importancia en la medicina tradicional que se le atribuye. Debido a esto, se han realizado
pruebas para determinar el contenido de aceite de cachichín y el valor nutricional que
éste contiene.
Recientemente la Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas. Escuela de Nutrición.
México. Realizo pruebas para extraer el aceite mediante hexano por el sistema soxhlet,
tres muestras fueron analizadas para densidad, índice de acidez, índice de
saponificación, índice de yodo y ácidos grasos libres y dos muestras del cacaté de dos
diferentes cosechas (2007 y 2008), fueron analizadas por cromatografía en un equipo de
HPLC para determinación del perfil de ácidos grasos.
19
Los resultados obtenidos de esas determinaciones se presentan en la Tabla 1, así como
los porcentajes de ácidos grasos en la tabla 2, observando un contenido del 33 % de
ácidos grasos saturados y 67 % de ácidos grasos insaturados.
Tabla 1. Análisis del aceite de cachichín extraído mediante el sistema soxhlet.
Análisis Resultados
Porcentaje de aceite 35 %
Densidad 0.9397 g/ml (24 °C)
Ácidos grasos libres 18.21
Índice de acidez 2.582
Índice de saponificación 173.6
Índice de peróxidos 34.66 %
Materia insaponificable 1.53 %
Tabla 2. Determinación del perfil de ácidos grasos del aceite de cachichín.
Ácidos grasos Porcentaje
Palmítico 24 %
Esteárico 9.45 %
Oleico 7.15 %
Vaccénico 4.45 %
Linoleico 51.65 %
α-linolénico 2.05 %
2.3 Lípidos
Existen numerosas definiciones de lípidos, varias de ellas basados en su solubilidad. Por
ejemplo, los lípidos son ”una amplia variedad de productos naturales incluyendo ácidos
grasos y sus derivados, esteroides, terpenos, carotenoides y ácidos biliares, los cuales
tienen en común una fácil solubilidad en solventes orgánicos tales como dietil éter,
20
hexano, benceno, cloroformo o metanol ” (Christie, 1982). Kates en 1986, menciona que
los lípidos son “aquellas sustancias las cuales son insolubles en agua; solubles en
solventes orgánicos tales como cloroformo, éter o benceno; contienen cadenas cortas de
grupos de hidrocarbono en sus moléculas; y están presentes en organismos vivos o
derivan de ellos”.
Otros autores como Gurr y James han realizado definiciones de los lípidos en base a ésta
propiedad, como la insolubilidad en agua y solubilidad en solventes no polares (Gurr,
1971). Sin embargo, bajo este concepto quedan fuera algunos compuestos que han sido
estimados como lípidos, ácidos grasos de cadena muy corta (C1-C4) los cuales son
completamente miscibles en agua. Además, compuestos como ácidos grasos de
configuración conformacional trans (que no derivan de hidrogenación bacteriana) y el
desarrollo de lípidos sintéticos sin calorías o reducidos en ellas complica el hecho,
debido a que encajan en las definiciones basadas en la solubilidad pero no en el hecho de
ser provenientes o derivados de organismos vivos (Akoh, 2002).
A pesar de tal controversia en resumen, los lípidos han sido considerados como
sustancias de origen biológico, compuestas de carbono, hidrógeno y oxígeno,
constituyen un grupo químicamente diverso de compuestos cuya característica tiene la
propiedad de ser: insolubles en agua y solubles en solventes no polares (orgánicos).
2.3.1 Estructura molecular general de los lípidos
Químicamente se constituyen por moléculas de carbono, hidrógeno y oxígeno que
integran cadenas hidrocarbonadas alifáticas o aromáticas, así mismo contienen fósforo y
nitrógeno (Badui, 2006). Por otro lado, los lípidos a diferencia de otras biomoléculas no
son polímeros como proteínas y carbohidratos, sino moléculas bastantes pequeñas que
presentan una gran tendencia a asociarse mediante fuerzas no covalentes.
21
La estructura general de los lípidos consta de una “cabeza” hidrófila polar, conectada a
una “cola” hidrocarbonada hidrófoba apolar. En disolución acuosa las moléculas
lipídicas tienden a agruparse formando una asociación no covalente debido a que los
grupos apolares se asocian mediante un efecto hidrófobo que estimula el incremento de
la entropía. Asimismo, la interacciones de Van der Waals entre las zonas
hidrocarbonadas de las moléculas permiten estabilización molecular.
Por otro lado, los grupos de cabeza hidrófilos polares de las moléculas lipídicas tienden
a asociarse con el agua. Las moléculas lipídicas son anfipáticas tienden a formar
monocapas, bicapas superficiales, micelas o vesículas cuando entran en contacto con el
agua, de tal manera que los grupos de hidrófilos están en contacto con la fase acuosa,
mientras que las colas hidrófobas se asocian entre ellas (Mathews, 2002).
2.3.2 Clasificación de los Lípidos
La clasificación de los lípidos, está basada en distintas propiedades físicas y químicas.
Una de ellas es de acuerdo a su estado físico a temperatura ambiente, líquidos para los
aceites y sólidos para grasas. Según su polaridad son clasificados como polares o lípidos
neutros, en los primeros son incluidos los ácidos grasos, alcoholes, glicéridos y
esteroles, mientras que los segundos corresponden a los glicerofosfolípidos y
gliceroglicolípidos. La separación en clases de polaridad es bastante arbitraria, ya que
algunos ácidos grasos de cadena corta son muy polares (Alais, 1990).
También son clasificados de acuerdo a la esencialidad para los seres humanos,
dividiéndolos en ácidos grasos esenciales y no esenciales. Los esenciales son aquellos
que el organismo no es capaz de sintetizar ya que el hombre no puede introducir dobles
enlaces antes del noveno carbono desde el carbono omega, por lo que deben ser
obtenidos de los alimentos. (Figura 6). Los dos ácidos grasos considerados esenciales
son el ácido linoleico y el alfa linolénico (Thompson, 2008).
