EXTRACCIÓN DEL ÁCIDO CARMÍNICO C ARMÍNICO
INDICE
1. Planteamiento del problema…………………… problema……………………………………………… …………………………pág.2 pág.2 1.1. Introducción………………………… Introducción…………………………………………………… ………………………………....pág.2 ……....pág.2 1.2. Problemática de la investigación…………………… investigación…………………………………….pág.2 ……………….pág.2 1.3. Justificación…………………………………………………… Justificación…………………………………………………………. ……. .pág.3 1.4. Objetivos………………………… Objetivos…………………………………………………… …………………………………….pág.3 ………….pág.3 2. Marco teórico……………………………………………… teórico…………………………………………………………….…pág.4 …………….…pág.4 2.1. La cochinilla…………………………………………… cochinilla………………………………………………………….. …………….. pág.4 2.1.1. Condiciones de cultivo………………………………………...pág.4 cultivo………………………………………...pág.4 2.1.2. Usos frecuentes de la cochinilla…………………………… cochinilla…………………………… .pág.5 2.1.3. Composición………………………… Composición…………………………………………………… ………………………… pág.5 2.2. Acido carmínico………………………………………… carmínico………………………………………………………. ……………. pág.6 2.2.1. Estándares de calidad de ácido carmínico…………………. carmínico…………………. pág.6 2.2.2. Aplicaciones…………………………… Aplicaciones……………………………………………………. ………………………. pág.7 2.3. Análisis espectrofotométrico………………… espectrofotométrico………………………………………….. ………………………..pág.7 pág.7 3. Metodología………………………………………………………………….pág.8 3.1. Descripción Descripción del proceso…………………………… proceso……………………………………………….pág.8-9 ………………….pág.8-9 3.2. Materiales Materiales y equipo…………………………… equipo…………………………………………………….p ……………………….pág.10 ág.10 3.3. Reactivos……………………………………………………… Reactivos………………………………………………………………. ………. pág.10 3.4. Procedimiento…………………… Procedimiento………………………………………………… ……………………………………..pág.10-11 ………..pág.10-11 4. Resultados…………………………………………………………………..pág.12 4.1. Datos obtenidos……………………… obtenidos………………………………………………… ………………………………...pág.12 ……...pág.12 4.2. Calculo de la pureza……………………… pureza………………………………………………… ……………………………pág.12 …pág.12 4.3. Calculo del rendimiento………………… rendimiento…………………………………………… ……………………………..pág.13 …..pág.13 4.4. Análisis………………………… Análisis…………………………………………………… ……………………………………….pág.13 …………….pág.13 5. Conclusiones………………………………………………………………..pág.14 5.1. Recomendaciones……………………………… Recomendaciones……………………………………………………..pág.14 ……………………..pág.14 5.2. Bibliografía………………………………………………… Bibliografía………………………………………………………… ……… ….pág.14 6. Anexos……………………………………………………………………….pág.15-16
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CAPITULO 1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1.-INTRODUCCIÓN La cochinilla (Dactylopius coccus Costa) es un insecto que vive en la tuna cuya importancia radica en su contenido de ácido carmínico el cual se puede extraer de diversas maneras para obtener un polvo fino de color rojo púrpura intenso que se puede comercializar en extracto líquido para utilizar como colorante orgánico o para la producción del “carmín”, otro tipo de colorante. La creciente demanda de este colorante se debe a ser natural y no sintético. Este hecho ha retomado el interés de este colorante bastante utilizado y demandado, siendo el país productor por excelencia el Perú, cumpliendo éste las demandas de diversos países europeos y asiáticos. Debido al interés por esta sustancia se ha buscado un método simple de extracción, de los muchos que hay, para comprobarlo experimentalmente en laboratorio y así analizar el proceso a grandes rasgos, para comparar con datos teóricos obtenidos por otros países. Bolivia al poseer condiciones parecidas a las del Perú puede dedicarse a la implementación de este proceso para la generación de recursos económico 1.2.-PROBLEMÁTICA DE LA INVESTIGACIÓN
El aumento de la demanda por tintes orgánicos en la década de los noventa del siglo pasado y a principios de este siglo se debe a que se ha demostrado que los tintes sintéticos (artificiales) han provocado daños en la salud humana, ya que se han registrado casos de alergias, además que se ha encontrado que
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muchos de ellos pueden inducir a la formación de tumores cancerosos, esto ha provocado que la Agencia de medicamentos y alimentos (FDA) de Estados Unidos y la Organización Mundial de la Salud (OMS) prohíban utilizar colorantes sintéticos en alimentos, cosméticos y medicina, por ser perjudiciales en la salud. Por esta razón el mercado del ácido carmínico se ha incrementado en los últimos años de tal manera que Perú sextuplico su producción en los últimos 23 años 1.3.-JUSTIFICACIÓN
Dado que Bolivia posee condiciones climáticas muy parecidas a las del Perú y la existencia de la tuna y cochinilla, se origina el interés de la producción de ácido carmínico para la exportación a países que lo soliciten. Los precios de la cochinilla seca sin procesar han sido muy oscilantes en los últimos años, para el año de 1,998 el precio era de US$ 40 el kilogramo. Mientras el precio promedio de ácido carmínico estaba en 1,998 a US$ 120 los 60 mL para situarse en el 2,007 en US$ 150 los 60 mL de ácido carmínico (Anchundia Et al, 2007). Se elige el proyecto debido a tratarse de la extracción de una sustancia. Se usaron conocimientos de extracción estudiados en este semestre. 1.4.-OBJETIVOS 1.4.1.-Objetivo general •
Extraer el ácido carmínico de la cochinilla a partir de sustancias solubles a este ácido.
