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Extraccion y caracterizacion de la inulina presente en los tuberculos de la Dahlia spp.

EXTRACTION AND CHARACTERIZATION OF INULIN FROM TUBERS OF Dahlia spp

I.--INTRODUCCION

La Dahlia es una especie floral que fue descubierta en el transcurso del siglo XVI en las montanas de Mexico por el naturalista espanol Jose Antonio Cavanilles enviado por el Rey Felipe II con el proposito de estudiar la flora del Nuevo Mundo. Cavanilles la descubrio originalmente con el vocablo azteca de Acocotli y Cocoxochitl que significa tubo de agua o cana de agua y que era usado por los habitantes de la region de quauhuacense como diuretico, diaforetico y contra los colicos (Ver Figura No. 1).

Dos siglos mas tarde, alrededor de 1789, Vicente Cervantes, desde Mexico, envia a Europa semillas que originan dos plantas, una purpura semidoble y otra rosada sencilla. Desde ese momento la Dahlia inicia su trayectoria hasta que en el ano 1818 se obtienen Dahlias de todos los colores las cuales aparecen en catalogos ingleses.

Desde el instante de su introduccion en Europa, el botanico sueco Andreas Dahl, alumno de Linneo se intereso profundamente en el estudio de esta especie, identificandose con el nombre de Dahlia spp, el genero a la cual aquella pertenece. El genero Dahlia spp comprende unas 26 especies de las cuales 22 crecen en las montanas mexicanas y las cuatro restantes en las regiones cercanas de Guatemala, Colombia y Las Antillas (Durvan, 1971).

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Segun su clasificacion la Dahlia spp pertenece a la familia de las compuestas y la subfamilia de las asteraceas. El principal compuesto que posee esta almacenado en sus raices y se conoce como inulina. La inulina es un fructano que se encuentra en muchas plantas como un hidrato de carbono de almacenamiento, tambien ha sido parte de la dieta diaria

del hombre durante varios siglos. La inulina esta regularmente presente en las verduras, las frutas y cereales, incluso en el puerro, la cebolla, ajo, el trigo, la achicoria, la alcachofa y el platano. Industrialmente, la inulina se obtiene de la achicoria, y se usa como ingrediente funcional en comidas que ofrecen una unica combinacion de interesantes propiedades nutritivas y beneficios tecnologicos. En las formulaciones de comida, la inulina mejora significativamente las caracteristicas organolepticas, permitiendo un realce del sabor en una amplia gama de aplicaciones. En particular, los fructanos aumentan el sabor, dan la estabilidad de espumas y emulsiones, tambien, muestran una excepcional conducta comparada con las grasas, ya que estas al ser reemplazadas por el hidrato de carbono de inulina muestra la ventaja de no modificar el sabor y textura de los productos agregando a ellos sus beneficios nutritivos (Madrigal & Sangronis, 2007).

La inulina quimicamente se ha definido como un material poli-disperso de hidrato de carbono que esta compuesta de cadenas de 25 a 30 moleculas de fructosa unidas por enlaces P (1-2) glucosidicos y terminada con una molecula de sacarosa. Es importante senalar que la inulina es degradada a oligomeros de cadena mas corta en disolucion acuosa debido a la accion de hidrolasas y luego convertidas a sacarosa.

La oligofructosa pertenece al grupo de los fructanos, que comparten la misma estructura basica de cadenas lineales de unidades de fructosa unidas por enlaces P (2-1). Estas cadenas pueden terminar en una unidad de glucosa. El grado de polimerizacion (GP) sera menor y es igual a 20-60 unidades (Biedrzycka, 2004).

La estructura molecular de la inulina comparada con la sacarosa y la oligofructosa es mostrada en la Figura No. 2.

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El grado de polimerizacion (GP) y la presencia de ramificaciones de la inulina son propiedades importantes que influyen en su funcionalidad.

Una distincion estricta debe hacerse entre la inulina de origen de la planta y la de origen bacteriano. El GP de la inulina de una planta es bastante bajo (a lo maximo 200) y varia segun la especie de planta, el tiempo, las condiciones y la edad fisiologica de la planta. La inulina extraida de raices frescas siempre contiene la glucosa, la fructosa, la sacarosa, y pequenas cantidades de oligosacaridos.

La historia de la inulina se situa por el ano 1804 con un cientifico aleman denominado Rose quien aislo por primera vez una substancia peculiar de una planta utilizando agua caliente. Esa planta fue Inula helenium y la substancia fue llamada despues inulina por Thomson en 1818. El aleman fisiologo botanico Julius Sachs fue el pionero que investigando los fructanos y, usando solo un microscopio, pudo descubrir los cristales esfericos de inulina en tuberosas de Helianthus helenium de Inula despues de la precipitacion con etanol.

