Introducción
El fruto del mango (Mangifera indica L.) se consume a nivel mundial y es conocido como el Rey de las frutas por sus propiedades sensoriales y nutrimentales (Poul, Bornare & Babar, 2019). Además de comestible como fruto fresco, diversos productos alimenticios se han desarrollado a partir de su procesamiento industrial. La industrialización del mango en México oscila del 13 al 16% de la producción, cantidad que se emplea en la elaboración de jugos y néctares, mango congelado, mango deshidratado, purés, conservas y mango mínimamente procesado (Larios-Medrano, Campos-Serrano, Padilla-Sahagún & Villanueva-Rodríguez, 2016). Las principales operaciones unitarias, se enfocan a la obtención de pulpa para consumo del fruto mínimamente procesado (Robles-Sánchez et al., 2007). En estos procesos, se obtienen desechos o subproductos que generan costos de manejo (Puligundla, Obulam, Oh & Mok, 2014), además de problemas de contaminación al ambiente (Sumaya-Martínez, Sánchez-Herrera, Torres-García & García-Paredes, 2012). En algunos casos, estos subproductos se utilizan para alimentación animal (Rojas et al., 2015). Sin embargo, pueden reprocesarse y comercializarse como materia prima, y usarse como aditivos o compuestos bioactivos de valor agregado. Dependiendo del cultivar esta biomasa representa del 35 al 36% de la masa total del fruto, compuesta principalmente por endocarpio (cotiledón y sección fibrosa), mesocarpio (pulpa) y pericarpio (cáscara o piel) (Sultana & Ashraf, 2019; Ediriweera, Tennekoon & Samarakoon, 2017). El pericarpio constituye del 12 al 15% de la masa total del fruto (Davara, Dabhi, Rathod & Bhatu, 2017). Además de los subproductos que se pueden obtener del mango industrializado, se encuentra el mango de rezaga. En México, se han observado tendencias al incremento del mango de rezaga, que no es aceptado por su color, tamaño y defectos para la venta en fresco (SAGARPA & UPSZ, 2015).
El pericarpio del mango está constituido de grasas, fibra, proteína, fenoles, azúcares, minerales y sustancias pectinadas (Quintana-Obregón, San Martín-Hernández, Muy-Rangel & Vargas-Ortiz, 2019; Puligundla, Obulam, Oh & Mok, 2014) y representa una opción en la extracción de pectina a las procedentes de manzanas y cítricos (Davara, Dabhi, Rathod & Bhatu, 2017; Rojas et al., 2015). La pectina, es un polisacárido con múltiples aplicaciones en la industria alimentaria y farmacéutica como agente estabilizante, gelificante, vehículo de probióticos, potencial prebiótico y agente encapsulante, entre otros (Naqash, Massodi, Rather, Wani & Gani, 2017), lo que evidencia el potencial económico del polisacárido.
En México, el mango ʻAtaulfoʼ, representa el cultivar de mayor importancia económica con alrededor de 63,000 toneladas anuales (SIAP, 2019), es el más consumido debido a sus propiedades sensoriales: sabor dulce y cremoso (Mazariegos, Milla-Sánchez, Martínez-Chávez, Águila-González & Villanueva-Vázquez, 2017; Wall-Medrano et al., 2015). Por otra parte, México es el quinto productor mundial consolidándose en referencia al mango 'Ataulfo' del Soconusco, Chiapas (SAGARPA, 2017). Aunque 'Ataulfo', es el principal cultivar de mango producido en México, para el consumo en fresco y la industria de la transformación, aún no se ha discutido, el potencial del valor comercial agregado de la pectina que se encuentra en los polvos del pericarpio de este cultivo.
Por lo tanto, una fuente importante de obtención de pectina puede ser a partir de un subproducto o mango de rezaga a través del pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ. El objetivo del presente estudio, fue el análisis fisicoquímico del polvo de pericarpio obtenido del mango ʻAtaulfoʼ maduro y el análisis FODA (Fortalezas, Oportunidades, Debilidades, Amenazas), como posible medio de extracción de la pectina, para generar una propuesta de utilidad comercial de este polisacárido como valor agregado.
