Extracción de pectina a partir de residuos agroindustriales
mediante microondas y ultrasonido
Como se muestra en la Figura 6, la
extracción de pectina mediante tecnologías emergentes inicia con el
acondicionamiento del material, que incluye la obtención del residuo, su secado
y la reducción de su tamaño mediante molienda (Panwar et al.,
2023). Para la extracción, se pesan 5 g del polvo de cáscara molida, se
añade agua destilada como disolvente y se ajusta el pH entre 1,3 y 3 utilizando
ácido cítrico u otro agente acidulante. La mezcla se somete a extracción
utilizando tecnologías como MAE o EAU, en las que se controlan diferentes
variables (Hossain et al., 2024). Posteriormente, la pectina se
recupera por filtración, precipita con etanol, filtra de nuevo y se somete a
secado y molienda (Du et al., 2024). Por último, la pectina obtenida se evalúa
mediante análisis fisicoquí-micos y funcionales y la determinación del rendi-miento
de la extracción (Benmebarek et al., 2024).
Influencia de las variables de
extracción en el rendimiento de la pectina mediante MAE y UAE
El rendimiento de pectina varía en
función de la técnica de extracción, el tipo de material vegetal utilizado y
los diferentes parámetros, como la temperatura, tiempo, pH, tipo de disolventes
(agua caliente, ácidos minerales u orgánicos) y la relación líquido-sólido.
Un estudio realizado por Zioga, et al.
(2022) extrajeron pectina de residuos de naranja entera y albedos de
naranja mediante MAE en condiciones de 1,5 pH (con HCl), SLR 1:25 p/v, 620 W de
potencia y un tiempo de irradiación de microondas 3 min. Bajo es condiciones se
obtuvieron rendimientos del 22,8 y 19,3 para cáscara y albedos naranja,
respectivamente. Los investigadores concluyeron que las condiciones de
extracción y el tipo de materia prima afectaron las propiedades (grado de
esterificación (DE) y contenido acido galacturónico (GalA)) y el rendimiento de
la pectina. Por su parte, Turan et al. (2024) que obtuvieron un rendimiento del 40%, con unas
condiciones de proceso de 360 W por 15 min. Esto permite inferir que cuando se
utiliza menos potencia y más tiempo, se evita la degradación de la pectina,
obteniéndose así un mayor rendimiento.
Otro estudio realizado por Karbuz
& Tugrul (2021) informaron un rendimiento del 10,11% para la pectina de cáscara
de limón extraída a 75 °C, 360 W de potencia, 3 min de irradiación y un pH de
2,0 utilizando MAE; por el contrario, Pei et al. (2024), extrajeron
pectina de cáscara de limón, estudiando variables como tiempo de extracción
(1,5 – 6,5 min), pH (pH 1,0 – 3,0) y potencia (150 – 650 W). En condiciones de
extracción de 4 min, pH 1,0 y 450 W, se logró el máximo rendimiento (42%) con
DE superior al 80% y un contenido de GalA del 68,7%. Asimismo, los gráficos de
superficie de respuesta indicaron que incrementar el tiempo, disminuir el pH y
aumentar la potencia condujo a un aumento concomitante en el rendimiento de
pectina. No obstante, estos valores deben ser controlados adecuadamente, ya
que, al utilizar un tiempo de extracción de 5,5 min, un pH de 1,4 y una
potencia de 650 W, el rendimiento redujo hasta 37,2%.
Por otro lado, el pH es un factor
determinante en el proceso de extracción, ya que influye signifi-cativamente en
el rendimiento. Thu et al. (2021) aplicaron el método de MAE para extraer pectina
de cáscara de pitahaya roja y blanca. Bajo las mismas condiciones de extracción
de 150 W de potencia, SRL de 1:50 durante 10 min y variando solo el pH (3 y 4),
se obtuvo que, cuando se extrajo con pH 3, los rendimientos fueron 17,79% y 15%
para la pitahaya roja y blanca, respectivamente, mientras que estos
disminuyeron significati-vamente al utilizar un pH 4, reportándose un
rendimiento de 4,92% para la variedad roja y 5,11% para la blanca. Según este
estudio, se observa que en condiciones de pH más bajo se extrae una mayor
cantidad de pectina de la matriz vegetal.
