Extraccion-de-fibra-dietetica-de-residuos-agroindustriales-para-su-aplicacion-en-alimentos-funcionales

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE
MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

Extracción de fibra dietética de residuos
agroindustriales para su aplicación en alimentos
funcionales

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO EN ALIMENTOS

PRESENTA:
SADDAM MOISÉS RASGADO VÁZQUEZ

ASESORAS:
M. EN C. SELENE PASCUAL BUSTAMANTE
DRA. MARÍA ANDREA TREJO MÁRQUEZ

CUAUTITLÁN IZCALLI, ESTADO DE MÉXICO 2015

UNAM – Dirección General de Bibliotecas
Tesis Digitales
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FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
UNIDAD DE ADMINISTRACIÓN ESCOLAR
DEPARTAMENTO DE EXÁMENES PROFESIONALES
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. ,{J. N. A.!·At~ "
O.C,tllTAD DE ESTOOIOS. "
A~MADE
M.EXIc:,O
M. en C. JORGE ALFREDO CUÉLLAR ORDAZ
DIRECTOR DE LA FES CUAUTlTLAN
ASV~~BATORIO
~i~ ~--\""'J,l~. ~ . .=~ "'-
PRESENTE
¡}j.J1; ~,
. '~~j
,
,)'ifi. ' .' . l"
ATN: M. EN A. ISM .EL ~EZ MAURICIO
Jefe del Departa . ent~\\I'es Profesionales
~J,!tI!CSPrd~S Cuautitlán.
Con base en el Reglamento General de Exámenes, y la Dirección de la Facultad, nos permitimos
comunicar a usted que revisamos el: Trabajo de Tesis
Extracci6n de fibra dietética de residuos agroindustriales para su aplicación en alimentos funcionales
Que presenta el pasante: Saddam Moisés Rasgado Vázguez
Con número de cuenta: 410063383 para obtener el Titulo de la carrera: Ingeniería en Alimentos
Considerando que dicho trabajo reúne los requisitos necesarios para ser discutido en el EXAMEN PROFESIONAL
correspondiente, otorgamos nuestro VOTO APROBATORIO.
ATENTAMENTE
"POR MI RAZA HABLARÁ EL EspIRITU"
Cuautitlán Izcalli, Méx. a 12 de Febrero de 2015.
PROFESORES QUE INTEGRAN EL JURADO
NOMBRE ;¿Z PRESIDENTE Dra. Carolina Moreno Ramos ~-1.
VOCAL M. en C. Ignacio Martínez Treio Ótd!fr
SECRETARIO M. en C. Selene Pascual Bustamante
I .~
ler. SUPLENTE I.A. Dulce María Oliver Hernández ~ 2do. SUPLENTE M. en C. Alma Adela Lira Vargas
NOTA: los sinodales suplentes están obligados a presentarse el dfa y hora del Examen Profesional (art. 127).
IHM(mmgm-

AGRADECIMIENTOS

Esta tesis se la dedico principalmente a mis padres que siempre estuvieron conmigo,
apoyándome incondicionalmente, creyendo en mí. Mamá y papá gracias por darme la vida
y por permitirme cumplir mi sueño de estudiar. Los quiero mucho.

Tía Rosy, sé que al final te estuve dando uno que otro dolor de cabeza, pero muchas
gracias por escucharme, por tus consejos, creer en mí y sobre todo por toda la ayuda que
me brindaste. No tuve a mis padres cerca en este tiempo de la universidad pero siempre
sentí el calor de hogar con ustedes, Sol, Fabi.

A mis compañeras que también son como mi familia Mónica, Yara, Eleniux; porque
cuando las conocí muajajaja muchas cosas vivimos. Angilu por las palabras de ánimo que
siempre recibí de ti. Andrea flowers, cómplice de la carrera y más en el taller con Ale ap,
clímax de nuestra amistad. Porque gracias a ustedes el tiempo de la universidad y la tesis
fue más interesante e increíble.
Y por último y no por eso menos importante, gracias, Dra Andrea y Selene por la
oportunidad que me dieron para trabajar con ustedes y por la inmensa paciencia que me
tuvieron a lo largo de este proyecto.

CONTENIDO
ÍNDICE DE FIGURAS............................................................................................................... vii
ÍNDICE DE TABLAS.................................................................................................................. ix
RESUMEN ................................................................................................................................ 1
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 2
1. ANTECEDENTES ................................................................................................................... 4
1.1 La agroindustria ............................................................................................................ 4
1.2 La agroindustria en México .......................................................................................... 5
1.3 Materia prima de la industria alimentaria ................................................................... 8
1.4 Subproductos del procesado de frutas en México ..................................................... 10
1.5 Aprovechamiento de residuos de la industria de procesado de frutas ..................... 13
1.6 Fibra ............................................................................................................................ 16
1.6.1 Clasificación de fibra ............................................................................................ 19
1.7 Propiedades funcionales de la fibra ........................................................................... 25
1.8 Beneficios a la salud por el consumo de fibra ........................................................... 26
1.9 Métodos de extracción de fibra ................................................................................. 28
1.10 Usos y aplicaciones de la fibra .................................................................................. 31
2. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 34
Objetivo General ............................................................................................................... 34
Objetivos Particulares ................................................................................................... 34
3. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................................. 36
3.1 Material Biológico ....................................................................................................... 36
3.2 Tratamiento de la muestras. ...................................................................................... 36
3.3 Composición química de los residuos empleados...................................................... 36
v

3.4 Evaluación de la efectividad de los tratamientos de inhibición enzimática en los
residuos vegetales. ...................................................................................................... 37
3.5 Extracción física y química de la fibra en residuos vegetales ..................................... 38
3.6 Evaluación de composición y propiedades de la fibra extraída ................................. 39
3.6.1 Evaluación del rendimiento de la extracción ...................................................... 40
3.7 Técnicas analíticas ....................................................................................................... 40
3.7.1 Propiedades físicas y químicas de residuos vegetales y fibra extraída ............... 40
3.7.2 Evaluación de propiedades funcionales de la fibra ............................................. 44
3.8 Análisis estadístico. ..................................................................................................... 46
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...............................................................................................47
4.1 Evaluación química de residuos de frutas .................................................................. 47
4.1.1 Evaluación química de los diferentes residuos de la piña ................................... 52
4.2 Evaluación de la efectividad de los tratamientos de inhibición enzimática .............. 54
4.2.1 Efecto de los inhibidores enzimáticos en la actividad de la polifenol-oxidasa ... 54
4.2.2 Determinación de color ....................................................................................... 56
4.3 Comparación de métodos de extracción ................................................................... 58
4.3.1 Rendimiento de los métodos de extracción ........................................................ 58
4.3.2 Evaluación de parámetros químicos en la fibra obtenida de residuos de piña . 60
4.3.3 Evaluación de las propiedades funcionales en la fibra de piña........................... 64
4.3.4 Comparación entre las condiciones óptimas de extracción ácida y alcalina con
extracción física y comercial. ............................................................................... 68
4.3.4.1 Propiedades Químicas .................................................................................. 68
4.3.4.2 Propiedades Funcionales .............................................................................. 70
4.4 Aplicación de la fibra obtenida de los residuos agroindustriales ............................... 74
4.4.1 Diagrama de Procesos de la elaboración del pan ............................................... 76
vi

5. CONCLUSIONES ................................................................................................................. 81
6. RECOMENDACIONES ........................................................................................................ 82
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 83

vii

ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Exportaciones agroalimentarias de México en Enero-Febrero 2012. .................... 6
Figura 2. Principales productos cosechados en superficie nacional. ................................... 10
Figura 3. Aportación económica de la producción Nacional. .............................................. 11
Figura 4. Rendimiento de residuos agroindustriales de la A) Naranja, B) Mango, C)
Manzana y D) Piña. ................................................................................................. 13
Figura 5. Estructura de la célula vegetal. ............................................................................. 17
Figura 6. Estructura de la Pared Celular. .............................................................................. 18
Figura 7. Estructuras básica de las sustancias pécticas. ....................................................... 21
Figura 8. Estructura de la celulosa. ...................................................................................... 23
Figura 9. Estructura de la hemicelulosa. .............................................................................. 24
Figura 10. Diagrama de proceso para la extracción de fibra por método físico y químico. 39
Figura 11. Método de determinación de fibra soluble, insoluble y dietética total. ............ 43
Figura 12. Contenido de Humedad en los residuos de la manzana (Malus domestica), piña
(Ananas comosus), naranja (Citrus sinensis), y mango (Mangifera indica) ......... 48
Figura 13. Contenido de Proteína en los residuos de la manzana (Malus domestica), piña
(Ananas comosus), naranja (Citrus sinensis), y mango (Mangifera indica) ......... 49
Figura 14. Contenido de cenizas en los residuos de la manzana (Malus domestica), piña
(Ananas comosus), naranja (Citrus sinensis), y mango (Mangifera indica) ......... 50
Figura 15. Contenido de Fibra cruda en los residuos de la manzana (Malus domestica),
piña (Ananas comosus), naranja (Citrus sinensis), y mango (Mangifera indica) . 51
Figura 16. Contenido de proteína, cenizas y fibra cruda en base seca de los diferentes
residuos de la piña: gabazo, corazón y cascara. .................................................. 53
Figura 17. Efecto de la actividad enzimática de la polifenoloxidasa en los diferentes
tratamientos con antioxidantes (ácido ascórbico, ácido cítrico, EDTA) sobre el
pardeamiento enzimático .................................................................................... 55
Figura 18. Croma de la fibra de piña después de los tratamientos de inactivación de
enzimas ................................................................................................................ 57
viii

