PROCESO DE EXTRACCIÓN DE FIBRAS DE CÍTRICOS A PARTIR DE VESÍCULAS DE CÍTRICOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige a la fibra de cítricos extraída a partir de vesículas de cítricos. La fibra de cítricos seca resultante es útil como un aditivo de alimentos para bebidas, mercancías horneadas, carne o emulsiones de carne, confitería, mermeladas y gelatinas, productos lácteos, aderezos, barras energéticas, y similares. DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA Los procesos actuales para la fabricación de jugos de cítricos utilizan extractores para separar la parte interior de la fruta que contiene el jugo de su cascara exterior. El jugo extraído por los extractores contiene el jugo mismo así como también un material pectináceo y celulósico llamado vesículas de cítricos. Este material algunas veces también es referido como pulpa gruesa, flotadores, células de cítricos, pulpa flotante, sacos de jugo o pulpa. Las vesículas de cítricos típicamente son separadas del jugo por medio de la filtración, usando equipo tales como terminadores de paletas, terminadores de tornillo y turbo-filtros. Las vesículas de cítricos contienen una cantidad significativa de sólidos solubles en jugo. Por razones económicas, las vesículas de cítricos a menudo se someten a
una etapa de lavado con agua, por ejemplo, usando mezcladores, mezcladores de tornillo, mezcladores estáticos en línea, terminadores, o turbo-filtros . La etapa del lavado con agua produce una corriente de jugo de grado secundario, referida como sólidos de naranja solubles y extraídos en agua (WESOS) o simplemente "lavado de pulpa". Las células lavadas, también llamadas "pulpa lavada", se considera desecho de este paso. Típicamente, las células lavadas se mezclan con la cascara (del proceso de extracción anteriormente mencionado) , se procesan adicionalmente (por ejemplo, se tratan con cal para ayudar en la deshidratación o eliminación de agua) y se secan para el uso como alimento para el ganado. Se han hecho algunos esfuerzos para recobrar los componentes potencialmente valiosos de los desechos de cítricos. Por ejemplo, la Patente Norteamericana 6,183,806 Bl para Ficca et al . , describe extractos de la cascara de cítricos y harina preparada a partir de los extractos. La cascara de cítricos se extrae con un solvente de etanol y se elimina el solvente del residuo sólido para recuperar la harina de naranja. La cascara de cítricos se provee en piezas o partículas trituradas. Las piezas o partículas trituradas pueden proporcionarse en la forma de pulpa lavada (pulpa de manzana) . Ficca utiliza el término "pulpa lavada" como algo no convencional para referirse a la pulpa de manzana, un
componente de la cascara. Ficca indica que la harina de naranja extraída de la pulpa de manzana es similar en composición a la harina obtenida de la cascara de naranja. Las células de cítricos lavadas contienen fibra de cítricos, un componente valioso de los cítricos el cual tiene un contenido de fibra dietética total relativamente alto y una proporción balanceada de fibra dietética soluble a insoluble. El espectro de la fibra dietética balanceada de la fibra insoluble (principalmente celulosa) y soluble (principalmente pectina) es ventajoso en la funcionalidad fisiológica sobre las fibras basadas en cereales. La fibra de cítricos, particularmente la fibra de la pulpa de naranja, tiene una capacidad de aglutinar agua extremadamente alta, que resultar en altas viscosidades comparada a otras fibras de cítricos tales como fibra de naranja Vitacel (disponible a partir de Rettenmaier) . Sería deseable desarrollar un proceso para recuperar la fibra de cítricos a partir de las vesículas de cítricos, especialmente un proceso que pueda recuperar la fibra de cítricos en una manera eficiente y relativamente de eficiente en costo. Sería especialmente deseable desarrollar un proceso que pueda recuperar la fibra de cítricos sin que sea necesario utilizar agentes potencialmente peligrosos. Sería particularmente deseable desarrollar un proceso que provea
