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TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (4): e1686 (2024)
https://vocero.uach.mx/index.php/tecnociencia
ISSN-e: 2683-3360
Artículo Científico
Extracción de fibra dietaria de cáscara de naranja
mediante microondas y método convencional:
Propiedades macromoleculares y funcionales
Extraction of Dietary Fiber from Orange Peel Using Microwave and
Conventional Method: Macromolecular and Functional Properties
*Correspondencia: aochoa@itdurango.edu.mx (Luz Araceli Ochoa-Martínez)
DOI: https://doi.org/10.54167/tch.v18i4.1686
Recibido: 02 de octubre de 2024; Aceptado: 16 de enero de 2025
Publicado por la Universidad Autónoma de Chihuahua, a través de la Dirección de Investigación y Posgrado.
Editor de Sección: Dr. Miguel Ángel Sánchez-Madrigal
Resumen
La fibra dietaria (FD) es un conjunto de polímeros de carbohidratos esenciales para la salud humana
presentes en alimentos de origen vegetal. Su consumo mejora el tránsito intestinal y puede contribuir
a reducir los niveles de glucosa y colesterol en la sangre. El objetivo de este estudio fue comparar las
propiedades macromoleculares y funcionales de la fibra dietaria soluble (FDS) e insoluble (FDI)
extraída de la cáscara de naranja por dos métodos: el método ácido convencional y el método asistido
por microondas, y compararla con fibra comercial. Los resultados mostraron que la extracción
asistida por microondas mejoró significativamente el rendimiento de la FDS, logrando 24.33 ± 0.75 g/
100 g, en comparación con 14.83 ± 0.73 g/100 g obtenido mediante el método ácido convencional. En
cuanto a la FDI, no se encontraron diferencias significativas. Con ambos métodos de extracción, la
FD presentó características macromoleculares propias. Con el uso de microondas la fibra presentó
mejores propiedades funcionales, como la capacidad de hinchamiento, retención de agua, retención
de aceite, y adsorción de colesterol y glucosa. En conclusión, el uso de microondas es un método más
eficiente para obtener fibra dietaria de calidad, surgiendo como una alternativa para el
aprovechamiento de la cáscara de naranja.
Palabras clave: fibra dietaria, microondas, propiedad funcional, extracción, cáscara de naranja
Ricardo Montañez-Domínguez1, Luz Araceli Ochoa-Martínez1*, Juliana Morales-Castro1,
Silvia Marina González-Herrera1
1 Tecnológico Nacional de México, Instituto Tecnológico de Durango, Blvd. Felipe Pescador 1830 Ote.,
Durango, Dgo. C.P. 34080, México
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Abstract
Dietary fiber (DF) is a group of carbohydrate polymers essential for human health, found in plant-
based foods. Its consumption improves intestinal transit and may help reduce blood glucose and
cholesterol levels. The aim of this study was to compare the macromolecular and functional
properties of soluble (SDF) and insoluble (IDF) fiber extracted from orange peel by two methods: the
conventional acid and the microwave-assisted method, and to compare them with commercial fiber.
The results showed that microwave-assisted extraction significantly improved SDF yield, achieving
24.33 ± 0.75 g/ 100 g compared to 14.83 ± 0.73 g/ 100 g obtained by the conventional acid method. For
IDF, no significant differences were found. Both extraction methods produced fibers with their
inherent macromolecular properties. The microwave-extracted fibers presented better functional
properties such as swelling capacity, water retention, oil retention, and cholesterol and glucose
adsorption. In conclusion, microwaves are more efficient for obtaining high-quality dietary fiber,
offering an alternative to take advantage of the orange peel.
Keywords: dietary fiber, microwave, functional property, extraction, orange peel
1. Introducción
La fibra dietaria (FD) es un componente esencial de la alimentación humana, ampliamente
reconocido por sus beneficios para la salud. Se define como polímeros de carbohidratos con al menos
diez unidades monoméricas que no son hidrolizados por las enzimas del intestino delgado humano
(Stribling, 2023). La FD se clasifica en fibra dietaria soluble (FDS) e insoluble (FDI), cada una con
propiedades específicas que contribuyen a la salud intestinal y metabólica. Estas fibras no solo son
fundamentales para la nutrición, sino también para la industria alimentaria, donde se valoran por
su capacidad para mejorar la textura, estabilidad y funcionalidad de los productos procesados.
La FDS, presente en alimentos como avena, legumbres, frutas y verduras, tiene la capacidad de
formar geles y aumentar la viscosidad del contenido intestinal. Esto ralentiza el vaciado gástrico y
la absorción de glucosa, lo que ayuda a controlar los niveles de azúcar en sangre y colesterol.
Además, actúa como un prebiótico al ser fermentada por bacterias intestinales, generando ácidos
grasos de cadena corta que promueven la salud intestinal y reducen el riesgo de enfermedades
cardiovasculares (Guan et al., 2021; Soliman, 2019; Wu et al., 2023; Bai et al., 2022). Por otro lado, la
FDI, abundante en cereales integrales, salvado de trigo y frutas con piel comestible, no se disuelve
ni es fermentada de manera significativa. Su principal función es aumentar el volumen fecal, facilitar
la motilidad intestinal y prevenir el estreñimiento (Emran et al., 2022; Reynolds et al., 2020).
