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EXTRACCIÓN DEL COLORANTE DEL ATACO Jueves, 04 de Marzo de 2010 11:04

Estudio de la Extracción y Estabilidad del colorante del ataco (Amaranthus hybrydus), con potencial de aplicación como aditivo alimentario. Autores: E. Villacrés, C. Enriquez, E. Peralta, G. Insuasti.

RESUMEN

Se estudió la técnica de extracción y la estabilidad del colorante del ataco (Amaranthus hybridus), con potencial de aplicación como aditivo para la industria alimentaria, en remplazo de los colorantes sintéticos que provocan daños a la salud humana. Se utilizó los glomérulos (flores femeninas) de la línea ECU-4697 de ataco a los 6 meses de cultivo de la planta. Se cuantificó la amarantina de forma espectrofotométrica, a 537 nm., longitud de onda de máxima absorbancia.

Las condiciones de extracción fueron: solvente extractor (agua destilada), temperatura de extracción (16ºC), tiempo de contacto solvente/glomérulo 60 minutos, con permanente agitación (100 r.p.m.). La planta presenta mayor concentración de amarantina, a los 150 días de edad, pero es recomendable

cosechar la planta y extraer el pigmento a los 180 días de edad, para aprovechar también el grano. El análisis químico del colorante sólido, reveló un alto contenido de proteínas (30.53 %) y amarantina (6.85 %). El porcentaje de nitratos (3.1%), muestra inocuidad. El colorante es estable en rango de pH 6-8 y temperaturas de 10 y 40 ºC. Durante el almacenamiento el colorante sólido no se altera con facilidad.

La extracción del colorante es fácil y económica, aplicable en repostería, helados y productos lácteos, aditivo inocuo que reemplaza a los aditivos sintéticos que son cuestionados por provocar desordenes en la salud del consumidor. El colorante se conserva bien en lugares frescos y secos, con mínima presencia de luz.

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se realizó con la línea de ataco ECU-4697 proporcionada por el Programa Nacional de Leguminosas y Granos Andinos; cultivada en la provincia de Pichincha, Parroquia Tumbaco, ubicada a 2450 m.s.n.m., latitud 0º 13` Sur, Longitud 78º 22`Oeste, con una temperatura promedio de 15ºC.

Las plantas cosechadas fueron tratadas de la siguiente manera: Los glomérulos se separaron de los otros constituyentes de la planta (hojas, tallos, raíz, semilla), se lavaron con agua potable, sobre tamices que permitan la fácil eliminación del líquido superficial, seguidamente se colocaron sobre bandejas de acero inoxidable para someterlos a secado en una estufa de aire forzado, a una temperatura que fluctuó entre 37-40 ºC, los

glomérulos deshidratados fueron triturados en un molino de aspas, y almacenados en recipientes herméticos y oscuros para la posterior extracción y análisis.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Determinación de la longitud de onda de máxima absorción del extracto colorante del ataco

El colorante se extrajo utilizando agua destilada, para realizar un barrido en el espectro UV-visible, comprendido entre 200 a 800 nm.

Debido a que la amarantina es el pigmento predominante en el extracto colorante del ataco, los resultados de los ensayos subsiguientes se expresaron en función del contenido de este pigmento.

Condiciones óptimas de proceso para la extracción del colorante a partir de los glomérulos de la planta

Según, Ojeda (1992), Polit (1973), Barrero (1999), los factores que más inciden en la extracción de colorantes vegetales son el sistema de solventes, la temperatura y el tiempo de contacto del vegetal con el medio de extracción. Para los ensayos de solubilidad, se consideró la estructura química básica de la amarantina que tiende a formar puentes de hidrogeno realizando los ensayos posteriores en solventes de polaridad similar a la del agua.

El aumento de temperatura parece no tener un efecto notable en el proceso de extracción para este pigmento, ya que una mejor concentración de amarantina con los diferentes solventes ensayados, se logró a 16 ºC antes que a 50 ºC. El tiempo de contacto de los glomérulos con el solvente favoreció el proceso de extracción hasta los 60 minutos, logrando en este tiempo solubilizar y extraer todo el colorante contenido en una determinada porción de glomérulo; en los tiempos subsiguientes, la concentración de amarantina disminuyó, posiblemente, debido a una degradación por efecto de los diversos factores físicos circundantes (luz, Oxígeno, temperatura-tiempo, etc.).

El agua destilada como solvente extractor, el tiempo de contacto solvente / glomérulo (1 hora) y la temperatura de extracción (16 ºC); permitieron obtener el mayor rendimiento de extracción de Amarantina.

Concentración de Amarantina en los glomérulos diferentes etapas de desarrollo de la planta

a

La planta fue muestreada a partir de los 90 hasta los 180 días de edad, en intervalos de treinta días. En los primeros 90 días de cultivo, la planta es pequeña, con un desarrollo incipiente de panojas. A partir de los 120 hasta los 150 días de edad, las panojas presentaron un desarrollo exuberante de estas.