fibra de cítricos que pueda utilizarse como un ingrediente de alimentos y bebidas. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención, de acuerdo a un aspecto, se dirige a un proceso de purificación de la fibra de cítricos en vesículas de cítricos para obtener un aditivo de alimentos adecuado para el consumo humano. El proceso comprende una etapa optativa de lavar las vesículas de cítricos con agua para remover sabores no deseados, olores, colores, azúcares, ácidos y similares. Las vesículas se ponen en contacto con un solvente orgánico para obtener vesículas lavadas con solvente orgánico. A las vesículas lavadas con solvente orgánico se les elimina el solvente y se recupera allí la fibra de cítricos seca. En una modalidad preferida de la invención, el proceso de extracción emplea un solvente de etanol y una proporción en peso sólido a solvente de al menos aproximadamente 0.25:1, preferentemente al menos aproximadamente 0.5:1. La extracción del solvente se lleva a cabo en al menos dos etapas a contra corriente. Se recupera y se reutiliza en al menos una porción del solvente, preferentemente al menos aproximadamente 70 %. En otro aspecto de la presente invención, la fibra de cítricos seca se prepara mediante el proceso de extracción como se describe anteriormente. La fibra de cítricos seca es
útil como una aditivo de alimentos para tales artículos alimenticios como bebidas, mercancías horneadas, carne o emulsiones de carne, confitería, mermeladas y gelatinas, productos lácteos tales como yogur, aderezos, barras energéticas, y similares. En otro aspecto de la invención, una la fibra de cítricos tiene un contenido de fibra dietética total de aproximadamente 60 a aproximadamente 85% en peso y una capacidad de aglutinar agua de aproximadamente 9 a aproximadamente 25 (peso/peso) . En una modalidad, la fibra de cítricos seca tiene un contenido de fibra dietética total de aproximadamente 60 a aproximadamente 80% en peso y una capacidad de aglutinar agua de aproximadamente 7 a aproximadamente 12 (peso/peso) . Preferentemente el contenido de fibra dietética total es al menos aproximadamente 70 % en peso y la capacidad de aglutinar agua es al menos aproximadamente 8 (peso/peso) . BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los objetos, características, y las ventajas de la invención serán aparentes a partir de la siguiente descripción más detallada de ciertas modalidades de la invención y como se ilustra en los dibujos acompañantes en los cuales: La Figura 1 es una ilustración esquemática de un proceso de extracción del solvente a contracorriente de dos etapas de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención será descrita primordialmente con referencia a la extracción de la fibra de naranja a partir de las vesículas de naranja. Se debe entender que el proceso puede servir para extraer la fibra de cítricos a partir de las vesículas de cítricos de una amplia variedad de otros tipos de frutas cítricas, ejemplos no limitantes de las cuales incluyen mandarinas, limas, limones, y toronja. Las vesículas de cítricos típicamente tienen un contenido de agua de al menos aproximadamente 80 % en peso y usualmente de aproximadamente 90 a aproximadamente 97 % en peso. El término "vesículas de cítricos", como se utiliza aquí, se refiere al material pectináceo y celulósico contenido en la porción interior de las frutas cítricas que contiene el jugo. Las vesículas de cítricos algunas veces también son referidas como pulpa gruesa, flotadores, células de cítricos, pulpa flotante, sacos de jugo, o pulpa. El término "sólidos solubles y extraídos en agua", como se utiliza aquí, se refiere al jugo de grado secundario que se obtiene mediante el lavado con agua de las vesículas de cítricos. El término "sólidos solubles y extraídos en agua" es particularmente inclusivo de los sólidos de naranja, solubles y extraídos en agua (WESOS) . Los sólidos solubles y extraídos
en agua son algunas veces también referidos como "lavado de pulpa" El término "vesículas lavadas con agua" se refiere a las vesículas de cítricos de las cuales los sólidos solubles y extraídos en agua se han removido mediante el lavado con agua.
Las vesículas lavadas con agua algunas veces también son referidas como "células lavadas" o "pulpa lavada"" El término "fibra de cítricos", como se utiliza aquí, se refiere a un componente fibroso que se obtiene a partir de las vesículas lavadas con agua y que se aisla a partir de los componentes de desecho presentes allí. La fibra de cítricos se caracteriza por un alto contenido de fibra dietética total así como también una proporción balanceada de fibra dietética soluble a insoluble. La fibra de cítricos, particularmente la fibra de naranja, tiene una capacidad de aglutinar agua muy alta . La fibra de cítricos, comparada a la harina de cítricos obtenida de la cascara de cítricos, es más ligera en color y está relativamente libre de sabor y olor. En contraste, la harina de cítricos obtenida de la cascara de cítricos se caracteriza por un sabor, olor y color a cascara de naranja, lo cuál limita severamente los usos del producto. Las ventajas adicionales de la fibra de cítricos incluyen un contenido de fibra dietética total superior (por ejemplo, mayor que