Hoy en día, estas propiedades promotoras de la salud de la FD han abierto una gran demanda
potencial de productos ricos en FD y han marcado una tendencia en la búsqueda de nuevas fuentes
que podrían encontrar aplicación en la industria alimentaria. Entre estas fuentes destacan los cítricos,
conocidos por su alto contenido de compuestos bioactivos y fibra dietaria, siendo las naranjas las
líderes, con aproximadamente un 65 % de la producción mundial (Martínez-Jiménez et al., 2020). En
este contexto, la cáscara de naranja resalta como una fuente especialmente rica en fibra dietaria,
conteniendo entre un 36 % y un 80 % de FD en base a peso seco (Tejada-Ortigoza et al., 2016; Kute et
al., 2020). Este valor puede ser signicativamente superior al de otros subproductos, como la cáscara
de mango, que presenta porcentajes de bra dietaria total entre el 30 % y el 35 %; la cáscara de limón,
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con valores entre el 45 % y el 61 %; o la cáscara de toronja, que alcanza un 62 % (De Lourdes et al.,
2013; Gan et al., 2020; Núñez-Gómez et al., 2024), consolidando a la cáscara de naranja como un
subproducto ideal para el desarrollo de productos funcionales y sostenibles en la industria
alimentaria.
La mayoría de los cítricos se destinan a jugos frescos o bebidas envasadas. Derivado del proceso
industrial de la naranja, la cáscara representa alrededor de la mitad de la masa de la naranja, siendo
el principal subproducto generado. Los residuos provenientes de las industrias de procesamiento de
cítricos son una buena fuente de FD (Ayala et al., 2021; Benassi et al., 2021). En la actualidad, uno de
los métodos más utilizados para la extracción de FD es el método convencional ácido con
calentamiento, que tiene la ventaja de ser de operación simple y bajo costo de preparación. Sin
embargo, presenta varias desventajas, como la destrucción de la estructura química de los
componentes, debido a los largos tiempos de exposición, lo que reduce la eficiencia de extracción y
la calidad de la FD, afectando sus propiedades funcionales (Welti-Chanes et al., 2020).
El uso de tecnologías alternativas, como el microondas, cuyo principio se basa en ondas
electromagnéticas de alta frecuencia para calentar y desestabilizar las estructuras celulares de los
alimentos, podría mejorar la extracción de fibra dietaria al reducir el tiempo y la energía necesarios
para el proceso, así como mejorar la pureza y la calidad del extracto (Kute et al., 2020). Al respecto,
Wongkaew et al. (2020) demostraron que la extracción asistida por microondas aplicada a la cáscara
de mango no solo permitió reducir signicativamente el tiempo de procesamiento e incrementar los
rendimientos obtenidos, sino que también permitió obtener una bra dietaria con mayor porosidad
y mejores propiedades de rehidratación. Esto la hizo especialmente adecuada para su incorporación
en productos como salchichas deshidratadas, donde dichas propiedades son cruciales para su
funcionalidad y calidad final. Por ello, el objetivo de este estudio fue comparar las propiedades
macromoleculares y funcionales de las fibras extraídas por dos métodos: el método ácido
convencional y el método asistido por microondas, para obtener fibra dietaria soluble (FDS) e
insoluble (FDI) a partir de cáscaras de naranja, permitiendo así analizar su calidad frente a las
disponibles en el mercado.
2. Materiales y métodos
2.1 Materiales
Las cáscaras de naranja resultantes del proceso de extracción de jugo de naranja se obtuvieron
durante el período de octubre-noviembre del año 2023, mediante donaciones por parte de la
microempresa Jugópolis, ubicada en la ciudad de Durango, Dgo., México. Los estándares de glucosa
y colesterol se adquirieron de la empresa Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, MO, EE. UU.). El
resto de los productos químicos y solventes empleados fueron grado reactivo y se utilizaron sin
someterse a purificación adicional. La fibra insoluble comercial utilizada fue de la marca ZANA
elaborada en Chihuahua, Chih. mientras que la pectina comercial se adquirió en la empresa Deiman,
S.A. de C.V. de Ciudad de México.
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2.2 Preparación de la materia prima
A las cáscaras de naranja obtenidas del proceso de extracción del jugo, se les retiraron los
residuos de pulpa, semillas y otras fibras adheridas (bagazo), y se lavaron con una solución de
hipoclorito de sodio al 10 %. Posteriormente, se cortaron longitudinalmente en tiras de 4 a 5 mm de
ancho y se secaron en una secador de charolas (APEX, México) a 50 °C durante 5 horas. Después, se
realizó una molienda utilizando una licuadora clásica (Oster, BLST4127, México), y finalmente se
llevó a cabo un tamizado en malla No. 40, obteniendo un tamaño de partícula de 420 nm. Para la
caracterización de la materia prima se determinó el contenido de FD, proteína, humedad y cenizas,
de acuerdo con los métodos AOAC 991.43, 978.04, 930.04 y 930.05, respectivamente (AOAC, 2005).