Materiales y métodos
Mango ʻAtaulfoʼ del ciclo agrícola 2019, se obtuvo en el estado de Guerrero en condición de madurez para consumo, número cinco en la escala de color de la pulpa del fruto reportada para este cultivar (Brecht et al., 2010) condición donde alcanza la calidad organoléptica óptima como fruta de mesa (NMX-FF-058-SCFI-2006). Los frutos se desinfectaron con solución de hipoclorito de sodio al 0.5 % por 3 min.
Distribución de la biomasa
Del fruto se separaron el mesocarpio (pulpa), pericarpio (cáscara) y endocarpio (sección fibrosa y cotiledón), con la ayuda de un cuchillo. El contenido de cada fracción se tomó con base en el porcentaje de fruto fresco, calculado a partir de 50 mangos seleccionados aleatoriamente. El pericarpio recuperado, fue deshidratado a 80 °C por 6 h (Excalibur® dehydrator, model Comm 2), molido (Pulvex 200® mil, ø 2 mm) y se verificó la cantidad obtenida de polvo de pericarpio deshidratado, a partir de tres lotes almacenados en bolsas selladas para su posterior análisis.
Análisis fisicoquímico del polvo de pericarpio
El polvo del pericarpio de mango ʻAtaulfoʼ maduro fue analizado fisicoquímicamente. Los cálculos se hicieron como sigue: contenido de humedad (925.45), ceniza (942.05), lípidos (920.39), minerales (955.06) y la proteína (988.05) con los métodos de la AOAC (1998), para la fibra con el método de la AACC 32-05.01 (McCleary, Sloane, Draga & Lazewska, 2013) y para la actividad del agua (aw) con el equipo AQUALAB CX2 (DECAGON Devices Inc., Pullman, USA). El color se obtuvo por espectrofotometría utilizando un colorímetro (Konica Minolta®, Japón) y se cuantificaron los valores de Luminosidad y °Hue, con la ayuda del software del equipo. La fluidez del polvo fue determinada a partir del ángulo de reposo por el método reportado por Train (1958) y modificado por Chauhan & Patil (2013). Los siguientes métodos se utilizaron para calcular: el índice higroscópico con el método de Cai & Corke (2000) modificado por Agustini (2018), y el índice de solubilidad con el método de Cano-Chauca, Stringheta, Ramos & Cal-Vidal (2005).
Extracción de la pectina
El extracto de pectina se obtuvo de 100 g de polvo de pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ para la remoción de proteínas utilizando etanol (96%) por 4 h (Banerjee, Vijayaraghavan, Arora, MacFarlane & Patti, 2016); los lípidos, jabones y pigmentos se eliminaron usando un extractor Soxhlet y éter de petróleo como disolvente. El extracto fue lavado tres veces en acetona y finalmente se secó a 55 °C hasta peso constante en horno de convección (Yamato DKN-602C) (Nazarunddin, Noor Baiti, Foo, Tan & Ayob, 2013). La pectina fue obtenida del extracto de acuerdo con lo reportado por Banerjee et al. (2016) y algunas modificaciones en el método: brevemente, 1 g de extracto de pectina se mezcló con 20 mL de solución ácida (HCl) a pH 2.5 y calentado a 80 °C por 120 min., posteriormente, se enfrió y filtró a través de tela de organza, el filtrado, se mezcló con etanol (1:1) y se almacenó 12 horas a 4 °C. El pellet formado se separó de la solución y fue lavado tres veces en una solución de agua-etanol (1:1), finalmente se filtró y secó a 45 °C hasta peso constante en horno de convección (Yamato DKN-602C). El porcentaje de rendimiento de la pectina fue calculado en relación con la masa del polvo del pericarpio.
Caracterización de la pectina
El contenido de grupos metoxilos se calcularon con el método descrito por Davara et al. (2017) y Khan & Nandkishor (2019): brevemente, 0.5 g de pectina se mezclaron con 25 mL de NaOH (0.25 N) y se dejaron reposar durante 30 minutos. Posteriormente, se adicionaron 25 mL de HCl (0.25 N), se agitó la mezcla y tituló con NaOH (0.1 N), el contenido de metoxilos se calculó con la Ecuación (1).
