Universidad Nacional de Cajamarca Facultad de Ciencias Agrarias Escuela Académico Profesional de Ingeniería en Industrias Alimentarías EXTRACCION DE COLORANTES DE Zea Maiz
CURSO:
DOCENTE:
Tecnología de Alimento III
Ing. Choquehuanca Abanto, Jose
ALUMNO: TANTA CHILON, JAIME
Cajamarca, junio de 2016
I.
INTRODUCCION:
Desde hace algún tiempo debido a los problemas de salud que acarrean los productos sintéticos, se ha creído necesario reemplazarlos por productos naturales, previniendo de esta manera daños futuros. Así es que surgió la idea de utilizar flores y plantas para extraer colorantes naturales. Dichos colorantes pueden usarse para la fabricación de alimentos en polvos y en la industria farmacéutica. Así como la clorofila da el color verde a las lechugas, y el caroteno da el color naranja a las zanahorias, las antocianinas son las responsables de la mayor parte de los colores rojo, azul y violeta de los vegetales, des de los musgos hasta las plantas con semillas. El incremento de la población mundial y la carencia de producción de alimentos, para mantenerla es un problema que ha preocupado y preocupa a muchos gobiernos. Así también lo entienden diferentes organismos internacionales que buscan la manera de satisfacer estas necesidades. La creciente necesidad de materias colorantes llevó a los investigadores a obtener un colorante artificial a partir de los hidrocarburos del alquitrán de hulla y del petróleo que se ha venido usando en los últimos años para colorear alimentos. Sin embargo, a pesar de su éxito inicial, han resultado ser dañinos al menos en el aspecto alimenticio. Los colorantes artificiales han resultado ser potencialmente cancerígenos y se ha demostrado que provocan otros males como urticarias asmas, afecciones hepáticas, etc. Luego, debido al peligro que significa el empleo de los colorantes sintéticos, actualmente se busca renovar las fuentes de colorantes utilizando productos naturales, los cuales no sólo aseguran ser saludables, sino que proporcionan matices que dan una atractiva y artística presentación de los alimentos. Una de las plantas hacia la cual los investigadores han dedicado su atención en los últimos años es el maíz morado. Este cereal, característico del Perfi y la Zona Andina de Sudamérica, posee una gran calidad como colorante y recientemente se está buscando la extracción e industrialización del colorante del maíz con el mínimo de degradación de éste compuesto. El maíz es un producto básico a nivel mundial, tanto para la alimentación como para la agroindustria. Es considerado uno de los productos agrícolas más importantes en la economía mundial por su incidencia social debido a que 75% de la producción total viene de unidades familiares campesinas y para muchas de ellas es la base de su economía. Además, es la principal materia prima para la elaboración de concentrados para la alimentación animal en especial en el sector avícola (Yufera, 1995). La importancia para la realización de esta investigación consiste en que la materia colorante utilizada, es un producto de desecho como son las corontas de maíz morado, el que tiene por objeto realizar el teñido de algunas fibras sintéticas con colorante extraído del maíz morado (Zea mays L.).
En el proceso de investigación, los estudiantes se ven confrontados con dificultades que tienen que ver con el proceso de seleccionar el método adecuado de estudio de extracción, separación del colorante del maíz morado así como su uso en el teñido de fibras sintéticas como el nylon, poliéster y lana acrílica. De allí que este trabajo se propone desarrollar un método extracción y teñido de fibras sintéticas con el colorante extraído de la coronta de maíz morado (Zea mays L.).
II.
OBJETIVOS: -
Determinar el contenido de colorante.
-
Determinar el rendimiento de colorante.
III.
MATERIALES Y METODOS:
i.
MATERIALES: -
ii.
Telas de nylon o panti. Maíz morado. Tabla de picar. Cuchillo. Cocina. Alcohol. Agua. METODOS:
Preparación de las muestras de corontas de maíz. El proceso de obtención del colorante empezó con la recolección de corontas de maíz, selección con el fin de eliminar partes dañadas e impurezas. La trituración se hizo en una tabla de picar hasta obtener partículas moderadamente.
