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• Sonia Raico Moza

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Presentación El presente trabajo de investigación se centra en el estudio sobre pigmentos: tomando en cuenta de ésta manera la importancia e interacción que tienen con los alimentos. Diariamente al consumir los alimentos podemos disfrutar una variedad de colores en ellos que llaman nuestra atención y abren nuestro apetito, pues se sabe o se cree que si la comida no tiene buen aspecto no sabe bien. Antes de presentar la literatura se tomará en cuenta el concepto de colorantes, los cuales son sustancias de origen natural que se usan para aumentar el color de los alimentos, ya sea porque el alimento a perdido color en su tratamiento industrial o bien para hacerlo más agradable a la vista y más apetecible al consumidor. Se hablará también sobre las antocianinas pues representan el grupo más importante de pigmentos hidrosolubles detectables en la región visible por el ojo humano. Estos pigmentos son responsables de la gama de colores que abarcan desde el rojo hasta el azul en varias frutas, vegetales y cereales, acumulados en las vacuolas de la célula. Los puntos a tratarse se basarán en una introducción para luego pasar con objetivos, dar a conocer la literatura en fundamento teórico para con esto concluir y finalmente dar recomendaciones al consumidor.

RESUMEN El propósito principal del trabajo de investigación

titulada “Análisis de

Pigmentos”, en donde hablaremos todo referido a los pigmentos.

Todos sabemos que vivimos en un mundo colorido. Miremos a donde miremos hay colores, ya sean producidos por la naturaleza o sintéticos por el hombre. En la naturaleza, el color se debe a las sustancias conocidas como pigmentos, que están presentes en flores, vegetales, antoxantinas y betalaínas.

El pigmento no es soluble en disolventes no polares como hexano, pero su solubilidad aumenta con el incremento en la polaridad del disolvente; es insoluble en agua fría y caliente debido a su naturaleza orgánica. Uno de los principales inconvenientes en el uso de los colorantes naturales en alimentos es su baja estabilidad a factores normales de proceso como son luz, oxígeno, pH, temperatura, aniones, metales, disolventes, por lo que se requiere encontrar colorantes naturales que sean estables a estos factores.

En la alimentación natural, orgánica y macrobiótica, se puede ver la extracción de pigmentos de forma artesanal (prácticamente todos estos pigmentos tienen aplicaciones terapéuticas) o simplemente como colorante natural para alimentación y bebidas. El objetivo principal de este trabajo es conocer cómo se extrae y caracterizan los pigmentos de en fuentes naturales.

Índice

I. INTRODUCCIÓN

El color ha sido utilizado por el hombre como medio de expresión desde sus orígenes para representar sus actividades diarias, de ornato o con fines alegóricos en sus ceremonias rituales. Los primeros colorantes, se extraían directamente de vegetales, minerales y animales, en los cuales se reconocieron propiedades colorantes.

La utilización de colorantes en alimentos se remonta a muchos años. Las razones de su uso obedecen en buena medida al potencial de tinción observado en productos naturales que se han ido añadiendo a los alimentos, con el fin de proporcionar una apariencia más apetecible, sin causar daños a la salud.

En la antigüedad los colorantes naturales eran muy utilizados, por ejemplo, en las civilizaciones precolombinas, en América Latina, o los antiguos egipcios, por citar algunas, los cuales sentaron bases de sus usos desde la tinción textil hasta la de los alimentos, pasando también por aplicaciones cosméticas .Mucho tiempo después sus propiedades se ampliaron a la tinción de productos farmacéuticos .

Luego con la aparición de los colorantes de origen químico, los colorantes naturales

fueron

perdiendo

campo,

pero

en

la

actualidad

mediante

investigaciones científicas se ha podido comprobar los efectos nocivos de dichos colorantes, por tal razón los colorantes naturales han tenido mucho auge debido a su biodegradabilidad y su baja toxicidad; esto ha permitido que su uso en el ámbito mundial se incremente, debido a las exigencias en las industrias alimenticias, farmacéuticas y cosméticas establecidas por las legislaciones de los diferentes países.

II. OBJETIVOS

 Conocer y seleccionar los pigmentos más adecuados en función del trabajo a desarrollar y de los requisitos químicos del pigmento.  Conocer las características físicas y químicas que debe presentar un buen pigmento.  Conocer las características y clases de los pigmentos naturales y artificiales.  Extraer y caracterizar el extracto tintóreo obtenido de alimentos, para evaluar la factibilidad de uso como materia prima en la industria textil.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO 1. PIGMENTO Un pigmento es un material que cambia el color de la luz que refleja como resultado de la absorción selectiva del color. Este proceso físico es diferente a la fluorescencia, la fosforescencia y otras formas de luminiscencia, en las cuales el propio material emite luz. Muchos materiales selectivamente absorben ciertas ondas de luz, dependiendo de su longitud de onda. Los materiales que los seres humanos han elegido y producido para ser utilizados como pigmentos por lo general tienen propiedades especiales que los vuelven ideales para colorear otros materiales. Un pigmento debe tener una alta fuerza teñidora relativa a los materiales que colorea. Además debe ser estable en forma sólida a temperatura ambiente.

Los pigmentos son utilizados para teñir pintura, tinta, plástico, textiles, cosméticos, alimentos y otros productos. La mayoría de los pigmentos utilizados en la manufactura y en las artes visuales son colorantes secos, usualmente en forma de polvo fino. Este polvo es añadido a un vehículo o matriz, un material relativamente neutro o incoloro que actúa como adhesivo. Para aplicaciones industriales, así como artísticas, la permanencia y la estabilidad son propiedades deseadas. Los pigmentos que no son permanentes son llamados fugitivos. Los pigmentos fugitivos se desvanecen con el tiempo, o con la exposición a la luz, mientras que otros terminan por ennegrecer.