Ecuación (1):
Los espectros FT-IR (Espectroscopía Infrarroja con Transformada de Fourier) de la pectina se obtuvieron a longitudes de onda de 4,000 a 400 cm-1 (FT-IR Spectrum GX, Perkin-Elmer®, USA). para identificar sus grupos funcionales, calculando el grado de esterificación ( GE ) con la Ecuación (2).
Ecuación (2):
donde A C=O , es la absorbancia del éster en el grupo carbonilo y A COO - la absorbancia del grupo carboxilo (Grassino et al., 2018; Manrique & Lajolo, 2002).
El espectro fue comparado con la pectina del pericarpio de los cítricos Sigma-Life Science (lote: SLBV5461).
El peso molecular del extracto de la pectina fue calculado a partir de la viscosidad intrínseca. Cien miligramos de pectina de mango ʻAtaulfoʼ maduro fueron disueltos en 100 mL de solución de NaCl 0.1 M, la viscosidad intrínseca, (ƞ) se calculó de acuerdo con lo reportado por Raji, Khodaiyan, Rezai, Kiani & Hosseini (2017) con las Ecuaciones (3) y (4).
Ecuación (3):
donde ƞ r es la viscosidad relativa, t1 y t2 es el tiempo del flujo de la solución de la pectina y del solvente (NaCl 0.1 M) en el viscosímetro (CANNON® Ubbelohde 2B-F831), respectivamente, d1 y d2 son las densidades de la solución de la pectina y del solvente, respectivamente.
Ecuación (4):
donde ƞ es la viscosidad intrínseca y C la concentración de pectina.
Finalmente, se obtuvo el peso molecular con la ecuación de Mark Houwink-Sakurada (5).
Ecuación (5):
Todos los análisis realizados en la pectina se reportan como promedio (n=3) y desviación estándar.
Análisis FODA para la extracción de pectina
El análisis de Fortalezas, Oportunidades, Debilidades y Amenazas (FODA), se utilizó para responder si es posible industrializar la extracción de pectina de mango ʻAtaulfoʼ maduro. Cada uno de los componentes del análisis FODA se discutieron cualitativamente con base en los resultados de este estudio.
Resultados y discusión
Distribución de la biomasa
Los porcentajes de las fracciones del mango (pericarpio, mesocarpio y endocarpio) se muestran en la Figura 1. A partir de la biomasa del pericarpio, después del deshidratado se logró obtener un rendimiento del 31.12 ± 2.40 % de polvo de pericarpio, representando un ≈7% de la masa total del fruto fresco. En el mercado, se pueden encontrar líneas industriales con capacidad de procesamiento de hasta 3,000 kg h-1 de fruto, dependiendo de la casa comercial, y con un resultado en la producción de 210 kg h-1 de polvo de pericarpio.
Análisis fisicoquímico del polvo de pericarpio
Los bajos contenidos de humedad y a w, obtenidos del polvo de pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ maduro (Cuadro 1), facilitan el manejo y transporte para su posible uso en el procesamiento u obtención de otros productos alimenticios. Un valor de aw < 0.85 y contenido de humedad < 6% incrementan el almacenamiento de los productos alimenticios, por la reducción del crecimiento microbiano debido al bajo contenido de agua (Barbosa, Fontana, Schmidt & Labuza, 2008; Young et al. 2015).
Cuadro 1
Análisis fisicoquímico del polvo de pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ maduro.
