Universidad Nacional José María Arguedas Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial
Segundo Informe Tema: Extracción de colorante natural de achiote. Curso: Procesos Agroindustriales III Estudiantes: o Salazar Ramírez Rebeca. o Pillaca Ramos Rober. Profesor: Ing. Gina Genoveva Toro Rodríguez Fecha de la práctica: 2014/09/03 Fecha de entrega: 2014/09/17
UNAJMA - APURÍMAC – PERÚ
I.
INTRODUCCIÓN 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, 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, 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.
II.
OBJETIVOS
Extraer y conocer parámetros considerados para la obtención de colorante de
achiote. Conocer e identificar los factores que influyen en la extracción. Determinar el rendimiento de los pigmentos de acuerdo a la cantidad de materia prima y a su humedad.
III.
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.1 La extracción del colorante 3.1.1 Extracción rudimentaria Se conocen diversas formas de extraer el colorante de las semillas del achiote, unas muy rudimentarias y otras no tanto que, finalmente, con el pasar del tiempo se ha ido mejorando. Algunas de estas técnicas son: a) Las semillas separadas de las capsulas maduras, se colocan en suficiente agua hirviendo con el fin de que el tinte se desprenda fácilmente de estas; 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, 2003) b) Uno de los métodos más antiguos y prácticamente abandonados, consiste en machacar las semillas entre cilindros para formar una mezcla con el tinte de 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 i venderla directamente. (Córdoba, 1987) 3.1.2
Extracción industrial La extracción del pigmento a escala industrial se puede realizar con diferentes solventes, tales como agua caliente, álcali diluido, aceites vegetales, propilenglicol, acetato de etilo y otros solventes. Para cada uno de estos se emplean varios métodos de e4xtraccion, de acuerdo con la disponibilidad de equipos y recursos. (Sahaza, 2003)
3.2 Achiote (Bixa orellana) Bixa orellana es una planta arbustiva de la familia Bixaceae. Es una planta cultivada, perenne, que mide entre 3 y 10 metros de altura. Sus hojas son simples, grandes, de forma acorazonada y dispuesta de manera alterna, de bordes lisos y con largos pecíolos. Las flores son hermafroditas y están dispuestas en ramilletes terminales, de colores blanco a rosado, según las variedades. El fruto es una cápsula ovoide u ovoide- globosa, pardo-rojiza, que mide de 2 a 5 centímetros de diámetro, puede tener espínulas sedosas (escasas o abundantes) o carecer de ellas. Puede ser de color naranja, verde, amarillo, rojo o poseer diferentes tonalidades entre éstos. En su interior se encuentran de 10 a 50 semillas rojas, casi triangulares y pequeñas, rodeadas con una sustancia viscosa de color rojo vivo que contiene la bixina. (Cabezudo, 1973) El achiote prospera en zonas tropicales y se adapta a distintos tipos de clima y suelos. Crece en altitudes desde 100 hasta 1 000 msnm, aunque prospera mejor en
zonas relativamente bajas (100 a 500 m) y planas. Soporta temperaturas desde 24 hasta 35°C, sin heladas, y precipitaciones anuales de 1 000 a 1 200 mm. Es posible reproducirlo por semillas, estacas o injertos. Los arbustos de achiote comienzan su producción comercial entre los 3 y 4 años de edad. En promedio, una plantación resulta redituable por un periodo de 12 años, aunque varía de acuerdo con las condiciones del suelo, el clima y el manejo. La cosecha se realiza de manera manual, cortando los frutos para extraer después la semilla. Regularmente las semillas se secan al sol durante 3 a 4 días o en secadores industriales antes de ser envasadas para su venta. El rendimiento promedio de una plantación depende de ciertas variables, pero en promedio se obtienen 1 000 kg/ha de frutos secos, o hasta 2 000 en condiciones óptimas. La semilla representa entre 50 y 60% del peso total, es decir, en promedio se obtienen de 500 a 600 kg de semilla por hectárea. (Jara, 1999) 3.3 Fundamentó 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 dela 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 mayoría de los colorantes naturales son de origen vegetal; pueden ser compuestos puroso productos de extracción. Estos últimos son obtenidos de materia primas alimentarias y pueden ser asociadas en otras moléculas. Entre los más importantes encontramos a los carotenoides, que son un grupo de compuestos solubles en lípidos, ampliamente distribuidos en el reino vegetal. Tienen dos funciones, principales en las plantas durante la fotosíntesis y como materia colorante en flores y frutos, aparecen como flores amarillas, mientras que en los frutos son también de color rojo o naranja. 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.