Figura 19. Luminosidad de la fibra de piña después de los tratamientos de inactivación de
enzimas ................................................................................................................ 58
Figura 20. Rendimiento de fibra obtenida de residuos de piña obtenida por los métodos:
(A) ácido y (B) alcalino a diferentes concentraciones (1, 2%) y dos temperaturas
(50, 70 °C) ............................................................................................................. 60
Figura 21. Contenido de Humedad de la fibra de residuos de piña obtenida por los
métodos: (A) ácido y (B) alcalino a diferentes concentraciones (1, 2%) y dos
temperaturas (50, 70 °C) ...................................................................................... 61
Figura 22. Contenido de proteína de la fibra de residuos de piña obtenida por los
métodos: (A) ácido y (B) alcalino a diferentes concentraciones (1, 2%) y dos
temperaturas (50, 70 °C) ...................................................................................... 62
Figura 23. Evaluación del contenido de cenizas totales en la fibra de piña obtenida por
método (A) ácido y (B) alcalino a diferentes concentraciones (1, 2%) y dos
temperaturas (50, 70 °C) ...................................................................................... 63
Figura 24. Capacidad de Hinchamiento de la fibra de residuos de piña obtenida por los
métodos: (A) ácido y (B) alcalino a diferentes concentraciones (1, 2%) y dos
temperaturas (50, 70 °C) ...................................................................................... 65
Figura 25. Capacidad de Retención de Agua dela fibra de residuos de piña obtenida por
los métodos: (A) ácido y (B) alcalino a diferentes concentraciones (1, 2%) y dos
temperaturas (50, 70 °C) ...................................................................................... 67
Figura 26. Evaluación de la Capacidad de Retención de Aceite en la fibra de piña obtenida
por método (A) ácido y (B) alcalino a diferentes concentraciones (1, 2%) y dos
temperaturas (50, 70 °C) ...................................................................................... 68
Figura 27. Diagrama de flujo para la elaboración del pan. .................................................. 77

ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Ramas de la industria de alimentos procesados y bebidas y las actividades que
involucran. ................................................................................................................ 7
Tabla 2. Materias primas de la agroindustria. ....................................................................... 8
Tabla 3. Frutas procesadas industrialmente. ....................................................................... 12
Tabla 4. Componentes aprovechados de residuos industriales. ......................................... 15
Tabla 5. Características de la estructura de la pared celular. .............................................. 18
Tabla 6. Fuentes de los tipos de fibra. .................................................................................20
Tabla 7. Características que confiere a la fibra a los alimentos. .......................................... 33
Tabla 8. Muestras de los residuos evaluados. ..................................................................... 36
Tabla 9. Tratamientos para la inhibición enzimática. .......................................................... 38
Tabla 10. Comparación de las propiedades químicas entre las condiciones óptimas de la
extracción ácida y alcalina con el método físico y salvado de trigo comercial. .. 69
Tabla 11. Comparación de las propiedades funcionales entre las condiciones óptimas de la
extracción ácida y alcalina con el método físico y salvado de trigo comercial. .. 71
Tabla 12. Contenido de fibra insoluble, soluble y total en las muestras extraídas. ............ 73

RESUMEN
Los subproductos generados por la industria alimenticia representan grandes problemas
ambientales y económicos, debido a la gran cantidad de producción. Una fuente
importante de fibra que no es aprovechada, es la de los residuos vegetales, que por los
polímeros que los constituyen presentan propiedades funcionales que son las causantes
de los efectos fisiológicos benéficos que desarrolla la fibra. El objetivo del proyecto es la
extracción de fibra dietética a partir de residuos industriales mediante métodos químicos
y físicos para su aprovechamiento como ingrediente funcional en la industria de
alimentos. Los residuos evaluados fueron de diversos frutos: piña, manzana, mango,
naranja provenientes del mercado del Carmen de Cuautitlán Izcalli, Estado de México. Los
métodos químicos empleados para la extracción de fibra de los residuos de piña fueron,
ácido (H2SO4) y alcalino (KOH) en dos concentraciones (1 y 2%) con dos temperaturas (50 y
70°C), mientras que el método físico consistió en la reducción de tamaño de los residuos
de piña y el secado en microondas por 15 min.

Los residuos de la piña fueron los que presentaron mayor contenido de fibra con un 65%,
por lo cual fue seleccionado como materia prima en el proyecto. Para la inactivación
enzimática de los residuos de la piña, se emplearon diferentes antioxidantes como el
ácido ascórbico al 1 y 0.5%, al ácido cítrico al 1 y 0.5% y ácido etilendiaminotetraacético
(EDTA) al 0.5 y 0.25%, pero se encontró que la mayor inactividad enzimática se registró
solamente secando la muestra, descartando así el uso de antioxidantes. Las condiciones
que presentaron mejores propiedades funcionales en la fibra fueron: para el método
ácido 1% a 70°C obteniendo 13.7 mL/g en capacidad de hinchamiento y para el método
alcalino 2% de KOH a 70°C se obtuvo 11.8 mL/g, mientras que en la fibra obtenida por el
método físico se obtuvo 5.8 mL/g. En la capacidad de retención de agua se reportaron
valores de 4.8 a 7.7 g de H2O/g. En cuanto a la capacidad de retención de aceite se registró
1.6 a 3.1 g de aceite/g de muestra. La fibra obtenida presentó propiedades funcionales
que pueden ser de utilidad para el desarrollo de un alimento de panificación.

INTRODUCCIÓN
Debido al crecimiento de las agroindustrias, se ha generado también, mayor demanda de
materias primas provenientes de diferentes áreas entre ellas la agrícola como las frutas y
verduras, estas materias primas al ser procesadas generan grandes cantidades de
residuos, cuyo principal destino, es para la alimentación animal (Milena et al., 2008;
Rendón y Morales, 2008). Sin embargo estos subproductos contienen valiosos
componentes como: ácidos orgánicos, sustancias colorantes, fibra, proteína, aceites,
vitaminas entre otras que suelen ser de interés en las industrias: alimentarias,
farmacéutica, química y cosmética (Larrauri et al., 1995).

La fibra al ofrecer diversos beneficios a la salud como prevenir la diabetes, cardiopatía o
neoplasias del estómago, aligeramiento del tránsito intestinal, eliminación de grasas,
entre otras (El Universal, 2012). Y además al presentar propiedades funcionales como: la
capacidad de hinchamiento, la capacidad de retención de agua y la capacidad de retención
de aceite, pueden ser explotadas para el desarrollo de nuevos productos alimenticios,
brindándole nuevas y mejores características al producto final (Bello, 2000). Por todos
estos aportes de la fibra se han buscado nuevas alternativas y fuentes para aprovecharla.

Los métodos tradicionales para la obtención de la fibra involucran operaciones como
trituración para disminuir tamaño de partícula, lavado para eliminar carga microbiana,
residuos y azúcares simples; filtración y secado para prolongar su vida útil y finalmente, la
molienda y el envasado (Pérez, 2003). Algunos autores proponen incluir otros procesos
como la extrusión, la esterilización y la hidrolisis en medio ácido y alcalino para inducir a
los residuos fibrosos propiedades funcionales deseables para un sistema alimenticio
específico (Priego, 2007).

Al ofrecer una alternativa de aprovechamiento de la fibra en subproductos
agroindustriales se busca reducir los impactos ambientales generados por el procesados
de frutas, aumentando la rentabilidad de la empresa ya sea en términos de recuperación
3

de subproductos comerciables, como en términos de reducción de los costos asociados al
tratamiento de los residuos generados (CONAMA, 1998).

Es por ello que se plantea propuestas con diferentes condiciones para evaluar la
extracción de fibra dietética a partir de residuos industriales mediante métodos químicos
y físicos para su aprovechamiento como ingrediente funcional en la industria de
alimentos.
ANTECEDENTES

1. ANTECEDENTES
1.1 La agroindustria

La agroindustria es la rama de industrias que transforman los productos de la agricultura,
ganadería, riqueza forestal y pesca, en productos elaborados. Este sector nacional incluye
la integración de los procesos de producción, transformación y comercialización de los
productos primarios agropecuarios y pesqueros; ayuda a conservar los productos
alimentarios, añade valor, reduce las pérdidas postcosecha y permite transportar a los
alimentos a mayor distancia, incluyendo a las ciudades en rápido crecimiento (SAGARPA,
2008).