El contenido de lípidos, ceniza y proteínas en el pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ (Cuadro 1), están en el rango de los valores de 35 ± 0.50, 2.12 ± 0.11 y 3.04 ± 0.17%, respectivamente, según Rojas et al. (2015). En este fruto, el contenido mineral en el polvo del pericarpio varía según la región de cultivo con oscilaciones en Na 30-28, K 200-490, Ca 304-281, Mg 40-90, Fe 10-20, Zn 5-10 y Mn 8-15 mg kg-1 (Mellado-Vázquez, Salazar-García, Goenaga & López-Jiménez, 2019). El contenido mineral del polvo de pericarpio, puede ser útil para complementar parcial o totalmente las formulaciones de alimentos procesados. Por ejemplo, de acuerdo con los valores reportados de Ingesta Diaria Recomendada (Quintaes & Diez-García, 2015), 100 g de polvo de pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ aportan ≈50% en Ca y Mg y ≈100% de Fe y Zn dependiendo de la edad y sexo de la persona que lo consuma. Asimismo, 100 g de polvo de pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ maduro aportan a la dieta el 76.85% de Ca, 56.13% de Mg, 36.28% de Fe y 3.3% de Zn con base en la recomendación del Codex Alimentarius. Sin embargo, el pericarpio de mango contiene polifenoles (Kabir, Shekhar & Sidhu, 2017) que pueden afectar la biodisponibilidad de estos nutrimentos, debido a su actividad quelante al formar complejos con Ca, Zn y Fe (Gharibzahedi & Jafari, 2017). No obstante, el contenido de compuestos fenólicos le confiere una utilidad funcional al ser consumidos (Kabir, Shekhar & Sidhu, 2017). En este estudio, se descartó la obtención de fenoles como alternativa de valor agregado, por su enfoque al uso de mango maduro de rezaga y desperdicios, para la obtención de pectinas en su procesamiento industrial.
El contenido de fibra (Cuadro 1) fue superior a los valores registrados en la literatura. Particularmente, en el polvo de pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ se reportan en fibra soluble 111.5 mg g 1 y en fibra insoluble 165 mg g-1(García-Magaña, García, Bello-Pérez, Sáyago-Ayerdi & Mata-Montes de Oca, 2013). Las diferencias se deben a la fuente y manejo del pericarpio. El polvo de pericarpio en esta investigación se obtuvo eliminando la pulpa de forma manual, lo que aseguró la integridad del tejido obtenido previo a la deshidratación y pulverización, mientras que, el polvo obtenido de desechos del procesado industrial para la obtención de jugo concentrado, es posible que la maquinaria al romper la pared celular del pericarpio se solubilizan fracciones de la fibra soluble incorporándola al jugo del mango y reduciendo su concentración en el residuo obtenido al final del proceso (García-Magaña, García, Bello-Pérez, Sáyago-Ayerdi & Mata-Montes de Oca, 2013). La fibra al generar beneficios a la salud, motiva su incorporación en los alimentos para su consumo (Fuller, Beck, Salman & Tapsell, 2016). El uso del polvo de pericarpio de mango ʻAtaulfoʼ como fuente de fibra, puede ser utilizado en la formulación de alimentos incidiendo en la cocción, textura y sus propiedades sensoriales (Ajila, Aalami, Leelavathi & Prasada Rao, 2010) convirtiéndose en una alternativa de valor agregado.
Según la clasificación de Carr (Al-Hashemi & Al-Amoudi, 2018), en el polvo del pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ maduro, se considera el ángulo de reposo de flujo libre a flujo justo-pasable. El ángulo de reposo es una medida empírica cualitativa del flujo o fluidez de un material que permite describir la facilidad en el manejo y procesamiento de polvos alimentarios (Ganesan, Rosentrater & Muthukumarappan, 2008). El polvo del pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ maduro, puede incorporarse y mezclarse en formulaciones alimentarias, por ser un material de fluidez intermedia.
El índice higroscópico del polvo (Cuadro 1) muestra una alta capacidad de absorción de agua, siendo un material adecuado para la elaboración de masas o mezclas que puedan moldearse. Asimismo, el bajo índice de solubilidad del polvo (Cuadro 1), muestra la baja viabilidad para utilizarse en alimentos líquidos o semisólidos.