1.4.2.-Objetivos específicos •
Obtener el rendimiento del proceso elegido de extracción.
•
Analizar las variables del proceso.
•
Emplear conocimientos de extracción de sustancias y material adecuado.
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CAPITULO 2 MARCO TEÓRICO
2.1.-LA COCHINILLA Es un insecto isópodo conocido vulgarmente como cochinilla del carmín. Existen varias especies de las cuales cinco están en Norteamérica y seis en Sudamérica, de éstas solamente Dactylopius coccus Costa se cultiva para la obtención de pigmentos, por lo que se denomina grana fina o cultivada. El resto de especies constituyen un grupo denominado grana silvestre o corriente. Es el insecto hembra el que posee mayor eficiencia para la producción de colorante.
2.1.1.-Condiciones de cultivo Naturalmente se desarrolla en regiones áridas y semiáridas, dentro de los factores que más favorecen el desarrollo de ésta se pueden encontrar: la temperatura que debe oscilar entre 20°C y 32°C (Méndez et al., 1990). La humedad relativa entre 40 y 75%, con precipitaciones de 100 a 700 mm. Anuales (Escobedo y Pérez, 1998). La iluminación debe estar entre 40 y 60% (Méndez, et al. 1990). D. coccus se desarrolla como parásito en algunas especies de plantas de la familia cactaceae conocidas como nopales. Los principales géneros parasitados son Opuntia y Nopalea , que contienen 114
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especies de las cuales 8 reportan la presencia de grana fina (Rodríguez y Portillo, 1989). Además está recubierto por una sustancia blanca y forma manchas del mismo color en las plantas. Especialmente frecuente en los tunales entre los 500 y los 3 000 msnm. 2.1.2.-Usos frecuentes de la cochinilla De la cochinilla se pueden obtener una diversidad de productos, según sean los procesos al que sea sometido. La utilización más simple son los cuerpos disecados de los insectos, conocido como grana, y que se produce un líquido rojizo empleado en la tinción de textiles. Luego se pueden encontrar extractos, de los cuales los más demandados son el extracto alcohólico, el ácido carmínico y las aluminas. Los dos primeros utilizados en alimentos y la industria farmacéutica, tanto como su inocuidad como por su estabilidad ante variaciones fuertes de pH. En la industria de alimentos se utilizan otros pigmentos naturales como el ácido carmínico, que podrían constituirse en competencia del carmín. La ventaja del carmín ante estos está en sus características químicas, su costo y la gama de colores que se pueden obtener de él, que va desde el rojo carmín hasta un púrpura azulado dependiendo del Ion metálico con el que se le haga reaccionar. 2.1.3.-Composición
En 100 g de cochinilla Acido carmínico Humedad Grasas Ceras Cenizas Impurezas Otros Fuente: Tesis 1994
% en masa 15-25 8.16 4.93 2.79 2.98 0.16 55.09
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2.2.-ACIDO CARMÍNICO
El ácido carmínico es un ácido orto-fenoxi -carboxílico de carácter hidrofílico. Nombre
Fórmula
Estado
Acido carmínico
C 22 H 20 O 13
Sólido
Punto de fusión 136 °C
Apariencia
Rojo
Solubilidad en agua 3 g/100 ml
Este presenta una coloración roja la cual puede variar hasta púrpura cuando el pH aumenta (Salaverry-García, 1998). El ácido carmínico es de fórmula C 22 H 20 O 13 , se cristaliza en prismas rojos, no tiene punto de fusión y se descompone a 120°C. El grupo carboxílico –COOH y los cuatro grupos –OH fenólicos, de las posiciones C-3, C-5, C-6 y C-8 desprotonables, contribuyen a los cambios de color y pH del ácido carmínico; anaranjado a pH = 3.0, rojo a pH = 5.5 y púrpura a pH = 7.0.