A los 150 días de cultivo, la concentración de amarantina es máxima, alcanzando un valor de 2.103%; sin embargo en esta etapa de desarrollo, la planta no presenta grano (semilla), por lo que no se podría adoptar como época apropiada de cosecha para la extracción de colorante, ya que, se trata de

valorizar el subproducto de la trilla, utilizando como materia prima para la extracción de colorante.

Análisis químico del extracto colorante sólido

Se obtuvo un rendimiento del 12% de extracto colorante sólido a partir de los glomérulos del ataco. El análisis químico muestra que el componente predominante del extracto sólido es la proteína; resultado que concuerda con los datos obtenidos por Cai, (1998).

A diferencia de las betacianinas de la remolacha, en cuya estructura predominan los azúcares; las betacianinas del ataco, presentan radicales enlazados fundamentalmente a las proteínas, seguramente porque éste componente es el predominante en las semillas y hojas de la planta.

Los azúcares totales (11.72) y reductores (8.7 %), sobresalieron en el extracto sólido, presencia que podría deberse a su carácter hidrosoluble. Los nitratos se presentaron en una proporción del 3.1% (0.031 g de ión nitrato/g de colorante), valor inferior al límite permisible (2 mg de ión nitrato/g de colorante) establecido por el sistema CONSLEG de la Oficina de Publicaciones Oficiales de las Comunidades Europeas (2001) para los colorantes como aditivos alimentarios.

La capacidad antioxidante de la Amarantina (323 ± 12.4 Micromoles de troxol/g) del ataco es superior al de la remolacha (115 ± 36) y la pitahaya (100 ± 36 micromoles de troxol/g), por lo que se puede considerar al extracto como un producto funcional; apto para prevenir los procesos de

oxidación que se producen en el cuerpo humano por diferentes causas.

Los datos de fibra y minerales ayudan a evaluar la efectividad del proceso de extracción, y cuanto menor sea el valor de estos parámetros, más selectivo será el proceso de extracción y el colorante obtenido, será más puro.

Estabilidad del extracto líquido a diferentes condiciones de proceso

Este ensayo se desarrolló en frascos ámbar, para descartar la influencia de la luz, en la variable respuesta; la estabilidad se evaluó en un rango de pH 2 -8 y a temperaturas entre 10 y 90ºC.

El pigmento característico del extracto líquido presentó una mayor estabilidad en el rango de pH 6 a 8 y temperaturas de 10 y 40 ºC manifestada en el color rojo – violeta permanente del extracto. A pH 3 y 40 ºC, también se observó cierta estabilidad, registrándose una concentración de amarantina de 0.619 %, por lo tanto el extracto puede utilizarse como aditivo colorante en alimentos que se encuentran en los niveles de pH y temperaturas de proceso mencionadas.

Estabilidad del extracto líquido en diferentes condiciones de almacenamiento

Las pruebas de estabilidad se realizaron al pH natural del extracto, esto es pH = 6. Los factores físicos circundantes al

extracto, juegan un papel predominante en la estabilidad, observando que el pigmento es fotosensible y degradable en presencia de oxígeno. Con el concurso de estos factores, la vida útil del colorante líquido se redujo a 25 días, en el almacenamiento.

La luz resultó ser el factor más negativo, debido a que provoca una alteración de los grupos cromóforos, claramente perceptible por la disminución en la tonalidad del color, pasando de rojo-violeta a amarillotransparente. Alícuotas del extracto, almacenadas en frascos de vidrio, color ámbar, presentaron una tendencia similar de degradación que las muestras envasadas en frasco de vidrio transparente.

La modificación de la atmósfera del envase, mediante inyección de CO2 (0.1%), afectó drásticamente la estabilidad del pigmento, disminuyendo la concentración de amarantina a la mitad de su contenido inicial, en los primeros cinco días de almacenamiento.

Estabilidad del extracto sólido

La estabilidad del extracto colorante sólido, envasado bajo diferentes condiciones fue evaluada por un periodo de 60 días, considerando la vida útil promedio de la mayoría de alimentos que llevan incorporado colorante naturales.

El tipo de embalaje también influyó en la estabilidad del colorante; las muestras envasadas en frascos ámbar, mostraron concentraciones de amarantina superiores a las muestras envasadas en frascos transparentes, a los 60 días de

almacenamiento.

La disminución de la concentración de amarantina en el extracto sólido, fue drástica entre los 0 y 5 días de almacenamiento, a partir de este tiempo la velocidad de degradación disminuyó observándose una tendencia lineal hasta los 60 días de almacenaje.

La tendencia de degradación del colorante hasta los 5 días de almacenamiento fue similar en las muestras envasadas en frascos de vidrio oscuro y transparente, sin embargo las muestras envasadas en recipientes ámbar, presentan una mayor concentración de amarantina al final del ensayo.

De los ensayos de almacenamiento, se determinó que la estabilidad del extracto sólido es mayor que la de extracto líquido, pudiendo deberse este resultado, a la baja actividad de agua (Aw =0.52) que presenta el pigmento en estado sólido; característica física que confiere mayor estabilidad al pigmento frente a la acción de los agentes físicos desencadenantes de la degradación, como el oxígeno, la luz, etc. Los resultados obtenidos orientan la presentación comercial del extracto en estado sólido antes que líquido.

