En el presente trabajo se evalúa la dependencia de la viscosidad (h) respecto a la tempera-tura (20 ºC - 80 ºC) y a los grados Brix (0.2 - 0.6) para el mucílago de nopal (Opuntia spi-nulifera). El valor máximo de h20ºC fue de 1091.5 cSt a 0.6 ºBx de mucílago. Los resultados muestran la variación de la h respecto a los sólidos solubles (ºBx) para cada temperatura estudiada. El mucílago mostró comportamiento no-newtoniano.In this paper, dependence of viscosity (h) is evaluated with respect to temperature (20 ºC - 80 ºC), and degrees brix (0.2 - 0.6), for mucilage prickly pear (Opuntia spinulifera). The maximum value  of h20ºC
  was  10915  cSt  at  0.6  ºBx  of  mucilage.  The  results  show,  the  variation  of the viscosity on soluble solids (ºBx) for each temperature studied. The mucilage showed non-newtonian behavior

ANTONIO PEREZ NIETO

CARLOS HERNAN HERRERA MENDEZ

Gabriela Arroyo Figueroa

LORENA VARGAS RODRIGUEZ

MARIA ISABEL GARCIA VIEYRA

Spanish

Repositorio Institucional de la Universidad de Guanajuato

I S S N  0 1 8 8 - 6 2 6 6Vol. 26 (NE-1) Fotónica y Óptica Febrero 2016    8Propiedades físicas del mucílago de nopalPhysical properties of mucilage prickly pearRESUMENEn el presente trabajo se evalúa la dependencia de la viscosidad (h) respecto a la tempera-tura (20 ºC - 80 ºC) y a los grados Brix (0.2 - 0.6) para el mucílago de nopal (Opuntia spi-nulifera). El valor máximo de h20ºC fue de 1091.5 cSt a 0.6 ºBx de mucílago. Los resultados muestran la variación de la h respecto a los sólidos solubles (ºBx) para cada temperatura estudiada. El mucílago mostró comportamiento no-newtoniano.ABSTRACTIn this paper, dependence of viscosity (h) is evaluated with respect to temperature (20 ºC - 80 ºC), and degrees brix (0.2 - 0.6), for mucilage prickly pear (Opuntia spinulifera). The maximum value of h20ºC was 10915 cSt at 0.6 ºBx of mucilage. The results show, the variation of the viscosity on soluble solids (ºBx) for each temperature studied. The mucilage showed non-newtonian behavior.* Departamento de Ingeniería Agroindustrial, División de Ciencias de la Salud e Ingenierías, Campus Celaya-Salvatierra, Universidad de Guanajuato. Privada de Arteaga s/n, zona centro, Salvatierra, Guanajuato, México, C.P. 38900. Tel.: (466) 6633413; fax: (466) 6632132. Correo electrónico: vargasrlorena@yahoo.com.mxLorena Vargas-Rodríguez*, Gabriela Arroyo Figueroa*, Carlos Hernán Herrera Méndez*, Antonio Pérez Nieto*, María Isabel García Vieyra*, Jesús Rubén Rodríguez Núñez*Recibido: 22 de junio de 2015Aceptado: 12 de octubre de 2015Palabras clave:Mucílago; nopal; viscosidad.Keywords:Mucilage; prickly pear; viscosity.Cómo citar:Vargas-Rodríguez, L., Arroyo Figueroa, G., Herrera Méndez, C. H., Pérez Nieto, A., García Vieyra, M. I., & Rodríguez Núñez, J. R. (2016). Propiedades físicas del mucílago de nopal. Acta Universitaria, 26(NE-1), 8-11. doi: 10.15174/au.2016.839INTRODUCCIÓNEl mucílago de nopal en general (Opuntia spp.), obtenido de cladodios, es una sustancia hidrocoloidal, heteropolisacárida (con residuos de arabinosa, galactosa, ramnosa y xilosa como azúcares neutros); sus estructuras mole-culares son polielectrolitas (Majdoub, Sadok & Deratani, 2001), altamente ramificadas (MacGarvie & Parolis, 1979) y con peso molecular (PM) en el orden de los millones de Da (3 × 106 Da en Cárdenas, Higuera & Goycoolea, 1997; 4.3 × 106 Da en Trachtemberg & Mayer, 1981).Las aplicaciones a escala doméstica del mucílago con fundamento en conocimiento empírico son muy diversas. Algunas de ellas han sido aproxi-madas a publicaciones científicas. Sáenz, Sepúlveda & Matsuhiro (2004) co-mentan, por ejemplo: 1) en área de salud para el control de glicemia (además, Laurenz, Collier & Kutti [2003] realizaron estudios preclínicos en cerdo como modelo biológico; Alarcón-Aguilar [2003] identificaron y aislaron un polisa-cárido con propiedad hipoglucemiante; Basurto, Lorenzana & Magos [2006] hicieron una revisión de la literatura precisando en algunos casos para el mucílago sobre la acción de hipoglucemiante), colesterolemia, protección