Los principales pigmentos en las cactáceas son las clorofilas, los carotenoides y las betalaínas. Se ha encontrado que el color de las flores, frutos y en ocasiones el del interior de los tallos de las cactáceas, se debe a la presencia de pigmentos nitrogenados del grupo llamados betalaínas, que cuando tienen color rojo violáceo se les nombra betacianinas y si son amarillas betaxantinas (Acosta, 2000).

1.1. GRUPOS DE PIGMENTOS  Pigmentos de arsénico: Verde de París.

 Pigmentos de carbono: Negro de carbón, negro marfil, negro viña, negro de humo.  Pigmentos de cadmio: Verde cadmio, rojo cadmio, amarillo cadmio, naranja cadmio.  Pigmentos de óxidos de hierro: Caput Mortuum, rojo óxido, ocre rojo, rojo veneciano.  Pigmentos de cromo: Óxido de cromo verde, amarillo cromo.  Pigmentos de cobalto: Azul cobalto, azul cerúleo, violeta de cobalto, amarillo cobalto.  Pigmentos de plomo: blanco de plomo, amarillo Nápo les, albayalde, rojo de plomo.  Pigmentos de cobre: Verde de París, verdigrís, azul egipcio.  Pigmentos de titanio: Blanco de titanio, amarillo de titanio, negro de titanio.  Pigmentos de mercurio: Bermellón.  Pigmentos de zinc: Blanco de zinc.  Pigmentos de arcilla: Siena natural, siena tostada, sombra natural, sombra tostada, ocre.  Pigmentos biológicos: Alizarina, carmesí alizarino, añil, cochinilla, púrpura de Tiro, ftalocianina.

2. COLORANTES Los colorantes son sustancias que añadidas a otras les proporcionan, refuerzan o varían el color. Los colorantes han sido usados por el hombre dese los tiempos más remotos como aditivos de sus alimentos. En un principio se utilizaron colorantes extraídos de plantas e incluso minerales. Hoy en día se utilizan mucho los colorantes sintéticos llamados así por ser obtenidos por procedimientos químicos de síntesis. (Moreno, 2004) Un colorante en general se puede definir como: “Cualquiera de los productos químicos pertenecientes a un extenso grupo de sustancias, empleados para colorear tejidos, tintas, productos alimenticios y otras sustancias. En la moderna terminología industrial se amplía el concepto de colorantes a los productos que contienen colorantes orgánicos

puros junto con agentes reductores o de relleno que los hacen más manejables.” (Encarta, 2002). Los colorantes naturales los podemos definir como “aquellos que se obtienen de la materia animal y vegetal sin proceso químico. Estos son principalmente colorantes mordientes, aunque se conocen unos de la tina de disolventes, de pigmentos, directos y de los tipos ácidos. No se conocen colorantes naturales del tipo sulfurados, dispersos, azoicos o en rama.” (Kirk- Othmer, 1998).

2.1.COLORANTES COMO ADITIVOS ALIMENTARIOS. Una de las principales metas de la Industria de Alimentos es la producción de varios tipos de alimentos, con apariencia cada vez más atrayente. Para cumplir con dicha finalidad, es necesario el empleo de aditivos.

Los Aditivos son usados para: 

Reponer el valor nutritivo y las características sensoriales pérdidas durante el procesamiento.



Garantizar las características de los alimentos durante la fase de almacenamiento.

En los últimos años, los hábitos alimenticios de las personas se van modificando de tal modo, que casi el 70% de los alimentos que llegan a los consumidores actualmente sufren algún tipo de procesamiento. Por tal razón, la adición de colorantes tiene tres finalidades: 

Reconstituir la pérdida de color durante la fase de procesamiento.



Uniformizar los alimentos, cuyas materias primas presentan variación de color.



Mantener el color durante la fase de almacenamiento y su comercialización (29).

2.2.FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD DE LOS COLORANTES 

Trazas de Metales.



Altas Temperaturas.



Agentes oxido-reductores.



Luz.



pH.



Microorganismos.



Precipitaciones (turbidez).

Generalmente, la luz es la principal causa de degradación de los colorantes. Algunos sufren alteración del color por la presencia de trazas de metales, ya sea, en el producto o en el envase. Otros se degradan cuando son expuestos a ciertos azúcares, aldehídos, peróxidos y ácidos. También hay que resaltar el hecho, de que no todos los colorantes son estables a todos los valores de pH. Algunos fenómenos están relacionados con este agente, como puede ser la vida media, los cambios de solubilidad y la pérdida del poder tintóreo del colorante (18).