22
Figura 6. Ácidos grasos esenciales
El ácido linoleico es también conocido como omega-6, se encuentra presente en
verduras, nueces, aceites vegetales como el de cártamo, maíz, soja y cacahuate. El
metabolismo en el cuerpo es en forma de ácido araquidónico, que es precursor de
muchos ecosanoides (Thompson, 2008).
El ácido alfa linolénico es conocido también como omega-3, se encuentra presente en
vegetales de hoja, semilla de linaza y aceite de linaza, soja, nueces. Los dos tipos de
Omega-3 que se encuentran en el pescado, mariscos o aceites relacionados son el ácido
eicosapentaenoico (EPA) y el ácido docosahexanoico (DHA), han demostrado ser
benéficos para la salud (Figura 7) (Thompson, 2008).
DHA
Figura 7. Estructura del Ácido eicosapentaenoico (EPA) y del Ácido docosahexanoico (DHA)
23
Otra clasificación es de acuerdo a su reactividad para generar sales de ácidos grasos y
saponificarse para formar jabones, y aquellos que no son saponificables, como se
esquematiza la clasificación de los lípidos en la Tabla 3.
Tabla 3. Clasificación de Lípidos de acuerdo a su saponificación
SAPONIFICABLES SIMPLES Acilgliceroles Ceras
COMPLEJOS Fosfoglicéridos Esfingolípidos Cerebrósidos Gangliósidos
NO SAPONIFICABLES TERPENOS Escualeno Carotenos
Tocoferoles ESTEROLES Fitosteroles
Colesterol
La clasificación más aceptada es aquella que se encuentra basada en su estructura,
dividiéndolos en tres grandes grupos: Simples, complejos y derivados o asociados. En la
Tabla 4 se describe cada uno de éstos grupos.
Tabla 4. Clasificación de Lípidos según su estructura.
SIMPLES Son ésteres de ácidos grasos y
alcoholes
Grasas y aceites Ésteres de glicerol con ácidos
monocarboxílicos
Ceras Ésteres de alcoholes monohidroxilados y
ácidos grasos
COMPUESTOS Lípidos simples conjugadas con moléculas no
lipídicas
Fosfoglicéridos Ésteres que contienen ácido fosfórico en lugar
de un ácido graso, combinado con una
base de nitrógeno
Glucolípidos Compuestos de hidratos
24
de carbono, ácidos grasos y esfingosinol,
llamados también cerebrósidos
Lipoproteínas Integradas por lípidos y Proteínas
DERIVADOS Lípidos asociados Ácidos grasos Derivados de lípidos Simples
Pigmentos
Vitaminas liposolubles
Esteroles
Hidrocarburos
2.4 Análisis de alimentos
El análisis de alimentos es la disciplina que se ocupa del desarrollo, uso y estudio de los
procedimientos analíticos para evaluar las características de alimentos y de sus
componentes. Esta información es crítica para el entendimiento de los factores que
determinan las propiedades de los alimentos, así como la habilidad para producir
alimentos que sean consistentemente seguros, nutritivos y deseables para el consumidor.
Existen un número considerable de técnicas analíticas para determinar una propiedad
particular del alimento. De ahí que es necesario seleccionar la más apropiada para la
aplicación específica. La técnica seleccionada dependerá de la propiedad que sea
medida, del tipo de alimento a analizar y la razón de llevar a cabo el análisis.
Las determinaciones que se realizan más frecuentemente para conocer la composición de
los alimentos incluyen la determinación de humedad, cenizas, extracto etéreo (grasa
cruda), proteína total, fibra y carbohidratos asimilables, en un protocolo conocido como
Análisis Proximal. Así mismo, dependiendo del objetivo del análisis, resultan
importantes las determinaciones relacionadas con la caracterización de algún grupo de
25
nutrientes en particular, tal es el caso del análisis de carbohidratos en el que se podría
considerar la diferenciación de los que presentan poder reductor, del contenido total. En
el mismo sentido se podrían analizar las proteínas solubles o considerar la
caracterización de los lípidos extraídos de un alimento.
2.5 Análisis de lípidos
Los lípidos, junto con las proteínas y carbohidratos, constituyen los principales
componentes estructurales de los alimentos. (Nielsen, 1998).Los lípidos se definen como
un grupo heterogéneo de compuestos que son insolubles en agua pero solubles en
disolventes orgánicos tales como éter, cloroformo, benceno o acetona. Todos los lípidos
contienen carbón, hidrógeno y oxigeno, y algunos también contienen fósforo y nitrógeno
(Aurand et al, 1987). Los lípidos comprenden un grupo de sustancias que tienen
propiedades comunes y similitudes en la composición, sin embargo algunos, tales como
los triacilgliceroles son muy hidrofóbicos. Otros, tales como los di y monoacilgliceroles
tienen movilidad hidrofóbica e hidrofílica en su molécula por lo que pueden ser solubles
en disolventes relativamente polares (Nielsen, 1998).
2.6 Caracterización de lípidos
2.6.1 Peso específico
Es una determinación gravimétrica en donde un picnómetro se llena con la muestra de
aceite y permanece en un baño a 25ºC por 30 min, se seca y pesa. Se expresa el peso
especifico como la relación del peso del aceite con respecto al agua (g de aceite/g agua).
(Aurand et al, 1987)
26
2.6.2 Índice de refracción
Se define como la relación de la velocidad de la luz en el aire (técnicamente un vacío)
con respecto a la velocidad de la luz en el aceite. Se obtiene midiendo directamente en
un refractómetro a 20-25ºC para los aceites y a 40ºC para las grasas. (Nielsen, 1998)
Es un índice físico característico dentro de ciertos límites para cada aceite o grasa, por lo
que, es un indicador de pureza. Este valor está relacionado con el grado de saturación,
con la razón cis/ trans de los dobles enlaces y puede estar influenciado por el daño que
sufre el aceite tras la oxidación y aumenta a medida que aumenta el peso molecular de
los ácidos grasos
2.6.3 Índice de saponificación
El índice de saponificación denota el peso de hidróxido potásico en mg que se requieren
para saponificar un gramo del aceite o grasa. El aceite se saponifica calentándolo con un
exceso de álcali cáustico alcohólico. La cantidad de álcali consumida se calcula
valorando por retroceso con ácido clorhídrico.