La importancia de las agroindustrias radica en su potencial de generar empleo para la
población rural, no sólo a nivel agrícola, sino también en actividades fuera de la
explotación como manipulación, envasado, procesamiento, transporte y comercialización
de productos alimentarios y agrícolas. También por el aporte económico que significa
debido a una mayor demanda de materias primas procedentes de la producción primaria
(Da Silva et al., 2013). Otra función importante de la agroindustria para el consumidor es
la seguridad alimentaria ya que un producto terminado de buena calidad, dependen no
sólo de la destreza del personal de la industria y del cuidado de los distribuidores y
vendedores, sino también de gran número de productores y de su conocimiento de las
variedades de animales y vegetales, del almacenamiento y del transporte de los productos
(Barnell, 1976).

Debido a las aportaciones benéficas de las agroindustrias en el desarrollo de los países, se
ha presentado una evolución en este sector agroindustrial en los países en desarrollo. Esta
evolución ha influido en el crecimiento del sector encargado de la distribución minorista
de alimentos que son los supermercados (Rendón y Morales, 2008). Tomando en cuenta
que los productos alimentarios procesados constituyen el 65% de las ventas de alimentos
de los supermercados en los países de desarrollo y que los productos alimentarios
semiprocesados representan alrededor de 20 al 25%, ambos productos provenientes de
ANTECEDENTES

las agroindustrias. El desarrollo del sector de supermercados dependen de las respuestas
apropiadas por parte del sector de elaboración de alimentos, lo que crea,al menos
inicialmente, condiciones de dependencia mutua (Da silva et al., 2013).

Según la FAO (2009), en los últimos 25 años casi se ha duplicado la participación de la
adición de valor de la elaboración mundial de alimentos, bebidas, tabaco y textiles. Dentro
de la agroindustria, el procesamiento de alimentos y bebidas es con diferencia el
subsector más importante en términos de valor añadido, ya que representa más del 50%
del total del sector formal del agroprocesamiento en los países de ingresos bajos y más de
un 60 % en los países de ingresos medianos altos. Las materias primas más procesadas en
el subsector de procesamiento de alimentos son: La carne, el pescado, las frutas y
hortalizas y las grasas, así como los productos de panadería, las pastas alimenticias, el
chocolate, etc.

Tal y como lo muestra CIAA, (2006) las industrias alimentarias en los países emergentes
están experimentando una considerable expansión, especialmente en América Latina y
Asia.

En todos los países en desarrollo, el crecimiento de la población se está transformando en,
sobre todo, un fenómeno urbano, con un aumento del papel de la agroindustria como
mediador entre la producción de alimentos y el consumo final. El grado de transformación
estructural y de organización del sector agroindustrial difiere de un país a país e incluso
entre regiones dentro de un mismo país (Wilkinson, 2004).

1.2 La agroindustria en México

En el caso de México las agroindustrias ocupan un lugar dentro del sistema de cadenas de
valor al depender de las materias primas de los productores, añadiendo un importante
ANTECEDENTES

valor a la producción agrícola, tanto para el mercado nacional como el de exportación
(Saval, 2012).

En cuanto a la conformación de la estructura de exportaciones agroalimentarias del país
clasificadas por subsectores de acuerdo al Sistema de Clasificación Industrial de América
del Norte (SCIAN), las cifras en Enero-Febrero del 2012 indican que los sectores de
Agricultura e Industria Alimentaria participan con el 75 % del total de exportaciones del
sector agroalimentario, tal y como se puede observar en la Figura 1.

Figura 1. Exportaciones agroalimentarias de México en Enero-Febrero 2012.
Fuente: SFA (2012).

La industria de alimentos procesados y bebidas, es uno de los sectores de mayor
importancia económica del país debido a las ventas al exterior de productos que
representan. Este sector está formada por 12 ramas: carnes y lácteos, frutas y hortalizas,
molienda de trigo, molienda de nixtamal, beneficio y molienda de café, azúcar, aceites y
grasas comestibles, alimentos para animales, otros productos alimenticios, bebidas
alcohólicas, cerveza y malta, refrescos y aguas gaseosas (SAGARPA, 2008), en cada rama
se involucran diferentes actividades relativas a la transformación de bienes y a la
prestación de servicios industriales complementarios, algunos ejemplos de las actividades
ANTECEDENTES

que se realizan en cada una de las ramas de la industria de alimentos procesados y
bebidas se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Ramas de la industria de alimentos procesados y bebidas y las actividades que
involucran.
Rama Actividades que involucra
Carnes y lácteos
Matanza de ganado, preparación y conservación de carnes mediante
operaciones de curado, ahumado, etc. y elaboración de productos
lácteos.
Frutas y legumbres
Elaboración de conservas de frutas y legumbres ya sean deshidratadas,
envasadas, enlatadas o congeladas, incluye la fabricación de jugos de
frutas y legumbres, y mermeladas.
Molienda de trigo y
otros cereales
Producción de panes, pasteles, tortillas y galletas.
Molienda de nixtamal Harina de maíz, molienda de nixtamal y fabricación de tortillas.
Molienda de café Obtención de café tostado, molido y soluble
Azúcar Fabricación de azúcar y piloncillo, destilación de alcohol etílico
Aceites y grasas
comestibles
Fabricación de aceites vegetales comestibles, margarinas.
Alimentos para
animales
Fabricación de alimentos preparados o balanceados para todo tipo de
animales.
Otros productos
alimenticios
Confituras, dulces, chocolates también el empacado, conservación y
enlatado de pescados, mariscos, crustáceos, moluscos o tras especies
acuáticas.
Bebida alcohólicas A base de caña, agaves, frutas y grano, fermentadas o no fermentadas.
Cerveza y malta Fabricación de cerveza y malta.
Refrescos y aguas
gaseosas
Elaboración de refrescos embotellados, aguas minerales.
Tabaco Elaboración de cigarros y puros.
Fuente: Elaborado a partir de información de INEGI (2005).

En México la competencia en la industria alimentaria es alto, donde participan empresas
con grandes recursos de capital, personal, investigación y desarrollo, inversión
publicitaria, diversidad en líneas de producto y reconocimiento de sus marcas. Las
principales marcas competidoras en el mercado nacional son: La Costeña, Clemente
Jacques, Del Monte, Hellmann’s, Smucker’s, French’s, La Moderna, Dolores, Tuny, Jumex,
ANTECEDENTES

Del Valle, V8 de Campbell’s, Ades, Vita Real, Karo, Nescafé y Valentina (Rendón y Morales,
2008).

En cada empresa del sector alimentario se necesita de materias primas para obtener un
producto final y una característica clave de estas materias es su naturaleza perecedera, la
oferta y la calidad de las cuales pueden variar significativamente con el tiempo. Dadas las
condiciones de incertidumbre de la oferta de materias primas, puede resultar difícil
planificar los procesos de transformación y producción y lograr economías de escala,
especialmente cuando hay parámetros de calidad muy específicos (por ejemplo, enlatado
de frutas y hortalizas) (Da Silva et al., 2013).

1.3 Materia prima de la industria alimentaria

Las materias primas que emplea la agroindustria para la producción, transformación y
comercialización de un producto terminado van a depender del tipo de alimento que se
quiera obtener. Barnell (1976) clasificó las materias primas dependiendo del origen del
alimento: vegetal, animal y vegetal y animal tal y como se observa en la Tabla 2.

Tabla 2. Materias primas de la agroindustria.
Alimentos de origen vegetal
1. Cereales: trigo, maíz, arroz, cebada, avena,
centeno, etc.
2. Azúcar: azúcar en bruto, de caña o remolacha.
3. Verduras: guisantes, judías, patatas, verduras
foliares, remolacha, etc.
4. Frutas: hay una gran variedad
Alimentos de origen animal
5. Carnes: vaca, cordero, cerdo, aves de corral.
6. Productos derivados: leche, huevo, queso.
7. Pescados
Alimentos de origen animal o vegetal 8. Grasas y aceites
Fuente: Elaborado a partir de información de Barnell (1976).

Las materias primas juegan un papel muy importante en la agroindustrialización para
llegar al producto final deseado, pero al mismo tiempo su producción y transformación
ANTECEDENTES

involucra también daños al medio ambiente. Barrett et al. (2001) examinaron los impactos
ambientales de la agroindustrialización a través de tres perspectivas diferentes:
1) Efectos directos en la agricultura y en las industrias de abastecimientos.
2) Efectos posteriores directos en el procesamiento, la distribución y las actividades
comerciales relacionadas en las cadenas de abastecimientos agroindustriales.
3) Efectos indirectos como el aumento de los ingresos y otros cambios estructurales.

El primer punto se refiere a los aumentos y transformaciones de la producción agrícola
que acompañan a la agroindustrialización, estos aumentos, tienen profundas
implicaciones en el uso de la tierra. Los problemas que conllevan son: la deforestación,
desertificación y pérdida de biodiversidad, además induce al incremento de uso de
productos agroquímicos, (entre otros).

El segundo punto se enfoca en la transformación de la materia prima, por los materiales
dedesecho procedentes de las operaciones de procesamiento, algunos de los cuales
puede utilizarse como subproductos y otros que se deben eliminar. Señalan también que
la industrialización del agroprocesamiento no sólo crea un nuevo (y mayor) flujo de
desechos, sino que también distribuye estos desechos desde el punto de producción de
materias primas hacia otros lugares (Barrett et al., 2001).

