Estudo e caracterização da pectina de resíduos de ponkan verde (Citrus reticulata Blanco cv. Ponkan) com alto teor de metoxilação utilizando solvente verde

Abstract

Resumo: O Brasil é um dos maiores produtores do mundo de Citrus reticulata Blanco cv. Ponkan. Existem algumas ponkans que podem ser pequenas demais para serem comercializadas quando maduras. Com isso, são colhidas verdes e comercializadas às indústrias locais de suco para extração de óleo essencial. Porém, o subproduto da extração do óleo essencial, usualmente é descartado. Todavia, a partir desse resíduo é possível extrair a pectina, um carboidrato de alto valor agregado. O objetivo geral de este trabalho é avaliar o processo de extração de pectina de resíduos da Citrus reticulata Blanco cv. Ponkan mediante a avaliação experimental e modelagem matemática da cinética de extração. Um delineamento "small composite design" com quatro variáveis (temperatura, pH, diâmetro de partícula e relação volume / massa) e três níveis foi aplicado para a otimização da extração de pectina do resíduo de ponkan verde. A metodologia de superfície de resposta mostrou que o rendimento é positivamente influenciado por altas temperaturas, e que essa é a variável que mais influencia no rendimento de extração, seguido por maiores relações volume / massa. No entanto, o rendimento é negativamente influenciado pelo aumento no diâmetro das partículas e não foi estatisticamente influenciado por diferentes pH. As condições que resultaram em maiores rendimentos foram utilizadas para investigar a extração ao longo do tempo para diferentes temperaturas (70 a 90 ºC) e agitação (100 a 700 rpm). A diferença na agitação não foi estatisticamente significativa e a temperaturas influenciou o comportamento da cinética de extração. O modelo matemático de melhor ajuste aos dados foi o modelo derivado da lei de Fick, onde o R² variou de 98,3 a 99,2% e a variância entre 96,6 e 98,5%. Análise de (FTIR) foi empregada e todos os grupos funcionais característicos para amostras de pectina foram observados. As análises de TG-DTGA mostraram que a pectina de resíduos verdes de ponkan é adequada para produtos alimentícios cuja aplicação envolve processos a temperaturas inferiores a 200 ºC. Conforme demonstrado por todos os resultados, nas regiões onde o Citrus reticulata Blanco cv. Ponkan é cultivado, é possível reaproveitar o resíduo desta obtenção de pectina de alta metoxilação.

Abstract: Brazil is one of the largest producers of Citrus reticulata Blanco cv. Ponkan. Some ponkans may be too small to be sold when ripe, these ponkans are harvested unripe and sold to local juice industries to extract essential oil from the unripe ponkan. What remains from the essential oil extraction is usually discarded. However, from this residue, it is possible to extract pectin, a product with high added value. The goal of this study was to evaluate the pectin extraction process from Citrus reticulata Blanco cv. Ponkan through experimental assay and mathematical modeling of solid-liquid extraction kinetics. A small composite design with four variables (temperature, pH, particle diameter, and volume/mass ratio) in three levels was applied for pectin optimization. The response surface methodology showed that the yield is positively influenced by higher temperatures and higher volume/mass ratios. However, yield is negatively influenced by the increase in particle diameter and was not statistically influenced by different pH. The conditions which resulted in higher yields were used to investigate the extraction over time for different temperatures (70 to 90ºC) and stirring (100 to 700 rpm). The difference in stirring was not statistically significant while the temperature influences the kinetic behavior. The mathematical model with the best fit for kinetic extraction was derived from Fick's law as the R² varied from 98.3% to 99.2% and the variance varied between 96.6% and 98.5%. Pretreatment ultrasonic bath (400 W) for 2 different times (5 and 10 min before solvent extraction) was used to verify the influence of ultrasound in extraction. Nevertheless, when compared to extraction without the pretreatment they did not show a statistically significant increase in yield. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy was used and all the functional groups expected for a pectin sample could be observed. Also, the similarity of the sample with the 69.5% degree of esterification validates the titration test and confirms the unripe ponkan residue pectin as high methoxyl pectin. TGA/DTA analysis concluded that pectin from unripe ponkan waste is proper for food products whose application involves processes that temperatures higher than 200ºC are not necessary. As shown by all the results, in regions where the Citrus reticulata Blanco cv. Ponkan is cultivated and the unripe ponkan residue may be used as a source of citrus high methoxyl pectin.