2.3 Extracción convencional
La extracción ácida convencional de fibra dietaria se realizó siguiendo el protocolo descrito
por Kute et al. (2020). Se agregaron 10 g de polvo de cáscara de naranja a 400 mL de agua destilada,
ajustando el pH a 2 mediante la adición de HCl al 5 %. La mezcla se calentó con agitación a 70 °C
durante 2 horas. Después se llevó a cabo una filtración utilizando papel filtro (Whatman No. 1),
separando el filtrado del residuo. El residuo fue enjuagado con agua destilada hasta alcanzar un pH
neutro y se secó para obtener la fibra dietaria insoluble. Por otra parte, el filtrado fue neutralizado
mediante la adición de una solución de NaOH al 5 %, después se concentró a 100 mL bajo presión
reducida en un rotavapor (Hahnshin, HS-2000NS, República de Corea) a 60 °C, y se añadieron 100
mL de etanol al 95 % para la precipitación de la FDS. El precipitado se refrigeró a 4 °C durante 24 h,
y se separó por centrifugación (Hermile, Corning LSE, Alemania) a 4185 x g durante 15 minutos con
dos lavados con etanol al 95 %. Por último, ambos componentes se secaron en una estufa (Riossa, H-
48, USA) a 50 °C por 24 h, obteniendo las muestras C-FDS (fibra soluble extraída de forma
convencional) y C-FDI (fibra insoluble extraída de forma convencional). Este procedimiento se realizó
por triplicado. El contenido de proteína, humedad y cenizas se determinó de acuerdo con los métodos
descritos en el punto 2.2.
2.4 Extracción asistida con microondas
Para este proceso se utilizó un equipo de microondas (LG, MJ1481BP/00, Corea del Sur), en
donde a través de experimentos preliminares utilizando un diseño de optimización Box-Behnken, se
determinaron las condiciones óptimas para la extracción de fibra a partir de cáscara de naranja. En
este diseño, se evaluaron los siguientes factores y niveles: potencia del microondas (900 W, 720 W y
540 W), tiempo de extracción (8 minutos, 5:30 minutos y 3 minutos) y pH del medio (1, 2 y 3). A partir
del resultado de los preliminares, se fijaron las condiciones de 900 W, tiempo de 3 min y pH de 1 el
cual se ajustó con una solución de HCl al 5 %. En 400 mL de agua destilada se añadieron 10 g de
polvo de cáscara de naranja y se aplicaron las condiciones seleccionadas de 900 W, 3 min y pH de 1.
Una vez aplicadas estas condiciones, la mezcla se filtró a vacío, utilizando papel filtro (Whatman No.
1), separando el residuo del filtrado. A partir de aquí, tanto el residuo como el filtrado se procesaron
de igual forma que para la extracción convencional (apartado 2.3), obteniendo las muestras M-FDS
(fibra soluble extraída por microondas) y M-FDI (fibra insoluble extraída por microondas). Este
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procedimiento se realizó por triplicado. El contenido de proteína, humedad y cenizas se determinó
de acuerdo con los métodos descritos en el punto 2.2.
2.5 Propiedades macromoleculares
2.5.1 Microestructura y propiedades morfológicas (SEM)
Se utilizó un microscopio electrónico de barrido (Hitachi, modelo SU3500, Tokio, Japón) para
observar la microestructura y morfología de la FD. Las muestras se colocaron en un soporte de
muestra con cinta adhesiva de doble cara y se cubrieron con una capa de oro mediante pulverización,
posteriormente se observó cada muestra con aumentos de 100X a 1000X y un voltaje de aceleración
de 15.0 kV.
2.5.2 Análisis molecular (FTIR)
La obtención del espectro con el patrón de la información estructural FTIR de las muestras,
se llevó a cabo utilizando un espectrómetro FTIR Vertex 70v (Perkin Elmer, EE.UU.), acoplado con
un accesorio de tecnología ATR (reflexión total atenuada). Todos los resultados fueron procesados
utilizando el software OPUS 7.2. Se mezcló una muestra con polvo de bromuro de potasio (KBr) en
proporción de 1:100 (v/v) y se prensaron en forma de pastillas. Los espectros fueron medidos en el
rango de frecuencia de 4500 a 500 cm-1 con una resolución de 4 cm-1.
2.5.3 Estructura cristalina (XRD)
La estructura de la FDI y FDS se analizó mediante un difractómetro de rayos X (XRD-6100,
Shimadzu, Japón) con voltaje de trabajo de 40 kV y una corriente incidente de 40 mA. La región para
el escaneo del ángulo de difracción (2θ) abarcó a partir de 5 hasta 55 grados, con velocidad de escaneo
de 2°/min.
2.6 Propiedades funcionales
2.6.1 Solubilidad en agua (SA)
La SA de las muestras de FD se determinó según el método descrito por Dong et al. (2020).
Una muestra de 0.1 g (m) de FD se mezcló con 5 mL de agua destilada. La mezcla se agitó a 90 °C
durante 30 minutos en baño María, posteriormente se realizó una centrifugación a 2790 x g durante
15 minutos. Se recogió, secó y pesó el sobrenadante (m1). El índice de solubilidad se calculó a partir
de la Ec. (1).
SA (%) = 100 × m1
m Ec. (1)
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2.6.2 Capacidad de hinchamiento (CH)
La CH se determinó utilizando el método de Zhang et al. (2011) con ligeras modificaciones.
Se colocó una muestra de 0.3 g (m) de FD en un tubo de ensayo, se registró el volumen original (v1)
y se añadieron 5 mL de agua. Se hidrató durante 24 horas a 25 °C, y se registró el volumen final (v2)
de la fibra hinchada. Luego, se calculó la CH utilizando la Ec. (2).