El índice de saponificación es inversamente proporcional a la medida de los pesos
moleculares de los ácidos grasos de los glicéridos presentes en el aceite o grasa. Como
muchos aceites dan índices similares, el índice de saponificación es menos valioso que
el índice de yodo cuando se trata de identificar un aceite desconocido. (Pearson, 1993)
2.6.4 Índice de yodo
El Índice de Yodo es el número de gramos de yodo absorbido por 100 gramos de aceite
o grasa y es una de las medidas más útiles para conocer el grado de saturación de estos.
27
Los dobles enlaces presentes en los ácidos grasos no saturados reaccionan con el yodo, o
algunos compuestos de yodo, formando compuestos por adición. Por lo tanto, mientras
más bajo es el Índice de Yodo, más alto es el grado de saturación de una grasa o aceite
(Rosso et al, 1994).
2.7 Deterioro de lípidos
Las grasas y los aceites pueden sufrir diferentes transformaciones que además de reducir
el valor nutritivo del alimento producen compuestos volátiles que imparten olores y
sabores desagradables; esto se debe a que el enlace éster de los acilgliceridos es
susceptible a la hidrólisis química y enzimática, y a que los ácidos grasos insaturados
son sensibles a reacciones de oxidación. El grado de deterioro depende del tipo de grasa
o aceite; en términos generales, los que más fácilmente se afectan son los de origen
marino, seguidos por los aceites vegetales y finalmente por las grasas animales.
El termino rancidez se usa para describir los diferentes mecanismos a través de los
cuales se alteran los lípidos y se ha dividido en dos grupos: lipólisis o rancidez
hidrolítica y autoxidación o rancidez oxidativa; la primera se debe básicamente a la
acción de las lipasas que liberan ácidos grasos de los triacilgliceridos, mientras que la
segunda se refiere a la acción del oxigeno y de las lipoxigenasas sobre las instauraciones
de los ácidos grasos.
2.7.1 Índice de acidez
Índice de acidez: Es la cantidad en miligramos de hidróxido de potasio necesaria para
neutralizar los ácidos grasos libres en 1.0 g de aceites o grasa. Este método se basa en la
titulación de los ácidos grasos libres, con un álcali (NMX-F-101-1987).
28
2.7.2 Índice de peróxidos
Se define como los miliequivalentes (mEq) de peróxido por kilogramo de grasa. Es una
determinación volumétrica de la cantidad de grupos peróxidos e hidroperóxidos. La
cuantificación se basa en la reacción del yoduro de potasio con los peróxidos para liberar
yodo, el cual es titulado con tiosulfato de sodio, empleando almidón como indicador
(Nielsen, 1998).
Evalúa el grado oxidación de los ácidos grasos. Proporciona información acerca del
grado de oxidación de la muestra y permite estimar hasta qué punto se ha alterado la
grasa. Debe tenerse en cuenta que si la oxidación está muy avanzada, se producirá un
aumento progresivo de la degradación de los peróxidos, con lo que el IPO descenderá.
2.7.3 Índice de ésteres
Se define como los miligramos de KOH necesarios para saponificar 1 gramo de grasa
completamente esterificada, o sea que no incluye los ácidos que puedan existir libres,
por lo tanto puede calcularse por diferencia entre los índices de saponificación y de
acidez. Resulta útil para determinar el peso molecular medio de los glicéridos o ácidos
grasos presentes (Rosso et al, 1994).
29
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN
El desarrollo de nuevas tecnologías en la Industria Alimentaria tiene como finalidad el
obtener alimentos mínimamente procesados a la vez que seguros y que conserven sus
cualidades nutricionales y organolépticas, de igual manera, permitiendo alargar la vida
útil de muchos productos y satisfacer los gustos del consumidor.
Los mayores avances en este campo se han conseguido con el desarrollo de sistemas
físicos, que afectan la viabilidad de los microorganismos, sin un incremento sustancial
de la temperatura del alimento. Estos métodos “no térmicos” no afectan, o lo hacen
mínimamente a las características nutritivas y sensoriales de los alimentos.
La optimización del empleo de estos métodos de conservación pasa por el diseño de
“procesos combinados”, en los que la asociación o aplicación simultánea de varios
procedimientos permita potenciar el efecto, de cada uno de ellos, en los agentes
alterantes y reducir el impacto adverso en las características de los alimentos tratados.
De acuerdo a los valores nutricionales que se le atribuyen al cachichín y a los estudios
realizados anteriormente en algunos productos con el uso de tecnologías emergentes, los
cuales han señalado resultados satisfactorios en cuanto a estabilidad y conservación de
estos, se pretende implementar un diseño experimental basado en un tratamiento térmico
con microondas y la aplicación de ultrasonido para mejorar el rendimiento de extracción
del aceite y al mismo tiempo minimizar la cantidad de solvente utilizado en relación a la
cantidad de muestra, esto sin alterar las propiedades nutricionales de nuestro aceite y
mejorando sus características sensoriales en cuanto al sabor, evaluando la influencia que
tendrá la aplicación de este método en el proceso de extracción del aceite.
30
4. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS
4.1 Hipótesis
El aceite extraído tendrá un mayor rendimiento al implementar un diseño experimental
de “procesos combinados” el cual consiste en un tratamiento térmico con microondas y
la aplicación de ultrasonido. Esto tendrá resultados satisfactorios en la calidad
nutrimental del producto al no afectar sus propiedades, mejorando sus características
sensoriales y minimizando el uso de solvente para la extracción del aceite
4.2 Objetivo general
Obtener aceite de cachichín aplicando tecnología emergente, como es el tratamiento
térmico con microondas y el uso de ultrasonido para obtener un mayor rendimiento.
