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• Lourdes Atao Zarate

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taller de tecnología de productos tropicales II

I.

INTRODUCCIÓN:

El presente trabajo trata sobre la extracción de colorante de achiote, con la ayuda del solvente organico (agua), donde Los colorantes naturales se dividen en “tintes” y “pigmentos”. Los tintes se definen como compuestos que interaccionan químicamente con el sustrato coloreado (p. e. textiles) por otro lado, los pigmentos, muy usados en la industria farmacéutica e industria alimentaria, no forman enlaces químicos con el sustrato, y para que pueda adherirse a la superficie del sustrato se tiene que mesclar con un adhesivo. El cultivo de achiote ha adquirido importancia, principalmente, por la presencia de colorante en la semilla. Este colorante natural, como otros, está desplazando a los colorantes sintéticos por los efectos que éstos ocasionarían al utilizarse en la dieta humana. Además, la Organización Mundial de la Salud, considera al colorante obtenido del achiote como uno de los pocos permitidos, por no ser tóxico y no alterar el sabor de los alimentos (Hernández, 1988). Estos aspectos han incrementado su exportación. Este colorante se usa en la industria alimentaria para la coloración de mantequillas, margarinas, quesos, yogurts, aceites, néctares, productos de panadería y confitería (SGS, 1991). El annato puede obtenerse mediante extracción acuosa, alcalina o con otros solventes como aceites, propilen-glicol, alcohol etílico y tricloro-etano. El método más utilizado es el de extracción alcalina. Sin embargo, los principales mercados de exportación (Estados Unidos, Europa y Japón) desean que se eliminen los métodos de extracción que utilizan productos químicos (Liceras, 1988). El presente trabajo tuvo como objetivo obtener esta extracción acuosa, en la extracción de colorante a partir de semillas de achiote (Bixa orellana L.).

II.

OBJETIVOS GENERALES:  

III.

Extraer el colorante crudo de achiote (bixina). Determinar el rendimiento de extracción de colorantes naturales.

MARCO TEÓRICO:

2.1. -

-

Aspectos generales del achiote Nombre común: Achiote Otros Nombres Comunes: Colombia y Perú: Achote, achiote, onoto, bijo, bija, urucu., pumacoa. Inglés: Annato-tree. Alemán: Orleans Baum. Nombre científico común: Bixa orellana Taxonomía - Familia: Bixaceae. - Género: Bixa. - Especie: orellana Fruto: Es una cápsula dehiscente de forma hemisférica, ovoide, elipsoidal o cónica carnosa, de 3 a 5 cm. de largo recubierto por espinas rígidas o flexibles de tamaño variable que puede llegar a 6 mm, ocasionalmente ausentes; presenta 2 valvas 1

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recubiertas internamente por una membrana placentaria a la cual están adheridas las semillas, aproximadamente 50 de color rojo vivo hasta amarillo dependiendo del cultivar.

Semillas: Pueden ser de forma cónica o triangular, de 3 a 4 mm de base y 3 a 4 mm de altura, las cuales están cubiertas por una membrana fina y blanquecina, debajo de esta se encuentra una capa roja y carnosa en donde se encuentran los pigmentos colorantes o tinte. Conforme madura el fruto aparecen en la superficie de las semillas en papilas rojas que llegan a cubrirlas por completo. El pigmento que se encuentra en las semillas constituye alrededor del 4-5% del peso total de las mismas. 2.2.