aproximadamente 70 % contra 58 %) ; un menor contenido de carbohidratos (por ejemplo, aproximadamente 5 % contra 15 %) ; y mayor capacidad de aglutinar agua (por ejemplo, mayor que aproximadamente 8 gramos de agua por gramo de fibra contra 5.5 g/g) • El contenido de proteína de la fibra de cítricos típicamente varía de aproximadamente 8 a 12 % en peso. La proporción de fibra dietética soluble a insoluble es un factor importante en la funcionalidad de la fibra de cítricos. Preferentemente, la fibra de cítricos tiene una proporción balanceada de fibra dietética soluble a insoluble. Por ejemplo, la fibra dietética total preferentemente está compuesta de aproximadamente 45-50 % de fibra dietética soluble y de 50-55 - % de fibra dietética insoluble. Otras consideraciones importantes incluyen el grado de molienda (granulometría) y las condiciones de secado (proceso de secado) . Generalmente, un grado mayor de molienda (es decir, una granulometría de fibra fina) resulta en más uniformidad del tacto en la boca de la fibra en alimentos y bebidas. La densidad y el tamaño de la partícula pueden variar sobre un amplio rango dependiendo de las condiciones del proceso. A manera de ejemplo, la densidad puede variar de aproximadamente 80 a aproximadamente 650 g/L, y el tamaño promedio de la partícula puede variar de aproximadamente 15 a aproximadamente 600 mieras. Se debe entender que estos rangos son meramente
ejemplares. Por ejemplo, en algunas aplicaciones puede ser deseable utilizar tamaños de partícula significativamente mayores. En general, la fibra de cítricos puede variar de una fina variedad a una estructura gruesa del polvo. Como se muestra esquemáticamente en la Fig. 1, las vesículas de naranja puede separarse del jugo de naranja por filtración, por ejemplo, usando el equipo 10 convencional de filtración tal como el terminador de paletas, terminador de tornillo o turbo- filtros . Las vesículas de naranja pueden someterse entonces a una etapa optativa de lavado con agua usando el equipo 20 adecuado tal como mezcladores, mezcladores estáticos en línea, terminadores, o turbo-filtros. Se desea el lavado con agua para eliminar sabores, olores, y ácidos indeseables presentes en las vesículas de cítricos. La etapa 20 de lavado con agua produce una corriente de sólidos de naranja, solubles y extraídos en agua (WESOS) . Los sólidos de naranja, solubles y extraídos en agua, conjuntamente con el jugo obtenido por la filtración 10, pueden procesarse adicionalmente usando el equipo 15 convencional para hacer jugo. Se usa un solvente orgánico para extraer sabores, olores, colores y similares de las vesículas lavadas con agua. El solvente debería ser polar y miscible en agua para facilitar la eliminación de los componentes deseados. Los solventes
preferidos incluyen alcoholes inferiores tales como el metanol, etanol, propanol, isopropanol, o butanol. El solvente puede ser (y preferentemente es) provisto en la solución acuosa. La concentración del solvente en la solución del solvente debe a menudo variar de aproximadamente 70 % en peso a aproximadamente 100 % en peso. En una modalidad, se utiliza como solvente una solución acuosa de etanol al 75 % en peso. En una modalidad preferida, se utiliza como solvente una solución acuosa de etanol al 90 % en peso. En general, los solventes removerán los componentes solubles en agua en bajas concentraciones y los componentes solubles en aceite en altas concentraciones. Opcionalmente, puede agregarse un co-solvente menos polar al alcohol acuoso para mejorar la recuperación de los componentes solubles en aceite en las vesículas de cítricos. Los ejemplos de tales solventes no polares incluyen el acetato de etilo, metil etil cetona, acetona, hexano, metil isobutil cetona y tolueno. Los solventes menos polares pueden agregarse en hasta 20 % de la mezcla del solvente. Muchos solventes, tales como el etanol, tienen un calor de evaporación inferior que aquél del agua, y por consiguiente requieren menos energía para volatilizar que sería necesaria para volatilizar una masa equivalente de agua. El solvente preferentemente se elimina y se rescata para su reaprovechamiento .