Aunque hoy, la achicoria es la cosecha mayor usada para la produccion industrial de inulina, se han ido buscando otras materias primas que puedan abastecer su produccion. La primera referencia de la achicoria como consumo por los humanos fue hecho por Pedanios Dioscoride quien como medico en el ejercito romano, alabo la planta por sus beneficiosos efectos en el estomago, higado y rinones.

Despues, Baillargy (1942) reafirmo lo anterior aproximadamente en el ano 1850, cuando cocino la pulpa de alcachofa de Jerusalen (Helianthus tuberosus) para luego molerla para hacer pan y proporcionarlo como alimento humano.

En una base mas fisiologica, Kulz informo en 1874 que ningun azucar aparecia en la orina de diabeticos que consumieron 50 a 120 gramos de inulina por dia, y a finales del siglo XIX el alimento de los pacientes diabeticos con puro inulina en las dosis de 40 a 100 gramos diariamente fue reportado ser mucho mas beneficioso.

Los primeros estudios de los efectos de la inulina en la salud humana fueron llevados a cabo a inicios del siglo XX, aunque la inocuidad de inulina se demostro dramaticamente algunos anos despues con Shannon y Smith en el ano 1935 cuando uno de los autores se inyecto intravenosamente 160 gramos de inulina.

Hoy, la inulina es aceptada para el uso como un aditivo de comida por los gobiernos de nueve paises europeos (Belgica, Dinamarca, Francia, Luxemburgo, Paises Bajos, Portugal, Espana, Suecia, y Suiza) y Japon.

Segun sus propiedades fisicas, la inulina se considera un polvo blanco, higroscopico, insipido, e inodoro cuyo punto de fusion es 165[degrees]C y con una gravedad especifica de 1.356. El yodo le da un color amarillo que lo distingue del almidon y tambien es insoluble en agua fria y alcohol pero soluble en agua caliente y se precipita en refrigeracion (cristalizacion). Al calentar los acidos diluidos, estas se transforman en fructuosa, y en productos intermediarios. Los fermentos por ejemplo, diastasas, levadura, emulsiones y la saliva, tienen un ligero efecto formando azucar el cual aumenta la flora intestinal y no aporta calorias. Su solucion en el agua hirviente produce su rotacion sea izquierda en un rayo de luz polarizada. Se cree que la solubilidad de la inulina varia de acuerdo a las condiciones de cosecha de las raices de la dalia, asi a principios de octubre la inulina obtenida esta caracterizada por un alto porcentaje del contenido de inulina que puede llegar al doble.

A inicios de la decada pasada se obtenia inulina de la pataca (Helianthus tuberosus) y de la achicoria (Cichorium intybus), permaneciendo esta ultima como materia prima mas comun para la produccion industrial (Madrigal & Sangronis, 2007), existiendo ademas otras fuentes de inulina pero con menores rendimientos (Ver Tabla No. 1)

La inulina tiene muchas aplicaciones en la industria alimentaria por sus efectos beneficos por ser una fibra con propiedades prebioticas. Las fibras de comida son los sacaridos que no son hidrolizados ni absorbidos en la parte superior del sistema digestivo humano. Las enzimas digestivas del cuerpo humano no pueden descomponer las relaciones de B-(2-1) entre la fructosa de las moleculas de inulina y oligofructosa (Flamm, 2001). Algunos estudios demostraron que la inulina y la oligo-fructosa alcanzan el colon practicamente intacto. Ellos se fermentan por los microorganismos especificos del colon, lo que estimula su crecimiento (Barclay, 2010)

Los prebioticos son los ingredientes de comida no digeribles los que mejoran la salud estimulando el crecimiento o la actividad de algunos bacterias entre las que destacan lactobacilos y bifido bacterias. Los unicos prebioticos extensivamente conocidos en la actualidad son la inulina y la oligofructosa. Los efectos positivos de la inulina en el cuerpo humano son:

A. Estimula la absorcion de minerales.

La concentracion fuerte de acidos grasos, productos de la fermentacion, anima la absorcion de minerales, en particular [Ca.sup.2+] y [Mg.sup.2+]. Algunos estudios recientes demostraron que la inulina aumenta la reserva en estos iones en el cuerpo. De uno de estos estudios aparecia que una cantidad de 8 gramos de inulina por dia por adolescentes jovenes aumenta la reserva en estos de una manera significante. Este dato es muy interesante ya que es principalmente a esta edad que se establecen las reservas en estos minerales. Ademas, esta reserva es importante porque menos sera el riesgo para desarrollar la osteoporosis a una edad mas avanzada.