3. PIGMENTOS NATURALES USADOS COMO COLORANTES EN LOS ALIMENTOS. El uso de los colorantes sintéticos en la industria alimentaria es cada vez más estricto debido a la regulación para su uso, por los problemas de toxicidad, reacciones de intolerancia y alérgicas. Lo anterior ha favorecido el interés para obtener colorantes de fuentes naturales, como posibles sustitutos de los colorantes sintéticos, ya que a la fecha no existe evidencia de su toxicidad en humanos (Pedreño y Escribano 2000, Fernández, López y Almela 2001, citado por Soria et al., 2007). Los alimentos naturales tienen su propio color y lo ideal sería que se mantuviera a lo largo del proceso de manipulación e industrialización, pero la mayoría de veces no es así. Sin embargo, los consumidores prefieren en determinados alimentos un color constante, que no varíe en los diferentes lotes de fabricación de un producto y esto solo puede obtenerse modificándolo de forma artificial (Cubero y Monferrer, citado por Ramirez, Gonzales y Correa., 2007). Badui (1993), sostiene que el color de los alimentos es definitivamente muy importante para el consumidor, ya que, siendo el primer contacto visual que tiene con ellos, es determinante para que un comestible sea aceptado o rechazado. La homogeneidad del color de los productos durante el tiempo de vida útil es fundamental. El público desea encontrar siempre el alimento con los mismos colores; de otro modo, se descontrola y desconfía. Por esta razón, existen en el mercado diversos agentes químicos que sirven para colorear; básicamente hay de dos tipos: los naturales y los sintéticos. Entre los primeros destacan carotenoides, betalaína, clorofila y ácido carmínico, así como el caramelo; todos éstos provienen de fuentes naturales. Por otra parte, los sintéticos se obtienen mediante un proceso químico industrial y existe una gran cantidad de ellos; sin embargo, sólo algunos están aprobados para su uso, aunque se permitan o limiten en otros países. Esta situación es muy común con estos colorantes, ya que las legislaciones europeas, de Estados Unidos y de Japón, por mencionar sólo algunas, no siempre están de acuerdo en relación con la toxicidad o inocuidad de cada uno de estos colorantes (Badui, 1993).

3.1.CLASIFICACION DE PIGMENTO 3.1.1. COLORANTES SINTÉTICOS

3.1.1.1. CLASIFICACIÓN DE LOS PRINCIPALES COLORANTES Badui (1993), incluye en esta clasificación los nombres químicos y comercial, así como la clasificación de acuerdo con el Color Index (CI); este último número proviene de la Society of Dyers and Colourists, de Inglaterra, que se encarga de clasificar todas las sustancias que importen un color. Igualmente se indica la clasificación de la oficina de Food and Drug Administration (FD&C) de Estados Unidos. (FD&C), es una de las clasificaciones certificadas en los que se pueden clasificar los colorantes, en este caso se encuentra los colorantes que se pueden utilizar en alimentos, fármacos y cosméticos. El azul número 1, llamado azul brillante (FD&C Blue No.1), es un derivado del ácido trifenilmetano, clasificado como CI 42090; es un polvo purpura-café, con brillo metálico, DL50 subcutánea para ratón 4,6g/kg, es higroscópico y estables en ácidos y a la luz; tiene una máxima absorción a 360nm, inestable con agentes reductores y anhídrido sulfuroso, muy soluble en agua (20g en 100ml) y etanol e insoluble en grasas

El rojo cítrico número 2 es el 1-(2,5-dimetoxifenilazo)-2-naftol, clasificado como CI12156, y se presentan como cristales rojos de punto de fusión 156°C, algo soluble en agua y en etanol; se usa principalmente para colorear algunos cítricos (Badui, 1993). El rojo número 4 (FD&C No.4) es la sal disódica del ácido 3-[(2,4-dimetil-5sulfofenil)azo]-4-hidroxi-1-naftalensulfónico y está clasificado como CI 14700; comercialmente son cristales rojos, DL50 oral para ratas >2g/kg, máxima absorción a 500nm, soluble en agua (22g/100ml) y muy poco en etanol; algunos países prohíben su uso como colorante sintético.(Badui, 1993). El rojo número 40 se clasifica como CI16035, es una polvo rojo oscuro, estable a pH ácidos, soluble en agua (22g/100ml) y en etanol al 50%.

El amaranto, también conocido como el rojo número 2, es la sal trisódica del ácido azonaftalensulfónico-2-naftol-3,6 disulfó, clasificado como CI 16185; es un polvo rojo-

café, de máxima absorción a 522,5 nm, soluble en agua (1g/ 15ml) y poco en etanol, sus soluciones son estables a la luz y su coloración se incrementa en presencia de hidróxido de sodio; algunos países prohíben su uso por considerarlo carcinógeno y teratogénico (Badui, 1993).

El amarillo número 6 (FD&C Yellow No.6) es la sal disódica del ácido 1-sulfofenilazo2-naftol-6-sulfónico, clasificado como CI15985; es un polvo naranja, inodoro, higroscópico, de máxima absorción 480 nm (en acetato de amonio), DL50 oral para ratas >10 g/kg, muy solubles en agua (19g/100ml), estables en ácidos, sensible a los agentes reductores (Badui, 1993).

La eritrosina o rojo número 3 (FD&C No.3) es la sal sódica o potásita de la tetroyodofluoresceína; es un polvo rojo-café, DL50 oral para ratas de 2,89g/kg, máxima absorción a 524 nm y es inestable en presencia de ácidos, luz y cobre, pero resiste las altas temperaturas; es insoluble en grasas, pero soluble en agua (9g/100ml) y poco en etanol, se clasifica como CI 45430 (Badui, 1993).

El verde número 3 (FD&C No.3) está clasificado como CI 42053, es un polvo verde oscuro o gránulos con lustre metálico, DL50 oral para ratas 2g/kg, de máxima absorción a 628nm, estable en ácidos y soluble en agua (20g/100ml) (Badui, 1993).