de mucosa gástrica ulcerada, analgésico, anti-inflamatorio y antiviral (her-pes simple tipo); 2) tratamiento de aguas contaminadas con metales pesa-dos, coliformes fecales y mal olor; 3) construcción y pinturas, la adición del mucílago como adhesivo natural en la cal, con la finalidad de restaurar y pro-teger edificios históricos; 4) agricultura, mejorando la infiltración de agua en suelo; 5) alimenticia, como aglutinante de sabores y sustituto de grasas; exhibe también fuerte capacidad emulsificante. Por último, las biopelículas comestibles de mucílago de Opuntia ficus indica para prolongar la vida de anaquel de las fresas ha sido de las aplicaciones más innovadoras para esta sustancia (Del Valle, Hernández, Guarda & Galotto, 2005).doi: 10.15174/au.2016.839Vol. 26 (NE-1) Fotónica y Óptica Febrero 2016 9I S S N  0 1 8 8 - 6 2 6 6Propiedades físicas del mucílago de nopal | Lorena Vargas-Rodríguez, Gabriela Arroyo Figueroa, Carlos Hernán Herrera Méndez, Antonio Pérez Nieto, María Isabel García Vieyra, Jesús Rubén Rodríguez Núñez | pp. 8-11Aun cuando existen diversos trabajos reportados con caracterizaciones químicas y físicas de esta sus-tancia del nopal, siguen siendo limitados e insufi-cientes. Entre otras razones, se exponen argumentos (McGarvie & Parolis, 1981 a y b) que el clima modifica el contenido de mucílago en el nopal, reflejando ren-dimientos de extracción de mucílago sumamente bajos (0.06 % del nopal fresco), que obstaculizan las aplica-ciones y el estudio del conocimiento. Adicionalmente, Naod & Tsige (2012) discuten que la abundancia y la calidad (inherente de la composición) del mucílago del nopal varían con el tipo de especie, edad del cladodio, estación climática y la topografía del lugar de plan-tación (el tipo de suelo, lluvia, temperatura, etc.), di-ficultando esta multitud de factores la comparación o correlación de materiales mucilaginosos, incluso mostrándose algunas veces abruptamente diferentes. Otras razones más son la diversidad de especies y va-riedades de nopal a estudiar, así como también las im-precisiones en la identificación taxonómica del nopal (referida como nopal u Opuntia sp.).La Opuntia spinulifera, endémica de los valles de Apán Hidalgo, Mezquital y México, es una especie pro-ductora de xoconostle poco documentada y referenciada en la literatura científica, muy probablemente debido al desconocimiento de este nopal por tratarse de una es-pecie silvestre, por lo cual no existen registros donde se documente en torno a su mucílago. Sin embargo, nues-tro grupo de trabajo lo ha estudiado desde cosecha en plantación silvestre (Vargas-Rodríguez et al., 2012), y se ha encontrado un material con alta viscosidad y abun-dancia respecto al de otros nopales. En este trabajo se estudió el mucílago de esta especie adaptada al clima de la ciudad de Cortazar, Gto.La tabla 1 muestra los resultados de contenido de mucílago para el nopalito verdura y cladodio de dos años de edad de la O. ficus indica, comparada con los respec-tivos de O. spinulifera.Por lo anterior, aunado con el atractivo en su poten-cial de las aplicaciones antes mencionadas, es interés para este grupo de trabajo contribuir al conocimiento de las características físicas y químicas del mucílago es-pecífico del nopal no tradicional Opuntia spinulifera, enfatizando para el presente artículo en la propiedad más representativa de la sustancia: su mucilaginosi-dad en la penca (cladodio), esto llevado a través del indicador de la viscosidad.La viscosidad es la principal característica del mucí-lago, sobre la que se proyecta la aplicación como aditi-vo de alimentos, adhesivo de pinturas y recubrimiento de mucosa gástrica ulcerada, entre otras.MATERIALES Y MÉTODOSLos cladodios de la Opuntia spinulifera fueron corta-dos y limpiados para la extracción a dos años de edad (figura 1, izquierda).Técnica de extracción de mucílago. El parénquima medular de los cladodios fue separado manualmente con navaja, para luego triturado. Por cada 100 g de parénquima se adicionó 250 ml de agua