FUNDAMENTO SOBRE LA EXTRACCIÓN DEL COLORANTE

Los colorantes son sustancias de color intenso que puede usarse para producir un alto grado de coloración cuando se dispersan en otros materiales o se hacen reaccionar con los mismos mediante un proceso que, cuando menos temporalmente, destruye la estructura cristalina de la sustancia. Este último punto es la característica que distingue a los colorantes de los pigmentos, que casi siempre se aplican en forma de agregados a cristales insolubles. La bixina es el principal pigmento de achiote, es un carotenoide natural soluble en aceite que se forma naturalmente en la superficie de la semilla de Bixa orellana L. Este pigmento natural se puede obtener mediante separación por métodos de cromatografía. Su punto de ebullición es de 198 °C. Es soluble en acetona, cloroformo y soluciones acuosas alcalinas, es soluble en agua, ligeramente soluble en alcohol etílico propilenglicol, etc. La bixina es muy estable entre 60-80 °C e inestable por encima de 80 °C el colorante crudo es de color rojo anaranjado y posee un color amargo. Existen preparaciones de Bixina, los extractos solubles en agua, la norbixina es muy soluble en agua, la elaboración de soluciones (0.5 – 4% de norbixina) por hidrolisis alcalina es una práctica comercial usual y es frecuente mente llamado annato de simple poder.

La norbixina es un pigmento carotenoide soluble en agua (Hidrosoluble) formado de Bixina mediante hidrolisis alcalina.

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Las semillas separadas de las cápsulas maduras, se colocan en suficiente agua hirviendo con el fin de que el tinte se desprenda fácilmente de éstas; luego se separan las semillas, se deja fermentar la pasta una semana aproximadamente; se elimina el agua quedando la pasta sola, que permite modelar el producto para darle la forma más conveniente y aceptada por el consumidor (Sahaza, 2001). Uno de los métodos más antiguos y prácticamente abandonados, consiste en machacar las semillas entre cilindros para formar una mezcla con el tinte del achiote. A la masa resultante se le agrega una cantidad suficiente de agua y cuando sedimenta se le retira el agua clara y se deja hirviendo por dos o tres horas. Al retirarla del fuego, se exprime bien por medio de una prensa para sacarle el agua. De esta manera la pasta queda lista para empacarla y venderla directamente (Córdoba, 1987). Este método presenta la ventaja de ser el más rápido y de mayos rendimiento ya que el porcentaje de recuperación puede ser mayor al 70 % del total del colorante lo cual es mucho mayor que la extracción acuosa. Por otro lado el uso de solventes como el hexano que es el solvente orgánico que más se usa para realizar este tipo de extracciones, es riesgoso ya que forma con el oxígeno del aire mezclas explosivas y además su inocuidad no está totalmente aceptada, es decir que sus restos pueden acarrear problemas para la salud, por lo que es sumamente necesario que no queden restos de este, así como incrementos significativos en el costo del proceso de extracción (Mosquera, 1989; Jaramillo, 1992; Mattea, 2002). 2.3.

COLORANTES (Bixina y Norbixina).

Hay dos productos principales de achiote, la Bixina y la Norbixina, el pigmento se encuentra en la superficie de la porción carnosa (arilo Rojo- Naranja) que envuelve a la semilla de achiote. Son compuestos algo diferente químicamente entre ellos, siendo la Bixina soluble en las grasa e insoluble en el agua, y Norbixina en la inversa, el aceite extraído de semilla es la principal fuente de los pigmentos Bixina y Norbixina, clasificados como carotenoides. Como el resto de los carotenoides, los extractos de achiote son susceptibles a la degradación oxidativa. La pérdida del color también ocurre por la exposición prolongada a la luz, temperatura elevada y la presencia de dióxido de sulfuro (Preston y Richard, 1980); desde que se conoce la Bixina en la naturaleza, su estereoquímica ha sido objeto de investigación. La Bixina es insoluble en agua ligeramente soluble en etanol y fácilmente soluble en éter y en los aceites. Su espectrometría máxima en Cloroformo es de 502 Nm, y de la Norbixina en solución diluida de KOH es de 482 Nm (Norma oficial mexicana NOM – 119-ssa1 1994) Bixina

Formula química y estructura: cis- Bixina C24H30O4 Norbixina

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2.4.    