El último punto se refiere a que los procesos de agroindustrialización han provocado
profundos impactos tanto en los usos de la energía como en la importancia relativa de las
diferentes fuentes de energía, con diferentes impactos ambientales. Si bien la
agroindustrialización tenderá a aumentar la demanda de trasporte e inducirá a un uso
mayor de combustibles, especialmente cuando implique una especialización geográfica.

De acuerdo a Barret et al. (2001) el agroprocesamiento es la etapa en donde hay mayor
impacto al medio ambiente debido a los grandes volúmenes de residuos que se generan,
las características de los residuos agroindustriales son muy variadas y dependen de la
ANTECEDENTES

materia prima del proceso que los generó. Entre todos estos residuos existen algunos
subproductos que se pueden aprovechar como materia prima para otro proceso.

1.4 Subproductos del procesado de frutas en México

La superficie territorial de México es de 198 millones de hectáreas, de las cuales 22 136
742 hectáreas es clasificado por el INEGI como superficies dedicada a cultivos agrícolas. El
70% de esta superficie se dedica a los cereales y forrajes, los cultivos industriales y las
frutas y hortalizas se dedican al 11 y 10% de la superficie total de cultivos (Figura 2).

Figura 2. Principales productos cosechados en superficie nacional.
Fuente: SAGARPA (2011).

Para el país los cultivos que representaron mayor importancia económica en el 2011
fueron los cereales y forrajes 41% y las frutas y hortalizas con 40% del valor total de
producción, a pesar de sólo ocupar 14% de la superficie dedicada a cereales y forrajes
(Figura 3).
ANTECEDENTES

Figura 3. Aportación económica de la producción Nacional.
Fuente: SAGARPA (2011).

Los productos agrícolas mexicanos están bien catalogados en el mundo, por sus altos
niveles de diversidad, sanidad e inocuidad, situación que permite a los productores
nacionales realizar exportaciones a 43 países del mundo con los que se tienen acuerdos
comerciales, principalmente países europeos y asiáticos que cuentan con los más
rigurosos estándares de calidad (SAGARPA, 2012). México es de los principales
productores de frutas del mundo y ocupa el primer lugar en exportación de aguacate,
sandía, limón y papaya, siendo su principal mercado Estados Unidos.

Entre las frutas más procesadas en México se encuentran la naranja, el mango, la
manzana y la piña cada una de estas frutas son industrializadas para obtener diferentes
productos jugos, néctares, mermeladas, puré, ates, entre otros. Tal y como se muestra en
la Tabla 3, donde lo que tienen en común estas frutas es que son empleadas para la
elaboración de jugos o néctares.

ANTECEDENTES

Tabla 3. Frutas procesadas industrialmente.
FRUTO CARACTERÍSTICAS INDUSTRIALIZACIÓN
Naranja Consta de varios carpelos o gajos,
cada uno de los cuales contiene una
pulpa de color variable entre el
anaranjado y el rojo, y varias semillas
Jugo de naranja,
concentrados, aceite
esencial de naranja, jugo de
pulpa lavada, concentrado
congelado, concentrado
para animales y d-limoneno.

Mango Fruto suculento, carnoso de forma
arriñonada u oval, de 5 a 15 cm de
longitud y color verdoso, amarillento
o rojizo muy dulce; encierra un hueso
grande aplanado, rodeado de una
cubierta leñosa; los hay esféricos y
aplanados
Puré, néctar, pulpa
concentrada y congelada,
ate, rebanadas en almíbar o
deshidratadas, encurtidos.
Manzana Es un fruto de estructura firme,
carnosa, derivada del receptáculo de
la flor. Las características físicas del
fruto son muy variables. El color de la
piel va desde el verde hasta el rojo
muy oscuro, casi negruzco.

Manzanas secas, enlatadas y
cortadas en rodajas, zumo
de manzana pasteurizado,
sidra, vinagre.
Piña Flores caracterizadas por unas
escamas foliares, y por flores
regulares de tres piezas. La piña
tropical mide unos 30 centímetros y
tienen un diámetro de 15
centímetros. Su peso ronda los dos
kilos; es rica en carotenos y azúcares.
Productos enlatados, jugos y
concentrados de piña, jaleas,
vinagre.

Fuente: Elaborado a partir de información de SIAP (2014).

Los subproductos que se generan en la industrialización de estas frutas está constituida
principalmente por: cáscaras, bagazo, corazón y semillas. Residuos que si no tienen un
manejo adecuado pueden ocasionar problemas ambientales.

En la Figura 4 se presentan los porcentajes de residuos orgánicos generados en la
industrialización de la naranja, mango, manzana y piña. Donde se observa que los
ANTECEDENTES

subproductos generados en las frutas si son representativos, siendo en la naranja el 50%,
en el mango el 60% la manzana un 25% y en la piña de un 35% del peso de las frutas.

Figura 4. Rendimiento de residuos agroindustriales de la A) Naranja, B) Mango, C) Manzana y D)
Piña. Fuente: Elaborado a partir de información de O´shea et al. (2012); Mabel et al. (2014).

Estos altos porcentajes de subproductos que se generan han sido foco de atención para la
industria alimentaria, permitiendo la búsqueda de su desarrollo sostenible, aplicando cada
vez más medidas para aprovechar y valorizar los subproductos generados. Asimismo, este
aprovechamiento crea nuevas fuentes de riqueza que aportan una mayor rentabilidad
económica al proceso industrial de partida (Fernández et al., 2008).

1.5 Aprovechamiento de residuos de la industria de procesado de frutas

En la actualidad el alto desarrollo de la agroindustria, entre ella la rama del procesado de
frutas, conlleva a la generación de grandes cantidades de residuos, de igual forma que el
perfeccionamiento e implementación de nuevas técnicas o métodos para el
ANTECEDENTES

aprovechamiento de éstos ya sea en alimentación animal y humana, abonos, obtención de
biogás, en la extracción de aceites esenciales, pectinas, flavonoides, fibra, entre otros
(Milena et al., 2008).

El problema al que se enfrentan estos residuos agroindustriales, es que no existe una clara
conciencia ambiental para su manejo, además de que falta capacidad tecnológica y
recursos económicos para darles un destino final, así como una legislación específica para
promover la gestión de este tipo de residuos, que asegure un buen manejo desde su
generación hasta su disposición final (Wang et al., 2008).

Es por ello que se buscan alternativas para reutilizar los subproductos con componentes
activos generados durante la transformación de la materia prima. Algunos criterios para
seleccionar si es factible el reciclado de los residuos para su aprovechamiento son los
siguientes (Saval, 2012):

 Que el residuo esté disponible localmente y en las cantidades necesarias para
asegurar la fabricación de un producto de interés.
 Que no tenga otras aplicaciones o usos que compitan con el proceso que se
pretende promover.
 Que no requiera pretratamiento, y en caso de requerirlo, que éste sea sencillo y
económico.
 Que la disponibilidad del residuo permita planificar el proceso para el cual se va a
utilizar.
 Que sea estable, es decir, que no se descomponga fácilmente bajo las condiciones
ambientales del sitio donde se genera.

Al buscar una oportunidad de aprovechamiento de los residuos, se debe cumplir con los
puntos anteriores para evitar un fracaso en el proceso, además es necesaria la
caracterizaciónpara conocer su composición, la calidad de sus componentes y la cantidad
ANTECEDENTES

que se genera, con esto se puede definir las tecnologías más apropiadas para su
aprovechamiento y posterior tratamiento.

En la siguiente tabla se resumen algunos componentes activos aprovechados de los
subproductos que son generados en la industria de procesado de frutas y además las
aplicaciones que se les dan.

Tabla 4. Componentes aprovechados de residuos industriales.
Componente /producto
obtenido
Fuente de obtención Aplicación
Flavedo y albedo
Aceites esenciales
Carotenoides
Residuos en la industria de
los cítricos
Pienso
Aromatizar, antifúngico
Colorante natural
Antocianos
Subproductos de la
industria enológica
Colorantes natural
Pectina
Residuos de la industria de
zumo de manzana, naranja
Espesante
Fuente: Elaborado a partir de información de Arthey y Ashrst (1997); Wang et al. (2008).

La industria de los cítricos, es muy llamativa para el aprovechamiento de sus subproductos
debido a la calidad de sus componentes activos como los aceites esenciales y
carotenoides, otra fuente de aprovechamiento de este tipo de residuos es el flavedo y
albedo que se usan fundamentalmente para pienso (Wang et al., 2008).

La extracción de los pigmentos de los residuos de frutas ha sido fuertemente investigada y
se han surgido distintos procedimientos para su aprovechamiento industrial. Hay dos
colores de enorme importancia para la industria de zumos y bebidas no alcohólicas, el
rojo-naranja de los carotenoides y el rojo oscuro-azul de los antocianos. Estos colorantes
naturales pueden ser aprovechados de los residuos de la industria enológica y de los
cítricos (Ordoñez et al., 1998).

ANTECEDENTES

Otra alternativa de aprovechamiento de residuos vegetales son todos los materiales que
se generan al ser procesadas las frutas y hortalizas, ya que se acumula una gran cantidad
de residuos, que son una fuente rica de compuestos bioactivos como lo son pectinas,
aceites, o fibra dietética.