destilada. Posteriormente, se agitó el material a 100 rpm du-rante 12 h a temperatura ambiente y luego se filtró (figura 1, centro) en un tamiz doméstico (primer filtra-do); a continuación se repite el proceso, adicionando igual volumen de agua, reposando y filtrando para obtener, 2º, 3º y 4º filtrado. El mucílago obtenido en los filtrados presentó un pH ligeramente ácido, con un valor de 6.6 y variabilidad en los grados Brix.Rendimiento de mucílago. El rendimiento de mucílago fue determinado por precipitación asistida de 100 ml de filtrado con tres volúmenes de etanol 96º (por tripli-cado). El producto fue deshidratado a 50 ºC durante 3 h (Vargas-Rodríguez et al., 2012). El rendimiento de mucílago fue de 2.56 ± % en peso fresco de parénquima medular para la primera extracción.Tabla 1. Extracción del mucílago de cladodios de Opuntia.Edad del cladodio/Opuntia Extracción %2 meses/O. ficus indica 0.352 años/O. ficus indica 0.922 años/O. spinulifera 4.4Fuente: Elaboración propia.Figura 1. Izquierda a derecha. Cladodios de Opuntia spinulifera de 1 y 2 años de edad. Mucílago extraído de parénquima de cladodio de Opuntia spinu-lifera. Medición de viscosidad del mucílago utilizando una copa Zahn.Fuente: Elaboración propia.I S S N  0 1 8 8 - 6 2 6 6Vol. 26 (NE-1) Fotónica y Óptica Febrero 2016    10Propiedades físicas del mucílago de nopal | Lorena Vargas-Rodríguez, Gabriela Arroyo Figueroa, Carlos Hernán Herrera Méndez, Antonio Pérez Nieto, María Isabel García Vieyra, Jesús Rubén Rodríguez Núñez | pp. 8-11Viscosidad. La determinación de la viscosidad se rea-lizó con una copa Zahn de acero inoxidable del nú-mero 4 (específica de líquidos viscosos), y capacidad para 44 ml, cronometrando el flujo ininterrumpido del mucílago y registrado en segundos (figura 1, derecha). Previamente, el material fue llevado por calentamiento escalonado a las temperaturas de 20 ºC, 35 ºC, 50 ºC, 65 ºC y 80 ºC para su medición por triplicado de la propiedad viscosa.RESULTADOS Y DISCUSIONESLos líquidos tienen una propiedad denominada visco-sidad, la cual se puede definir como la resistencia a fluir, resultante de los efectos combinados de la cohe-sión y la adherencia.Los trabajos que anteceden en torno al estudio de la viscosidad del mucílago de nopal han sido realizados para Opuntia ficus indica, específicamente en área de reología. En estudios preliminares, la viscosidad de mucílago de cáscaras de tuna de Opuntia ficus indi-ca dependió del incremento de pH de las dispersiones, alcanzando el máximo valor de 60 mPa.s a pH de 6.6 (Sáenz, Vásquez, Trumper & Fluxa, 1992). Medina, Brito, Torrestiana & Katthain (2000) reportaron las propiedades reológicas de dispersiones de mucílago de cladodio de nopal Opuntia ficus indica, como un fluido no newtoniano y el efecto de iones en la viscosidad.En este trabajo se obtiene el valor de viscosidad cinemática (h) a través del uso de una copa Zahn nú-mero 4 y la siguiente expresión matemática:h = K (t-c)                                                                   (1)Donde:h = viscosidad cinemática en cStK = 14.8t = tiempo en segundos (s)c = 5Para obtener la propiedad de viscosidad cinemática se emplearon los diferentes filtrados (1º, 2º, 3º y 4º) de mucílago obtenido según la metodología comentada en los materiales y métodos. Todos ellos analizados a las temperaturas de 20 ºC, 35 ºC, 50 ºC, 65 ºC y 80 ºC. La medición de los grados Brix fue realizada a 20 ºC para todos los casos.La tabla 2 muestra los valores máximo y mínimo de viscosidad cinemática (h) determinados para el mu-cílago del nopal.La figura 2 evidencia la variación de la viscosidad cinemática (h) con respecto a la temperatura, lo que co-rrobora que la viscosidad es fuertemente dependiente de la temperatura. La mayoría de los materiales dis-minuye su viscosidad al aumentar la temperatura. En general, mientras más caliente es un líquido, menos viscoso se vuelve. Esto se debe a que en un líquido las moléculas poseen más energía a temperaturas más elevadas, y se pueden oponer con mayor fuerza a las grandes fuerzas de cohesión moleculares. Es decir, en los líquidos las moléculas están bastante cercanas entre sí, con intensas fuerzas de cohesión entre ellas, y la resistencia al movimiento del fluido entre sus ca-pas adyacentes (viscosidad) está relacionada con esas fuerzas. A medida que aumenta la temperatura en un líquido, las fuerzas de cohesión entre sus moléculas se reducen con una disminución correspondiente a la resistencia del movimiento.Tabla 2. Máximo y mínimo valor de viscosidad cinemática para el mucílago del nopal (Opuntia spinulifera).