B. La influencia en el crecimiento de lactobacilos y bifidobacterias.

La presencia de inulina en el colon estimula el crecimiento del lactobacilos y bifidobacterias, por ejemplo, disminuye la intolerancia a la lactosa y algunos estudios demostraron que elementos de la particion de las celulas del Bifidobacterium reprimen el desarrollo de tumores (Flamm, 2001)

C. La reduccion de los riesgos de cancer de intestino.

La presencia de inulina en el colon no solo influye en el crecimiento de flora intestinal sino tambien tendria la propiedad de reprimir la produccion de una enzima procarcinogena bajando de la proporcion de colesterol (Barclay, 2010).

La inulina tambien tiene otros usos como reemplazante de grasas y mejoramiento de las emulsiones por su capacidad de retencion de agua; como base para edulcorantes por hidrolisis ya que se pueden obtener fructuosa y tambien se ha probado ser efectivo en la industria de tratamiento de aguas duras (como carboximetilinulina) ya que elimina la caliza mostrando su efectividad e inocuidad ya que se trata de una sustancia biodegradable que no contiene nitrogeno ni fosfatos en su composicion (Johansen, 2003).

II.--MATERIALES Y METODOS

Los materiales que se utilizaron fueron las muestras de tuberculos de la Dahlia spp provenientes del distrito de Monsefu, departamento de Lambayeque, cosechadas entre los meses de Abril a Junio, ellas fueron previamente sometidas a analisis bromatologicos para determinar su composicion quimica.

Para la extraccion y precipitacion de la inulina llevada por etapas (Figura No. 3) se usaron como solvente de cristalizacion el etanol 96% grado comercial, carbonato de calcio CaCO3 grado alimentario, sistema de bano Maria, bomba centrifuga y licuadora. La primera etapa de la obtencion de inulina se inicia con 1 Kg de tuberculos de Dahlia previamente lavados los cuales fueron cortados para extraer el jugo utilizando una licuadora, seguidamente se agrego carbonato de calcio para regular el pH hasta 7.6 para evitar la hidrolisis de la inulina. El procedimiento continua con la filtracion y calentamiento a 70[degrees]C para eliminar albuminoides hasta concentrar el liquido hasta la cuarta parte de volumen en el bano Maria.

Despues de concentrar el extracto se anade alcohol al 96%, determinandose que el volumen adecuado para la maxima precipitacion de los cristales (con relacion a la cantidad de extracto de los tuberculos de Dahlia) es de 1:1. Luego se enfrio la muestra hasta una temperatura de 2[degrees]C para lograr la formacion de los cristales de inulina.

Despues de precipitar la inulina esta fue sometida a filtracion de los cristales usando una bomba al vacio los cuales se llevaron a secar en una estufa con ventilacion regulada a 30[degrees]C. La inulina seca obtenida fue sometida a ensayos para observar algunas propiedades fisicas y compararla con la inulina industrial de achicoria.

[FIGURA 3 OMITIR]

III.--DISCUSION DE RESULTADOS

En la Tabla No. 2 se muestra la composicion bromatologica de los tuberculos de la Dahlia en la cual se puede notar que tiene un contenido de carbohidratos y fibra en base humeda significativo el cual justifica las propiedades descritas en la bibliografia. Esta composicion se determino de la Dahlia cosechada en los meses de Abril a Junio, pudiendo modificarse los valores si fuesen cosechadas en otros meses donde se han reportado tener mayor contenido de fructanos, esto esta en relacion con la cantidad de carbohidratos presentes en la planta.

La Tabla No. 3 muestra las caracteristicas fisicas observadas de la inulina extraida, el cual concuerda con la inulina comercial de achicoria, mostrando que no es un azucar reductor y de pH cercanos (Ver Tabla No. 4). El color y el sabor neutro tambien indica ser este un fructano (Madrigal & Sangronis, 2007).

Los parametros ideales para la extraccion fueron determinados teniendo en consideracion el tiempo de extraccion en caliente a 70[degrees]C y hasta la reduccion del volumen. La temperatura de cristalizacion debe estar en 2[degrees]C para acelerar la precipitacion de los cristales y ahorrar el tiempo de formacion de estos, pudiendose mejorar el proceso para lograr rendimientos mayores al obtenido en esta investigacion cuyo valor alcanzo al 12.85%. El solvente utilizado para la cristalizacion de la inulina fue etanol utilizando un volumen cuya relacion es 1:1 con respecto al volumen de extracto. Este solvente se eligio por sus caracteristicas de buen solvente de cristalizacion, ademas permite trabajar de manera segura ya que no afecta la calidad del medio ambiente ni menos la salud de las personas siendo su uso permitido en la extraccion de compuestos con fines alimentarios, pudiendo ser reutilizado despues de la filtracion para su recuperacion y reutilizacion.