CH (mL/g) = 𝑣2−𝑣1
𝑚 Ec. (2)
2.6.3 Capacidad de retención de agua (CRA)
La CRA se llevó a cabo de acuerdo con el método descrito por Liu et al. (2022). Primero, se
añadió 1 g (m1) de muestra de FD a 25 mL de agua destilada a temperatura ambiente (25 °C) y se
dejó en reposo durante 1 hora. Después se centrifugó a 3348 x g durante 10 min, los residuos se
extrajeron y pesaron (m2). Finalmente, la CRA se determinó mediante la Ec. (3).
CRA(g/g) = m2−m1
m1 Ec. (3)
2.6.4 Capacidad de retención de aceite (CRAC)
Se empleó un método modificado de Liu et al. (2022), en el cual se agregó 1 g (m1) de muestra
de FD a 25 mL de aceite de soja durante 2 h. Después se centrifugó a 3348 x g durante 10 min, los
residuos se extrajeron y pesaron (m2). El CRAC se calculó utilizando la Ec. (4).
CRAC(g/g) = m2−m1
m1 Ec. (4)
2.6.5 Capacidad de adsorción de colesterol (CAC)
La CAC de las muestras de DF se determinó mediante el método de o-ftalaldehído descrito
por Qiao et al. (2021) con ligeras modificaciones. Se preparó una solución de yema de huevo y agua
destilada (1:9, v/v). Se añadieron 0.5 g de la muestra de FD (m) a 25 mL de la solución de yema diluida,
y se ajustó el pH de la mezcla a pH 2.0, seguido de una incubación a 37 °C en un baño de agua con
agitación durante 2 horas. Se utilizó una solución de yema diluida sin la muestra de DF, como blanco.
La mezcla se centrifugó a 2790 x g durante 10 minutos y se midió la absorbancia del sobrenadante a
550 nm. El contenido de colesterol en la yema diluida que contiene FD se registró como m2 y en la
yema diluida sin FD como m1. La CAC se calculó con la Ec (5).
CAC (mg/g) = m1 − m2
m Ec. (5)
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2.6.6 Capacidad de adsorción de glucosa (CAG)
El CAG se determinó utilizando el método de Tan et al. (2024) con ligeras modificaciones. Se
mezclaron 0.25 g (m) de FD con 50 mL (v) de una solución de glucosa (100 mmol/L) (C1) y se
incubaron a 37 °C durante 2 horas. Luego, la mezcla se centrifugó a 2790 x g durante 20 minutos a
temperatura ambiente. La concentración de glucosa en el sobrenadante (C2) se midió mediante el
método DNS. La capacidad de adsorción de glucosa (mmol/g) se calculó utilizando la Ec. (6).
CAG (mmol/g) = (C1−C2) × v
m Ec. (6)
2.6.7 Análisis estadístico
Los datos experimentales se analizaron utilizando el software estadístico Minitab versión
19.1. Los resultados se expresaron como media ± DE. Para determinar el efecto de las variables
independientes o factores sobre las respuestas, se empleó un análisis de varianza de una vía
(ANOVA), considerando como significativo p < 0.05. Posteriormente, las diferencias entre los grupos
experimentales se evaluaron mediante el método de comparaciones múltiples de medias de Tukey.
3. Resultados y discusión
3.1 Caracterización de la cáscara de naranja
La composición proximal de la cáscara de naranja en base a peso seco (p/p, %) fue la
siguiente: FDI 53.26 ± 3.50 %, FDS 26.45 ± 0.89 %, proteína 4.76 ± 0.08 %, humedad 7.12 ± 0.76 % y
cenizas 4.49 ± 0.08 %. Estos resultados evidencian la gama de componentes valiosos que aún contiene
la cáscara de naranja y que justifica su aprovechamiento para recuperarlos, para su uso como
ingredientes en la industria alimentaria. En comparación, Kute et al. (2020) reportaron valores
similares con un contenido de humedad de 8.33 ± 1.14 %, cenizas de 4.50 ± 0.18 %, proteína de 5.6 ±
0.16 % y un contenido de fibra total de 81.06 ± 0.9 %.
3.2 Efecto del método de Extracción
3.2.1 Rendimientos de extracción y composición química de FDI y FDS
En la Tabla 1 se presenta el análisis proximal y los rendimientos de extracción de fibra
dietaria soluble e insoluble obtenidos tanto por el método convencional como el de microondas. Los
resultados indican diferencias significativas en los rendimientos de la fibra dietaria soluble entre
ambos métodos. Sin embargo, no se observan diferencias significativas en los contenidos de
humedad, proteína y ceniza, tanto en las fracciones de fibra solubles como insolubles. Se observó que
el contenido de FDS en la extracción convencional fue significativamente menor en comparación con
la extracción asistida por microondas, lo que sugiere una mayor liberación de FDS con el uso de
microondas. Es probable que los tratamientos con microondas rompieran de manera más eficiente la
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pared celular, facilitando la conversión de FDI a FDS. Junto a ello, también largos tiempos en la
solución ácida en el método convencional, posiblemente ocurrió una destrucción de polisacáridos,
debido a la acción que tiene el ácido en los grupos glucosídicos, hidrolizando la FDS en oligosacáridos
y monosacáridos (Kratchanova et al., 2004; Wang et al., 2022). Por otra parte, al comparar el contenido
de FDI obtenido mediante el método convencional con el extraído por microondas, no se encontraron
diferencias significativas. Los resultados obtenidos en este estudio fueron ligeramente superiores al
rango reportado por Huang et al. (2021), que oscilaba entre 40.95 y 53.79 % de FDI a partir de diversos
tratamientos para la extracción de fibra dietaria de cáscara de naranja. Esto sugiere una buena
liberación de FDS sin degradación de la FDI en el estudio.