η (cSt) ºBrix T (ºC) pHMáxima: 1091.5 0.6 20 6.6Mínima: 57.72 0.2 80 6.6Fuente: Elaboración propia.Figura 2. Isotermas para la viscosidad cinemática del mucílago de cladodio del nopal Opuntia spinulifera en función de la concentración.Fuente: Elaboración propia.Vol. 26 (NE-1) Fotónica y Óptica Febrero 2016 11I S S N  0 1 8 8 - 6 2 6 6Propiedades físicas del mucílago de nopal | Lorena Vargas-Rodríguez, Gabriela Arroyo Figueroa, Carlos Hernán Herrera Méndez, Antonio Pérez Nieto, María Isabel García Vieyra, Jesús Rubén Rodríguez Núñez | pp. 8-11Este comportamiento demuestra que se trata de un fluido no-newtoniano, pues la viscosidad del flui-do no permanece constante. Sin embargo, a las tem-peraturas de 65 ºC y 80 ºC la viscosidad se mantiene del mismo orden, no obstante, continúa siendo un fluido no-newtoniano debido al incremento de la vis-cosidad al aumentar la concentración. Ello sugiere efectuar caracterizaciones reológicas para indagar el comportamiento de la viscosidad a estas temperaturas, o inclusive a mayores temperaturas, con el objeto de tener mejor caracterizado a este mucílago y proponer una posible aplicación tanto en industrias alimenta-rias y no alimentarias.En la misma figura 2 se observa un incremento en la viscosidad al aumentar la concentración. El máxi-mo valor de la viscosidad obtenido fue de 1091.5 cSt a la mayor concentración de 0.6 ºBx y a una tempe-ratura de 20 ºC. En tanto, el mínimo valor de visco-sidad fue de 57.72 a la temperatura de 80 ºC y a una concentración de 0.2 ºBx. Esto sugiere que existe una relación entre la concentración y la viscosidad, es de-cir, existe un incremento en la viscosidad al aumentar la concentración. El valor máximo obtenido de viscosidad, como re-sultado preliminar, permite aproximarse a diversas aplicaciones innovadoras del mucílago en la indus-tria, una de ellas como sustituto de huevo en pro-cesos de industrias alimentarias, pues la clara de huevo presenta un valor promedio de 1084.84 cSt similar al de la sustancia investigada.Experimentos adicionales deben ser realizados para sugerir expresiones matemáticas que relacio-nen los parámetros físicos de viscosidad y concen-tración (ºBx) a temperaturas determinadas; o bien, la viscosidad como función de la temperatura a concen-traciones determinadas, esto es hT = f(ºBx) y h ºBx = f(T), respectivamente.CONCLUSIONESSe obtuvieron datos preliminares de la sustancia mu-cílago de una especie no tradicional de nopal (Opuntia spinulifera). Se determinó que la viscosidad cinemática varía directamente proporcional con el aumento de la concentración e inversamente con las temperaturas. Por lo anterior y por la magnitud del máximo valor de vis-cosidad, este mucílago es un material promisorio para diversas aplicaciones.REFERENCIAS Alarcón-Aguilar, F. J. (2003). Hypoglycemic activity of two polysaccharides isola-ted from Opuntia ficus indica and Opuntia streptacantha. Proceedings of the West Pharmacology Society, 46, 139-142.Basurto, S. D., Lorenzana Jiménez, M., & Magos G. A. (2006). Utilidad del nopal para el control de la glucosa en la diabetes mellitus tipo 2. Revista de la Facultad de Medicina, 49(4), 157-162.Cárdenas, A., Higuera Ciapara, I., & Goycoolea, F. (1997). Rheology and aggre-gation of cactus (Opuntia ficus indica) mucilage in solution. Journal of the Professional Association for cactus development, 2, 152-159.Del Valle V., Hernández, M. P., Guarda, A., & Galotto, M. J. (2005). 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