3.1.2. COLORANTES NATURALES

3.1.2.1. CLASIFICACIÓN DE LOS PRINCIPALES PIGMENTOS COMO COLORANTES.

Cuadro.1 Principales colorantes naturales FUENTE

AGENTE ACTIVO

Achiote, Bixia orellana

Bixia (carotenoide)

Azafrán, Crocus sativus

Crocetina (carotenoide)

Betabel, Beta vulgaris

Betalainas

Cúcuta, Curcuma longa

Curcumina

Cochinilla, Dactylopius coccus

Ác. Carmínico

Pimiento rojo, Capsicum annuum

Capsantina (carotenoide)

Enocianina

Polímeros de antocianinas

Zanahoria, Daucus carota

β-caroteno (carotenoide)

Cempasúchil, Tapetes erecta

Luteína (carotenoide)

Plantas Verdes

Clorofila

FUENTE: Badui 1993

Curcumina (E100). Se obtiene a partir de las raíces y los tallos de la cúrcuma. Es de color amarillo y da este tono al polvo de curry. Su ingesta máxima es de 1mg/kg (Badui, 1993). Riboflavina (E101). Es amarillo y se utiliza en una gran variedad de alimentos: leche, huevos y vegetales. Puede elaborarse también de manera artificial, es poco soluble en agua y su ingesta máxima diaria es de 0,5 mg/kg de peso corporal (Badui, 1993).

La cubierta de las semillas de achiote (Bixa orellana) contiene un colorante rojo que se usa en todo el Ecuador para la preparación de distintos tipos de comidas. Los responsables del color son los elementos bixin y norbixin, que son carotenoides solubles en aceites. Una forma típica de preparar un aliño es machacar las semillas de achiote en

aceite o manteca y después mezclar con otros condimientos. En la industria alimenticia, Bixa orellana se usa como colorante de margarina, mantequilla, queso, helado y cereales y se denomina aditivo E–160b o annatto (Smith y Hong-Shum, citado por De la Torre et al., 2008).

El betabel, el pimiento rojo y la zanahoria, que contiene betalaínas, capsantina y βcaroteno, respectivamente, se deshidratan y se muelen, y el polvo resultante se usa para colorear. También se pueden someter a un proceso extractivo y concentración del pigmento. Esto mismo ocurre con el azafrán, la cúrcuma y el achiote o anato; en estos dos últimos es más fácil dicha extracción (Badui, 1993).

En la actualidad el carmín tiene una gran importancia comercial; este compuesto se extrae de los insectos Dactylopius coccus (también conocidos como Coccus cacto), D. indicus y otros, que reciben el nombre genérico de cochinilla o grama (Badui, 1993).

El producto conocido como cochinilla está integrado por los cuerpos secos de las hembras adultas de estos insectos, y contienen aproximadamente 10% de ácidos carmínicos, 40% de proteína, 12% de cenizas y diversos polímeros estructurales propios del animal. Se requiere alrededor de 130000 insectos para lograr un kilogramo de cochinilla; cuando los cuerpos se mueles se obtiene una masa de color rojo muy intenso, de la cual se puede elaborar diversos derivados comerciales a base de ácido carmínico; un extracto acuoso-alcohólico, con una concentración mínima de 1,8% ácido carmínico; el carmín, que es una laca de aluminio o de aluminio-calcio y que generalmente contienen más del 50% de ácido carmínico, que representa la forma más purificada de este pigmento (Badui, 1993).

Como dato adicional el ácido carmínico (E120). De color rojo, es muy soluble en agua. Su ingesta máxima diaria es de 5 mg/kg de peso corporal.

Finalmente, cabe mencionar que algunos carotenoides se sintetizan químicamente y se emplean como colorantes; tal es el caso del β-caroteno, el β-apo-8΄-carotenal, el éster etílico del ácido β-apo-8΄-carotenoico y la cantaxantina, que van desde el amarillo hasta el rojo muy intenso. En el mercado se encuentra como suspensiones, geles, deshidratados, etc., para emplearse en la manufactura de margarina, mantequilla, quesos, helados, jugos, sopas, postres, etc. (Badui, 1993).

Las inflorescencias de sankurachi o bledo se agregan a las preparaciones dulces o a la colada morada para darles color. Las especies de Amaranthus contienen betacianinos que le dan color rojo (Cai et al., citado por De la Torre et al., 2008).

Las antocianinas representan un factor importante en la industria alimentaria, debido a las restricciones sanitarias hacia el uso de colorantes sintéticos (Marcano De y Hasegawa, citado por Ramirez, Gonzales y Correa., 2007).

La obtención de un colorante a partir de estos compuestos presentes en los frutos maduros de la mora de castilla (Rubus glaucus Benth) mejora las características físicas (color) de muchos productos; además de poseer propiedades antioxidantes (Nagem y Toledo de Oliviera, citado por Ramirez, Gonzales y Correa., 2007).

Rojo de remolacha (E162). Se elabora a partir de la remolacha. No hay peligro en su consumo porque el ser humano lo excreta por la orina. Se obtiene a partir de una mezcla muy compleja, en la que se desconocen todos sus componentes, y se utiliza en productos de repostería, helados, derivados lácteos, conservas vegetales o mermeladas. No se han detectado efectos nocivos en su consumo, por lo que tampoco se ha fijado una ingesta diaria admisible.

Carbonato de calcio (E170). Es un mineral blanco de origen natural que se utiliza para recubrir superficies, como agente antiapelmazante y como estabilizador en frutas enlatadas.

