Introducción

El almidón es la principal fuente de carbohidratos sintetizada por las plantas superiores. En los frutos funciona como reserva energética y su concentración varía con el estado de madurez (^{Taiz y Zeiger, 2010}); en el caso del plátano (Musa spp.), en madurez fisiológica el almidón constituye hasta 60% de los frutos con base en peso de materia seca (^{Jiménez-Vera, 2011}). En la industria de alimentos, el almidón se usa principalmente como agente de retención de humedad, espesante, estabilizante de sistemas y de bajo costo; además, es la materia prima más usada en la elaboración de películas biodegradables, debido principalmente a su relativa abundancia y facilidad de manejo (^{Bello-Pérez, 2006}, ^{Lin y Zhao, 2007}, ^{Zamudio-Flores, 2011}).

De igual manera, la pectina es otro de los carbohidratos complejos que se encuentran en la composición de los frutos. Es uno de los principales componentes de la pared celular primaria y media en los tejidos vegetales (^{Arellanes et al, 2011}) que se ha empleado como recubrimiento comestible debido a que es un polisacárido no tóxico, biocompatible y biodegradable (^{Sriamornsak et al, 2008}).

La Reología es la ciencia que estudia la deformación y flujo de los materiales. En la definición de los parámetros reológicos se toma en cuenta el flujo laminar, en el cual se considera un fluido como varias capas que se deslizan una sobre otra. En los estudios reológicos se observa la respuesta de un material a un estrés o deformación aplicado, por lo que la reología en la fabricación de alimentos es de fundamental importancia para comprender la manera en la cual una sustancia se mueve y se comporta para poder transportarla y mezclarla durante su procesamiento. También, la reología de un producto dicta mucho de la experiencia del consumidor, por ejemplo, en relación con la textura y la sensación en la boca (^{Norton et al, 2011}).

Para evaluar el perfil reológico de polisacáridos, tales como el almidón y la pectina, el modelo más utilizado es el de Ostwald de Waele o ley de la potencia:

Donde: 𝜎 (Pa) es el esfuerzo de corte en la interfase del fluido y el elemento que produce el esfuerzo; k es el coeficiente de consistencia (Pa s ⁿ ); γ (s^-1) es la velocidad de corte o deformación en la interfase, y "es el índice de flujo (adimensional). Los valores k y n describen el comportamiento del fluido. La consistencia k es un indicador de la naturaleza viscosa del sistema, resultando que a mayor k más viscoso es el material (^{Mechetti, 2011}). El índice de flujo n es una medida del grado de comportamiento no Newtoniano. Si n < 1 el fluido es pseudo plástico; si n > 1 el fluido es dilatante; y si n= 1 es un fluido newtoniano.

En México, Nayarit es el sexto productor de plátano con una superficie sembrada de más de 3 671 hectáreas y una producción de 42 387 toneladas en el año 2012 (^{SIAP, 2013}). La variedad 'Pera'(Musa ABB) es la más cultivada con 54% de la producción estatal; sin embargo, en el mercado presenta los menores precios en comparación con los cultivares 'Macho' y 'Manzano' (^{SNIIM, 2013}) por lo que recientemente se han visualizado alternativas para mejorar el aprovechamiento de este cultivo.

La obtención de polisacáridos a partir de fuentes no convencionales, tales como los frutos de plátano (Musa spp.) podría representar una alternativa para darle valor agregado a este cultivo. Se buscan fuentes no convencionales para extraer almidón por dos razones: 1) satisfacer la demanda de las industrias que emplean el almidón como materia prima o ingrediente; y 2) buscar almidones con propiedades funcionales diferentes o mejores a las fuentes convencionales (^{Zhang et al, 2005}; ^{Bello-Pérez et al. 2006}); además, el almidón y la pectina por su potencial uso en la elaboración de recubrimientos comestibles podría favorecer la conservación poscosecha de frutos (^{Rojas-Graü et al, 2009}).

En la literatura se ha reportado el perfil reológico de polisacáridos en plátano 'Macho' (Musa AAB) pero no se encontraron reportes de estudios reológicos en frutos de plátano 'Pera'. Por lo anterior, el objetivo de esta investigación fue cuantificar la extracción y caracterizar reológicamente del almidón y la pectina de frutos de plátano 'Pera' (Musa ABB).

Preparación de las muestras y extracción de almidón y pectina

Se evaluaron frutos de plátano 'Pera' de la localidad de Mecatán, municipio de San Blas, Nayarit, cosechados en madurez fisiológica el 23 de enero de 2012. Los frutos se lavaron, se les eliminó la cáscara y se cortaron en trozos de 0.5 cm de ancho a lo largo del fruto. Después, se almacenaron en congelación -18 ±2 °C, se liofilizaron (Labconco®, modelo Free zone 2.5) y se trituraron hasta obtener un polvo similar a una harina, de la cual se extrajeron los polisacáridos, utilizando como referencia la metodología de ^{Peña-Valdivia y Sánchez-Urdaneta (2006)} para la extracción de polisacáridos en nopalito (Opuntiaficus), adaptándola para extracción de almidón y pectina en frutos de plátano 'Pera' (Musa ABB). El almidón se extrajo con agua destilada y la pectina con oxalato de amonio (0.05%) y pH a 5.6 en baño maría y con agitación constante. La mezcla acuosa se centrifugó a 3 500 x 10 g revoluciones por min (rpm) durante cinco minutos; el sobrenadante fue precipitado en alcohol frío (96°) en relación a 1: 4 (v/v) y se purificó por diálisis con agua destilada utilizando una membrana Membra-Cel® MD25 14 x 100 CLR, durante 72 h. Posteriormente, la muestra se congeló, se liofilizó y finalmente se pesó para cuantificar la extracción de almidón y pectina.

