Pectina completamente desesterificada y excelentes propiedades de gelificación se aisló en la forma sódica a partir de pencas frescas de nopal (Opuntia ficus indica) mediante un proceso de extracción en medio alcalino y en presencia de un agente secuestrante con un rendimiento de 0.6% del peso fresco.

La composición del extracto de pectina fue de ácidos urónicos 56%, galactosa 6.5%, arabinosa 5.6% y cantidades mínimas de ramnosa y xilosa. Las características del espectro de infrarrojo con transformada de Fourier (IRTF) fue comparable con las de una pectina comercial de cítricos. Características que fueron comparables con las de pectinas ricas en homogalacturonano aisladas de cáscara de tuna, limón y remolacha azucarera. El comportamiento de gelificación fue estudiado por medio de reología dinámica oscilatoria en función de la cantidad de Ca2+ adicionado y la temperatura. La adición de CaCl2 se ajustó a distintas relaciones estequiométricas de calcio a carboxilato, R (= 2 [Ca2+]/[COO-]) de 0.09, 0.30, 0.48 y 0.59 para una concentración fija de pectina (16 g/l) resultó en la formación de redes de gel con espectros mecánicos característicos de estos sistemas. La evolución del módulo de almacenamiento, G’ y del módulo de pérdida, G”, durante el enfriamiento, reveló la formación inequívoca de una red gelificada con una transición sol-gel altamente cooperativa para valores de R < 0.3. A medida que R aumenta, la asociación dimérica entre Ca2+ es tal que conduce a forma una red aun a 85 C. A su vez, el calentamiento condujo al derretimiento parcial de la red gelificada a temperaturas notablemente superiores a aquellas a las que se formaron. Esta histéresis térmica observada entre los procesos de formación y fusión del gel se explica como consecuencia de la agregación de hélices con geometría de empaquetamiento 31. La temperatura crítica de gelificación reológica (Tgel), mostró una dependencia exponencial con la estequiometría de entrecruzamiento de calcio R.

En el sistema estudiado, se propone la formación de dos redes gelificadas que coexisten en una fase homogénea: una gobernada por asociaciones diméricas tipo ‘caja de huevos’ mediada por R, y la otra por medio de hélices que se agregan al formarse. Este trabajo abre nuevos horizontes al uso del nopal como fuente de pectinas con propiedades gelificantes de enorme importancia tecnológica en la industria de alimentos. México ha dependido del exterior casi por completo en el ámbito científico-teconlógico y comercial de los hidrocoloides industriales.

Las pectinas son utilizadas ampliamente en la industria de alimentos como agentes hidrocoloides (gomas) gelificantes.
Comercialmente, se derivan especialmente de desechos y subproductos de frutas (manzana y cítricos).
Genéricamente el término “pectina” designa a la familia de polisacáridos estructurales constituyentes de la pared celular primaria de tejidos vegetales (Lau y col., 1985).
Tienen como componente común y principal, a una cadena lineal central constituida de unidades de ácido ácido poli--D-galacturónico unidas por enlaces glicosídicos 1-->4. Dependiendo del origen botánico y el proceso de extracción los grupos carboxílicos están parcialmente esterificados con metanol y en ciertas pectinas los grupos hidróxilo están parcialmente acetilados. Azúcares neutros, a saber ramnosa, arabinosa, galactosa, xilosa y glucosa, también están presentes usualmente en proporción de 5-10% del peso de ácido galacturónico. Estos se unen como cadenas laterales de elevada ramificación (arabinana y galactana), como parte de la cadena central (ramnosa) o como polisacáridos contaminantes (glucanas y xiloglucanas) (Rolin, 1993). Dependiendo del grado de esterificación (GE, expresado convencionalmente en porcentaje del contenido total de ácidos urónicos), las pectinas forman geles en un medio ácido y alta concentración de azúcar (pectinas de alto GE -mayor a 50%-), o por interacción con cationes divalentes, particularmente Ca2+ (pectina de bajo GE –menor a 50%-). Las pencas de nopal excretan un mucílago sin capacidad de gelificación que ha sido descrito como una pectina y cuyas propiedades fisicoquímicas y reológicas en solución se han estudiado ampliamente (Amin y col., 1970; Mindt y col., 1975; Trachtenberg y Mayer, 1981, 1982; McGarvie y Parolis, 1979, 1981; Forni y col. 1994; Mediana-Torres y col. 2000; Majdoub y col. 2001).

El material del cual da cuenta este estudio, es una pectina de muy bajo GE, con capacidad inequívoca para formar geles a pH neutro en presencia de calcio, mediante un doble mecanismo que involucra el entrecruzamiento iónico con Ca2+ (Grant y col. 1973) en ensamblados diméricos tipo ‘caja de huevos’ y una segunda red termorreversible gobernada por estructuras helicoidales tipo 3.

General
Investigar el comportamiento viscoelástico y de gelificación de la pectina del nopal (Opuntia ficus indica) de bajo grado de esterificación y caracterizada en su composición de azúcares en función del grado de conversión estequiométrica de calcio y de la temperatura bajo condiciones de reología oscilatoria de baja amplitud.

Específicos

• Caracterizar el rendimiento, composición de azúcares de la fracción de la pectina de bajo grado de esterificación aislada y purificada en medio alcalino utilizando un agente secuestrante a partir de pencas frescas del nopal.
• Evaluar la evolución de las propiedades viscoelásticas (módulos viscoel´sticos y punto crítico de gelificación) durante el enfriamiento y calentamiento de disoluciones acuosas de pectina a distintos niveles de conversión estequiométrica de Ca2+.
• Determinar los posibles mecanismos moleculares subyacentes a lso fenómenos reológicos observados.

La generación de nuevos conocimientos dobre los fenómenos moleculares subyacentes a la formación de redes de gel en alimentos, es necesaria para ejercer un mejor control sobre las propiedades físicas en el desarrollo inteligente de productos y procesos en la industria de alimentos.

El uso tradicional de la pectina como agente gelificante en alimentos se ha dirigido comúnmente a sistemas de alta concentración de co-soluto y pH ácido (típicamente azúcar a pH-3). Hasta el alcance de nuestro conocimiento, en este trabajo se recogen las primeras evidencias inequívocas de la gelificación pseudotermorreversible de pectina de muy bajo grado de esterificación en presencia de Ca2+, aislada y purificada a partir de pencas frescas de nopal, mediante un proceso alcalino coadyuvado por un agente secuestrante.

Se ofrece una interpretación molecular para los procesos de gelificación observado en función del grado de entrecruzamiento iónico con Ca2+ y se llega a demostrar que es posible controlar no solo la fuerza de los geles sino la temperatura de gelificación variando este parámetro.

Otro aspecto innovador del trabajo, es el demostrar que el material aislado fue notoriamente distinto en composición química y por tanto en propiedades físicas (de gelificación) de aquellas del mucílango de nopal, el cuál no exhibe capacidad de gelificación.