3.1.2.2. CODIFICACION Cuadro.2. Codificación de colores NÚMERO E100 E100(ii) E101 E102 E120 E123 E140 E150a-d

E160b E160c E160d E161a E161b E162 E163 E170 E171 E172 E173 E174 E175 E180

NOMBRE Curcumina Cúrcuma Riboflavina Tartracina Carmín, Cochinilla Amaranto Clorofilas Caramelo Alfa-, Beta- y Gammacaroteno Annatto, Bixina, Norbixina Extracto de pimiento (Paprika) Licopeno Flavoxantina Luteína Extracto de remolacha Antocianinas Carbonato cálcico Bióxido de titanio Oxidos de hierro Aluminio Plata Oro Litol -rubina BK

181

Taninos

E160a

FUNCIÓN Colorante amarillo-naranja Colorante amarillo-naranja Colorante amarillo, vitamina B2 Colorante amarillo, colorante azoico Colorante rojo, natural Colorante rojo, colorante azoico Colorante verde, natural Colorante marrón Colorante natural amarilloanaranjado Colorante amarillo natural Colorante anaranjado natural Colorante rojo natural Colorante amarillo natural Colorante amarillo natural Colorante rojo natural Colorantes rojo-purpúreo natural Colorante blanco Colorante blanco Colorante rojo-marrón natural Metal (colorante) Metal (colorante) Metal (colorante) Colorante rojo, colorante azoico Colorante blanco-amarillo y saborizante

3.1.2.3. COMPUESTOS FENÓLICOS La materia viva contiene una gran cantidad de compuestos fenólicos, aunque muy difundidos y de considerable importancia, no forman más que una fracción mínima de la sustancia orgánica del reino vegetal y animal. Pero los fenoles vegetales poseen especial interés. Un grupo de compuestos fenólicos naturales

son, las antocianinas estas son pigmentos hidrosolubles muy difundidos en el reino vegetal y responsable de los vistosos colores de muchas flores, frutas y verduras. (Bawerman, 1980).

4. PRINCIPALES PIGMENTOS DE ORIGEN VEGETAL

4.1. CAROTENOIDES Los carotenoides se localizan en los plástidos llamados cromoplastos, no son solubles en agua y se extraen con disolventes orgánicos como cloroformo o éter. Algunos ejemplos de carotenoides son los pigmentos rojos del tomate (Lycopersicon esculentum) y los del chile (Capsicum spp.), los pigmentos naranjas de las zanahorias (Daucus carota) y los pigmentos amarillos de la calabaza (Cucurbita pepo) y de las bananas (Musa spp.). Las cactáceas también tienen carotenoides, pero estos no se han evidenciado en los pocos estudios que se han realizado, porque los pigmentos de tipo betalaína dominan. La estructura química básica de la mayoría de los compuestos es poliénica de 40 átomos formadas por ocho unidades de isopreno. Su nombre genérico deriva de la zanahoria, Daucus carota, ya que fue de ésta donde se aislaron por primera vez. Su color varía de amarillo-anaranjado-rojo, una gran proporción de ellos se encuentra en las hojas verdes y sólo hacen su aparición en el invierno cuando la clorofila, que es más abundante, desaparece. Se encuentran básicamente en tejidos que llevan a cabo la fotosíntesis. Se dividen de acuerdo a su estructura química en carotenos y xantofilas, en términos generales. De los primeros destacan los α, β, y γ-carotenos (Fig. 1), por los segundos, ejemplos de estos son la fucoxantina, la luteína y la criptoxantina (Fig. 2). En la naturaleza la cantidad de xantofilas sobrepasa la de carotenos, pero el β-caroteno es el carotenoide de mayor importancia en tecnología de alimentos. Las diferentes concentraciones de carotenoides varían con la madurez del producto y la pérdida de clorofila. Sirven como precursores de vitamina A y protectores contra la

formación y acción de radicales libres. Su estabilidad se ve afectada por altas temperaturas, radiaciones electromagnéticas y oxígeno (Badui, 1993).

Figura 1. Estructura química del β-caroteno (Badui, 1993).

Figura 2. Estructura química de la luteína (Clydesdale, 2000).

4.2. CLOROFILAS Este es tal vez el pigmento vegetal más abundante en la naturaleza, se encuentra en la mayoría de las plantas siendo responsable de la fotosíntesis. Los tipos más importantes son la a y la b (Fig. 3), la a se encuentra en mayor proporción (3:1). De menor importancia son las clorofilas c, d y algunas de origen microbiano. Las hojas de la mayoría de las plantas deben su color verde a ésta, que va desapareciendo al acercarse la senectud (para dejar paso a otros pigmentos como carotenoides) y en frutos inmaduros. Se encuentran en los cloroplastos. Las clorofilas son insolubles en agua; sólo es soluble en diversos disolventes orgánicos, tales como benceno, éter y acetona. Las clorofilas tienen típicamente dos picos de absorción en el espectro visible, uno en el entorno de la luz azul (400-500 nm), y otro en la zona roja del espectro (600-700 nm); sin embargo reflejan la parte media del espectro, la correspondiente al color verde (500-600 nm). Esta es la razón por la que las clorofilas tienen color verde y se lo confieren a los organismos, o a aquellos tejidos que tienen cloroplastos activos en

sus células. Su estructura química compleja, al igual que los carotenos, es fácilmente alterable por oxidantes (oxígeno, peróxidos), altas temperaturas, pH, luz y algunas enzimas (Badui, 1993).

Figura 3. Estructura química de la clorofila a y b (Badui, 1993).

4.3. ANTOCIANINAS Compuestos hidrosolubles con características de glucósidos constituidos por una molécula de antocianidina, que es la aglicona, a la que se le une un azúcar. La estructura química básica de la aglicona es el ión flavilio. Ejemplo de antocianinas son la pelargonidina (Fig. 4) y la cianidina (Fig. 5); la combinación de éstas con los diferentes azúcares genera alrededor de 150 antocianinas que abundan en la naturaleza. Son responsables del color rojo-naranja, azul y púrpura de uvas, manzanas, rosas, fresas, etc. Generalmente se encuentran en la cáscara o piel, no existen en estado libre en alimentos. Su estabilidad se ve afectada por los mismos factores que degradan la mayorías de los pigmentos vegetales (Badui, 1993).