Tabla 1. Rendimiento de extracción y composición de las muestras de fibra dietaria (g/100 g en base seca).
Table 1. Extraction yield and composition of dietary fiber samples (g/ 100 g dry basis).
Los datos son medias ± DE de mediciones por triplicado. Letra superíndice diferente indica diferencia
significativa (p < 0.05) en comparaciones por filas, determinadas mediante la prueba de Tukey.
3.3 Propiedades macromoleculares
3.3.1 Microestructura y propiedades morfológicas (SEM)
La microestructura de la FDS y FDI de la cáscara de naranja se observa en la Fig. 1. La
superficie de la M-FDS mostró una textura rugosa con pocos vacíos y fragmentos irregulares, en
comparación con la C-FDS, que exhibió una estructura relativamente plana y suelta con ciertos
espacios entre las fibras. Por otro lado, tanto la M-FDS como la C-FDS presentó una estructura de red
celular irregular con numerosas grietas y pequeños grupos, lo cual podría estar relacionado con la
destrucción de celulosa y hemicelulosa provocada por los métodos de extracción y las condiciones
de procesamiento
En cuanto a la microestructura de la fracción de FDI, las imágenes de SEM de C-FDI y M-FDI
revelaron una masa irregular a 100X de aumento. A 1000X de aumento, se observó una estructura
rugosa e irregular, siendo más pronunciada en la C-FDI. Esto puede deberse a la potente actividad
oxidativa y la fuerza destructiva del HCl, que causó daños significativos durante el prolongado
proceso de extracción, resultando en una estructura más deteriorada en comparación con la M-FDI.
Los resultados sugieren que los diferentes métodos de procesamiento pueden afectar las
microestructuras de las muestras de FDI.
FDS
FDI
Microondas
Convencional
Microondas
Convencional
Rendimiento
24.33 ± 0.75 a
14.83 ± 0.73 b
54.25 ± 0.57 a
55.10 ± 0.67 a
Humedad
7.6 ± 0.28 a
7.75 ± 0.35 a
6.1 ± 0.14 a
6.05 ± 0.21 a
Proteína
5.35 ± 0.34 a
5.54 ± 0.41 a
4.86 ± 0.58 a
5.44 ± 0.54 a
Ceniza
3.24 ± 0.29 a
3.40 ± 0.63 a
4.79 ± 0.44 a
5.01 ± 0.16 a
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La microestructura de la fibra dietaria está estrechamente relacionada con sus propiedades
funcionales. Se ha observado que una estructura más porosa y rugosa mejora la CH, CRA y CRAC,
así como su CAG Y CAC (Yan et al., 2019; Gan et al., 2020; Huang et al., 2021). En este sentido, se
observa que la mayor rugosidad y porosidad de la M-FDS, en comparación con la C-FDS, podría
traducirse en una mejor retención de agua y aceite, así como una mayor adsorción de colesterol y
glucosa. Por otro lado, la estructura más deteriorada de la C-FDI podría limitar estas propiedades
funcionales en relación con la M-FDI. Esto sugiere que los tratamientos con microondas pueden
mejorar las propiedades funcionales al alterar favorablemente la microestructura, incrementando la
superficie efectiva y la interacción con líquidos y compuestos específicos.
Figura 1. Micrografías SEM de FDS extraída mediante método convencional (A, B, C) y asistida por microondas
(G, H, I), así como FDI extraída mediante método convencional (D, E, F) y asistida por microondas (J, K, L) a
diferentes grados de aumento.
Figure 1. SEM micrographs of FDS extracted using conventional method (A, B, C) and microwave-assisted
methods (G, H, I), as well as FDI extracted using conventional method (D, E, F) and microwave-assisted method
(J, K, L) at different magnifications.
3.3.3 Análisis molecular (FTIR)
Los resultados de FTIR de la FD de la cáscara de naranja se muestran en la Fig. 2. En general,
las muestras presentaron espectros IR bastante similares, con características espectroscópicas típicas
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de los polisacáridos. No obstante, se observaron algunas variaciones en las intensidades y posiciones
de los picos de varias bandas características. Todas las muestras mostraron señales fuertes alrededor
de 3322 cm⁻¹, indicando vibraciones de los enlaces de hidrógeno, principalmente asociados con los
grupos hidroxilo de los polisacáridos. Los picos de absorción alrededor de 2918 cm⁻¹ y 2850 cm⁻¹
correspondieron a las bandas de estiramiento C-H de los grupos –CH o –CH₂ de los polisacáridos. El
pico de absorción cercano a 1600 cm⁻¹ correspondió a la vibración de flexión O-H característica del
agua adsorbida. La intensidad de algunos picos varió según el método de extracción, lo que podría
atribuirse a la ruptura de los enlaces de hidrógeno intermoleculares de los polisacáridos. El pico de
absorción alrededor de 1733 cm⁻¹ correspondió a la vibración de estiramiento del C=O en los grupos
carboxilo (–COOH).
Figura 2. Espectros FTIR para FDS (A) y FDI (B) extraída de forma convencional (C-FDS y C-FDI) y por
microondas (M-FDS y M-FDI).