Análisis Económico

Se determinó el costo de producción para el tratamiento seleccionado (a0b2co = Agua destilada, Temperatura ambiente (16° C) con un tiempo de contacto solvente /Glomérulo de una hora), sobre una base 45.45 Kg de glomérulos y 225 litros de

solvente.

En el rubro de activos fijos, no se toman en cuenta para los cálculos ciertos activos como terreno, edificaciones e instalaciones, ya que, lo que se busca es determinar el costo de producción del colorante extraído. Debido a las condiciones de trabajo, este estudio permite estimar el costo a nivel de laboratorio y sólo proporciona una idea aproximada de lo que cuesta extraer el colorante.

Se establece un costo total de producción de $ 82.69 y un precio para la venta de $ 107.49 con un margen de utilidad del 30%

CONCLUSIONES

1. El pigmento característico de color rojo-púrpura del ataco (Amaranthus hybridus) es la amarantina, la misma que absorbe a 537.2 nm de la radiación visible y pertenece al grupo de las betacianinas.

2. La Amarantina del ataco es hidrosoluble, sin embargo también se la puede extraer en mezclas polares (agua – etanol), pero en este caso el rendimiento es menor en relación al obtenido en una extracción acuosa.

3. Las condiciones apropiadas para obtener un rendimiento adecuado en la extracción son: Medio acuoso, con un tiempo de contacto solvente/glomérulo de 60 minutos (1 hora),

temperatura ambiente (16º C) y en constante agitación.

4. La planta presentó una máxima concentración de amarantina a los 5 meses de edad (150 días) de cultivo, sin embargo debido a que no hay una diferencia significativa en la concentración de amarantina entre los 5 y 6 meses de cultivo, la oportunidad de aprovechar la semilla y los glomérulos como subproducto de la trilla; se establece que la edad apropiada de cosecha es a los 6 meses de edad.

5. En esta investigación se obtuvo un extracto colorante no purificado con 6.85% de amarantina y 30.53 % de proteína, con un 3.1 % de nitratos, valor que se enmarca dentro de los niveles permitidos; determinándose así la inocuidad del producto para el consumo humano.

6. La amarantina, al igual que otros pigmentos de origen natural, es sensible a la temperatura y al pH. Se determinó que el extracto colorante de amarantina permanece inalterable en rangos de pH de 6 –8, y a temperaturas de 10 º y 40 ºC.

7. El tiempo de vida útil del extracto sólido de amarantina, es superior a dos meses, si se almacena en mínima presencia de oxígeno en frascos de color ámbar y en lugares frescos y secos, a diferencia del extracto líquido, que debido a su elevada actividad de agua se degrada en 25 días.

8. El costo total de producción y obtención del extracto colorante de ataco es de $ 82.69 por cada quintal de 45.45 kg, con un precio de venta de $107.49, lo que permite obtener un margen de utilidad del 30%, valorizándose de este modo los glomérulos, que se obtienen como producto secundario de la

trilla.

BIBLIOGRAFIA

1. Barrero, M., Carreño, R. Evaluación de los Pigmentos de Cúrcuma Cultivada en Venezuela. Agronomía Tropical. Venezuela. 49 (4): 24. Abril 1999. 2. Becerra, E. Nuevas Tecnologías para un Antiguo Cultivo: El amaranto Bolivia.(3):23-26.2000. http://www.cultivosantiguos.com.estecn_arg/follt_032., 2000. Fecha de consulta: 23 de junio del 2004. 3. Cai, Y. Characterization and quantification of Betacyanin Pigments from Diverse Amaranthus Species., Journal of Agricultural and food chemistry., Hong Kong. 46 (6): 20642070. junio 1998. http://www.Occ.cccd.du/ Fecha de consulta: 23 de Junio 2004. 4. Cai Y, Introduction Pigment Plants Betalain. Journal of agricultural and food chemistry. Hong Kong. 46 (3): 17Juniode1998. ://sundoc.bibliothek.unihalle.de/dissonline/02/03H029/t2.pdf. Fecha de consulta: 23 de junio 2004. 5. Mazon, N. Catalogo del Banco de Germoplasma de Amaranto (Amaranthus spp.) de INIAP-Ecuador. Quito. INIAP, Julio 2003., 53 p (Programa Nacional de Leguminosas y Granos Andinos Serie 3)

Autores:

E. Villacrés 1, C. Enriquez 2, E. Peralta 3, G. Insuasti 4

1,3 Instituto Nacional Autónomo de Investigaciones Agropecuarias, INIAP. 1, Departamento de Nutrición y Calidad de Alimentos. Telefax 3007134. Esta dirección electrónica esta protegida contra spam bots. Necesita activar JavaScript para visualizarla ; Esta dirección electrónica esta protegida contra spam bots. Necesita activar JavaScript para visualizarla . 3 Programa Nacional de Leguminosas y Granos andinos. Telefax: 2693360; Esta dirección electrónica esta protegida contra spam bots. Necesita activar JavaScript para visualizarla , Quito, Ecuador. 2, 4 Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Escuela de Bioquímica y Farmacia. Telefax (032605911 extensión 168. Riobamba, Ecuador