4.3 Objetivos Específicos
• Realizar determinaciones fisicoquímicas (humedad, cenizas, grasa, proteína,
solidos totales, acidez) en semilla de cachichín molido.
• Determinar las condiciones adecuadas de potencia, tiempo así como frecuencia
en el tratamiento con tecnologías emergentes de microondas y ultrasonido para
obtener los mejores rendimientos en la extracción de aceite.
• Realizar análisis fisicoquímicos al aceite obtenido del cachichín.
31
5. METODOLOGÍA
La parte experimental del presente trabajo consta de diversas fases (Figura 8):
1) Determinación de los análisis fisicoquímicos a la muestra molida de cachichín. 2) La
implementación de un adecuado tratamiento térmico con microondas y ultrasonido, que
consiste en realizar pruebas a diferentes condiciones en el microondas; (potencia,
tiempo) y a distinta amplitud en ultrasonido, de esta forma mejorando el rendimiento de
extracción. 3) Realización de pruebas de extracción a diferentes concentraciones de
solvente en relación a la cantidad de muestra utilizada 4) Análisis del aceite de
cachichín, de acuerdo al mejor rendimiento que haya resultado del tratamiento térmico
con microondas y el tratamiento con ultrasonido.
Figura 8. Métodos principales para el desarrollo experimental
Colecta de muestra
(cachichín)
Molienda
Aplicación de tecnologías emergentes
Análisis fisicoquímicos
Tratamiento con microondas
(potencia/tiempo)
Tratamiento con ultrasonido
Análisis fisicoquímicos
Concentración del aceite
(rotavapor)
Aceite de cachichín
32
5.1 Pruebas Fisicoquímicas
5.1.1 Determinación % de humedad (A.O.A.C. 1990).
El método es aplicable a alimentos sólidos, líquidos o pastosos no susceptibles a
degradación al ser sometidos a temperaturas superiores a 105 ºC. Este método es
inadecuado para productos ricos en sustancias volátiles distintas del agua. El método se
basa en la determinación gravimétrica de la perdida de masa, de la muestra desecada
hasta masa constante en estufa de aire.
5.1.2 Determinación del % de cenizas (Nollet, 1996).
En este método toda la materia orgánica se oxida en ausencia de flama a una temperatura
que fluctúa entre los 550 -600°C; el material inorgánico que no se volatiliza a esta
temperatura se conoce como ceniza.
5.1.3 Determinación % de proteínas (Aurand et al, 1987).
Se determinó utilizando el método micro Kjeldhal mediante una titulación volumétrica.
Este método se basa en la hidrólisis ácida de la materia orgánica de la muestra por
calentamiento con ácido sulfúrico concentrado y sulfato de potasio en presencia de un
catalizador sulfato de cobre. El nitrógeno se reduce en la sal sulfato de amonio, de la
cual se libera con hidróxido de amonio en la forma de amoniaco y se destila. El destilado
se valora con una solución patrón de ácido clorhídrico o sulfúrico.
33
5.1.4 Determinación de grasas (Nielsen, 2003).
Es una extracción semicontinua con un disolvente orgánico. En este método el
disolvente se calienta, se volatiliza y condensa goteando sobre la muestra la cual queda
sumergida en el disolvente. Posteriormente éste es sifoneado al matraz de calentamiento
para empezar de nuevo el proceso. El contenido de grasa se cuantifica por diferencia de
peso.
5.2 Pruebas previas del tratamiento con microondas
Para el tratamiento con microondas se realizaran pruebas previas utilizando cajas petri
limpias de aproximadamente 15 cm de diámetro, en las cuales se colocaron 28.6 g de
muestra molida de cachichín con un espesor aproximado de 3 mm, la muestra se coloco
en el horno de microondas a diferentes tiempos, potencia y temperatura, los resultados se
muestran en la Tabla 4 remarcando los mejores resultados, y en la Figura 9 se pueden
observar las características físicas de la muestra, posterior al tratamiento térmico.
Antes de la descripción de la prueba sensorial de la muestra se estableció una escala
ascendente de amargor, del 1 al 5. Tomando como muestra control una sin tratamiento
térmico la cual se considero como escala 5.
1.- No amargo
2.- Poco amargo
3.- Amargor, sin percibirse como primera sensación
4.- Amargor considerable
5.- Amargor equivalente al sabor característico del Cachichín.
34
Figura 9. Tratamiento previo con microondas del cachichín molido.
5.3 Pruebas para selección del solvente adecuado para extracción
Del tratamiento térmico con microondas, fueron elegidas 3 muestras las cuales
presentaron características sensoriales aceptables, mayores a las demás, de igual forma
se trabajó con una muestra patrón, sin tratamiento a microondas. De dichas muestras se
tomaron 5 g de cada una por duplicado, para disolverse en 50 ml de etanol acuoso al
95% y posteriormente ser sometidos al sonicador durante 15min a 60°C (Figura 10).
35
Figura 10. Tratamiento de la muestra con sonicador
De la misma forma, de dichas muestras de cachichín con características organolépticas
aceptables y la muestra patrón sin tratamiento en microondas, se tomaron 8 g por
duplicado para ser disueltas en 25 ml de hexano, se sonicaron durante 10 min en
condiciones de temperatura ambiente y posteriormente se filtraron a vacío para separar
el extracto de la muestra solida de cachichín, esta operación se realizo tres veces para
cada muestra, teniendo así un total aproximado de 75 ml de filtrado. Después del
filtrado, se concentro el aceite de cachichín en el rotavapor (Figura 11), y se guardo en
frascos para poder observar sus características físicas y sensoriales de cada muestra
(Figura 12).
