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Extraction optimization of pectin from cacao pod husk by pressurized intermittent microwave-assisted technology
Flores Cruz, Josseant
Flores Cruz, Josseant
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Abstract
This study investigates how pH and extraction time affect the yield and galacturonic acid (GalA) content of pectin extracted from cocoa pod husks (CPH) using pressurized microwave-assisted extraction (PIMAE). A full factorial design was used to assess the impact of pH (2.0 and 2.5) and extraction time (16 and 20 min) on pectin yield and GalA content. The results indicated complex interactions between pH and extraction time on both pectin yield and GalA content, with only the GalA content being statistically significant. While increasing extraction time slightly increased overall pectin yield, the effect was more pronounced at pH 2.0. A decrease in pH had a dual effect on yield, reducing it at 16 min but increasing it at 20 min. Conversely, decreasing pH consistently increased GalA content, with the most significant effect observed at 16 minutes. Increasing extraction time increased GalA content only at pH 2.5, while it decreased at pH 2.0. A central composite design was used to develop regression models for the response variables and optimize the extraction parameters. A linear regression model adequately fitted the yield data but displayed a low R-squared value (42.3%). The degree of acetylation (DA) was found to be overestimated, affecting the reported GalA content and degree of methylation (DM). A correction factor was applied, resulting in recalculated GalA, DM, and DA values that were more closely aligned with values reported in scientific literature. The low DM values ranging between 30.7% and 43.8% indicated the extraction of a low methoxyl pectin with relatively high acetyl content (6.8 – 18.3%). The corrected GalA data generated a full quadratic model with a high R-squared value (93.8%). Optimization of this model predicted a 70.2% GalA content achievable at pH 2.13 and 17.45 minutes of extraction, producing an 8.2% pectin yield. PIMAE significantly reduced extraction time while maintaining pectin purity above 65% GalA, making it suitable for food applications.
Este estudio investiga el efecto de pH y tiempo en el rendimiento y contenido de ácido galacturónico (AGal) de pectina extraÃda de cascara de cacao (CPH) mediante una extracción a presión asistida por microondas (PIMAE). Empleamos un diseño factorial completo para evaluar el impacto del pH (2.0 y 2.5) y el tiempo de extracción (16 y 20 min) en estos parámetros. Se observaron interacciones complejas entre pH y tiempo, afectando tanto el rendimiento como el contenido de AGal. Solo el efecto de interacción en el AGal fue estadÃsticamente significativo. Aumentar el tiempo de extracción incrementó ligeramente el rendimiento total de pectina, siendo más notable a pH 2.0. Disminuir el pH tuvo un efecto doble en el rendimiento aumentándolo a 20 min y reduciéndolo a 16 min. Por el contrario, disminuir el pH aumentó el contenido de AGal en general siendo este efecto más significativo a los 16 min. Aumentar el tiempo de extracción incrementó el AGal a pH 2.5, pero lo disminuyó a pH 2.0. Un modelo de regresión lineal múltiple se ajustó a los datos de rendimiento, obteniendo un valor bajo de R2 (42.3%). Se observó una sobreestimación del grado de acetilación (GA) que afectó el contenido de AGal y el grado de metilación (GM) reportados. Se aplicó un factor de corrección, resultando en valores de GalA, GM y GA más cercanos a los valores de la literatura cientÃfica. Los valores bajos de DM (30.7% - 43.8%) indicaron la extracción de una pectina de bajo metoxilo con un contenido relativamente alto de acetilación (6.8 – 18.3%). Con los datos corregidos de AGal se generó un modelo de regresión polinomial para el contenido de AGal (R2 = 93.8%). La optimización del modelo predijo un contenido de AGal de 70.2% a pH 2.13 y 17.45 min de extracción, con un rendimiento de pectina de 8.2%. PIMAE redujo significativamente el tiempo de extracción manteniendo la pureza de la pectina por encima del 65% de GalA, haciéndola adecuada para aplicaciones alimentarias.
Este estudio investiga el efecto de pH y tiempo en el rendimiento y contenido de ácido galacturónico (AGal) de pectina extraÃda de cascara de cacao (CPH) mediante una extracción a presión asistida por microondas (PIMAE). Empleamos un diseño factorial completo para evaluar el impacto del pH (2.0 y 2.5) y el tiempo de extracción (16 y 20 min) en estos parámetros. Se observaron interacciones complejas entre pH y tiempo, afectando tanto el rendimiento como el contenido de AGal. Solo el efecto de interacción en el AGal fue estadÃsticamente significativo. Aumentar el tiempo de extracción incrementó ligeramente el rendimiento total de pectina, siendo más notable a pH 2.0. Disminuir el pH tuvo un efecto doble en el rendimiento aumentándolo a 20 min y reduciéndolo a 16 min. Por el contrario, disminuir el pH aumentó el contenido de AGal en general siendo este efecto más significativo a los 16 min. Aumentar el tiempo de extracción incrementó el AGal a pH 2.5, pero lo disminuyó a pH 2.0. Un modelo de regresión lineal múltiple se ajustó a los datos de rendimiento, obteniendo un valor bajo de R2 (42.3%). Se observó una sobreestimación del grado de acetilación (GA) que afectó el contenido de AGal y el grado de metilación (GM) reportados. Se aplicó un factor de corrección, resultando en valores de GalA, GM y GA más cercanos a los valores de la literatura cientÃfica. Los valores bajos de DM (30.7% - 43.8%) indicaron la extracción de una pectina de bajo metoxilo con un contenido relativamente alto de acetilación (6.8 – 18.3%). Con los datos corregidos de AGal se generó un modelo de regresión polinomial para el contenido de AGal (R2 = 93.8%). La optimización del modelo predijo un contenido de AGal de 70.2% a pH 2.13 y 17.45 min de extracción, con un rendimiento de pectina de 8.2%. PIMAE redujo significativamente el tiempo de extracción manteniendo la pureza de la pectina por encima del 65% de GalA, haciéndola adecuada para aplicaciones alimentarias.
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Date
2024-07-10
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Keywords
Cacao Pod Husk, Galacturonic Acid Content, Pressurized Microwave-Assisted Extraction, Pectin Yield, Optimization of Extraction Parameters