Figure 2. FTIR spectra for FDS (A) and FDI (B) extracted conventionally (C-FDS and C-FDI) and by microwave
(M-FDS and M-FDI).
Las intensidades de los picos alrededor de 1500 cm⁻¹ fueron características de las vibraciones de
estiramiento de los anillos aromáticos en la lignina. Estas intensidades fueron notorias en la C-FDI,
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pero casi ausentes en la M-FDI y en las fibras dietarias solubles, lo que indica que el contenido de
lignina es elevado en la FDI extraída de forma convencional, pero casi inexistente en las FDS.
Además, el método de microondas generó una mayor hidrólisis de la lignina. El pico de absorción
cercano a 1050 cm⁻¹ fue característico de la vibración de estiramiento C-O de C-O-C en las unidades
de azúcar del xilano (Wang et al., 2022). Las intensidades de los picos alrededor de 1050 cm⁻¹ fueron
relativamente fuertes en la FDI y en las C-FDS, pero relativamente débiles en la M-FDI, lo que indica
un contenido relativamente bajo de xilano.
3.3.4 Estructura cristalina (XRD)
En la Fig. 3 se presentan los diagramas de difracción de rayos X de la FD. En la Fig. 3 (A), se
observa que los picos de difracción de las muestras de FDS fueron diferentes a los de las muestras de
FDI. Los patrones de XRD revelaron que la estructura principal de las muestras de FDS de la cáscara
de naranja es amorfa, lo cual concuerda con las características típicas de ese tipo de fibra (Li et al.,
2022). La cristalinidad de la C-FDI fue mayor en comparación con la M-FDI como se muestra en la
Fig. 3 (B), lo cual podría atribuirse a que hubo una mayor reducción del contenido de lignina (Ma et
al., 2016).
Figura 3. Diagramas de difracción de rayos X para FDS (A) y FDI (B) extraída de forma convencional (C-FDS y
C-FDI) y por microondas (M-FDS y M-FDI).
Figure 3. X-ray diffraction diagrams for FDS (A) and FDI (B) extracted conventionally (C-FDS and C-FDI) and
by microwave (M-FDS and M-FDI).
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Al mismo tiempo, se observó que las FDIs exhibieron un pico de difracción prominente a 21.48 ° junto
con un pico de difracción menor de 15.94° en 2θ, lo cual sugiere la posible presencia de estructuras
cristalinas en forma de celulosa tipo I (Ma et al., 2021). Este patrón observado indica un grado similar
de cristalinidad, probablemente porque las condiciones de extracción tanto convencional como
asistida con microondas tuvieron poco impacto en la zona de cristalización de la FDI. Una menor
cristalinidad en la FD puede mejorar su elongación y suavidad, mientras que una mayor cristalinidad
puede mejorar la estabilidad térmica de las fibras cítricas (Huang et al.,2021).
3.4 Propiedades funcionales
3.4.1 Solubilidad en agua
Los resultados de solubilidad en agua de la FD se presentan en la Fig. 4 (A). Una alta
solubilidad en agua indica que la fibra se disuelve fácilmente, evitando formación de grumos y
generando un gel con mejor viscosidad en el tracto digestivo, contribuyendo a la reducción del
apetito (Dong et al., 2020). La FD mostró diferencias significativas en la solubilidad, siendo mayor en
M-FDS (84 ± 3.2 %), en C-FDS (77.92 ± 2.25 %) y en la pectina comercial (79.73 ± 0.095 %). En cuanto
a FDI, los valores obtenidos fueron 5.53 ± 1.53 % para M-FDI, 16.4 ± 1.50 % para C-FDI y 5.92 % para
la FDI comercial. Se observaron diferencias significativas en la FDI obtenida mediante el método
convencional en comparación con las otras dos. Un bajo índice de solubilidad, indica que la fibra no
se disuelve en agua, lo cual es lo que se espera de la fibra insoluble. Este tipo de fibra mantiene su
estructura a lo largo del tracto digestivo, lo que es necesario para mejorar el tránsito intestinal al
aumentar el volumen fecal y prevenir el estreñimiento (Soleimanian et al., 2022). La mayor solubilidad
observada en FDI extraída mediante el método convencional, en comparación con el método de
microondas, sugiere que pudo haber sufrido un daño estructural debido a los tiempos prolongados
de extracción, la temperatura y el pH, haciendo que esta sea más propensa de transformar sus
polisacáridos en oligosacáridos solubles (Wang et al., 2022).
3.4.2 Capacidad de hinchamiento
Los resultados de la CH se muestran en la Fig. 4 (B). La CH de la FD se refiere a su habilidad
para absorber agua y expandirse, aumentando así su volumen, indicando cuánta agua puede retener
una fibra, influyendo en la textura y funcionalidad de los alimentos. Por ejemplo, una mayor
capacidad de hinchamiento puede aumentar la viscosidad y la capacidad de formar geles, lo que es
crucial para la consistencia y estabilidad de productos como salsas, pudines y productos de panadería
(Soleimanian et al., 2022). La CH de las muestras de FD fue significativamente mayor en las muestras
extraídas mediante microondas. La M-FDS mostró una CH con valor de 10.40 ± 0.35 mL/g, mientras
que para la M-FDI alcanzó un valor de 8.87 ± 0.29 mL/g. Los valores de CH de la FD extraída de
manera convencional, tanto para la fracción soluble como insoluble, mostraron diferencias
significativas en comparación con la fibra dietaria comercial. Los valores obtenidos fueron 8.18 ± 0.25
mL/g (C-FDS), 7.66 ± 0.19 mL/g (C-FDI), 5.11 ± 0.19 mL/g (pectina comercial) y 2.11 ± 0.19 mL/g (fibra
insoluble comercial). La extracción de FDS mediante microondas fue ligeramente superior a las
reportadas por Khanpit et al. (2023), que se sitúan entre 7.24 y 9.85 mL/g. Este resultado puede
atribuirse a que el tratamiento con microondas debilita la estructura interna de las fibras de naranja
y rompe los enlaces de hidrógeno, lo cual podría favorecer el aumento de la capacidad de
hinchamiento.