Con respecto a la extracción asistida
por ultrasonido, Rai et al. (2025) señalaron que,
durante la UAE, cuando se incrementó la amplitud del 45% al 60%, el rendimiento
subió hasta el 27,65 % y el 34,12 %, respectivamente. Sin embargo, una
amplitud elevada (90%) causó una disminución del rendimiento (29,71%). La caída
en el rendimiento de pectina se puede deber a que la ultrasonicación es cada
vez más intensa, lo que origina la ruptura de la cadena polimérica y la
descomposición del exoesqueleto de pectina por implosión asimétrica de las
burbujas y por la creación de microchorros. Por su parte, Panwar et al. (2023)
optimizaron mediante el diseño Box-Behnken la extracción de pectina de cáscaras
de Citrus limetta, logrando un rendimiento máximo del 28,73 % bajo
condiciones ideales de 40 °C de temperatura, 37 % de amplitud, 1,9 pH y 24 min
de sonicación. Además, señalaron que el empleo de una amplitud ultrasónica alta
reduce la efectividad de cavitación por causa del colapso turbulento asimétrico
de las burbujas; esto reduce la transmisión de energía y, por ende, el
rendimiento. Según estos estudios, para optimizar la eficacia de extracción de
pectina, se deben emplear amplitudes por debajo del 60%.
Comparación en la MAE y UAE en la
extracción de pectina
Las tecnologías emergentes como la MAE
y la UAE ofrecen grandes ventajas para la extracción de pectina. Sin embargo,
la selección del método adecuado depende del tipo de residuo agroindustrial
utilizado, ya que el contenido de pectina varía mucho entre los diferentes
residuos de frutas y verduras debido a las diferencias en su composición y
estructura celular. Según un estudio realizado por Mada et al. (2022), aplicando MAE a las cáscaras mixtas
de plátano y papaya, tuvo un rendimiento máximo del 23,78 %. Por el contrario, Rivadeneira et al. (2020) extrajeron
pectina utilizando UAE a partir de cáscara de plátano, obteniendo un
rendimiento máximo del 14,2 %. De manera similar, Hossain et al. (2024) compararon ambas tecnologías (MAE
y UAE) para extraer pectina de cáscara de Citrus maxima. Los resultados
evidenciaron que el mayor rendimiento (26,63%) se logró utilizando MAE,
mientras que con UAE el rendimiento fue del 21,13%. Del mismo modo, Pei et al. (2024) obtuvieron rendimiento del 42 y 37,9% con
MAE y UAE, respectivamente. Esta congruencia también ha sido evidenciada en la
Figura 5, donde los rendimientos promedios fueron mayores cuando se utilizó MAE
en lugar de UAE. El mayor rendimiento de MAE frente a UAE en la extracción de
pectina se fundamenta en el mecanismo de acción de las microondas: estas
generan un calentamiento volumétrico rápido y uniforme, que rompen las paredes
celulares, incrementa la permeabilidad y facilita la solubilización de la
pectina. En cambio, la UAE actúa principalmente por cavitación acústica, un
proceso menos eficiente para despolimerizar y liberar polisacáridos de la
matriz vegetal. Por ello, MAE favorece una mayor transferencia de masa y
tiempos de extracción más cortos, traduciéndose en rendimientos superiores.
Si bien la MAE y la UAE ofrecen
rendimientos superiores en comparación con la extracción convencional, su
eficiencia puede maximizarse significativamente mediante la aplicación
sinérgica de ambas tecnologías. Esta sinergia se puede lograr tanto de forma
secuencial (utilizando una como pretratamiento para la otra) como simultánea. Shourove
et al. (2025) extrajeron pectina de cáscaras de sandía mediante MAE, UAE y UMAE (extracción
secuencial de ultrasonido-microondas). Los rendimientos fueron 32,11, 17,41 y
5,68% utilizando UMAE (potencia de 900 W, 2,01 pH, un tiempo de irradiación de
6,34 min y tiempo de sonificación de 32 min), MAE y UAE, respectivamente. Asimismo,
el rendimiento obtenido mediante UMAE fue significativamente superior a los
reportados por Fırat et al. (2023) y Lim et al. (2020), quienes obtuvieron
rendimientos de 9,40 % y 19,67 %, respectivamente, mediante MAE y UAE en el
mismo residuo agroindustrial. Los investigadores indicaron que, en la UMAE, la
muestra pretratada con ultrasonido interactúa de manera más efectiva con el
solvente debido a las microfracturas generadas en la pared celular del material
vegetal, mientras que el tratamiento con microondas aumenta aún más la
solubilidad de la pectina al elevar la temperatura, acelerando su extracción.