IV.--CONCLUSIONES

En este trabajo se ha demostrado que la extraccion y cristalizacion de la inulina es un procedimiento sencillo y facil de aplicar para aprovechar la inulina de otras fuentes vegetales, para sintetizar por ejemplo la carboximetil inulina, para la alimentacion de animales en el tratamiento de agua como anti-incrustante y otros (Johansen, 2003)

La Dahlia muestra tener ventajas ya que podria utilizarse no solo los tuberculos de Dahlia sino tambien su flores con fines ornamentales y el bagazo (que se produce durante el proceso) el cual se podria aplicar con fines energeticos u otros.

El Peru cuenta con muchas plantas que aun no han sido estudiadas y merecen su atencion por las multiples bondades que puede ofrecer su utilizacion.

V.--AGRADECIMIENTOS

Los autores agracen el apoyo de la Facultad de Ingenieria Quimica del Departamento Academico de Quimica de la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo.

VI.--REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

(1.) Barclay, T; Ginic-Markovic, M; Cooper, P y Petrovski, N. 2010. Inulin--a versatile polysaccharide with multiple pharmaceutical and food chemical uses. Journal of Excipients & Food Chemicals, Vol. 1 Issue 3, p27-50

(2.) Biedrzycka, E; Bielecka; M. 2004. Prebiotic effectiveness of fructans of different degrees of polymerization. Trends Food Science Technology.15: 170-175.

(3.) CIP-UNC 2000. "I Curso Nacional Cultivo y Aprovechamiento del yacon". Oficina General de Investigacion UNC Editor. Cajamarca-Peru. Pag. 70.

(4.) Durvan S.A. 1971. Gran Enciclopedia Del Mundo. Ediciones Bilbao. 1971. Tomo VI pags: 445, 446.

(5.) Flamm, G; Glinsmann, W; Kritchevsky, D; Prosky, L; Roberfroid, M. 2001. Inulin and oligofructose as dietary fiber: a review of the evidence. Critical Reviews in Food Science and Nutrition; 41: 353-362.

(6.) Johansen, F. 2003 Toxicological profile of carboxymethiyl inulin. Food Chem. Toxicol; 41: 49-59

(7.) Madrigal, L & Sangronis, E. 2007. La inulina y derivados como ingredientes claves en alimentos funcionales. Archivos Latinoamericanos de Nutricion. Vol 4: 387-394.

Maria E. Fuentes Campos (1) *, Lucy Cotrina Pedraza (2) y Blanca Romero Guzman (3)

(1) Facultad de Ciencias, Dpto. Academico de Quimica, Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Peru. (elifuentesc@lamolina.edu.pe)

(2) Empresa TAWA. SA.

(3) Facultad de Ingenieria Quimica, Dpto. Academico de Quimica, Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo, Lambayeque, Peru.

* Autor de correspondencia.
Tabla No. 1: Contenido de fructanos en diferentes plantas

NOMBRE CIENTIFICO          NOMBRE COMUN     FRUCTANO      PORCENTAJE

Cichorium intybus           Achicoria        inulina        16-20
Helianthus tuberosus        Topinambur       inulina        15-20
Dahlia spp                    Dahlia         inulina          14
Smallanthus sonchifolius      Yacon          Fructo-         9-12
                                          oligosacarido
Allium sativum                 Ajo           inulina         9-11
Allium cepa                  Cebolla         inulina         2-6
Asparagus officinalis       Esparrago        inulina         2-3
Triticum spp                  Trigo          inulina         1-6
Musa spp                     Platano         inulina       0.3-0.7

Fuente: Centro Internacional de la Papa (CIP). Lima--Peru

Tabla No. 2: Composicion quimica de los tuberculos
de la Dahlia spp

COSTITUYENTE           BASE HUMEDA   BASE SECA

Agua (%)                  72.93         --
Cenizas (%)               1.28         4.72
Proteinas (%)             1.28         4.74
Grasas (%)                0.46         1.69
Fibra (%)                 7.49         2.03
Materia organica (%)      95.64        88.08
Carbohidratos (%)         16.56         --
Ca (%)                    0.085         --
P (mg/100 g)               7.2          --

Tabla No. 3. Propiedades observadas
en la inulina extraida de la Dahlia spp

PROPIEDAD             CARACTERISTICA

Olor                     Inodoro
Sabor                    Insipido
pH                         6,72
Densidad                1,19 g/ml
Brix ([grados]Bx)          42,8
Humedad                    5,34
Poder reductor         Negativo al
                    Ensayo de Fehling.

Tabla 4: Comparacion de la inulina
extraida de la Dahlia spp y de la
Achicoria (a 20[grados]C)

INULINA     pH    DENSIDAD    AZUCAR
                    g/ml     INVERTIDO

Achicoria   4-7     1.35        2.0
Dahlia      6.5     1.19      0.1045
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Author:Fuentes Campos, Maria E.; Cotrina Pedraza, Lucy; Romero Guzman, Blanca
Publication:Revista del Instituto de investigacion de la Facultad de minas, metalurgia y ciencias geograficas
Date:Jan 1, 2013
Words:3059
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