La fibra está constituida principalmente de biopolímeros, como la hemicelulosa, celulosa,
lignina, pectina y otras gomas que varían en proporción dependiendo de la fuente (Avala,
2007). Actualmente se ha fomentado el consumo de este nutrimento por sus propiedades
que ayudan a la absorción de azúcares, prevenir la diabetes, las cardiopatías o neoplasias,
alteraciones cardiovasculares (El Universal, 2012).

1.6 Fibra

El significado de fibra, va a depender del campo del investigador, por ejemplo;
químicamente se define como “La suma de polisacáridos y lignina que no sean digeridos
por enzimas secretadas por el tracto gastrointestinal humano” (Thebaudim et al., 1997).
Pero para entender mejor de donde proviene, se recurre a la definición botánica donde,
se refiere a la rigidez de los constituyentes fibrosos de las paredes celulares. Mientras que
para conocer su funcionalidad es necesario el punto de vista nutricional/medico, donde,
la fibra es resistente a la digestión, proporciona volumen a las heces, retiene agua, actúa
como un sitio para intercambiar iones y unir moléculas orgánicas (Dreher, 1987).

Los residuos generados en el procesado del mango, manzana, naranja y piña son de origen
vegetal, por lo tanto la fibra estará constituida por los componentes estructurales de las
paredes celulares de estos residuos orgánicos, entre estos componentes estructurales
destacan: la celulosa, la hemicelulosa, las pectinas, gomas (algarrobo, guar, arábiga y
tragacanto) y la lignina. Estos polímeros no se encuentran de manera natural en los
alimentos de origen animal, ya que son exclusivos de los vegetales. La composición de
ANTECEDENTES

dichas fibras es muy variada en los distintos alimentos y depende de muchos factores
entre los que destaca la madurez del producto (Badui, 2006).

La pared celular vegetal, donde se encuentra la fibra, es una estructura compleja que,
además de dar soporte a los tejidos vegetales, tiene la capacidad de condicionar el
desarrollo de las células (García, 2012). En la Figura 5 se muestra gráficamente la
estructura interna de una célula vegetal, donde se observa una capa que recubre por
completo el exterior de la membrana plasmática, esta es la pared celular, esta capa es
gruesa, semi-rígida; está compuesta de tres tipos de polisacáridos (celulosa, hemicelulosa
y pectina) y diversas glicoproteínas. Sus principales funciones son: permitir el paso de
sustancias a la célula, conecta las células para formar tejidos, le indica a la célula que
crezca y se divida y controla la forma de los órganos (Lodish et al., 2005).

Figura 5. Estructura de la célula vegetal.
Fuente: Zapata (2014).

La pared celular representa varias capas que se desarrollan con la maduración celular. De
fuera hacia dentro de la célula son: 1) lámina media, 2) pared primaria y 3) pared
secundaria (como se muestra en la Figura 6). Puede presentar modificaciones en su
estructura. Las características de la pared celular se describen en la Tabla 5.
ANTECEDENTES

Figura 6. Estructura de la Pared Celular.
Fuente: Elaborado a partir de información de García (2012).

El concepto de fibra ha sido evolucionando a lo largo del tiempo, por lo cual se encuentran
diferentes términos como fibra cruda y fibra dietética para referirse a la fibra, pero es
necesario hacer una distinción entre estos términos. La primera es la que se consigna
generalmente en las tablas de composición de los alimentos y que se determina
analíticamente sometiendo los productos a un tratamiento en caliente con ácido
clorhídrico y posteriormente con hidróxido de sodio: en estas condiciones se pierde una
fracción importante de polisacáridos que sí se incluyen en la fibra dietética; mientras que
la fibra dietética se refiere al total de los polisacáridos de la planta, junto con la lignina
(Badui, 2006).

Tabla 5. Características de la estructura de la pared celular.
Capas Características
Lámina media
Presenta un aspecto homogéneo, sirve de cemento de unión a
células adyacentes y su disolución, mediante enzimas, permite la
separación celular de dichas células
Pared primaria
Mide entre 100 y 200 nm de espesor y es producto de la
acumulación de 3 ó 4 capas sucesivas de microfibrillas de celulosa.
Pared secundaria
Presente solo en algunos tipos celulares. Está situada entre la pared
celular primaria y la membrana plasmática, puede llegar a tener 3
subcapas (externa, media e interna)
Fuente: Elaborado a partir de información de García (2012).
ANTECEDENTES

1.6.1 Clasificación de fibra

La clasificación de la fibra puede darse desde diferentes enfoques por ejemplo (Moreno,
2013):
 Según su relación con la estructura de las paredes celulares.
 Según su naturaleza química (polisacáridos no relacionados con el almidón y
polisacáridos no relacionados con la celulosa).
 Por su solubilidad en el agua.

Desde el punto de vista de la nutrición humana, que es el principal uso que se le destinará
a la fibra extraída, la clasificación más importante es la última mencionada, que es a partir
de su solubilidad, del cual se distinguen la fibra soluble y la insoluble.

La fibra Soluble (FS): incluye pectinas, gomas, mucílagos y ciertos tipos de hemicelulosa
solubles, se caracteriza porque gran parte de ella sufre un proceso de fermentación en el
colon, con producción de hidrógeno, metano, dióxido de carbono y ácidos grasos de
cadena corta (Periago y Ros, 1992).

La fibra Insoluble (FI): formada por la celulosa, lignina y hemicelulosa, apenas sufre
procesos fermentativos, tiene un efecto más marcado en la regulación intestinal, con
reducción de tiempo, en el tránsito de los alimentos y aumento de la excreción (Bach,
2001).
Los componentes de la fibra se encuentra disperso en productosde la naturaleza, tal y
como se observa en la Tabla 6.

ANTECEDENTES

Tabla 6. Fuentes de los tipos de fibra.
Fibra Componentes Usos generales
Algunas fuentes
alimenticias
Soluble
Pectinas Gelificantes
Arándano rojo, cebada,
duraznos, lentejas,
manzanas, naranjas,
remolachas, salvado de
avena, zanahorias.
Gomas
Espesantes y gelificantes
y con propiedades
funcionales de
emulsificación y
estabilización.
Mucílago
Estabilizante

Insoluble
Celulosa
Ayuda en el control de la
cristalización de la lactosa
en helados, productos
congelados, en aderezos
para impartir cuerpo e
incrementar viscosidad,
evita sinéresis.
Avena integral, corteza
de frutas, corteza de
tubérculos, cereales de
grano entero, frijoles
secos, linaza, panes
integrales, salvado de
trigo.
Hemicelulosa
Por su capacidad de
hidratación o retención
de agua.
Lignina
Dispersantes de
pesticidas, como
copolimero para
incorporase en resinas.
Fuente: Elaborado a partir de información de Badui (2006); Hernández y Sastre (1999); Watson y
Smith (2007).

El conjunto de polisacáridos complejos que conforman la fibra soluble e insoluble tal y
como se muestran en la tabla anterior son los siguientes:

 Pectinas

Son sustancias intersticiales, de efecto cementador o conjuntivo intercelular, en los
vegetales. De ahí su principal propiedad de dar con agua geles elásticos, están formadas
esencialmente por enlaces beta 1:4 entre unidades de ácido galacturónico, que pueden
presentar sus grupos carboxilos parcialmente esterificados como metoxilos (Figura 7). En
ANTECEDENTES

cambio, en las cadenas laterales se pueden encontrar también unidades de galactosa,
ramnosa y arabinosa (Bello, 2000).
En las frutas, la mayoría de los grupos ácidos del ácido galacturónico están esterificados
por metanol. Este metanol puede perderse con relativa facilidad por hidrólisis ácida o
enzimática, dejando el grupo ácido libre. En función del porcentaje de restos de ácido
galacturónico esterificado, las pectinas se clasifican como "de alto metoxilo", cuando este
porcentaje es superior al 50%, y "de bajo metoxilo", cuando es inferior (Vian et al., 2006).

Figura 7. Estructuras básica de las sustancias pécticas.
Fuente: Bello (2000).

 Gomas

Las gomas son polisacáridos complejos, siempre heterogéneos y ramificados, que
contienen diversos azúcares neutros y ácidos úronicos, que pueden estar metilados o
acetilados. Provienen de la transformación de polisacáridos de la pared celular. La mayoría
de las gomas se disuelven en agua, formando disoluciones viscosas. Son insolubles en
disolventes orgánicos y se solidifica por desecación.

Se incluyen en este grupo componentes que no suelen ingerirse con los alimentos
naturales, sino que son el exudado que fluye naturalmente o por incisiones del tronco y
las ramas de diversas plantas (Hernández y Sánchez, 2010). De entre las diversas gomas
destacan las siguientes:
ANTECEDENTES

Goma arábiga, que se obtiene de las acacias (Acacia senegal).
Goma de tragacanto de Astragalus gummifer.
Goma esterculia de Sterculia tomentosa

 Mucílago

Son polisacáridos complejos en cuya composición entran, al igual que en las gomas,
azúcares, como arabinosa y manosa, junto con ácidos urónicos, especialmente ácido
galacturónico. Son agentes de retención hídrica, que desempeñan un papel muy
importante en la germinación (Hernández y Sánchez, 2010).