Figura 11. Concentración de aceite de cachichín, utilizando Rotavapor
36
Figura 12. Aceite extraído de cachichín
5.4 Diseño experimental aplicando tecnología emergente
Mediante un análisis aleatorio diseñado con el programa Design-ExpertMR tomando en
cuenta como variables dependientes a la potencia y el tiempo, se obtuvo un diseño
experimental para trabajar con microondas la semilla. La forma en que se trabajo la
semilla de cachichín con microondas fue la siguiente: La semilla de cachichín seca se
sometió a un proceso de molienda y se tomaron diferentes porciones, cada una de 10 g
colocando la muestra dentro de cajas petri para ser tratadas con ondas de microondas a
diferentes tiempos y potencias y de esta forma debilitar la pared celular de las células
idioblásticas que contienen el aceite en el cachichín. Las muestras tratadas con
microondas, se sometieron a energía acústica utilizando un ultrasonido de potencia fija
realizando tres extracciones por muestra en lapsos de 10 minutos cada una; el medio
para transmitir las ondas fue agua y el solvente para extraer el aceite fue hexano. Con
ayuda de un rotavapor, se recuperó el solvente y se concentró el aceite obtenido. Se
calcularon los rendimientos obtenidos de cada corrida experimental y mediante el
programa Design-ExpertMR, se obtuvo una superficie de respuesta para elegir las
condiciones más adecuadas de extracción de aceite con mayor rendimiento.
37
En el diseño se trabajaron 13 muestras con sus respectivas potencias y tiempos en el
horno de microondas marca Panasonic de 1200 watts de salida y posteriormente se
trataron con energía acústica aplicando ultrasonido. Se utilizó como solvente hexano en
relación 2:1 v/p con respecto a la muestra molida, sonicando cada muestra durante 10
minutos por triplicado. Una vez concentrado el aceite y recuperado el hexano en el
rotavapor, se obtuvieron los rendimientos señalados en la Tabla 6, señalando los
mejores rendimientos.
5.5 Análisis sensoriales del aceite de cachichin (Código Alimentario Argentino, 1969)
5.5.1 Aspecto y color
Se determinan por observación directa. Si se tienen dudas acerca del colorante, se
procede a su extracción y posterior identificación.
5.5.2 Olor
Se frota algunas gotas de aceite en la palma de la mano y se huele para percibir el aroma
característico.
5.5.3 Sabor
Se prueba directamente y se buscan sabores característicos, ejemplo: nueces,
mantequilla, coco, etc.
38
5.6 Análisis fisicoquímicos del aceite de cachichín (AOAC 28.006 y 28.007, 1984).
5.6.1 Peso específico (Con picnómetro)
• Limpiar cuidadosamente con solución sulfocrómica un picnómetro de 50 ml de
capacidad (se puede remplazar por un matraz). Dejar en contacto varias horas.
Vaciar el picnómetro y enjuagarlo muy bien con agua destilada.
• Llenarlo con agua destilada recientemente hervida y enfriada a 20°C
aproximadamente, y dejar en un baño de temperatura constante a 15°C. Después de
30 min enrasar y tapar el picnómetro; sacar del baño, secar con toalla limpia o
kleenex y pesar.
• Vaciar el picnómetro, enjuagarlo varias veces con alcohol y luego con éter, dejar
secar completamente y pesar.
• Determinar por diferencia el peso del agua contenida en el picnómetro a 15°C.
Posteriormente llenar el picnómetro limpio y seco con la muestra previamente
enfriada a 15°C, dejarlo 30 min en un baño a temperatura constante a 15°C, enrasar
y tapar el picnómetro. Sacar del baño, secar y pesar.
• Restar el peso del picnómetro vacío y dividir la diferencia por el peso del agua
destilada determinado anteriormente. Expresar el cociente como peso específico
aparente a 15/15°C.
5.6.2 Índice de yodo
El índice de yodo son los gramos de yodo absorbidos por 100 gramos de grasa o aceite.
Constituye una medida del grado de insaturación. Debe especificarse el método utilizado
para la determinación.
39
Método de Hanus
• Pesar en forma exacta aproximadamente 0.5 g de grasa o aceite filtrados (0.25 o 0.1
gr si se sabe que la muestra es rica en dobles enlaces) en un frasco con tapón de
vidrio de 500 ml, y disolverlos en 10 ml de Cl3CH.
• Medir con pipeta 25 ml del reactivo de Hanus y añadirlos al matraz, dejando vaciar
la pipeta durante un determinado período de tiempo.
• Dejar en reposo exactamente 30 min en la oscuridad, con agitación ocasional. El
frasco con la muestra y el frasco de reactivo deben taparse inmediatamente para que
la concentración de bromuro de yodo no varíe sensiblemente. El exceso de reactivo
añadido no debe ser inferior al 60%.
• Transcurridos los 30 min agregar 10 ml de una solución de KI al 15% y 100 ml de
agua destilada recientemente hervida y enfriada, arrastrando con ella cualquier resto
de yodo del tapón o cuello del frasco.
• Titular el yodo con una solución de S2O3Na2 0,1N, con agitación constante, hasta
que se atenúe el color amarillo de la solución.
• Añadir aproximadamente 1 ml de una solución al 1% de almidón soluble y
continuar la titulación hasta que desaparezca el color azul casi completamente.
• Cerrar bien el frasco, agitar violentamente para que el yodo remanente en la fase
inferior pase a la capa acuosa, y completar la titulación.
• Simultáneamente con la muestra problema realizar dos determinaciones en blanco,
dejando caer el reactivo de Hanus de la pipeta durante el mismo período de tiempo
exactamente que en la muestra problema (Hart y Fisher, 1991).
Nota: Los duplicados no deben diferir en más de dos unidades.
5.6.3 Índice de saponificación (AOAC 28.028-28.029, 1984).
El índice de saponificación son los mg de KOH necesarios para saponificar 1 g de grasa
o aceite.
40
• Pesar en forma exacta aproximadamente 5 gr de muestra filtrada en un Erlenmeyer
de 250-300 ml.
• Medir con pipeta 50 ml de la solución de KOH y añadirlos al Erlenmeyer, dejando
que la pipeta se vacíe durante un tiempo determinado. Hacer simultáneamente un
blanco, utilizando la misma pipeta y tardando el mismo tiempo en el agregado del
reactivo.