Preferentemente, las vesículas lavadas con agua se ponen en contacto con solvente orgánico en una proporción en peso sólidos a solvente de al menos aproximadamente 0.25:1, preferentemente al menos aproximadamente 0.5:1, y a menudo al menos aproximadamente 0.75:1, de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 5:1, o de aproximadamente 1.5:1 a aproximadamente 3:1, basada en el peso húmedo de los sólidos. En una modalidad, la proporción sólidos a solvente es aproximadamente 2:1. La extracción puede llevarse a cabo usando una sola etapa pero preferentemente se realizada usando extracción multietapa, por ejemplo, un dos proceso de extracción de dos, tres, o cuatro etapas, y preferentemente se usa extracción a contracorriente. No existe un límite superior particular contemplado en el número de etapas de extracción que pueden utilizarse. La Figura 1 ilustra esquemáticamente una modalidad preferida en la cual un proceso de extracción a contracorriente de dos etapas utiliza el primer y el segundo extractor 25a y 25b de solventes, respectivamente. Las vesículas lavadas con agua se alimentan en el segundo extractor 25b. Se alimenta un solvente acuoso de etanol de un tanque 26 de solvente en el primer extractor 25a de solventes. El solvente gastado del primer extractor 25a de solventes se alimenta en el segundo extractor 25b de solvente, mientras que
las vesículas de cítricos extraídas del segundo extractor 25b de solvente se alimentan en el primer extractor 25a de solventes. El solvente gastado del segundo extractor 25b de solvente puede alimentarse en un evaporador 35 (opcional) para separar los sólidos (por ejemplo, azúcares, colores, sabores, aceites de cítricos, etc.) del solvente gastado, el cual puede condensarse y devolverse a un destilador 24. Los fondos del destilador (predominantemente agua) se separan y eliminan. Después de cada etapa de extracción, se usa preferentemente una prensa de filtro de banda (no mostrada) para eliminar más líquidos. Una prensa de filtro de banda puede ser de construcción convencional la cual es conocida por las personas expertas en la técnica. Los detalles de la prensa de filtro de banda adecuada se encuentran, por ejemplo, en las Patentes Norteamericanas 4,236,445, 4,297,215, y 5,022,989, las descripciones de las cuales están incorporadas aquí por referencia . Las vesículas lavadas con solvente del primer extractor 25a de solventes se alimentan a un eliminador 30 de solventes. El eliminador 30 de solventes elimina el solvente y el agua de los sólidos que permanecen después de la extracción, habilitando al solvente para ser rescatado para el uso futuro y asegurando también que el producto sea seguro para la molienda y el uso comercial. El eliminador 30 de solventes
puede utilizar calor indirecto para eliminar cantidades significativas de solvente del residuo sólido. Alternativamente, puede proporcionarse calor directo para el secado, por ejemplo, proporcionando aire caliente de secadores instantáneos o secadores de lecho fluidizado. Puede utilizarse, si se desea, vapor directo para eliminar cualquier traza de solvente que permanezca en los sólidos. Los vapores del eliminador 30 de solventes preferentemente se recobran y se alimentan al destilador 24 para rescatar al menos una porción del solvente. El tiempo de retención en cada etapa de extracción puede variar sobre un amplio rango pero usualmente es aproximadamente 5 minutos o menos y preferentemente es aproximadamente 3 minutos o menos. La temperatura en el (los) extractor (es) de solventes depende de tales factores como el tipo de solvente usado pero más a menudo varia de aproximadamente 4.44 °C a aproximadamente 82.22 °C a presión atmosférica. Las temperaturas pueden aumentarse o disminuirse apropiadamente para la operación bajo presiones super- o sub-atmosféricas. Opcionalmente, se utilizan técnicas tales como el ultrasonido para mejorar la eficiencia del proceso de extracción. Pueden minimizarse las pérdidas de solvente durante la extracción, eliminación de solventes, y la destilación, manteniendo un sistema cerrado. Preferentemente,
se recupera y se reutiliza al menos aproximadamente 70 % en peso del solvente. Una corriente de reposición de solvente suministra solvente fresco en el tanque 26 de solvente para reabastecer cualquier solvente que no se recupera. El producto de fibra de naranja seco es generalmente una harina gruesa. La harina puede molerse si se necesita un polvo para una aplicación particular. Opcionalmente, la fibra de cítricos se somete a uno o más tratamientos adicionales necesarios o deseados para un uso final particular. Por ejemplo, las enzimas naturales pueden desactivarse antes del proceso de extracción del solvente o secado. Las enzimas pueden desactivarse, por ejemplo, por ultrasonido o por desactivación térmica convencional . A diferencia de muchas fibras comerciales típicas, la fibra de naranja de la presente invención tiene potencia o energía de espesamiento, que crea las texturas de la pulpa (fracción de gruesos) y tiene buena estabilidad. Por ejemplo, la fibra de cítricos puede usarse para remplazar 1 % de sacarosa en una receta de crema para hornear estándar con estabilidad al horneado mejorada y buena estabilidad de congelamiento /deshielo. Esto indica una capacidad de aglutinar agua extremadamente alta de la fibra de naranja, resultando en viscosidades relativamente altas.