3.4 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 (amarillo 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, clasifica dos 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 yen los aceites. Su espectrometría máxima en Cloroformo es de 502 Nm, y de la Norbixina en solución diluida de KOH es de 482 Nm.
3.5Usos 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.
IV. MATERIALES Y MÉTODOS 4.1 Equipos y Materiales 4.1.1
Materia prima Semillas de Achiote
4.1.2
Reactivos Hidróxido de sodio al 50% Ácido cítrico Agua
4.1.3
Materiales Vaso precipitado Pipeta de 5 y 10 ml Mortero de porcelana Gotero Bagueta Cintas pH-métricos Tubos de ensayo
4.1.4
Equipos Balanza electrónica Balanza de precisión Agitador termo magnético Estufa Centrifuga
4.2 Método (Flujo general de Extracción)
Materia prima: La materia prima que se uso fue achiote. Figura
Selección:
Se eliminaron las semillas
negras
húmedas y fermentadas y
con rasgos
de
enfermedad
se
emplearon dos muestra que son: Molido o triturado y semillas enteras en el cual se emplearon 20gr respectivamente. Figura
Extracción 1:
se realiza
la
primera
extracción
del pigmento
utilizando
de 60ml y 2ml de NAOH al 1%para poder solubilizar fácilmente el colorante del achiote, agitar constantemente a temperatura ambiente durante 10 min. Hasta agotar la semilla.
Figura
Figura
Extracción 2: A los sólidos insolubles (semillas desgastadas) se le realiza la segunda extracción del pigmento utilizando 45 ml de agua y 1ml de NAOH para solubilizar la otra parte del achiote. agitando constantemente a temperatura ambiente, durante un tiempo de 10 min.
Figura
Extracción 3: A
los
insolubles
(semillas
desgastadas)
se
le
sólidos realiza
la
tercera
extracción
del pigmento
utilizando 45 ml
de agua y 1mL
de
NaOH para
última extracción del colorante, agitando constantemente a temperatura ambiente la agitación se realiza con el agitador temo magnético.
Figura
Separación: Para realizar la separación se procedió a agregar al extractos de achiote 45 ml de ácido cítrico para que ocurra la sedimentación es decir la separación del colorante con el agua alcalina para este caso se tuvo que llegar a un pH de 2.0 a 2.3 y se esperó que sedimente por un tiempo de 30 min. Figura
Figura
Centrifugación. Se procedió a centrifugar después de haber agregado el ácido cítrico y reducido el PH hasta 2.0 a 2.3 la cual es su punto isoeléctrico, con la finalidad de poder precipitar la Bixina durante la centrifugación, durante 30 min.
Figura
Figura
Secado: Se secó el sólido precipitado a temperatura ambiente por 24 horas.
4.2.1 Diagrama flujo para la extracción de colorante de achiote
Figura
de
Materia prima (achiote) Selección 20gr para cada muestra NaOH 1 % N 2ml Agua 60 ml tiempo 10 min NaOH 1 % N 1ml Agua 45 ml tiempo 10 min NaOH 1 % N 1ml Agua 45 ml tiempo 10 min
Piedras y semillas secas
Entero y molido Extracción 1
Extracto
Extraccion2
Extracto
Extracción 3
Extracto
Cantidad de ácido cítrico 45 ml
Precipitació n acida
pH 2 - 2.3
Separación
Tiempo 30 min.
Centrifugad o
Tiempo 30 min.