• Conectar ambos Erlenmeyer a tubos pararrayos y hervir suavemente hasta
completar la saponificación (aproximadamente 30 min).
• El final se pone de manifiesto porque la solución de la muestra problema pierde
toda su turbidez.
• Enfriar y titular con HCl 0.5N, utilizando fenolftaleína como indicador.
5.6.4 Acidez libre (Nielsen, 2003)
• Pesar exactamente en un Erlenmeyer aproximadamente 5 gr de muestra y
disolverlos con 60 ml de la mezcla de alcohol-éter.
• Agitar y titular con solución de NaOH 0.1N valorada.
• Expresar la acidez libre en mg de KOH por gr de aceite y en gr de ácido oleico por
100 gr de aceite (PMácido oleico:282.4)
5.6.5 Índice de éster (NMX-K-395, 1972).
Se define como los mg de KOH necesarios para saponificar 1 gr de grasa o aceite
totalmente esterificado. Se puede calcular por diferencia entre los índices de
saponificación y de acidez. Resulta útil para determinar el PM medio de los triglicéridos
o de los ácidos grasos presentes.
41
6. RESULTADOS Y DISCUSIONES
6.1 Propiedades Fisicoquímicas de cachichín
La semilla de cachichín recolectada en la sierra de Misantla, Veracruz presentó las
siguientes características fisicoquímicas señaladas en la Tabla 5:
Tabla 5. Caracterización fisicoquímica de la semilla de cachichín
Análisis Resultado
Humedad 10.62%
Sólidos totales 89.38%
Cenizas 1.29%
Grasa 33.89%
Proteína 3.65%
Tamaño 1 cm de ancho x 2 cm de largo
Color Café claro
De acuerdo a los resultados obtenidos en el análisis fisicoquímico, se observó que la
semilla de cachichín tiene un bajo porcentaje de humedad haciéndola más estable a los
cambios bioquímicos. El valor obtenido es parecido al que reportó Regulo et al., con un
11.05% de humedad. Se observó también que el porcentaje de proteína es muy bajo
(3.65%) comparado con otras leguminosas que van de 18.2% que contiene el garbanzo a
33.4% que presenta la soya según Bourges H. (1987). El valor de proteína obtenido de la
semilla de cachichín es parecido al que reportó Regulo et al., de 3.51%.
Con respecto al contenido de aceite, se observó que contiene un 33.89% que es un valor
alto comparado con algunas leguminosas como son: Frijol 1.6%, soya 16.4%, aceitunas
22%, pero no así con el cacahuate 44%. Regulo et al., reportaron 20.9% de grasa en la
42
semilla de cachichín y Ballinas et al., (2009) reportaron 35% de grasa. El valor obtenido
en el análisis es similar al que reportó Ballinas et al.
6.2 Tratamiento térmico con microondas y selección del solvente
A partir de los datos obtenidos en la prueba previa para tratamiento térmico con
microondas y de acuerdo a las características sensoriales de cada muestra, se determino
que las potencias más adecuadas para someter a tratamiento térmico las muestras de
cachichín se encuentran entre las condiciones siguientes; potencia 2–10 min, potencia 3–
5min y potencia 4–4 min ya que se encontraron mejores características sensoriales al
disminuir en estas el sabor amargo que presentaban en una escala 2 previamente
establecida y al observar un mejor aspecto en comparación a las otras muestras, las
cuales presentaban un sabor amargo mayor, así como características con un nivel menor
de agrado en lo que respecta a su olor y color, como se muestra en la Tabla 6, de igual
manera se tomo en cuenta la muestra control establecida y clasificada en escala 5 de
amargor.
Tabla 6. Tratamiento de las muestras de Cachichín con Microondas
Potencia Watts Tiempo (min) Temperatura °C Observaciones 2 192 4 68.5 No hubo oscurecimiento de la
muestra, se percibe amargo. Escala 4
2 192 5 73 Se percibe amargor a primera sensación, se presento cuartado en la muestra, sensación aceitosa. Escala 5
2 192 10 78 Se percibe leve amargor, no intenso, leve oscurecimiento en la superficie de la muestra, muestra aceitosa. Escala 3
3 288 4 81.5 Sabor amargo a primera sensación (intenso) no hay oscurecimiento de la muestra. Escala 4
3 288 5 87 Disminución en sabor amargo, leve tostado de la muestra en la superficie, oscurecimiento en el
43
centro. Escala 3 3 288 10 106 Sabor amargo, oscurecimiento
total en la superficie de la muestra, olor intenso a quemado, muestra poco aceitosa. Escala 4
4 384 2 83 Olor irritable, consistencia grasosa, leve oscurecimiento en la superficie de la muestra, amargor apreciable. Escala 4
4 384 3 85 Amargor, quemado de la muestra en la superficie, si se percibe aceitosa la muestra al tacto. Escala 4
4 384 4 90.5 Se presento quemado en la superficie de la muestra, en el centro se percibe poco amargor, aceptable al gusto. Escala 3
5 480 2 88 Se percibe amargor en la muestra a primera percepción, quemado en la superficie leve. Escala 4
5 480 3 101 Amargor, oscurecimiento, quemado superficial, se percibe aceite al tacto. Escala 4
5 480 4 101.5 Muestra tostada en la superficie, percepción amarga no intenso, saponinas alteradas. Escala 2
Por otra parte se atribuye al hexano, como solvente más adecuado para la extracción del
aceite, debido a que al ser concentrado no presento sabor amargo además de presentar un
porcentaje mayor de extracción de aceite, en comparación con el aceite obtenido con
etanol acuoso.
A partir de los datos obtenidos y de acuerdo a las características sensoriales de cada
muestra, se puede observar que las potencias más adecuadas para someter a tratamiento
térmico las muestras de cachichín se encuentran en un rango entre potencia 2 a 5, con un
tiempo de tratamiento de 4 a 10 minutos ya que se encontraron mejores características
sensoriales al disminuir en estas el sabor amargo característico del cachichín y al
observar un mejor aspecto a comparación de las otras, atribuyendo al tratamiento
44
térmico con microondas y a la sonicación a la que fueron sometidas un mejor
rendimiento de extracción de aceite en comparación con la muestra sin previo
tratamiento la cual presentó un perceptible sabor amargo que es característico del
cachichín, sin notar una disminución en cuanto a ese sabor.