La alta capacidad de aglutinar agua puede ser benéfica para muchas aplicaciones (por ejemplo, aplicaciones de carne procesada). En otras aplicaciones, tales como en productos horneados, puede ser no deseable una alta capacidad de aglutinar agua. Las fibras molidas extremadamente finas (por ejemplo, tamaño de partícula de 20 a 30 µm) generalmente mostrarán características sensoriales superiores (alta uniformidad) . Además de tener utilidad como un aditivo de alimento en bebidas, mercancías horneadas, carne o emulsiones de carne
(por ejemplo, salchichas, bologna, hot dogs) , confitería, mermeladas y gelatinas, productos lácteos, aderezos, barras energéticas, y similares, la fibra de cítricos también puede ser utilizada potencialmente como un agente natural de espesamiento para productos alimenticios, tales como yogur, o como un portador para otros componentes en los sistemas de bebida. La cantidad adecuada de la fibra de cítricos para varios productos alimenticios puede determinarse por personas expertas en la técnica de acuerdo con tales factores como las preferencias del usuario y con la ayuda de no más que la experimentación de rutina. EJEMPLO 1 Este ejemplo ilustra la extracción de la fibra de cítricos a partir de las vesículas lavadas con agua usando una
solución acuosa del solvente de etanol al 75 % en peso en un proceso de extracción a contracorriente de dos etapas como se describe anteriormente. La fibra de naranja resultante se analizó para el contenido dietético de fibra usando el método AOAC 991.43 (Prosky) . Se encontró que la fibra de cítricos tiene la composición y las propiedades que se muestran a continuación en la Tabla 1: TABLA 1
EJEMPLO 2 Este ejemplo ilustra la preparación de un pan que contiene fibra de naranja. La Tabla 2 lista los ingredientes usados para preparar el pan: TABLA 2
Se mezclan todos los ingredientes secos en un mezclador de espiral (tipo Veema) . Se agrega entonces el agua, y la masa resultante se mezcla durante 20 minutos. Se divide la masa en porciones de 700 gramos. La estratificación e impermeabilización se lleva a cabo durante 1.5 horas a 32 °C y humedad relativa del 82 %. El pan se hornea en un horno de piso a 220 °C durante 35 minutos. EJEMPLO 3 Este ejemplo ilustra la preparación de un aderezo (tipo 30 %de aceite) que contiene fibra de naranja. La tabla 3 lista los ingredientes usados para preparar el aderezo:
TABLA 3
El agua y la fase acida se agregan en un molino de coloides Fryma. La fase de dispersión se agrega entonces y se homogeniza durante 30 segundos. La fase de aceite se agrega al siguiente minuto, y se emulsiona la mezcla durante segundos 30 adicionales. El aderezo se llena en jarras. EJEMPLO 4 Este ejemplo ilustra la preparación de una hamburguesa de carne de res que contiene fibra de naranja. La tabla 4 lista los ingredientes usados para preparar la hamburguesa de carne de res : TABLA 4
Se mezclan todos los ingredientes (excepto las especias) en un mezclador Hobart tipo N50CE a velocidad 1. Las especias se agregan después de 30 segundos. La mezcla se mezcla hasta 5 minutos, la masa se voltea manualmente después de 2.5 minutos. La masa se enfría en un refrigerador durante 2 horas. Se forman las hamburguesas como porciones de 90g con un diámetro de 80 mm. Las hamburguesas puede cocinarse en un sartén hasta que se obtiene una temperatura de centro de 74-75 °C. EJEMPLO 5 Este ejemplo ilustra la preparación de una mermelada que contiene fibra de naranja. La tabla 5 lista los ingredientes que pueden usarse para preparar la mermelada: TABLA 5
Se pueden mezclar y cocinar la fruta, los edulcorantes y el agua juntos. La fibra de naranja puede entonces agregarse y hervirse para la sustancia seca deseada. La solución de ácido cítrico puede entonces agregarse hasta que la mezcla alcanza
un pH de 3.4. La mermelada puede lleno en caliente en jarras de vidrio. EJEMPLO 6 Este ejemplo ilustra la preparación de barras energéticas. La tabla 6 lista los ingredientes usados para preparar las barras energéticas: TABLA 6
Se calientan los edulcorantes y el agua en una cacerola a 88 °C. Se mezclan la grasa derretida y la lecitina en un mezclador Hobart durante 1 minuto a velocidad 1. Se agrega le edulcorante a la grasa y se mezcla en velocidad 1 durante 1 minuto. Se agregan los ingredientes secos y se mezclan en velocidad 1 durante 30 segundos. La mezcla se deposita sobre de una hoja y se corta al tamaño deseado. Entonces, las barras se enfrían y se empaquetan.
Mientras que se han descrito e ilustrado las modalidades particulares de la presente invención, se debe entender que la invención no está limitada a éstas debido a que pueden hacerse modificaciones por personas expertas en la técnica. La aplicación presente contempla cualquier y todas las modificaciones que caigan dentro del espíritu y alcance de la invención subyacente, descrita y reivindicada aquí.