IV.
MARCO TEÓRICO:
A. Maíz morado (Zea mays L.): El maíz, millo o elote (Zea mays) es una planta gramínea anual originaria de América introducida en Europa en el siglo XVI. Actualmente, es el cereal con mayor volumen de producción en el mundo, superando al trigo y el arroz. -
Descripción:
Maíz morado, es la variedad morada del Zea mays L. nativa del Perú. Su cultivo tradicional se restringe a la antigua área de influencia Inca. El “maiz morado” es esencialmente una planta subtropical, se cultiva en los valles bajos de los Andes. Allí se le llama “Kculli” (voz quechua) y se está usando como alimento, desde hace milenios.
La línea Kculli es bastante antigua, se han encontrado objetos con la forma de esta mazorca en particular en sitios arqueológicos de al menos 2 500 años de antigüedad en zonas de la costa central del Perú, así como entre los cerámicos de la cultura Mochica. Esta forma de variedad de maíz ha venido siendo usada por la gente de los Andes para dar color a alimentos y bebidas, algo que el mundo industrializado recién está explotando. Actualmente, al igual que los antiguos peruanos, también se prepara una bebida a partir de la mazorca entera y la llaman chicha morada. Con este maíz también se prepara un postre bastante popular llamado mazamorra morada. B. Clasificación botánica: -
Reino: Plantae División: Magnoliophyta Clase: Liliopsida Subclase: Commelinidae Orden: Poales Familia : Poaceae Subfamilia: Panicoideae Tribu: Andropogoneae Género: Zea Especie: Z. mays Nombre binomial: Zea mays L.
C. Composición Química: -
Grano y coronta: contiene, entre 7.7 a 13 % de proteínas, 3.3% de aceites, 61.7% de almidón. También contiene, P, Fe, Vitamina A, Tiamina, Riboflavina, Niacina, A. Ascórbico, y antocianinas.
Las antocianinas exhiben propiedades antioxidantes interesantes, y podría por lo tanto representar una prometedora clase de compuestos útiles en el tratamiento de patologías donde la producción de radicales libres juega un rol principal. -
La planta: Zea mays es una planta monoica; sus inflorescencias masculinas y femeninas se encuentran en la misma planta. Si bien la planta es anual, su rápido crecimiento le permite alcanzar hasta los 2,5 m de altura, con un tallo erguido, rígido y sólido; algunas variedades silvestres alcanzan los 7 m de altura.
El tallo está compuesto a su vez por tres capas: una epidermis exterior, impermeable y transparente, una pared por donde circulan las sustancias alimenticias y una médula de tejido esponjoso y blanco donde almacena reservas alimenticias, en especial azúcares. Las hojas toman una forma alargada íntimamente arrollada al tallo, del cual nacen las espigas o mazorcas. Cada mazorca consiste en un tronco u olote que está cubierta por filas de granos, la parte comestible de la planta, cuyo número puede variar entre ocho y treinta.
El maíz es una planta de noches largas y florece con un cierto número de días grados > 10 °C (50 °F) en el ambiente al cual se adaptó. Esa magnitud de la influencia de las noches largas hace que el número de días que deben pasar antes que florezca está genéticamente prescripto y regulado por el sistema-fitocromo. El maíz es absolutamente capaz de reproducirse por sí solo. En apariencia el grueso recubrimiento de brácteas de su mazorca, la forma en que los granos se encuentran dispuestos y están sólidamente sujetos, impedirían que la planta pueda hacer germinar sus granos. Su simbiosis con la especie humana aparentaría ser total, a tal punto que algunos investigadores lo llaman un "artefacto cultural", aunque estos son conceptos mágicos, alejados de la realidad, cuando una espiga cae al suelo, las brácteas son consumidas por hongos, y no lo son sus cariopses que logran germinar, generándose una competencia fortísima, que hará solo sobrevivir a unos muy pocos de cada espiga. Existen maíces en estado silvestre, y su negación es otra de las afirmaciones mágicas, sin contraste científico, de que el maíz se resiembra sin la intervención humana. Las plantas caídas y con sus espigas en contacto con la tierra, y condiciones de humedad, aseguran la perpetuación de esta especie anual. Por su gran masa de raíces superficiales, es susceptible a sequías, intolerancia a suelos deficientes en nutrientes, y a caídas por severos vientos.