2.2.1 Estándares de calidad de ácido carmínico Los estándares de calidad son regidos por la FDA de Estados Unidos, para ácido carmínico el porcentaje de ácido carmínico debe encontrarse entre 20 y 22% un pH entre 7.5 – 5.5 (tomado a 25°C y concentración 1:1,000, el porcentaje de proteína presente debe ser menor a 2.2% y la presencia de arsénico y de plomo debe encontrarse ausente (FDA, 2007).
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2.2.2 Aplicaciones Actualmente, el uso principal de la cochinilla es en la modalidad de carmín, con la desventaja de ser un colorante sintético. El ácido carmínico es un colorante natural obtenido de la cochinilla de variada aplicación industrial: Industria farmacéutica Empleada en preparación de grageas y tabletas. En solución alcalina se emplea en pastas dentífricas, enjuagues bucales, etc. Industria cosmética Se emplea en lápices, polvos faciales, lápices para los ojos, etc. Desde el punto de vista de calidad, la industria cosmética es la más exigente. Industria alimentaria El consumidor de embutidos está acostumbrado a utilizar productos de cierta tonalidad de rojo. En francia se le agrega en forma de sal colorante. Se colorean las bebidas alcohólicas (tipo campari), bebidas no alcohólicas, jaleas, mermeladas, helados, yogurt, cerezas, sopas en polvo, etc. En general, cualquier producto que deba tener una tonalidad rojo fresa 2.3.-ANÁLISIS ESPECTROFOTOMÉTRICO La espectrofotometría es el conjunto de procedimientos que utilizan la luz para medir concentraciones químicas (Juergens, 1988). Toda sustancia que absorbe luz visible aparece coloreada cuando transmite o refleja la luz. La
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sustancia absorbe ciertas longitudes de onda de la luz blanca, y nuestros ojos detectan las longitudes de onda que no se absorben. El color observado se llama el complementario del color absorbido (Alman y Billmeyer, 1976). En análisis espectrofotométrico normalmente se escoge la longitud de onda de máxima absorbancia. Las mediciones se realizaron a 494 nm. de longitud de onda debido a que el rango para poder hacer lecturas para color rojo.
CAPITULO 3 METODOLOGÍA
3.1.-DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Se ha realizado la obtención de un extracto de ácido carmínico mediante uno de los procesos más simples y económicos. Etapa 1.-Preparación Consiste principalmente en el desengrasado de la cochinilla con el objeto de obtener mayor concentración de ácido carmínico. Para ello se procedió a moler el insecto seco en un mortero y disolver en agua destilada para formar una solución que pueda ser tratada en el embudo de decantación. Se coloca la solución junto con n-hexano para que las grasas y ceras del insecto sean disueltas, usando la partición: “Disolución selectiva de una sustancia con solubilidades diferentes entre dos fases inmiscibles” siendo
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en este caso las sustancias: n-hexano y agua destilada nuestras fases inmiscibles. Dado que lo que se extrae es la impureza, permaneciendo el ácido carmínico en su fase original, nuestro procedimiento se describiría como un lavado. Se usa n-hexano debido a que se ha comprobado que este es el solvente apolar adecuado para la extracción de grasas y ceras (sustancias apolares) de la cochinilla debido a su eficiencia y costo bajo, según una tesis encontrada. Etapa 2.-Extracción El ácido carmínico ya se encuentra presente en el insecto, lo que se hizo es seguir un método que permite la concentración de la sustancia deseada y de manera que pueda mantener un color estándar de calidad. Para mantener el color rojo deseado se utiliza el ácido cítrico y el carbonato de sodio, ya que ambos generan el citrato de sodio que cumple la función de una solución Buffer o reguladora del PH. 2 C 6 H 8 O 7 (s) + 3 Na 2CO3 (aq) -> 2 C 6 H 5 O 7 Na3 (aq) + 3 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) Dado que los ácidos orgánicos se pueden extraer con solución de carbonato de sodio, este compuesto contribuye para la extracción del ácido carmínico. Para su extracción adecuada se usa agua destilada por ser esta la sustancia polar adecuada para extraer el ácido carmínico de entre las restantes grasas, ceras y demás compuestos considerados como impurezas (compuestos apolares), usando así la teoría: “Los semejante disuelve a lo semejante”. Etapa 3.-Determinación de la pureza Dado que estamos tratando con un colorante y el color esperado es el rojo, entonces la manera adecuada de determinar la pureza de ácido carmínico en el producto final es mediante un análisis espectrofotométrico usando el valor teórico de longitud de onda del color rojo: 494 nm.
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Para esta etapa el producto obtenido sigue un procedimiento ya establecido para su adecuada lectura en el espectrofotómetro.