Entre las principales fuentes de obtención de mucílagos, cabe destacar las siguientes:

Diversas especies del género Plantago.
Las flores de malva (Malva silvestris) y la raíz de altea (Althaea oficinalis).
La semilla del lino (Linum usitaissimun).

 Celulosa

Es un polímero natural, constituido por una larga cadena de carbohidratos polisacáridos.
La estructura de la celulosa se forma por la unión de moléculas de ß-glucosa a través de
enlaces ß-1,4-glucosídico, lo que hace que sea insoluble en agua. La celulosa tiene una
estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre
los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas muy
resistentes e insolubles al agua (Figura 8). De esta manera, se originan fibras compactas
que constituyen la pared celular de las células vegetales, dándoles así la necesaria rigidez
(Soriano, 2006).

ANTECEDENTES

Figura 8. Estructura de la celulosa.
Fuente: Pabón (2004).

 Hemicelulosa

Las hemicelulosas forman aproximadamente una tercera parte de los carbohidratos en las
partes maderosas de las plantas. La estructura química de las hemicelulosas consiste de
cadenas largas con una gran variedad de pentosas, hexosas, y sus correspondientes ácidos
úronicos (Figura 9). Estos polisacáridos se encuentran en frutas, tallos de plantas, y las
cáscaras de granos. Y se pueden extraer con soluciones alcalinas diluidas. Aunque las
hemicelulosas no son digeribles, pueden ser fermentadas por levaduras y bacterias
(Soriano, 2006).

ANTECEDENTES

Figura 9. Estructura de la hemicelulosa.
Fuente: Pabón (2004).

 Lignina

La lignina es el constituyente intercelular incrustante o cementante de las células fibrosas
de los vegetales. Se concentra en la lámela media y funciona prácticamente como relleno
para impartir rigidez al tallo de la planta (Hernández, 1999). La definición estructural de la
lignina No es tan clara, debido a la complejidad que afecta su aislamiento, análisis de la
composición, y la caracterización estructural, debido a que se encuentra covalentemente
unida a la celulosa y otros polisacáridos de la pared celular. Este polímero es altamente
ramificado de los grupos fenilpropanoides (Figura 10) (Chávez y Domine, 2013).

ANTECEDENTES

Figura 10. Estructura de fenilpropanoides.
Fuente: Taiz y Zeiger (2006).

Dependiendo de la composición de la fibra, será las propiedades funcionales que puede
presentar, estas propiedades modifican algunas características de los alimentos,
contribuyendo directamente en la calidad del producto final.

1.7 Propiedades funcionales de la fibra

Las propiedades funcionales están vinculadas a la capacidad de las macromoléculas para
fijar en sus estructuras una cierta cantidad de moléculas de agua y aceite. De este modo,
tales macromoléculas presentarán unas propiedades muy específicas, dependientes tanto
de su conformación estructural como de las interacciones con el agua o el aceite, estas
propiedades se reflejan en parámetros como la capacidad de retención de agua y aceite,
la capacidad de hinchamiento (Bello, 2000).

La expresión “capacidad de retención de agua” generalmente se emplea para hacer
referencia a la cantidad de agua que una proteína o un hidrato de carbono
(macromoléculas en general) puede retener sin que haya liberación del líquido. Dicha
capacidad depende de factores intrínsecos (tipo de polímero, peso molecular, linealidad,
etc.) y de factores extrínsecos (pH, fuerza iónica, temperatura, presencia de ciertos
cationes, etc.). La retención de agua puede causar la formación de un gel; tal es el caso de
los producidos por las carrageninas y las pectinas. Las macromoléculas actúan entre sí y
forman una red tridimensional en la que queda atrapada el agua debido a una fuerte
hidratación de polímero (Badui, 2006).
ANTECEDENTES

La capacidad de retención de aceite está relacionada con la capacidad para absorber grasa
bajo la acción de una fuerza mecánica; cuando esta retención es baja proporciona una
sensación no grasosa en los productos fritos, cuando es alta, imparte a los productos
cárnicos jugosidad y mejor textura (Peraza, 2000; Sánchez,2005).

La capacidad de hinchamiento es una medida del volumen obtenido por una masa
definida de fibras cuando se obtiene el equilibrio en presencia de un exceso de solvente
(agua) (Thebaudin et al., 1997).

Las propiedades funcionales de la fibra son las responsables de los efectos fisiológicos que
desarrolla y están influenciadas por la matriz estructural de la fibra, la relación fibra
soluble/fibra insoluble, el tamaño de partícula, la fuente, así como por el grado y el tipo de
procesamiento llevado a cabo (Figuerola et al., 2005; Saura et al., 2003). Estos efectos
fisiológicos traen consigo numerosos beneficios para la salud.

1.8 Beneficios a la salud por el consumo de fibra

Desde tiempos remotos el hombre se ha interesado por la relación entre la dieta y la
salud. Sin embargo no fue hasta la década de los setenta, que la importancia de la fibra en
la dieta fue puesta en manifiesto, dando lugar así a numerosos estudios que relacionan la
ausencia de la fibra con diversos problemas de salud, tales como la constipación,
diverticulosis, colitis, hemorroides, cáncer en el colon y en el recto, diabetes mellitus,
ateroesclerosis y otros (El universal, 2012).

Diferentes organizaciones internacionales, han establecido recomendaciones nutricionales
para fibra, entre las que se encuentra: La Organización Mundial de la Salud (OMS) que
recomienda una ingestión diaria de 27 a 40 gramos de fibra dietética, mientras que la
Food and Drugs Administration (FDA) propone a individuos adultos, un consumo de 25
gramos de fibra por día para 2000 kcal/día (Cassís, 2002).
ANTECEDENTES

En México, el Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán
(INCMNSZ) recomienda una ingesta diaria de fibra de 15g/1000 kcal, de la cual 7g/1000
kcal debe de ser de fibra soluble (INCMNSZ, 2008).

Cubriendo con la dosis diaria recomendada se obtienen diferentes beneficios a la salud, de
acuerdo con Molina y Martín (2007) las propiedades fisiológicas y beneficios a la salud que
tienen lugar en una dieta rica en fibra son las siguientes:

a) Volumen de las heces

Tanto por su presencia como por su capacidad de retención de agua, la fibra aumenta el
volumen del contenido intestinal. Al aumentar el volumen de contenido colónico, provoca
un aumento de su peristaltismo, lo que facilita la función evacuatoria.

b) Capacidad de absorber sustancias

Entre las mallas de la fibra vegetal pueden quedar retenidos algunas sustancias como el
colesterol, los ácidos biliares y diversas sustancias tóxicas que se introducen en los
alimentos. Evitan que entren en contacto con la mucosa intestinal, lo que favorece su
eliminación. Sin embargo, pueden quedar retenidas ciertas cantidades de calcio, hierro,
magnesio y cinc, que pueden eliminarse por las heces.

c) Velocidad en el tránsito intestinal

Los componentes no hidrosolubles aumentan la velocidad del tránsito intestinal. Las fibras
hidrosolubles (pectina y guar, entre otras) tienen la propiedad de disminuirla velocidad de
absorción intestinal de la glucosa (el vaciamiento gástrico resulta más lento), y además
dificultan el contacto con el epitelio intestinal absorbente.

ANTECEDENTES

d) Colesterol en la sangre

La fibra (concretamente la fracción soluble) también tiene efectos hipocolesterolémicos.
Algunos de los compuestos hipocolesterolémicas son las pectinas, galactomananos
(gomas) y concentrados cítricos.

e) Glucemia

El efecto se produce principalmente por la fracción soluble, pectinas y gomas que
entienden a reducir la velocidad con la que la glucosa llega a la sangre y la secreción de
insulina.

Por otro lado, un efecto negativo de la fibra dietética que se tiene que considerar es que
las dietas con alto contenido fibra pueden modificar el balance de algunos cationes
metálicos como el del hierro, cinc, calcio, magnesio y de la vitamina B12, con lo que puede
causar un desequilibrio de minerales. También el consumo alto de la fibra puede producir
fitobenzoatos, que pueden causar una obstrucción gastrointestinal e incluso aumentar la
excreción de nitrógenos, por lo que puede entorpecer la digestión y la absorción de
proteínas (Molina y Martín, 2007).

Debido a los aportes a la salud, la fibra se convierte en foco de atención para los
investigadadores buscando nuevas alternativas y fuentes para obtenerla (Pérez, 2003).

1.9 Métodos de extracción de fibra

Aunque actualmente también son empleados tratamiento como la extrusión,
esterilización e hidrólisis en medios ácidos o alcalinos que se aplican en fuentes con alto
contenido de fibra dietética insoluble con el fin de hidrolizar parte de esta fracción para
obtener una mejor relación fibra dietética soluble con la fibra dietética insoluble y para
inducir a los residuos fibrosos propiedades funcionales deseables para un sistema
alimenticio específico (Priego, 2007).