Las antocianinas, al igual que otras sustancias polifenólicas, se encuentran en la naturaleza en forma de glicósidos, siendo conocidas sus agliconas como antocianidinas, a las cuales se les une un azúcar por medio de un enlace ß-glicosídico. Se trata de flavonoides, es decir, sustancias derivadas del núcleo flavano, con un anillo-A benzoil y un anillo-B hidroxicinamoil. La estructura de la antocianina es el 2- fenilbenzopirilio de la sal de flavilio. Cuando el residuo de azúcar es un hidrolizado de la antocianina, el resultado es la aglicona, conocida como se menciona anteriormente como antocianidina. Las más comunes formas de antocianidinas son: pelargonidina, cianidina, delfinidina, peonidina, malvidina y petunidina Además de la glucosilación, la introducción de moléculas aciladas es un efecto que ocurre ampliamente. Los grupos comunes de acilo son los ácidos aromáticos de los cuales los más comúnmente encontrados son ácidos hidroxicinámicos: p-coumárico, cafeico y ferúlico, y más raramente el hidroxibenzoico. El color particular de cada antocianina depende del número y orientación de los grupos hidroxilos y metoxilos. Un incremento en la hidroxilación produce un color azul, mientras un incremento en la metoxilación produce un color rojo. El maíz morado es una variedad de maíz que posee la coronta y los granos de color morado y es originario del altiplano andino (Bolivia y Perú). Contiene diferentes tipos de antocianinas, siendo la cianidina-3- ß-glucósido, su pigmento mayoritario el cual es un importante antioxidante.
A un colorante extraído a partir del de maíz morado se le clasifica con el número E-163 (EEC). Además del pigmento principal 3-cianidina- 3-glucósido, se han encontrado en variedades de maíz morado: pelargonidina - 3- glucósido, peonidina-3-glucósido, cianidina3- maloilglucósido, pelargonidina-3-malonilglucósido, y peonidina-3 – malonil glucósido en extractos comerciales de maíz morado y granos del mismo. Además, cianidina - 3dimalonilglucósido como compuesto minoritario en algunas variedades. Las Antocianinas del maíz morado son más estables que la Enocianina de la uva, a la luz, al calor y principalmente a los cambios de pH. Las Antocianinas del maíz Morado a un pH entre 3 y 3.5 permanecen de un color rojo amarillento, mientras que la Enocianina se torna azulada en esa condición. Las antocianinas, pigmentos flavonolicos, tienen una estructura química adecuada para actuar como antioxidantes, pueden donar 22 hidrógenos, o electrones a los radicales libres o bien atraparlos y desplazados en su estructura aromática. Una actividad antioxidante óptima se relaciona con la presencia de grupos hidroxilos en las posiciones 3´ y 4´ del anillo B, los cuales confieren una elevada estabilidad al radical formado. Los grupos hidroxilos libres en las posición 3 del anillo C y en la posición 5 del anillo A, junto con el grupo carbonilo en la posición 4 son donadores de electrones. La diversidad estructural contribuye favorablemente a la existencia natural de unos antocianos con diferentes sustituciones glucosídicas, en la estructura básica del ion fenil-2-benzopirilio o flavilio, representado en la Figura nº 4.1.3 las principales antocianinas.
A. Factores que alteran la estabilidad de las antocianinas: La estabilidad de las antocianinas depende de factores como enzimas, pH, temperatura, oxígeno, luz, metales, etc. Investigaciones recientes demostraron que existen antocianinas con ciertas características, presentando una mayor estabilidad debido al desarrollo de ciertos mecanismos: - asociación intramolecular: acilación - asociación intermolecular: copigmentación - interacciones con otros compuestos - polimerización. EFECTO DEL PH: Este es uno de los factores más importantes. Las antocianinas son más estables en un medio ácido que en un medio neutro o alcalino. En medio ácido la forma predominante es la del ión flavilio, el cual da el color rojo, cuando esta es sometida a pH básico o alcalino, el ión flavilio es susceptible al ataque nucleofílico por parte del agua, produciéndose la pseudo base carbinol, esto es a pH 4.5 y seguido se forma la chalcona, las dos formas son incoloras.