3.2.-MATERIALES Y EQUIPO Vasos de precipitado 500 ml, 100ml.
Mortero con pilón.
Papel filtro y embudo Buchner
Hornilla eléctrica.
Matraz Kitasato y mangueras
Bomba de vacío.
Embudo de decantación
PH-metro.
Matraz aforado 10ml, 100ml.
Estufa calefactora.
Pipeta 10ml y pro pipeta
Espectrofotómetro.
Caja Petri. Vidrio de reloj y espátula.
3.3.-REACTIVOS
Nombre
Fórmula
Densidad
Acido cítrico n-Hexano Carbonato de sodio
C6 H 8 O 7
Ácido clorhídrico 37%
1,665 g /cm3
Punto de fusión 175 °C
Punto de ebullición ------
Solubilidad en agua 133 g/100 ml
C 6 H14 Na 2 CO 3 ,
0.6548 g /cm3 2,54 g /cm3
-95,15 °C 851 °C
68,85 °C 1600 °C
6,1 mg /L 10,9 g /100 ml
HCl
1.19 g /cm3
-26 °C
48 °C
Muy soluble.
3.4.-PROCEDIMIENTO El siguiente procedimiento se realizó en dos clases usando los materiales del laboratorio de villa Fátima, teniendo que comprar el carbonato de sodio y ácido cítrico por nuestra cuenta. Debido a la carencia de n-hexano se usó la máxima cantidad que se nos pudo otorgar del laboratorio.
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CAPITULO 4 RESULTADOS
4.1.-DATOS OBTENIDOS Dos muestras: Masa de cochinilla desengrasada (g) Masa de carbonato de sodio (g) Masa de ácido cítrico (g) PH de mezcla carbonato + agua PH de mezcla ácido cítrico + sol. carbonato PH mezcla final con cochinilla Masa final obtenida Absorbancia
1 0.53 0.81 10.71 6.78 6.85 1.51 0.340
4.2.-CALCULO DE LA PUREZA % í =
12
∗ 100
1.39
0.58 0.13 0.12 9.19 5.34 5.46 1.35 0.235
)
% í =
)
0.34 ∗ 100 1.39
= . %
% í =
0.235 ∗ 100 1.39
= . %
4.3.-CALCULO DEL RENDIMIENTO El valor teórico de la absorbancia: 0.65 % =
)
)
ó
% =
% =
0.34 0.65
0.235 0.65
∗ 100
∗ 100 = . %
∗ 100 = . %
4.4.-ANALISIS La primera experimentación produjo un producto de color violeta debido al PH resultante próximo al valor de 7, observándose un porcentaje de pureza y rendimiento mayor que la muestra resultante de color rojo (PH menor a 7). Esta variación de PH se hace por las proporciones de ácido, carbonato y cochinilla usados para cada prueba. Se toma en cuenta también que se usó cochinilla comprada de diferentes lugares y la proporción de cada cochinilla diferente no era equitativa para cada prueba.
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CAPITULO 5 CONCLUSIONES •
•
Se ha conseguido la extracción del ácido carmínico de la cochinilla usando agua destilada, carbonato de sodio, n-hexano y ácido cítrico. Se realizaron dos pruebas de las cuales se obtuvo una pureza de ácido carmínico entre los valores 17-25% y un rendimiento del proceso en el rango de 36-52% siendo estos valores próximos a los utilizados por industrias extranjeras para uso de colorante natural. Se comprueba que el color del colorante obtenido de la cochinilla depende principalmente del PH resultante, estando el color rojo entre el PH de 5.5 y violeta a otros valores.
5.1.-RECOMENDACIONES •
Se recomienda obtener el valor de solubilidad del ácido carmínico con el carbonato de sodio, n-hexano y otros compuestos para realizar un análisis cuantitativo más detallado y para analizar las posibilidades de uso de otros solventes.
5.1.-BIBLIOGRAFÍA •
Pigmentos naturales quinónicos , Segundo Gibaja
•
Utilización agroindustrial del nopal, Carmen Sáenz, Horst Berger
•
•
Tesis: “Evaluación de seis métodos para la extracción de ácido carmínico obtenida a partir de cochinilla” Universidad de San Carlos de Guatemala, Mario Alberto Agreda Rodríguez. Química orgánica, Galagovsky Kurman Lydia.pdf.
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CAPITULO 6 ANEXOS
Desengrasado con embudo de decantación
Cochinilla desengrasada .
Solución: carbonato de sodio
Adición de cochinilla
+ ácido cítrico
Medición del PH
Concentración de la solución
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Filtración a vacío
Impurezas restantes
Extractos en caja Petri
Secado en estufa
Preparación para la lectura
Producto final
Solución para medir en el espectrofotómetro
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