Los resultados de Luminosidad y °Hue (Cuadro 1) sugieren su utilización en mezclas para la obtención de productos de luminosidad intermedia y mezclas en la zona de color amarillo anaranjado debido a su contenido de β-caroteno y violanxantina (Ornelas-Paz, Yahia, Gardea & Failla, 2010). El polvo del pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ maduro, puede ser una alternativa de fuente de fibra en la formulación de alimentos. El contenido de proteínas, lípidos y nutrimentos inorgánicos del polvo, pueden complementar la mezcla dependiendo del alimento en proceso y del perfil del consumidor principal. Otras opciones para su utilización son como ingrediente funcional, biotecnológico u otros productos (Puligundla, Obulam, Oh & Mok, 2014), (Figura 1).
Extracción de la pectina
El rendimiento de pectina obtenido fue de 5.40 ± 1.0 % del polvo del pericarpio, con un peso molecular de 94.27 ± 8.7 kDa, contenido de grupos metoxilos de 6.35 ± 0.63% y un grado de esterificación de 46.07 ± 0.87%. El espectro obtenido por infrarrojo de la pectina del mango, es similar a la pectina comercial de los cítricos (Figura 2), las frecuencias e intensidades de los picos característicos de la pectina son equiparables a la de grado analítico. Los grupos funcionales -OH, C-H, C=O y COO- se identifican en los números de onda 3,600-2,500, 3,000-2,800, 1,760-1,745 y 1,640-1,620, respectivamente (Ravin & Proctor, 2000). La pectina obtenida constituye el 15.71 % de la fibra soluble del pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ maduro. En frutas y vegetales se estima que la pectina constituye del 15-20% del total de la fibra soluble (Fuller et al., 2016). En otras frutas se han encontrado mayores rendimientos de obtención de pectina, por ejemplo, 9.73% en manzana (Canteri-Schemin, Ramos, Waszczynskyj & Wosiacki, 2005) y 7.03% en pera (Faravash & Ashtiani, 2007), estas pectinas se obtienen de la pulpa, la fracción destinada al consumo en fresco, mientras que en mango ʻAtaulfoʼ maduro es un subproducto de desecho. Sin embargo, al comparar la obtención de pectinas a partir de otros subproductos de desecho de frutos como el pericarpio de la naranja, se han obtenido rendimientos de 8.78% por el método convencional de extracción ácida (Kute, Mohapatra, Kotwaliwale, Giri & Sawant, 2020), método utilizado en este estudio. En otros cultivares de mango, por ejemplo, el Kesar, se ha reportado un rendimiento de pectina de pericarpio del 14.78% y 3.91% de los grupos metoxilo (Davara et al., 2017). Pectinas con valores de metoxilos >7% (Khan & Nandkishor, 2019) y grados de esterificación >50% son consideradas pectinas de alto metoxilo. A diferencia de las pectinas del mango ʻAtaulfoʼ maduro de este estudio que son de bajo metoxilo. El bajo grado de esterificación obtenido, se debe principalmente al estado de madurez del mango, dado que las reacciones enzimáticas (pectinasas) hidrolizan los enlaces estéres y depolimerizan los polímeros de pectina al avanzar la madurez del fruto (Tharanathan, Yashoda & Prabha, 2006; Geerkens et al., 2015) . La pectina obtenida para formar geles, deberá mezclarse con productos de baja concentración de azúcar y en presencia de cationes divalentes como el Ca (Khan & Nandkishor, 2019). Otra de las posibles aplicaciones de la pectina, es su uso en recubrimientos comestibles, para extender la vida de anaquel de frutos consumidos en fresco, incluso el mismo mango. Moalemiyan, Ramaswamy & Maftoonazad (2010) reportan incremento en la vida de anaquel de mangos ʻAtaulfoʼ cubiertos con recubrimientos de pectina. Por tal motivo, las pectinas obtenidas del mango ʻAtaulfoʼ maduro, pueden ser una alternativa para los subproductos de mangos procesados.