En forma más general Castells (2000) agrupa los tratamientos empleados para la
solubilización y separación de uno o más de los componentes de los residuos en tres
categorías: físico, químico, biológico.

a) Tratamientos físicos: su principal uso es en el denominado pretratamiento de los
residuos. No obstante, algunas veces tales técnicas se pueden usar como
complemento a los métodos químicos y biológicos. Algunas operaciones de este
tratamiento son: la absorción, adsorción, decantación, flotación, centrifugación,
filtración, destilación entre otros.

b) Tratamientos químicos: consisten en provocar alteraciones en la naturaleza
química de los mismos, mediante el uso de equipos y reactivos, se provocan
reacciones, para convertirlos en otras sustancias que no sean perjudiciales para el
medio ambiente o bien que permitan su reutilización en algún proceso industrial.

c) Tratamientos biológicos, aplican para ciertos productos orgánicos que pueden ser
degradados en productos relativamente inocuos por la acción biológica de
microorganismos. Los procesos que se usan en este tratamiento son: Fangos
activados, tratamientos por bacterias, compostaje.

ANTECEDENTES

Dependiendo del tipo de tratamiento empleado, el tipo de residuo (frutas, vegetales,
leguminosas o cereales) con el que se trabaja, su estado de madurez, la época de
producción, todas estas características influyen directamente en la fibra obtenida y sus
propiedades (Bermúdez y Baquero, 1998; Grijelmo et al., 1999 y Pérez, 2003).

Por otro lado aunque existan diferentes tratamientos para la extracción de fibra es
necesario tener en cuenta que un tratamiento eficaz debe ser de bajo costo y bajo
consumo energético, fácil recuperación y reutilización, además de ser aplicable a diversos
materiales con eficacia y reproductibilidad (Hamelinck et al., 2005).
De los tres tipos de tratamientos citados, los químicos han recibido mayor atención
debido a que los tratamientos físicos son relativamente ineficientes y los biológicos muy
específicos. Dentro de los tratamientos químicos se han utilizado diferentes procesos con
diferentes sustancias y condiciones. Por ejemplo, la hidrólisis que es la reacción del agua
con un compuesto, como el ácido sulfúrico y el hidróxido de potasio. Por regla general
esta reacción es la lenta y precisa de la actividad de otros parámetros como el pH o la
temperatura. Además en los últimos años la hidrólisis se ha desarrollado para la
recuperación de innumerables corrientes de residuos que van desde los residuos agrícolas
a las silvícolas (Castells, 2000).

Dependiendodel tipo de residuo que va ser sometido será el tipo de sustancias que se
requiera para la hidrólisis, por ejemplo, en algunos residuos fibrosos de cereales y bagazos
como las de coco y caña, que poseen un alto contenido de celulosa, hemicelulosa y
lignina, por lo que sus fibras son duras, se aplican ácidos, álcalis, sales o peróxidos, para
hidrolizar las estructuras de la fibra al destruirse los enlaces entre los polisacáridos así
como las paredes celulares lignificadas, con la finalidad de hacer menos duros dichos
residuos y poderlos incorporar en alimentos para humanos (Fernández y Rodríguez, 2001).

ANTECEDENTES

1.10 Usos y aplicaciones de la fibra

El estudio de la fibra en el mercado es altamente competitivo, ya que como ingrediente
funcional la fibra de los alimentos es por sí misma un componente que ofrece efectos
fisiológicos benéficos, protegiendo al organismo de diversas enfermedades crónico-
degenerativas; y porque interviene en procesos nutricionales y fisiológicos. Por lo cual
existe la necesidad de desarrollar un proceso para la preparación de fibras. Puede
utilizarse en formulaciones de alimentos: para la modificación de la textura y el
crecimiento de la estabilidad, mediante su adición en la elaboración de productos
(Larrauri et al., 1995).

Los productos a los que se les han adicionado uno o varios componentes, nutrientes o no
nutrientes son los llamados alimentos enriquecidos o fortificados, este tipo de alimentos,
forman parte de los llamados “alimento funcional” (Aranceta y Gil, 2010).

Los alimentos funcionales pueden definirse como “cualquier alimento en forma natural o
procesada, que además de sus componentes nutritivos, contiene componentes
adicionales que favorecen a la salud, la capacidad física y el estado mental de una
persona” (Aguilar, 2006).

Entre algunos ejemplos de alimentos funcionales, destacan los alimentos que contienen
determinados minerales, vitaminas, ácidos grasos, fibra, los alimentos que se han añadido
sustancias biológicamente activas, como los fitoquímicos u otros antioxidantes, y los
probióticos que tienen cultivos vivos de microorganismos beneficiosos (EUFIC, 2006).
Con estas modificaciones, los nuevos alimentos con mayor valor nutrimental benefician
potencialmente a diferentes grupos de la población, tal y como lo informa Aranceta y Gil
(2010) en su trabajo, estos grupos son los siguientes:

ANTECEDENTES

 Individuos con necesidades especiales, como embarazadas, mujeres
posmenopáusicas, mujeres en etapa fértil, niños en período de rápido crecimiento,
fumadores, bebedores y personas de edad avanzada.
 Aquellas personas que siguen una dieta adecuada o poco saludable, como los niños
que consumen grandes cantidades de refrescos y golosinas; mujeres adolescentes
que siguen dietas muy restrictivas enfocadas a la pérdida de peso; individuos que
se saltan comidas (generalmente el desayuno) por falta de tiempo; deportistas que
realizan ejercicio físico muy intenso; personas mayores con problemas de
masticación, disgeusia, etcétera.
 Individuos con tratamientos farmacológicos que interfieren en la absorción de
nutrientes o con una ingesta frecuente de laxantes.
 Personas que padecen enfermedades digestivas o renales crónicas como la
enfermedad de Crohn, los celiacos intolerantes a la lactosa, con malabsorción de
grasas, síndrome de intestino corto, etcétera.
 Otros: vegetarianos

En el caso particular de la fibra, como componente funcional, se usa en la industria
alimentaria principalmente para retribuir la fibra que pudo haber perdido en etapas
previas del procesamiento de una materia, y como aditivo al favorecer retención de
líquidos, sustituyendo grasas o sirviendo como emulsificante. Debido a la versatilidad de
su uso, los tecnólogos en alimentos han buscado desarrollar fórmulas para añadir este
aditivo o ingrediente en la mayor cantidad de alimentos (Betancur et al., 2003).

La fibra que se adiciona a los distintos alimentos puede tener muy diversos orígenes, tales
como salvado de cereales, remolacha azucarera, frutas, papa, girasol, zanahoria, etc., por
lo que su composición y características fisicoquímicas van a variar en gran medida.
También se pueden añadir polisacáridos puros, como la celulosa y almidón de diversos
orígenes, pectinas de frutas, β-glucanos, inulina, etc., o incluso oligosacáridos de síntesis
(polidextrosa) (Heredia et al., 2003).
ANTECEDENTES

Hay gran variedad de alimentos que pueden ser suplementados con fibra Betancur et al.
(2003) y Heredia et al. (2003) mencionan diferentes productos alimenticios que fueron
adicionados o fortificados con fibra, proporcionándoles a los alimentos diferentes
propiedades y características que ayudan en su presentación y aumenta su valor nutritivo.
Estos alimentos son los cereales, los productos de panadería, confitería, pastas, productos
lácteos, bebidas y productos cárnicos bridándoles a los productos rendimiento, color,
sabor, textura, estabilidad, reducción de calorías entre otras características. Tal y como se
presenta en la Tabla 7.

Tabla 7. Características que confiere a la fibra a los alimentos.
Alimentos Características que confiere la fibra
Cereales para desayuno
Los cereales integrales son considerados como la mejor fuente
de fibra debido a su contenido de salvado La adición de
salvado de avena a los cereales para desayuno ha enriquecido
el contenido de fibra a casi el doble con respecto a las
hojuelas de avena tradicionales.
Productos de panadería
Con la fibra ayuda en su fortificación, a la reducción de
calorías y el enlazamiento de agua que resulta de gran interés
por impartir frescura en el pan y un mayor rendimiento
Confitería
Con la incorporación de fibra derivada de frutas, pueden
obtenerse mejoras de color y sabor en pasteles y en galletas
Pastas Con fibras neutras, mejora su calidad nutricional
Productos Lácteos
Empleando fibra ayuda a evitar la separación de fases o
sinéresis
Bebidas Aumenta su textura, ya que las hace más viscosas
Productos cárnicos Mejora la textura, ayuda a conseguir productos bajos en grasa
Fuente: Elaborado a partir de información de Betancur et al. (2003); Heredia et al. (2003).
OBJETIVOS

2. OBJETIVOS
Objetivo General
Extracción de fibra dietética a partir de residuos industriales mediante métodos químicos
y físicos para su aprovechamiento como ingrediente funcional en la industria de
alimentos.

Objetivo Particular 1
Determinar el contenido de fibra cruda y componentes químicos en los residuos orgánicos
de la manzana, naranja, piña y mango, seleccionando el residuo que presente mayores
oportunidades tecnológicas de aprovechamiento.