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Formula química y estructura: cis- Norbixina C24H28O4 Usos en la industria: En Centroamérica se usa como colorante y condimento diario en las comidas Tales como el arroz preparado de varias formas, en caldos, consomés o sopas, recaudos y en la preparación de carnes y embutidos. La mayor utilización de los extractos del achiote es en la fabricación de quesos; también se usa como colorante de la mantequilla, principalmente por su contenido de pro vitamina A. La materia colorante se emplea en la tintorería para dar colorido y fuerza a otras sustancias colorantes que adquieren así notable brillantez para teñir telas de lana, seda y algodón. Se emplea también para colorear alfombras. En confitería se usa en la fabricación de dulces y caramelos. En la industria de helados, sorbetes y paletas. Colorantes: De la porción carnosa (arilo rojo naranja) que envuelve la semilla se extrae un colorante apreciado industrialmente para dar color a productos alimenticios tales como el queso, la mantequilla y los aceites; También las ceras, barnices, pinturas, cosméticos y fibras textiles de seda y algodón. El aceite extraído de las semillas es la principal fuente de los pigmentos Bixina y Norbixina u orellina, clasificados como carotenoides. La semilla del achiote contiene 40 a 45% de celulosa; 3.5 a 5.5% de sucrose; 0.3 a 0.9% de aceite esencial; 3% de aceite fijo; 4.5 a 5.5% de pigmentos, 13 a 16% de proteínas, tan bien conocida como alfa y beta carotenoides y otros constituyentes. Extractos de alcohol etílico del fruto seco y las hojas muestran que tiene una actividad in vitro contra Escherichia coli y Staphylococcus aureus; Un extracto en agua de la raíz tiene actividad hipertensiva en ratas y una suave actividad relajante en cerdos de guinea y un extracto de cloroformo de semillas secas muestran que tiene actividad hipo glicémica en perros.

III. MATERIALES Y MÉTODOS:

3.1.

MATERIALES: Materia Prima  50 g de Achiote (Bixa orellana). Materiales:        

Agua potable a temperatura de ebullición. 3 vasos precipitados de 200 ml. 2 Matraz de Erlenmeyer de 250 ml. Balanza de gramera. Papel filtro. 1 pipeta de 10 ml. 1 mortero o molino. Cámara digital.

3.2. Metodología: 1. Recepción de la semilla de achiote 4

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2. pesado, posteriormente se muele la semilla, con un molino de dientes, por un tiempo de 5 min, lo más fino posible. 3. Extracción. Se pone en contacto la semilla con el solvente y se somete a una agitación mecánica hasta liberar la mayor cantidad de colorante. 4. Filtración. Se pasa el líquido por un tamiz o papel filtro en donde se retiene la semilla. 5. Concentración. Se destila el solvente mediante calentamiento dejando solamente el polvo del colorante seco. por un tiempo de 2 – 3 horas.

DIAGRAMA DE FLUJO Y RENDIMIENTO DE COLORANTE EXTRACCIÓN DE COLORANTES

RECEPCIÓN DE MATERIA PRIMA

SELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN

100 g

50 g

PESADO

MOLIENDA 50 g

Agua: 200 ml

EXTRACCIÓN

FILTRADO

Semilla, agua

DECANTADO

SECADO 20 g ENVASADO

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IV.

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RESULTADOS Y DISCUSIONES: Muestra 1 molida fino Peso inicial Peso inicial molido Agua para la extracción Residuo de la filtración Peso final del colorante extraído Muestra 2 - machada Peso inicial Peso inicial molido Agua para la extracción Residuo de la filtración Peso final del colorante extraído

temperatura ------------60°C -----------

100 g 50 g 200 ml 30 g 20 g

temperatura ------------60°C -------

100 g 50 g 100 ml 40 g 5g

La diferencia en ambas muestras: fue la cantidad de agua, el en cuando al molido. Muestra molida fino machada

agua 200 ml 100 ml Se le agrega 100 ml

Tiempo de maceración 24 horas 24 horas 24 horas

Se le agrego porque el agua fue absorbida por la masa de achiote, esto se hizo, con la finalidad de separar el colorante, y verter el agua más blanca de la muestra. Y así tener más concentrado el colorante del achiote.

muestra

secado

Tiempo

molida fino machada

20 g 5g

5 días 3 días

observaciones

Fue muy poco la extracción del colorante porque el agua es un solvente, que no logra extraer demasiado el colorante, para esta muestra se observó que el colorante, seguía adherida en las semillas.