6.3 Tratamiento con microondas y ultrasonido del cachichín molido.
Utilizando el programa Desing Expert 8.0MR arrojó trabajar en el microondas con las
siguientes corridas que se presentan en la Tabla 7, con sus respectivos tiempos y
temperaturas.
Tabla 7. Corridas experimentales arrojadas por el programa Desing Expert 8.0MR
STD Corridas Potencia Tiempo (minutos) 6 1 3 5 3 2 3 5
10 3 1 5 8 4 3 45 seg 4 5 3 6
12 6 3 5 1 7 4 5 7 8 2 2
13 9 3 5 5 10 4 8 2 11 2 8
11 12 4 2 9 13 3 5
45
Tabla 8. Resultado del rendimiento del aceite de cachichín obtenido por tecnología emergente
Los resultados presentados en la Tabla 8, se trabajaron con el programa Desing expert
8.0MR para tener la mejor condición de trabajo de acuerdo al mejor rendimiento
obtenido. Se puede observar que las condiciones bajo las cuales se obtiene un mejor
rendimiento de aceite sobre el valor reportado por diversos autores son en la potencia 4 a
tiempos de 5 y 8 minutos, los cuales se encuentran señalados con color negro, mientras
que el valor más bajo se encuentra en la potencia 2 señalado con color rojo.
De la misma forma se realizo una superficie de respuesta la cual se puede observar en la
Figura 13, utilizando el programa Desing expert 8.0 (D.E), mostrando de manera más
clara el rendimiento obtenido conforme a la potencia y el tiempo de cada una de las
muestras.
Run Potencia Tiempo Peso muestra
(g)
Temperatura (°C)
Peso aceite (g)
Rendimiento (%)
6 3 5 min. 10.0264 81.7 3.2879 97.01 3 3 5 min. 10.0238 83.1 3.4771 102.59
10 1 5 min. 10.0249 34.1 3.5288 104.12 8 3 45 seg. 10.0228 25.5 2.7490 81.11 4 3 6 min. 10.0245 80.8 3.0534 90.09
12 3 5 min. 10.0276 78.4 3.1149 91.91 1 4 5 min. 10.0266 90.8 3.9207 115.68 7 2 2 min. 10.0251 35.8 3.2659 96.36
13 3 5 min. 10.0276 83.0 2.9252 86.31 5 4 8 min. 10.0281 106.3 3.7808 111.56 2 2 8 min. 10.0259 67.0 2.6678 78.71
11 4 2 min. 10.0278 61.9 2.8977 85.50 9 3 5 min. 10.0282 74.4 3.3094 97.65
46
DESIGN-EXPERT Plot
UntitledX = A: PotenciaY = B: Tiempo
77.5802
87.0363
96.4924
105.948
115.405
Untitled
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
2.00
3.50
5.00
6.50
8.00
A: Potencia
B: Tiempo
Figura13. Obtención del mejor rendimiento a través de una superficie de respuesta, considerando la
potencia del horno de microondas y el tiempo de exposición de la muestra con los rendimientos obtenidos
En la Figura 13 se observa, que a un nivel de potencia 4 en un tiempo de 5 minutos, se
obtuvo el mejor rendimiento que fue de 115%. Comparando este resultado con el
reportado por Ballinas y colaboradores en el 2009, se observó que por tecnologías
emergentes se obtienen rendimientos mayores en comparación a lo obtenido en
extracciones de aceite utilizando equipo Soxhlet, esto gracias a que la extracción asistida
por microondas aprovecha la polaridad de las moléculas que componen la estructura de
una célula como los lípidos y las proteínas para crear fricción y por consiguiente calor,
el cual hace que el agua contenida en la célula escape debilitando la pared celular (Lee,
1998).
Además de las señales de alta intensidad del ultrasonido que se utilizan para modificar
un proceso o un producto. Con una frecuencia más baja y mayor potencia producen
47
cambios físicos y químicos en el medio a través de la generación y subsiguiente colapso
de burbujas de cavitación, las cuales, aparecen crecen y colapsan dentro del líquido.
Entonces la combinación de las dos tecnologías emergentes ayuda al debilitamiento y
colapsamiento de las células idioblásticas de la semilla de cachichín para la extracción
del aceite.
Tabla 9. Sonicación con ultrasonido de potencia: 20, 40 y 80%
Muestra de cachichín (g)
Solvente hexano (ml)
Números de extracciones
Amplitud (%)
Tiempo (min)
Rendimiento (%)
10 20 1 20 10 78.10
10 20 1 20 10 81.08
10 20 1 40 10 86.13
10 20 1 40 10 85.12
10 20 1 80 10 96.01
10 20 1 80 10 95.60
10 60 3 20 30 87.96
10 60 3 20 30 85.48
10 60 3 40 30 90.43
10 60 3 40 30 91.38
10 60 3 80 30 105.31
10 60 3 80 30 103.98
48
Para finalizar se trabajó en las condiciones a las cuales se obtuvieron los rendimientos
más elevados con la aplicación de el tratamiento térmico con microondas, para hacer una
prueba más, ahora utilizando un ultrasonido de alta potencia, cambiando en distintas
muestras la amplitud a la cual se someterían la cantidad de solvente y el numero de
extracciones, dejando el tiempo y la frecuencia de igual manera para todas las muestras,
como se indica en la Tabla 9, remarcando los rendimientos más altos
Este método con tecnologías emergentes tiene otras ventajas en contra del equipo
Soxhlet como son, la minimización del solvente a utilizar, en este caso hexano, ya que al
realizar pruebas con diferentes concentraciones de solvente en relación a la cantidad de
muestra se logro obtener un porcentaje de extracción satisfactoria a pesar de ocupar una
relación 1:2 en peso de muestra / volumen de solvente, cuando a diferencia del equipo
Soxhlet se ocupan grandes cantidades de solvente, además de que este método utiliza
tiempos prolongados para el reflujo del aceite y mayores valores de temperatura y gastos
de energía, lo cual se resume en costos mayores.