Objetivo Particular 2
Evaluar la efectividad de los tratamientos de inhibición enzimática con ácido cítrico, ácido
ascórbico y ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) mediante la actividad de la
polifenoloxidasa para asegurar la calidad de los residuos a emplear.

Objetivo Particular 3
Comparar los métodos de extracción químicos (alcalino y ácido) y físico (microondas) para
la obtención de fibra para seleccionar las condiciones que proporcionen la fibra de mejor
calidad y mayores rendimientos.

Objetivo Particular 4
Caracterizar la fibra obtenida por los métodos de extracción aplicados evaluando los
parámetros químicos (el contenido de fibra dietética soluble, insoluble, cenizas, proteínas
y humedad) así como las propiedades funcionales (capacidad de retención de agua y
aceite, capacidad de hinchamiento), que permita establecer su calidad y funcionalidad.

Objetivo Particular 5
Realizar una propuesta para la aplicación de la fibra obtenida de los residuos
agroindustriales.
MATERIALES Y MÉTODOS

Problema:
Aprovechamiento de fibra dietética de mayor calidad y rendimiento de proceso en residuos orgánicosagroindustriales la manzana (Malus sylvestris),
naranja (Citrus aurantium), piña (Ananas comosus ) y mango (Mangifera indica )

Objetivo general
Extracción de fibra dietética a partir de residuos industriales mediante métodos químicos y físicos para su aprovechamiento como ingrediente funcional en la industria
de alimentos.
Objetivo Particular 1
Determinar el contenido de
fibra cruda y componentes
químicos en los residuos
orgánicos de la manzana,
naranja, piña y mango,
seleccionando el residuo
que presente mayores
oportunidades tecnológicas
de aprovechamiento.

Objetivo particular 2
Evaluar la efectividad de los
tratamientos de inhibición
enzimática con ácido cítrico,
ácido ascórbico y ácido
etilendiamino tetraacético
(EDTA) mediante la
actividad de la
polifenoloxidasa; para
asegurar la calidad de los
residuos a emplear.

Objetivo particular 3
Comparar los métodos de
extracción químicos
(alcalino y ácido) y físico
(microondas) para la
obtención de fibra para
seleccionar las condiciones
que proporcionen la fibra de
mejor calidad y mayores
rendimientos.

Objetivo particular 4
Caracterizar la fibra obtenida por los
métodos de extracción aplicados
evaluando los parámetros químicos (el
contenido de fibra dietética soluble,
insoluble, cenizas, proteínas y humedad)
así como las propiedades funcionales
(capacidad de retención de agua y
aceite, capacidad de hinchamiento), que
permita establecer su calidad y
funcionalidad

Objetivo
Particular5
Realizar una
propuesta para la
aplicación de la
fibra obtenida de
los residuos
agroindustriales.

1 Fibra cruda (Wendy)
2 Humedad (Estufa de aire)
3 Proteína (Lowry)
4 Cenizas (Incineración)

1 Color (Colorímetro
Minolta)
2 Actividad PPO
(Espectrofotómetro)
1 Extracción química
2 Extracción alcalina
3 Rendimiento
1 Fibra dietética soluble e insoluble
2 Cenizas (Incineración)
3 Proteínas (Lowry)
4 Humedad (Estufa de aire)
5 Capacidad de retención de agua y aceite
6 Capacidad de hinchamiento
Análisis estadístico
Conclusiones
MATERIALES Y MÉTODOS

3. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 Material Biológico

Se emplearon residuos de piña, manzana, mango, naranja provenientes del mercado del
Carmen de Cuautitlán Izcalli, Estado de México. Los residuos obtenidos de las diferentes
frutas se muestran en la Tabla 8.

Tabla 8. Muestras de los residuos evaluados.
Residuo Partes
Piña Corazón, Bagazo, Cáscara
Manzana Cáscara
Mango Cáscara
Naranja Cáscara, bagazo

3.2 Tratamiento de la muestras.

Los residuos de los diferentes tipos de frutas empleadas, se lavaron para eliminar la
suciedad que llegaran a tener. Posteriormente se molieron los residuos para homogenizar
las muestras, principalmente de la piña y la naranja que sus residuos se componen de dos
o tres partes de la fruta. Los residuos homogenizados se guardaron en una bolsa con
cierre hermético se etiquetaron y se almacenaron a 20ºC.

3.3 Composición química de los residuos empleados

Las muestras de los residuos homogenizados de las cuatro diferentes frutas fueron
analizadas, para determinar su composición química, y con base en esto seleccionar el
residuo que represente mayor potencial para ser aprovechado, tomando en cuenta
principalmente su contenido de fibra.
MATERIALES Y MÉTODOS

Las propiedades químicas analizadas fueron: Humedad (AOAC, 1997), Proteína (Lowry et
al., 1951), Cenizas totales (AOAC, 1997 y Fibra cruda (Pearson, 1998), las cuales se
describen en la sección de técnicas analíticas.
3.4 Evaluación de la efectividad de los tratamientos de inhibición enzimática en
los residuos vegetales.

El residuo seleccionado fue sometido a un tratamiento por inmersión con diferentes
inhibidores enzimáticos: ácido cítrico (AC), ácido ascórbico (ASC) y ácido etilendiamino
tetraacético (EDTA); a diferentes concentraciones cada uno (Tabla 9) de acuerdo a
trabajos reportados por Denoya et al. (2012). El tiempo de inmersión de cada tratamiento
fue de 30 minutos y como punto de referencia se empleó un tratamiento control,
(muestra sin ningún tipo de inhibidor con inmersión en agua). Pasado el tiempo
establecido para las muestras sometidas a la solución con los inhibidores, éstas fueron
retiradas de sus condiciones de inhibición y se continuó con la eliminación mecánica del
excedente de solución que pudo llegar a absorber, posteriormente cada muestra fue
sometida a 15 minutos de secado por microondas y al final se redujo el tamaño de las
partículas en molino para café (marca krubs). El análisis de las muestras finales se
determinó en dos puntos: después del proceso de inmersión en cada tratamiento
propuesto y en el producto después del secado por microondas; evaluando su color y la
actividad de la enzima PPO de acuerdo al método reportado por Cano et al. (1997). El
objetivo de analizar los dos puntos del proceso fue para comprobar si la operación del
secado presentaba algún efecto significativo en la inhibición de las enzimas de
pardeamiento y el impacto en el oscurecimiento de la muestra usando los inhibidores
propuestos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Tabla 9. Tratamientos para la inhibición enzimática.
Inhibidor enzimático Concentración (%)
Ácido cítrico (AC)
0.5
1
Ácido ascórbico (ASC)
0.5
1
Ácido etilendiamino tetraacético
(EDTA)
0.25
0.5
Fuente: Elaborado a partir de información de Denoya et al. (2012).

3.5 Extracción física y química de la fibra en residuos vegetales

La extracción de la fibra se llevó a cabo mediante dos tipos de extracción: la primera fue
por el método físico, donde la muestra fue sometida directamente a la operación de
secado y luego a una reducción de tamaño. Por otro lado el método químico se realizó en
un medio ácido empleando ácido sulfúrico a 1 y 2% y en un medio alcalino con hidróxido
de potasio a 1 y 2% (Aquino et al., 2012). A continuación se presenta el diagrama de
bloques para la obtención de fibra (Figura 10).

El proceso de la extracción de fibra, inicia con la recepción de los residuos de la fruta
seleccionada, posteriormente todos esos residuos se homogenizaron para combinar las
diferentes partes de la fruta que son desechadas.

De ahí, para el método químico, se tomó una muestra del residuo homogenizado y se
sumergió en una solución de ácido sulfúrico al 1 y 2% a 50 y 70°C durante 15 minutos o ya
sea en una solución alcalina con hidróxido de potasio al 1 y 2% a 50 y 70°C durante 15
minutos, dependiendo del tipo de hidrólisis que se realice. Una vez pasado los 15 minutos
de la hidrólisis, se dejó enfriar por 10 minutos, para después neutralizarlo, después se lavó
con agua desmineralizada y se filtró manualmente con manta de cielo para quitar el
exceso de agua.

MATERIALES Y MÉTODOS

Figura 10. Diagrama de proceso para la extracción de fibra por método físico y químico.

Posteriormente se sometió a un secado por microondas en un equipo (marca Panasonic)
durante 15 minutos y por último se sometió a una reducción de tamaño con molino para
café (marca krubs). Para el método físico una vez homogenizada la muestra se secó por
microondas y se llevó a cabo la reducción de tamaño, en el diagrama de proceso de la
Figura 10 se visualiza por las líneas punteadas.

3.6 Evaluación de composición y propiedades de la fibra extraída

El rendimiento de los métodos de extracción, así como las propiedades químicas
(Humedad, proteína, cenizas) y las propiedades funcionales (capacidad de hinchamiento
capacidad de absorción de agua, capacidad de retención de aceite) se evaluaron en las
fibras obtenidas por cada tratamiento.
H2SO4
KOH
15
min

H2O

Recepción
Homogenizado
Hidrólisis
Neutralizado
Lavado
Filtrado
Molienda
Secado
MATERIALES Y MÉTODOS