Caracterización reológica de almidón y pectina

Para la caracterización reológica de almidón y la pectina a partir de frutos de plátano 'Pera', se preparó una solución con agua destilada al 1% (p/v) a 50 °C en agitación constante durante 24 h (^{Del-Valle et al, 2005}). De esta solución se tomaron 2 μL y se colocaron en la placa plana de calentamiento de un reómetro de esfuerzo controlado (TA Instruments® Modelo AR2000, EUA) usando una geometría de cono acrílico (diámetro de 60 mm, ángulo de 2°, "Gap"= 54 mm y temperatura= 25 °C), con intervalo de velocidad de cizalla desde 0.1 a 300 s^-1.

Los datos se graficaron con el programa SigmaPlot (Versión 12.0) y las curvas se ajustaron al modelo de Ostwal-De Waele (ley de la potencia).

Extracción de polisacárido de almidón y pectina

El rendimiento de extracción del almidón y de la pectina extraídos de frutos de plátano 'Pera' en madurez fisiológica se presenta en el Cuadro 1, en el cual se observa el elevado contenido de almidón que contiene el fruto con un rendimiento de extracción de 56.53% con base a peso de materia seca. Éstos resultados son superiores a los reportados por ^{Bello-Pérez et al. (2000)} quienes reportaron rendimiento de 43.8% de almidón en plátano 'Macho' (Musa AAB). En general, éstos elevados contenidos de almidón se atribuye a que este compuesto es el principal carbohidrato de reserva sintetizado por las plantas (^{Taiz y Zeiger, 2010}). Asimismo, se ha reportado que frutos de plátano en madurez fisiológica contienen entre 50 y 60% de almidón, por lo que puede representar una alternativa no convencional para su extracción y utilizarse en la industria de alimentos como ingrediente o para elaborar recubrimientos comestibles (^{Bello-Pérez et al, 2000}).

Cuadro 1 Rendimiento de extracción de almidón y pectina por cada 100 g de harina seca de plátano 'Pera' (Musa ABB). 

En cuanto a la pectina (Cuadro 1), el rendimiento de extracción fue de 9.73%. Estos valores son superiores a los reportados por ^{Arellanes et al. (2011)}, quienes en plátano 'Manzano' encontraron un rendimiento de pectina de 6.64% y también a los obtenidos por ^{Vásquez et al. (2008)} que en cáscara de plátano (Musa AAB, clon Hartón) obtuvieron 7.65% de pectina. Estos resultados muestran diferencias en el rendimiento de extracción de pectinas en función del tipo de plátano y de la parte del fruto que se utilice para el análisis.

Caracterización reológica del almidón y pectina de plátano 'Pera'

El perfil reológico del almidón y de la pectina de plátano 'Pera'se presenta en el Cuadro 2. Los reogramas de estos polisacáridos se ajustaron al modelo de Ostwald-De Waele (Ley de la potencia). La reologia del almidón y de la pectina en suspensión en ninguna de las soluciones a 1% presentó dependencia del tiempo durante la deformación. El almidón y la pectina presentaron un índice de flujo (n) menor a 1, definiéndose como fluidos no-Newtonianos; la viscosidad de estos polisacáridos decreció al aumentar la velocidad de corte (Figura 1). A éste comportamiento se denomina reofluidificante y ocurre cuando el esfuerzo aplicado desorganiza el arreglo de las moléculas de la matriz.

Cuadro 2 Parámetros del modelo de Ostwald-de Waele (Ley de la potencia) para almidón y pectina de plátano 'Pera' (Musa ABB). 

Figura 1 Viscosidad de almidón y pectina en función de la velocidad de corte de soluciones acuosas a 1% (p/v) de plátano 'Pera' (Musa ABB). 

^{Guerra-Della Valle et al. (2009)} al evaluar el índice de flujo de tres tipos de almidones: nativo (0.465), acetilado (0.479) y oxidado (0.566) de plátano 'Macho'(Musa AAB), obtuvieron un comportamiento no- Newtoniano del tipo reofluidificante, similar a los reportados en la presente investigación. El comportamiento reofluidificante de la pectina de plátano 'Pera' fue similar a las reportados en frutos de Campomamsia xa"thocarpa, extraídas con agua y ácido cítrico a 0.5%, donde se obtuvieron valores de índice de flujo de 0.710 y 0.690, respectivamente (^{Silva et al, 2010}).

Finalmente, en la Figura 2 se presenta la apariencia de frutos de plátano 'Pera', del almidón y la pectina evaluados en el presente estudio.

Figura 2 (A y B) frutos de plátano 'Pera' (Musa ABB); (C) almidón; y (D) pectina. 

Conclusiones

Por cada 100 g de harina seca de frutos de plátano 'Pera' (Musa ABB) se tuvo un rendimiento de extracción de 56.53% de almidón y 9.73% de pectina.

El perfil reológico de los polisacáridos tuvo un índice de consistencia (Pa s ⁿ ) de 0.0325 (almidón) y 0.0140 (pectina) e índices de flujo (n, adimensional) de 0.7225 (almidón) y 0.7800 (pectina). Ambos polisacáridos presentaron un flujo no- Newtoniano y un comportamiento pseudo plástico.

Los frutos de plátano 'Pera' (Musa ABB) pueden representar una fuente alternativa para la extracción de almidón y pectina, y potencialmente podrían utilizarse en la industria de los alimentos como ingredientes o para elaborar recubrimientos comestibles.