En cambio el tratamiento térmico con microondas utiliza tiempos cortos y un
calentamiento uniforme sin elevar demasiado su temperatura lo cual es importante ya
que diversos reportes indican que durante el procesamiento térmico de los alimentos a
altas temperaturas y tiempos prolongados, a partir de los lípidos pueden generarse
compuestos con efectos negativos en el metabolismo humano como son los ácidos
grasos trans. Estos compuestos se comportan como ácidos grasos saturados y tienen
algunos efectos adversos en el metabolismo humano, como la inhibición de la
instauración y alargamiento de los ácidos linoleico y linolénico para formar otros ácidos
grasos de importancia para el organismo como es el ácido araquidónico (20:4) precursor
de los ácidos eicosanoides (Krumel, 1998).
49
Además, los ácidos grasos trans producen un efecto negativo en las lipoproteínas del
plasma humano, incrementando las lipoproteínas de baja densidad y disminuyendo las
de alta densidad, contribuyendo a una mayor incidencia de las enfermedades
cardiovasculares (Pendersen, 1998).
Al aceite extraído bajo el tratamiento térmico con microondas a una potencia 4 durante 8
minutos, el cual fue tratado con ultrasonido de alta potencia a una amplitud del 80 %, se
le realizaron los análisis correspondientes reportando los siguientes resultados y
comparándolo con aceite de oliva virgen y aceite de aguacate, los cuales se indican en la
Tabla 10, debido a que este fue el aceite con mejores propiedades organolépticas tanto
en sabor, olor y color.
Se puede observar que los valores obtenidos para cada análisis son muy similares a los
reportados por diversos autores, tomando como ejemplo, el aceite de oliva virgen,
obteniendo resultados satisfactorios para nuestro aceite de cachichín ya que esto indica
que el uso de microondas para el tratamiento térmico y el uso de ultrasonido permite un
adecuado procesamiento para la extracción del aceite sin alterar sus propiedades
nutricionales y organolépticas, obteniendo al mismo tiempo un aceite más estable. Esto
también gracias a que los tiempos de exposición al tratamiento térmico no son muy
prolongados, y sin llegar a valores altos de temperatura, lo que nos evita que se puedan
afectar los lípidos y microestructura para no generar compuestos con efectos negativos
en el metabolismo humano como son los ácidos grasos trans.
50
Tabla 10. Análisis fisicoquímico del aceite de cachichín
Determinación Aceite de cachichín Aceite de oliva virgen
Textura Líquida Líquida
Olor Característico a
Cachichín
Característico al fruto
Sabor Cachichín Oliva
Color Amarillo Amarillo claro/ verde
Peso especifico 0.8708 0.910
Índice de refracción 1.0015 1.4677
Índice de yodo 60.23 75 – 94 (refinado)
Índice de peróxido 19.59 20 meq Oxigeno/ Kg
Índice de acidez 3.12
Índice de acidez 1.5 2.0% Maximo
Índice de
saponificación
175.52 184 – 196 (refinado)
Índice de éster 172.39
51
7. CONCLUSIONES
El fruto de cachichín recolectado en la sierra de Misantla, Veracruz, es muy estable
durante largos periodos de almacenamiento, gracias al bajo contenido de humedad
presente en este fruto, además de contener dentro de sus propiedades químicas
ácidos grasos de la familia omega (ω), principalmente ω3 y 6, los cuales son
preventivos de enfermedades crónico-degenerativas, tales como cáncer, de tipo
coronarias y disminución de los niveles altos de colesterol y triglicéridos en sangre.
Para la extracción de compuestos en muestras sólidas o líquidas se requiere de una
gran cantidad de disolventes orgánicos, la mayoría de ellos muy tóxicos y en el caso
de la extracción en sólidos el método más común es la extracción Soxhlet que
requiere tiempos de extracción de hasta 24 horas. Los avances en preparación de
muestras sólidas ha conducido a desarrollar un gran número de técnicas que mejoren
los procesos actuales, entre éstas se encuentran la aplicación de microondas y de
ultrasonidos.
La utilización de estas energías acelera diferentes pasos del proceso analítico en
comparación con los métodos en los que no son usadas. Otra de las ventajas de
utilizar este tipo de energías es que disminuyen los tiempos de extracción y además
requiere de poca cantidad de disolventes
La aplicación de tecnologías emergentes como son el ultrasonido y la energía de
microondas, son técnicas recientes que dan excelentes resultados para la obtención
de mejores rendimientos en la extracción del aceite, debido a que la combinación de
las dos tecnologías emergentes ayuda al debilitamiento y colapsamiento de las
células idioblásticas de la semilla de cachichín lo cual nos permite la extracción del
aceite de una manera más rápida y fácil, permitiendo de igual forma utilizar menores
cantidades de solvente, como se observó al comparar 2 muestras de 10 g de
cachichín utilizando 20 y 60 ml de hexano lo cual nos dio un rendimiento muy
52
similar, comparado con el sistema de extracción Soxhlet el cual utiliza mayores
cantidades de solvente al haber utilizado hasta 250 ml de hexano para muestras de 20
g de cachichín molido debido a la forma en que opera el equipo,
En cuanto a temperatura y el tiempo para la extracción del aceite, se puede apreciar
otra ventaja muy considerable ya que con tecnología emergente, los tiempos de
procesamiento son demasiado cortos al haber utilizado como máximo 30 minutos
para tratar cada muestra con la energía de microondas y el ultrasonido, mientras que
con el método Soxhlet el mínimo tiempo requerido es de 6 a 8 horas, lo cual nos
indica una considerable reducción de costos en cuanto a la minimización de solvente
y la energía aplicada.
53
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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