RENDIMIENTOS:  -

De la Extracción con Agua Peso de la materia prima (achiote): 10 g Peso del papel filtro: 4 g Peso del colorante extraído: 0.0918g 𝑹=

𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒐𝒍𝒐𝒓𝒂𝒏𝒕𝒆 𝒙 𝟏𝟎𝟎 𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆 𝒍𝒂𝒔 𝒔𝒆𝒎𝒊𝒍𝒍𝒂𝒔 𝒅𝒆 𝒂𝒄𝒉𝒊𝒐𝒕𝒆

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𝑹=



0.0918 𝒈 𝒙 𝟏𝟎𝟎 𝟏𝟎 𝒈

Se trabajó con semillas enteras de achiote procedentes de la provincia de Satipo, adquiridas del depósito de Satipo. Las semillas fueron mantenidas en envases plásticos y almacenados en condiciones de oscuridad. Una vez efectuada la caracterización de la semilla se procedió a seleccionar e identificar y seleccionar cepas fúngicas con probada actividad celulolítica. Discusiones:



Este método utilizado, es el más antiguo, por ende no es muy recomendable ya que la extracción solo se da en un 0.5 – 4% (Córdoba, 1987). Menciona que este método requiere de un triturado muy fino, para desprender con mayor facilidad el colorante, ya que nos menciona que consiste en machacar las semillas entre cilindros para formar una mezcla con el tinte del achiote. A la masa resultante se le agrega una cantidad suficiente de agua y cuando sedimenta se le retira el agua clara y se deja hirviendo por dos o tres horas. Al retirarla del fuego, se exprime bien por medio de una prensa para sacarle el agua.

En la práctica, no se pudo obtener una masa, ya que la granulometría del molino, no es adecuado para machacar, en cuanto a la otra muestra, tampoco fue posible ya que la masa no era consiste, y la coloración se impregnable en el recipiente. 

Este método presenta la ventaja de ser el más rápido y de mayos rendimiento ya que el porcentaje de recuperación puede ser mayor al 70 % del total del colorante lo cual es mucho mayor que la extracción acuosa. Por otro lado el uso de solventes como el hexano que es el solvente orgánico que más se usa para realizar este tipo de extracciones, es riesgoso ya que forma con el oxígeno del aire mezclas explosivas y además su inocuidad no está totalmente aceptada, es decir que sus restos pueden acarrear problemas para la salud, por lo que es sumamente necesario que no queden restos de este, así como incrementos significativos en el costo del proceso de extracción (Mosquera, 1989; Jaramillo, 1992; Mattea, 2002) V.

CONCLUSIÓN:

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EN CONCLUSIÓN PODEMOS MENCIONAR QUE SI FUE POSIBLE Extraer el colorante crudo de achiote (bixina)., PERO EN MÍNIMA CANTIDAD EN LA PRIMERA MUESTRA (MOLIDA) LA EXTRACCION FUE DE 20 G APROX. MIENTRAS QUE LA MUESTRA 2 SOLO FUE 5 g, VI. Determinar el rendimiento de extracción de colorantes naturales.

VII.BIBLIOGRAFIA  Alander J., Anderson A., Bagge C. Handbook Vegetable Oils and Fats.1ra ed. Suecia: Karlshamns AB; 2002; pág. 112.  Beckett S.T.: Fabricación y utilización industrial del chocolate. 1ra ed.Zaragoza – España: editorial ACRIBIA S.A; 1998; pág. 363 - 1.  Chumpitaz V, Magally K: Sistema de Aseguramiento de la Calidad e Inocuidad basado en la norma ISO 22000 para una Planta de producciónde Chocolate, Tesis: Titulo Profesional]. Perú: Universidad Nacional de Ingeniería; 2011.

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