Secado
Tem. Amb. por 24 horas
Almacenad o
(Fuente: Elaboración Propio)
4.2.2
Análisis de humedad, para este caso la humedad inicial de la materia
prima (achiote). Tabla 1 Peso inicial de cada muestra Peso de la placa g Placa 1 46.30 Placa 2 49.50 Placa 3 50.94 (Fuente: Elaboración Propio)
Peso de la muestra g
Peso de la placa +
3 3 3
muestra g 49.30 52.50 53.94
Tabla 2 Peso de las muestras cada 20 minutos para la determinación del %humedad a una temperatura de 105°C Muestra Muestra 1 2 0 3 3 20 2.91 2.91 40 2.87 2.88 60 2.82 2.87 80 2.81 2.86 (Fuente: Elaboración Propio) Tiempo
Muestra 3 3 2.93 2.89 2.88 2.87
%H=
Pi−Pf ∗100 Pi
Dónde: Pi = peso inicial de la muestra
Pf
= peso final de la muestra
Tabla 3 Porcentaje de humedad de cada muestra TIEMPO
%H %H %H Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3
0 20 40 60 80
0 0 0 3 3 2.33333333 4.33333333 4 3.66666667 6 4.33333333 4 6.33333333 4.66666667 4.33333333
Fuente: Elaboración Propio)
Determinación del porcentaje de humedad promedio Peso inicial de materia prima (achiote) = 3g T° de secado = 105 °C Tiempo = cada 20min Peso final del achiote en promedio = 2.84666667 g %H=
Pi−Pf ∗100 Pi
humedad =
peso final ( peso inicial− )∗100 peso inicial
humedad =
g ( 3 g−2.8433 )∗100 3g
%Humedad=5.111
Grafico 01 Grafico de la temperatura Vs. % Humedad
T (°C) VS. % Humedad % Humedad 1
% Humedad 2
% Humedad 3
7 6 5 4 % Humedad 3 2 1 0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Tiempo (°C)
(Fuente: Elaboración Propio)
Determinación del rendimiento de achiote en la extracción de colorante Masa del colorante obtenido = 1.40g Cantidad de materia prima (achiote) inicial = 20g Rendimiento=
masa del colorante ×100 masa del achiote
Rendimiento=
1.40 g ×100 20 g
Rendimiento=7
V.
RESULTADOS Y DISCUSIONES Peso de colorante sin triturar: Peso del colorante triturado: Tabla 5 Porcentaje promedio del % humedad de las semillas de achiote % H promedio 5.111 (Fuente: Elaboración Propio) Tabla 6 Características del colorante de Achiote Peso Color pH inicial pH final Rendimiento (Fuente: Elaboración Propio)
1.40 g Rojo – Anaranjado 13 2.3 7%
Para este caso el rendimiento obtenido en la práctica de extracción de colorante de achiote en el laboratorio de procesos fue de 7%, mientras que Bernales, nos da a conocer que el rendimiento que obtuvieron fue de 8.2% (rendimiento teórico) y la variedad que ellos utilizaron fue capsula rojizas, se observa que hay una diferencia significativa en el rendimiento esto es debido a la variedad del achiote que si influye en el rendimiento de la extracción del colorante. Campos y Salva, realiza una extracción de utilización de enzimas en la extracción de colorante a partir de semillas de achiote obtiene un mayor rendimiento con biocelulosa de 30% y con ultrasyn de 30.8 de bixina mientras que en la práctica se obtuvo un rendimiento de 7%, entonces el método de extracción también tiene que ver mucho en el rendimiento del colorante.
VI.
CONCLUSIONES
Para este caso se ha considerado uno de los parámetros fundamentales que es la alcalinidad que tiene que tener el extracto de achiote, es decir que nos referimos al pH, se ha considerado también las propiedades físicas que tiene que tener el achiote.
Como ya se mencionó anteriormente se tiene que tener en consideración el pH, de la muestra porque este influye en el rendimiento que se va obtener en la extracción del colorante, mientras que el tiempo no tiene un factor muy importante en el rendimiento de colorante.
Bueno el rendimiento que presento la extracción del colorante fue de 7% con 20g de materia prima (achiote), aunque el rendimiento se significativamente menor al rendimiento teórico que es 8.2%.
VII.
BIBLIOGRAFÍA
Bernal, 1975; Seminario de agronomía, cultivo y aprovechamiento del achiote. Memorias del seminario de agronomía. Medellín. Unicersidad de Colombia. Facultad de agronomía. Cabezudo, 1973; seminario sobre análisis sensorial, anqué Barcelona.
Córdoba, 1987; el achiote: cultivo, beneficio y posibilidades de exportación;
VIII.
en revista ESSO agrícola. Volumen 34 n° 1; pagina 3-7. Campos y salva; utilización de enzimas en la extracción de colorante pdf. http://www.ecologia.edu.mx/sigolfo/agroindu/htm.
CUESTIONARIO a) ¿Cuál es la función del ácido en el proceso de extracción del colorante del achiote?
La función del ácido en el proceso de la extracción del colorante de achiote es de precipitar los sólidos de la muestra y así poder eliminar el líquido. b) ¿Cómo se tendría que evaluar el colorante de achiote? El colorante del achiote se evalúa mediante el rendimiento de la muestra que se obtiene y por el espectrofotómetro para poder saber las cantidades de bixínea entre otros componentes que podría tener el achiote y con ayuda de un equipo cromatografico.