Asimismo, los autores indicaron que La UMAE, además, tuvo la menor emisión de
CO2 (0,041 kg/g) y el consumo energético más bajo (0,052 kWh/g de
pectina seca) en comparación con la MAE y la UAE.
El incremento en el rendimiento
es más notable cuando la UAE y la MAE se emplean de manera secuencial; sin
embargo, este puede optimizarse aún más cuando ambas técnicas se aplican de
forma simultánea. En un estudio reciente, Malpartida et
al. (2025) extrajeron pectina de alta pureza de cáscara de naranja mediante
extracción asistida por ultrasonido y microondas de forma simultánea. En
condiciones óptimas de UMAE (60 °C y 500 W con 50% de amplitud y 3 min de
duración), el proceso de extracción de pectina alcanzó un rendimiento máximo
del 65,40%, esto fue mayor MAE y UAE con rendimiento del 26,63 y 38,45%,
respectivamente. ; esto fue mayor que la MAE y UAE con rendimientos del 26,63 y
38,45%, respectivamente. Con el método innovador (UMAE de forma simultánea) no
solo lograron un alto rendimiento, sino también una pectina de alta calidad,
presentando un 70,2% de grado de esterificación y un contenido de GalA del
81,56%. Los autores indicaron que la UMAE es una tecnología con gran potencial
para el aprovechamiento de residuos agroindustriales en la producción de
pectina, en menos tiempo, de forma más ecológica y con mayor rendimiento y mejor
calidad de pectina.
Identificación y análisis de las
palabras más utilizadas en los títulos y resúmenes de los artículos incluidos
Para identificar las palabras más
frecuentes, se utilizó la aplicación VOSviewer, que, a través de la red de
coocurrencia, permite identificar las palabras más repetidas en los títulos de
los 43 artículos, representándolas como nodos o puntos. Los nodos más grandes
indican una mayor frecuencia de aparición de las palabras y las conexiones
entre los nodos reflejan la fuerza de la relación entre las palabras, y cuanto
más gruesa es la línea, más fuerte es la vinculación de la palabra en los títulos
de los artículos.
En este análisis, se destacan dos
clústeres importantes (rojo y verde) (Figura 7). Clúster rojo (Extracción y
Metodología): Este clúster se centra en la tecnología de extracción. Sus nodos
clave son "microwave-assisted extraction", "microwaves",
"extraction" y "response surface methodology". Esto indica
una fuerte tendencia en la investigación hacia la aplicación y optimización de
métodos avanzados para la extracción de pectina, particularmente la extracción
asistida por microondas (MAE), utilizando diseño robusto como la metodología de
superficie de respuesta para maximizar el rendimiento y la eficiencia de
extracción.
Clúster Verde (Pectina y
Caracterización): Este clúster se enfoca en el producto final y sus
propiedades. Sus nodos centrales son "pectins", "pectin
extraction" y "characterization". Esto sugiere que la
investigación se dirige no solo a obtener la pectina, sino también a estudiar y
comprender sus características intrínsecas (como grado de esterificación,
contenido de GalA y propiedades funcionales y emulsificantes entre otras), las
cuales son cruciales para su funcionalidad y aplicación de la pectina en
diversas industrias.
Ambos clústeres convergen en la
extracción de pectina como eje común. Las tendencias sugieren un avance hacia
tecnologías asistidas y modelos de optimización, mientras que los vacíos
científicos se relacionan con la escasa integración de las tecnologías
emergentes, caracterización y optimización de las mismas, así como con la
limitada diversificación hacia matrices no cítricas para la extracción de
pectina.
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