4.3.1. DETERMINACIÓN DE LAS ANTOCIANINAS Existen distintas formas para determinar antocianinas ya sea en forma total o en forma separada cada antocianina. Si se quiere establecer las antocianinas en forma general muchos autores de diversos estudios utilizan el método de pH diferencial. Pero si se desea determinar las antocianinas en forma separada se recomienda utilizar cromatografía. (Rebolledo, 2007).

Figura 4. Estructura química de la pelargonidina. Figura 5. Estructura química de la cianidina. (Badui, 1993).

4.5. FLAVONOIDES Son compuestos fenólicos abundantes en la naturaleza, de estructura química parecida a las antocianinas, normalmente se encuentran en frutos junto a ellas, ya que ambos grupos de pigmentos siguen un proceso biosintético común. Son glucósidos formados por una aglicona, como flavonol (Fig. 6) y flavona (Fig. 7). Generalmente son amarillos, no contribuyen de manera importante al color del alimento, se encuentran en frutas como peras, fresas, manzanas, cerezas, duraznos, naranjas y limones. Destacan por su importancia los flavonoles, estos se encuentran en cebollas (quercetina), fresas (kaempferina) y uvas (miricetina). Su actividad antioxidante es muy alta. Inhiben la oxidación de la vitamina C en algunos alimentos. Normalmente más estables al calor y reacciones de oxidación que las antocianinas. Resisten la mayoría de los tratamientos térmicos en la manufactura de alimentos enlatados (Badui, 1993).

Figura 6. Estructura química del flavonol.

Figura 7. Estructura química de la flavona.

(Badui, 1993).

4.6. BETALAÍNAS Son un grupo de alrededor de 70 pigmentos hidrosolubles, se encuentran comparta mentalizadas dentro de las células en las vacuolas con estructura de glucósidos (Marby, 1980). Se dividen en betacianinas (violáceas) y betaxantinas (amarillas). Se encuentran en varios géneros de las cactáceas (Tabla 2). Pierden coloración bajo influencia de pH, luz, altas temperaturas, oxígeno y actividad de agua (Badui, 1993). La fórmula general de las betalaínas (Fig. 8) representa la condensación de una amina primaria o secundaria con ácido betalámico (Fig. 9).

Figura 8. Estructura general de las betalaínas.

Figura 9. Estructura del ácido betalámico.

Tabla 2. Betalaínas presentes en las cactáceas.

Familia

Cactaceae

Género

Betalaínas Reportadas Betacianinas

Betaxantinas

Myrtillocactus

Betanina y Filocactina

Indicaxantina

Opuntia

Betanina, Betanidina,

Indicaxantina

Isobetanidina, Isobetanina, Filocactina e Isofilocactina Schlumbergera

Betanina y Filocactina

Vulgaxantina I

Stenocereus

Betanina, Isobetanina y

Vulgaxantina e

Filocactina

Indicaxantina

FUENTE: (Piatelli, 1969; Colomas, 1978; Valadez, 1979; Adachi, 1983; Berlin, 1986; Reznik, 1988; Boehm, 1991; Trezzini, 1991; Glassgen, 1993; Stuppner, 1996; Hempel, 1997; Zakharova, 1997; Lugo, 1998; Kobayashi, 2000).

Estos pigmentos son estables en el intervalo de pH 3 – 7 y se ven afectados al igual que la mayoría de los pigmentos naturales por los metales, la temperatura, la presencia de aire y por las radiaciones ultravioletas (Acosta, 2000).

4.6.1. BETACIANINAS Son pigmentos de color púrpura, se consideran glucósidos, su principal componente es la betanina (hasta un 95% del total de las betacianinas del betabel). Todas las betacianinas pueden ser derivadas de dos núcleos básicos, la betanidina (Fig. 10) y la isobetanidina (Fig. 11), por glicosidación de uno de los grupos hidroxilos localizados en la posición cinco o seis. La hidrólisis de

betacianinas da dirección a betanidina o al epímero (C-15) de isobetanidina, o una mezcla de los dos aglicones isoméricos. Las betacianinas son ópticamente activas por los dos carbonos quirales C-2 y C-15. Su naturaleza es altamente iónica por contener tres grupos carboxilos (dos con un pKa de 3.4 y el otro con un pKa de 2), además de un grupo fenólico (pKa de 8.5), características que hacen a las betacianinas difícilmente separables de las betaxantinas. Absorben a una longitud de onda máxima de entre los 534 y 555 nm. Son más estables que las betaxantinas. Generalmente representan del 75 al 95 % de las betalaínas. La betanina es un pigmento que no se ve afectado por ácidos monocarboxílicos como el ácido láctico y el ácido acético a concentraciones de 100 ppm y 5.9%, respectivamente, pero varios cationes metálicos, principalmente el cobre, aceleran su degradación. Los antioxidantes como el α-tocoferol y el ácido ascórbico no tienen efecto protector sobre la betanina a concentraciones de 100 ppm; sin embargo, cuando las concentraciones se elevan a 1000 ppm se reduce la estabilidad del pigmento debido a que el tocoferol y la vitamina C funcionan como prooxidantes a estas concentraciones. Algunos secuestrantes de metales como los ácidos etilendiaminotetraacético (EDTA) y el cítrico aumentan 50% la estabilidad de la betanina (Havlikova y col. 1985; Acosta 2000). La mitad de los aminoácidos en estos compuestos son glutamina y ácido glutámico (Coultate, 1984; Dominic, 1989; Marmión, 1991; Badui, 1993; Fennema, 1993).