Análisis FODA para la extracción de pectina
El Cuadro 2 muestra la matriz FODA, del análisis del aprovechamiento del polvo de pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ maduro, para la extracción de pectina. El mercado mundial de pectina produce 40,000 toneladas con un valor económico de 319 millones de dólares americanos y un crecimiento anual constante del 6% en la última década (Sundarraj & Ranganathan, 2017). El 85% de pectina es obtenida principalmente de cítricos y el 14% de manzanas (Ciriminna, Fidalgo, Delisi, Ilharco & Plagiaro, 2016). Por otra parte, en México la proyección de crecimiento de la producción de mango, principalmente ʻAtaulfoʼ, está orientado al desarrollo de paquetes tecnológicos, para la comercialización del producto en fresco destinado a la exportación (SAGARPA, 2017), no obstante, solo el 21% de la producción se logra exportar (CONASPROMANGO, 2020). El mango ʻAtaulfoʼ que no cumple los criterios de exportación para consumo en fresco, es utilizado para consumo nacional. En particular, los frutos que son destinados al procesamiento de la pulpa, es el sector de oportunidad para la obtención de pectina. No obstante, en las líneas de producción de la industria procesadora de pulpa de mango, se utilizan despulpadoras que funcionan por fricción para eliminar el pericarpio (Kabir & Fedele, 2018), generando mezclas de desechos con endocarpio. Asimismo, estos desechos se acumulan y al exponerse al ambiente, se favorece el deterioro por microorganismos y la degradación de las sustancias contenidas en la pectina. Los procesos de separación del pericarpio de otros residuos y el aseguramiento de su inocuidad, puede ser un proceso complejo. Cuatro debilidades, fueron detectadas en el aprovechamiento del polvo de pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ maduro (Cuadro 2), relacionadas con el manejo y conservación. Con una estrategia establecida para el manejo y estabilización de desechos de mango provenientes de la industria, se podría generar un pericarpio de valor agregado (Sumaya-Martínez et al., 2012), apto para su procesamiento de extracción de pectina. Una propuesta para minimizar el efecto de estas debilidades, es modificar los procesos de industrialización del mango, en líneas de producción que permitan, previo al despulpado, separar el pericarpio, transportarlo y deshidratarlo en condiciones adecuadas. El deshidratado, es un proceso económico (Larios-Medrano et al. , 2016) que puede generar polvo de pericarpio de mango inocuo y sin residuos. En México, las empresas dedicadas a los deshidratados, utilizan procesos manuales con equipo rudimentario fabricado para eliminar el pericarpio del mango, generalmente nombrados “peladores de mango”. Estos procesos, son una oportunidad para el valor agregado del pericarpio como subproducto. La incorporación de una línea de aprovechamiento del pericarpio, es factible debido a que su infraestructura cuenta con equipos de deshidratación, solo se tendría que agregar una unidad de molienda y empaque a la línea de producción para obtener polvo de pericarpio. En la obtención de pectina como producto, se tendrían que adaptar varias unidades que involucren los siguientes procesos: hidrólisis, precipitación y secado, evaporación y extracción (Colin, 1990). De acuerdo con los resultados de este estudio, 100 kg de mango fresco procesado producen 22 kg de polvo de pericarpio con un rendimiento de 1.1 kg de pectina, evidenciando el potencial de valor agregado de la industria deshidratadora de mango. Por lo tanto, la respuesta a si ¿Es posible industrializar la extracción de pectina del mango ʻAtaulfoʼ maduro? sí es efectivamente factible la industrialización de la extracción de pectina del mango ʻAtaulfoʼ maduro, pero a partir de procesos que favorezcan obtener residuos de pericarpio inocuos y sin otros componentes, la industria del deshidratado es una opción para evaluarse.
Cuadro 2
Matriz FODA del aprovechamiento del polvo del pericarpio del mango ʻAtaulfoʼ maduro para la extracción de pectina.
Conclusiones
El mango ʻAtaulfoʼ maduro, es un fruto con potencial de valor agregado para el aprovechamiento de subproductos derivados del proceso industrial en la obtención de la pulpa. En particular, el pericarpio (cáscara) deshidratado es un subproducto que por su contenido en fibra, nutrimentos inorgánicos y propiedades físicas, puede ser utilizado en una amplia variedad de formulados alimenticios. Asimismo, la obtención de pectina de los desechos del procesado industrial, o rezaga del mango ʻAtaulfoʼ, puede ser una alternativa de valor agregado y considerarse una opción en la cadena productiva del mango, en específico, como un adjunto de la industria de productos deshidratados.