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Figura 4. Propiedades funcionales de la FDS y FDI. A: Solubilidad en agua. B: capacidad de hinchamiento. C:
capacidad de retención de agua. D: capacidad de retención de aceite. E: capacidad de adsorción de colesterol. F:
capacidad de adsorción de glucosa. Los resultados se muestran como el promedio ± desviación estándar. Los
tratamientos con letras diferentes denotan diferencias signicativas. Letras latinas indican las diferencias entre
métodos respecto a FDS, mientras que las letras griegas muestran las diferencias en relación con FDI (Tukey, p<
0.05, n=3).
Figure 4. Functional properties of FDS and FDI. A: Water solubility. B: Swelling capacity. C: Water holding
capacity. D: Oil holding capacity. E: Cholesterol adsorption capacity. F: Glucose adsorption capacity. The results
are presented as mean ± standard deviation. Treatments with dierent leers denote signicant dierences.
Latin leers indicate dierences between methods for FDS, while Greek leers show dierences for FDI. (Tukey,
p < 0.05, n=3).
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TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVIII (4): e1686 (2024)
3.4.3 Capacidad de retención de agua
Los resultados de la CRA se muestran en la Fig. 4 (C). La CRA es un indicador que muestra
la capacidad de la FD para absorber y mantener la humedad. Valores elevados de CRA proporcionan
una textura más densa y una mayor estabilidad a los productos alimenticios (Dong et al., 2020). La
CRA de la FD depende principalmente del número y la naturaleza de los sitios de unión al agua, así
como de la microestructura de la FD (Zhou et al., 2023). La CRA de las muestras de FD fue
significativamente mayor en las muestras de FDS y FDI extraídas mediante microondas. El M-FDS
presentó la CRA más alta para la fibra soluble, con un valor de 11.94 ± 0.52 g/g, mientras que, para la
fibra insoluble, el M-FDI alcanzó un valor de 8.92 ± 0.46 g/g.
Los valores de la CRA de la fibra dietaria extraída de manera convencional, tanto para la fracción
soluble como insoluble, mostraron diferencias significativas en comparación con las muestras
comerciales con valores de 10.71 ± 0.54 g/g (C-FDS), 6.54 ± 0.37 g/g (C-FDI), 4.39 ± 0.34 g/g (pectina
comercial) y 3.76 ± 0.27 g/g (FDI comercial). Grigelmo-Miguel y Martoín-Belloso (1999), realizaron
una caracterización exhaustiva de la fibra dietaria soluble (FDS) obtenida a partir de diferentes
variedades de naranja mediante métodos convencionales, reportando valores de CRA entre 7.30 y
10.32 g/g, similares a los de la extracción convencional en este estudio. Para la FDI, Khanpit et al.
(2023) reportaron valores de 6.10 a 10.19 g/g. Estos resultados indican que la extracción asistida por
microondas en este estudio muestra una mejor CRA. Esto puede deberse a que las ondas
electromagnéticas exponen sitios hidrofílicos y grupos químicos adicionales, lo que incrementa la
porosidad de la fibra y su hidrofilicidad (Baskaya-Sezer, 2023).
3.4.4 Capacidad de retención de aceite
Los resultados de la CRAC se muestran en la Fig. 4 (D). La CRAC muestra la cantidad de
aceite o grasa que la FD puede absorber y retener físicamente, reduciendo así su absorción durante
la digestión. La FD con altos valores de CRAC podrían actuar como sustitutos de la grasa en la
industria alimentaria, ofreciendo una alternativa más saludable a los productos tradicionales con alto
contenido graso (He et al., 2022). El CRAC de la FD varía según el tipo de fibra, sus propiedades y el
método de extracción utilizado, siendo mayor cuando la fibra presenta mejor porosidad y rugosidad.
La CRAC de las muestras de FD fue significativamente mayor en las muestras de FDS y FDI que
fueron extraídas por microondas. El M-FDS mostró la CRAC más alta para la fibra soluble, con un
valor de 2.6 ± 0.09 g/g, mientras que, para la fibra insoluble, el M-FDI tuvo un valor de 0.10 ± g/g. Los
valores de CRAC para la fibra dietaria extraída convencionalmente, tanto en las fracciones soluble
como insoluble, no mostraron diferencias significativas en comparación con la fibra dietaria
comercial. Los valores obtenidos fueron 2.13 ± 0.08 g/g (C-FDS), 2.00 ± 0.07 g/g (C-FDI), 2.18 ± 0.09
g/g (pectina comercial) y 1.62 ± 0.06 g/g (fibra insoluble comercial). Estos valores son similares a los
reportados por Huang et al. (2021) para fibra soluble, que fue de 2.12 ± 0.046 g/g, así como a los valores
de Khanpit et al. (2023), que oscilaron entre 1.63 y 2.4 g/g.