Figura 10. Estructura química de la betanina.

Figura 11. Estructura de la isobetanina.

(Clydesdale, 2000).

4.6.2. BETAXANTINAS Son

pigmentos

amarillos

relacionados

estructuralmente

con

las

betacianinas, absorben a una longitud de onda máxima de 480 nm. El compuesto prototipo que representa la presencia natural de betaxantinas es la indicaxantina, aislada del fruto del cactus Opuntia ficus-indica, su aislamiento y análisis estructural confirmó la sospecha de una relación estructural entre las dos clases de pigmentos de las cactáceas. Son mucho más lábiles que las betacianinas en relación 1:10 (Coultate, 1984; Dominic, 1989 Badui, 1993; Fennema, 1993; Rivera, 1994). Algunas betaxantinas identificadas son la Indicaxantina (Fig. 12), Miraxantina III y IV (Fig. 13) entre otras.

Figura 12. Estructura de la indicaxantina.

Figura 13. Estructura de la miraxantina III y IV.

(Clydesdale, 2000).

5. EXTRACCIÓN, PURIFICACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE LOS COLORANTES 5.1. TIPOS DE EXTRACCIONES EN PLANTAS La extracción de colorantes de las plantas, depende básicamente de la parte de la planta que se utilice y la cantidad de agua que contenga. Se pueden encontrar técnicas de extracción de flavonoides específicas para la parte de la planta que se desea utilizar como materia prima. Desde el punto de vista general podemos realizar tres tipos de extracciones de las plantas: La preparación popular consiste en una extracción en agua de la planta fresca o seca con la ayuda de calor (infusión o decocción) o en alcohol (tintura, vino), en algunos casos se usa la planta fresca machacada, ya sea como cataplasma, jugo o polvo de la planta seca administrado directamente.

La extracción para tamizaje consiste en realizar una extracción por maceración a temperatura ambiente con uno a tres solventes con diferentes polaridades, generalmente diclorometano o hexano, éter o etanol y agua. Por la toxicidad y

efectos farmacológicos de estos solventes es preciso concentrar los extractos evaporando el solvente a presión reducida y temperatura controlada (rotavapor) hasta alcanzar un una mayor consistencia. En el caso de los extractos acuosos se suele concentrar por medio de liofilización. En esta forma los extractos son más estables y fáciles de almacenar y dosificar. La extracción para elucidación estructural consiste en una maceración o extracción con Soxhlet usando inicialmente un solvente de amplio espectro (metanol o etanol) y luego fraccionamiento con diferentes disolventes o mezclas de disolventes que permitan separar las diferentes fracciones por partición. Idealmente el fraccionamiento debe ser guiado por un bioensayo que permita llegar a la estructura química responsable de la actividad en un tiempo relativamente corto. (Cáceres, 1996) Los solventes usados para la extracción de estos compuestos son muy variados y pueden ser desde muy polares como agua y etanol para glicósidos o agliconas muy hidroxiladas, hasta menos polares como éter y cloroformo para flavonas altamente metoxiladas. (Lock, 1997)

-

Purificación e Identificación

La reacción más usual para la detección de los flavonoides en un extracto de planta es la reacción de Shinoda; al extracto incoloro o ligeramente amarillo se le coloca un pequeño trozo de magnesio y una pocas gotas de HCl concentrado, el desarrollo inmediato de coloración es indicativo de la presencia de flavonas y flavonoles (amarillo a rojo), flavanonoles (rojo a magenta), flavanonas (rojo, magenta, violeta, azul), isoflavonas (amarillo); isoflavononas, chalconas y auronas no dan coloración. Otras reacciones de color usuales son:  Reacción con álcalis: los extractos acuosos pueden mostrar variaciones de color con el agregado de un álcali, si hay presencia de flavonas, flavanonoles e isoflavonas se ponen amarillas, flavanonas y flavonoles cambian de amarillo a naranja; chalconas de naranja a rojizo.

 Prueba de Marini Bettolo: con solución de SbCl, en CCl4, los flavonoides en general dan colores característicos o precipitados; por ejemplo, las flavonas dan precipitado amarillo o anaranjado, y las Chalconas, rojo oscuro o violeta.  Reacción con H2SO4 concentrado las flavonas y flavonoles dan coloración fuertemente amarilla, las flavanonas, anaranjadas o guindas; las chalconas y auronas, rojo, guinda o rojo azulado.  Reactivo de Dimroth: solución de H2BO3, en (CH3CO)2O, las 5hidroxiflavonas dan soluciones anaranjadas o rojas.  Reacción con solución acuosa o etanólica de FeCl3; aunque hay coloración en presencia de cualquier compuesto fenólico, la aparición de un color verde sugiere la presencia de un derivado de catecol y de un color azul de un derivado de pirogalol. (Lock, 1997)

Las técnicas cromatográficas usadas para la separación de flavonoides o su detección en un extracto de plantas son también muy variadas en cuanto a las técnicas mismas, así como las condiciones en las cuales ellas pueden realizarse. (Lock, 1997) La cromatografía en papel es la más antigua y aún usada desde su introducción en 1948 por Bate Smith. Otra técnica es la cromatografía en capa fina (cp). La detección de los flavonoides por éstas dos técnicas puede hacerse por el color que desarrollan en el espectro visible y en el UV, apareciendo como manchas fluorescentes azules, rosadas, naranjas púrpuras y otras, las cuales se intensifican o cambian de color luego de su exposición a vapores de amoniaco, y comparándolas con relaciones conocidas de color y estructura. Otra técnica es la cromatografía en columna (cc), actualmente muy usada para purificaciones preliminares y para separaciones a escala preparatoria de grandes cantidades de flavonoides de extractos crudos de plantas.