Conociendo esto, las antocianinas tienen su máxima expresión de color a pH ácidos (pH1), y su forma incolora se produce a pH neutros o alcalinos, debido a esta característica se utilizan a las antocianinas a pH ácido o ligeramente neutro.
TEMPERATURA: La antocianina es destruida por el calor durante el procesamiento y almacenamiento. Un incremento logarítmico en la destrucción de la antocianina ocurre con un incremento en la temperatura. Por eso se debe tener en cuenta este factor en el teñido de las telas sintéticas.
B. Naturaleza Química de las Antocianinas: El término antocianina se deriva de las palabras -griegas para flor y azul y fué utilizada por Marquart en 1835 para designar el pigmento azul de las flores. Después se notó que no sólo el color azul, sino también el púrpura, violeta, magenta y casi todos los tonos oe rojo que aparecen en muchas flores y frutos y algunas hojas, tallos y raíces de plantas se debían a pigmentos químicamente similares a las antocianinas de Marquart. Se presupone que las antocianinas ayudan a atraer insectos a las flores y pájaros y otros animales a los frutos para los propósitos de polinización y di seminación de las semillas respectivamente. De acuerdo con Willstatter y Everest, la mayoría de antocianinas se encuentran disueltas en el jugo celular de flores, frutos y otros órganos de las plantas y pertenecen a un grupo de glicósidos; las porcioses libres de azúcar de éstos compuestos se denominaron antocianidinas. Las antocianinas son polihidroxi y metoxi derivados de la estructura básica 2-fenilbenzopirilio ó fla vilio.
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Factores que influyen en la degradación de las antocianinas:
Las antocianinas son pigmentos no muy estables.Estas se pueden degradar mientras aún están en el tejido fresco o pueden destruirse durante el procesado y el almacenamiento de la mercancía. Entre los factores más importantes que afectan la estabilidad de las antocianinas en los alimentos tenemos los siguientes: Enzimas: Varias enzimas han sido implicadas en la decoloración de antocianinas. Huang demostró que los glicósidos fungales (antocianasas) pueden hidrolizar los enlaces glicosídicos de las antocianinas y producir antocianidinas, las cuales son mucho menos estables que las antocianinas y decolora n espontáneamente. Temperatura de Procesado y Almacenamiento: La velocidad de degradación se incrementa con la elevación de la temperatura, como en el caso de la mayoría de reacciones químicas. La pelargonidina 3- glucósido pura calentada (SO a 100° C) en solución acuosa pierde color según una cinética de reacción de 1Q orden y con una energía de activación de 27,000 Cal/mol (2). El mismo pigmento en jugo de fresas y conservas exhibe similar comportamiento cinético. Meschter fue capaz de demostrar la relación logarítmica entre la retención del color de la antocianina en las conservas de fresas y la temperatura sobre un rango que cubre la temperatura de procesado y almacenamiento. El mostró que el tiempo para la destrucción del 50% del pigmento antociánico (vida media) en una conserva de fresas a 100° c era 1 hora, durante el almacenamiento a 38 ° C (temperatura, almacenamiento de alime11tos del ejército deU.S.A.)
Oxígeno y Peróxido de Hidrógeno: La mayoría de autores están de acuerdo en que el oxígeno ejerce un efecto deteriorante en los pigmentos antociánicos. Ácido Ascórbico: Se ha sugerido una posible interacción entre el ácido ascórbico y las antocianinas debido a que algunos investigadores han observado pérdidas paralelas de ambos compuestos en jugos de frutas. Luz: El efecto de la luz en el color de la antocianina en alimentos procesados no ha sido estudiado completamente.