3.4.5 Capacidad de adsorción de colesterol
Los resultados de la CAC se muestran en la Fig. 4 (E). El colesterol es un lípido del cuerpo
humano necesario para su correcto funcionamiento, pero en cantidades excesivas es perjudicial para
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la salud. Un incremento en los niveles de colesterol, especialmente las lipoproteínas de baja densidad,
se acumula en las arterias, lo que aumenta el riesgo de enfermedades cardiovasculares, accidentes
cerebrovasculares y enfermedades relacionadas con la mala circulación, como la enfermedad arterial
periférica (He et al., 2022). Uno de los beneficios más importantes de la FDS, es su capacidad para
reducir los niveles de colesterol plasmático. En las muestras analizadas, la CAC de la FD fue superior
en las muestras de fibra soluble obtenidas mediante extracción asistida por microondas (9.42 ± 0.35
mg/g) en comparación con la de extracción convencional (7.17 ± 0.26 mg/g), aunque inferior a la
pectina comercial (14.41 ± 0.39 mg/g). Este resultado podría explicarse por el hecho de que, en
condiciones ácidas, la fibra comercial muestra una mayor viscosidad, lo que facilita la adsorción de
colesterol. Por otro lado, la CAC de la fibra insoluble no mostró diferencias significativas entre la
extracción asistida por microondas (3.85 ± 0.56 mg/g) y la extracción convencional (4.51 ± 0.25
mmol/g). Sin embargo, la fibra insoluble comercial sí presentó diferencias significativas en
comparación con la fibra obtenida por extracción convencional, con valores de 2.74 ± 0.52 mg/g.
3.4.6 Capacidad de adsorción de glucosa
Los resultados de la CAG se muestran en la Fig. 4 (F). En alimentos, la CAG de la FD varía
de 0.17 mmol/g a 4.65 mmol/g. Los estudios se enfocan en la FD vegetal, y la CAG de la FD está
relacionado con el metabolismo de la glucosa, porque la FD puede absorber azúcares y producir
ácidos grasos de cadena corta (AGCC) por fermentación, ayudando a prevenir la diabetes (Yang et
al., 2022). La CAG de las muestras de FD fue mayor en las muestras de FDI en comparación con las
de FDS como se observa en la Fig. 4 (F), igual a lo reportado por Wang et al. (2021). La CAG de M-
FDI (6.07 ± 0.20 mmol/g) no mostró diferencias significativas en comparación con el C-FDI (5.36 ± 0.41
mmol/g), pero sí en comparación con la fibra comercial. Los valores de la CAG de la FDS mostraron
diferencias significativas en la extracción asistida por microondas en comparación con la fibra
extraída de forma convencional y la pectina comercial, con valores de 3.28 ± 0.32 mmol/g, 2.41 ± 0.26
mmol/g y 1.68 ± 0.28 mmol/g, respectivamente.
4. Conclusiones
La extracción de fibra dietaria a partir de cáscara de naranja con microondas resultó ser más
eficiente, ya que se obtuvo un rendimiento de extracción de 24.33 ± 0.75 g/100 g en comparación con
14.83 ± 0.73 g/100 g obtenidos por el método convencional. La fibra obtenida por ambos métodos
mostró propiedades macromoleculares óptimas; sin embargo, el uso de microondas destacó por
ofrecer resultados superiores. Igualmente, las propiedades funcionales presentaron mejores valores
cuando se utilizó microondas. Este estudio destaca el uso de microondas como una alternativa
prometedora para obtener fibra dietética de alta calidad a partir de la cáscara de naranja,
contribuyendo a su potencial valorización como residuo agroindustrial. Las fibras obtenidas podrían
tener aplicaciones potenciales en la industria alimentaria como ingredientes funcionales,
mejoradores de textura o agentes estabilizantes. Futuras investigaciones podrían centrarse en la
incorporación de la fibra dietaria de la cáscara de naranja en matrices alimenticias, para validar su
comportamiento en aplicaciones reales y proceder a un estudio de escalamiento del proceso.
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Contribuciones de los autores
Conceptualización, L.A.O.M. y J.M.C.; metodología, R.M.D. y L.A.O.M.; validación, R.M.D;
análisis formal, J.M.C. y R.M.D.; investigación, L.A.O.M. y R.M.D.; recursos, L.A.O.M.; redacción-
redacción del borrador original, R.M.D.; redacción-revisión y edición, L.A.O.M., S.M.G.H. y J.M.C.;
supervisión, L.A.O.M. y S.M.G.H.; administración del proyecto, L.A.O.M.; obtención de
financiación, L.A.O.M. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.
Agradecimientos
El autor Ricardo Montañez Domínguez agradece al Consejo Nacional de Humanidades,
Ciencia y Tecnología (Conahcyt) por la beca otorgada (No. 1267607) para estudios de Maestría en
Ciencias y Tecnología de Alimentos Funcionales, en el Tecnológico Nacional de México/Instituto
Tecnológico de Durango.
Conflicto de interés
Los autores afirman que no poseen intereses económicos ni vínculos personales que pudieran
haber influido en el trabajo presentado en este artículo.
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