Por otro lado, el espectro de absorción UV-V del compuesto aislado es útil para determinar el tipo de flavonoide. El espectro típicamente consiste de dos máximos de absorción en los rangos, 240-285 nm (banda ll y Bll), y 300- 550 nm (banda l, Bl). Se puede encontrar tablas de rangos para determinadas estructuras en Lock, 1997.

6. ANÁLISIS DE PIGMENTOS Y DE COLOR El análisis de los pigmentos y su propiedad física directa, el color, puede llevarse a cabo por métodos físicos o químicos. Químicamente implica la extracción del o los compuestos pigmentantes mediante su solubilización en disolventes polares o no polares, según su estructura. Después se identifica mediante un barrido espectral con el que se obtienen las longitudes de onda en las que hay una absorbancia máxima. Los carotenoides, por ejemplo, absorben la energía radiante alrededor de 440 nm, mientras que las clorofilas, las antocianinas y la mioglobina lo hacen en longitudes de onda de 655, 510 y 555 nm, respectivamente. Los progresos en los últimos años sobre el análisis y separación de los pigmentos carotenoides se debe principalmente a la introducción de nuevos métodos, tales como la fase reversa no acuosa y fluidos supercríticos, así como la detección en línea por multilongitud de onda en HPLC con detector de arreglo de diodos. La separación de los pigmentos a mayor escala puede llevarse a cabo empleando columnas empacadas con resinas de intercambio iónico, o por extracción sólido-líquido. Aunque algunos investigadores coinciden en que el método más adecuado para separar y cuantificar pigmentos es la cromatografía líquida de alta resolución, otros continúan utilizando métodos tradicionales como la cromatografía en capa fina y cromatografía en columna abierta. Una gran ventaja que tiene la separación en columna abierta es que su equipo es simple, de bajo costo, así como los reactivos y solventes que se utilizan. En contraparte, el HPLC es más caro, requiere de un cuidadoso mantenimiento, alta pureza y solventes caros. El espectro de resonancia magnética permite reconocer las características estructurales más importantes; los glucósidos (antocianinas, flavonoides, betalainas) generalmente se analizan mediante este método.Por otra parte, el color impartido por estos compuestos puede medirse por varios métodos colorimétricos. 38

El método de reflectancia presenta la ventaja de que se correlaciona con la percepción del color por el ojo humano; se lleva a cabo midiendo la superficie del alimento.64 El método de espectrometría de reflexión se basa en tres coordenadas: el tono (rojo, azul, verde y amarillo, y combinaciones de éstos), la cromaticidad o saturación (qué tan intenso es el color) y la luminosidad (componente blanco o negro). El CIE (Comisión Internacional de la Iluminación) desarrolló un sistema basado en una fuente de iluminación estándar y un observador estándar,68 sobre el que se construyó un sistema tricromático basado en la percepción del ojo humano: rojo, verde y azul, y tres parámetros: L* luminosidad, a* rojo a verde; b* amarillo a azul.76,

87

Con el espacio de color CIELAB es posible describir

cualquier color. Por otra parte, existen dos magnitudes psicofísicas, el tono (h*) y el croma (C*), calculadas a través de fórmulas matemáticas a partir de a* y b*.92

7. EXTRACION DE PIGMENTO EN ALGUNOS ALIMENTOS

7.1. Añil Su nombre en maya fue ¨choch¨, es un arbusto de 1 a 2 metros de altura, de tallo erguido con hojas simples ovalo-oblongas que miden 2.5 a 4 cm de color verde oscuro, sus flores son rosadas o amarillentas; planta nativa de Oaxaca, prolifera en climas templados, cálidos y suelos pobres de materia orgánica. El teñir flora o azul indigo es considerado como el rey de los colorantes, se ha usado en casi todo el mundo y no se puede separar de los textiles antiguos. El tefiir con el azul indigo es muy complejo, primero tiene que fabricarse el afiil con hojas frescas, despues preparar la soluci6n y enseguida tefiir las telas combinando

2. Conclusiones

Uno de los principales inconvenientes en el uso de los colorantes sintéticos en la industria de los alimentos y farmacia es su toxicidad, por lo cual ha despertado un gran interés el estudio de pigmentos naturales con un gran estabilidad a diversos factores como son pH, temperatura, disolventes y a compuestos adicionados como aditivos.

Estudios sobre el uso de tensoactivos y ciclodextrina para incremetar la solubilidad en agua de pigmentos naturales están siendo realizado s con el fin de tener una gama más amplia de aplicaciones de este tipo de compuest os tanto en la industria de los alimentos y farmacéutica

3. Recomendaciones

 Estudiar la posibilidad de abaratar los costos de producción de los colorantes naturales, optimizando el método de extracción ya que esto influyo mucho en los resultados del análisis económico.  Realizar investigaciones en otro tipo de pigmentos fijando las condiciones siguientes:  Que tengan composición química igual, provengan de distintos proveedores, presente el mismo color.  Que tengan composición química igual, provengan de distintos proveedores, presenten diferente color.

 Estudiar la influencia de la cristalinidad en el comportamiento del color en los pigmentos.  Realizar las pruebas microbiológicas por triplicado para mayor validez de resultados.  Utilizar las muestras con diferentes diluciones para facilitar así el recuento de los microorganismos si es que están presentes, llevando a cabo pruebas específicas para identificarlos.  Realizar estudios clínicos y toxicológicos adecuados para colorantes previo a su utilización en la Industria Alimenticia y Farmacéutica.