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Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingeniera
Escuela de Ingeniera Qumica
EXTRACCIN Y CARACTERIZACIN FISICOQUMICA DELA FRACCIN COLORANTE
DE LA SEMILLA DEL AGUACATE (PERSEA
AMERICANA MILLER) A NIVEL LABORATORIO
Eva Isabel Garca Ramrez
Asesorado por la Inga. Telma Maricela Cano Morales
Guatemala, noviembre de 2012
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
EXTRACCIN Y CARACTERIZACIN FISICOQUMICA DE
LA FRACCIN COLORANTE DE LA SEMILLA DEL AGUACATE (PERSEA
AMERICANA MILLER) A NIVEL LABORATORIO
TRABAJO DE GRADUACIN
PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERA
POR
EVA ISABEL GARCA RAMREZ
ASESORADO POR LA INGA. TELMA MARICELA CANO MORALES
AL CONFERRSELE EL TTULO DE
INGENIERA QUMICA
GUATEMALA, NOVIEMBRE DE 2012
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
NMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL I Ing. Alfredo Enrique Beber Aceituno
VOCAL II Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
VOCAL III Inga. Elvia Miriam Ruballos Samayoa
VOCAL IV Br. Juan Carlos Molina Jimnez
VOCAL V Br. Mario Maldonado Muralles
SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez
TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Herberth Ren Miranda Barrios
EXAMINADORA Inga. Hilda Piedad Palma de Martini
EXAMINADORA Inga. Rosa Mara Girn Ruiz
EXAMINADOR Ing. Rodolfo Francisco Espinoza Smith
SECRETARIA Inga. Gilda Marina Castellanos de Illescas
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HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
En cumplimiento con los preceptos que establece la ley de la
Universidad de
San Carlos de Guatemala, presento a su consideracin mi trabajo
de graduacin
titulado:
EXTRACCIN Y CARACTERIZACIN FISICOQUMICA DE
LA FRACCIN COLORANTE DE LA SEMILLA DEL AGUACATE (PERSEAAMERICANA
MILLER) A NIVEL LABORATORIO
Tema que me fuera asignado por la Direccin de Escuela de
Ingeniera
Qumica, con fecha 25 de agosto de 2008.
Eva Isabel Garca Ramrez
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ACTO QUE DEDICO A:
Dios Padre Mi creador.
Jesucristo Mi salvador.
Mis padres Enrique Garca Girn y Eva Ramrez de Garca, guas
sabios en mi vida.
Mi esposo Benny Melndez, tu amor comprensin y aliento meacompaan
en todo momento.
Mis hijos Abner Francisco, Eva Rebeca y Benjamn NatanaelMelndez
Garca, que sea de inspiracin en su vida.
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AGRADECIMIENTOS A:
Dios Por quien todo existe y por cuya voluntad culmin mi
carrera dndome todos los medios y la fortaleza
necesarios en todo momento.
Mis padres Enrique Garca Girn y Eva Ramrez de Garca, sin
ellos no habra sido posible este logro.
Mi esposo Benny Melndez por su apoyo incondicional.
Mis hermanos Enrique y Edson Garca Ramrez por animarme con
fe.
Mis suegros Benjamn Melndez y Aracely Arenales de Melndez
por el amor, paciencia y cuidado de mis hijos durante
la realizacin de este trabajo.
Mis cuadas Maribel Romn de Garca, Cynthia Melndez y MelissaValdz
de Garca, cuados Daniel Melndez y Samuel
Melndez, ta Elizabeth Hernndez de Santizo y sus
hijos Daniel, Erick y Estefani Santizo, cariosamente.
Joel y Sivia Garca Por su apoyo en oracin.
Inga. Telma Cano Por la confianza, apoyo, asesora, paciencia y
consejos
durante el desarrollo de este trabajo.
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Ing. Csar Garca Por sus importantes aportes y la revisin del
trabajo.
Ing. Mario Mrida Por su confianza, asesora, revisin y consejos
para laoptimizacin este trabajo.
Ing. Jorge Godnez Por su ayuda en la organizacin y ejecucin de
este
trabajo.
Ingenieras, AdelaMarroqun y Natalia
Espinal
Por su apoyo en la realizacin de este trabajo.
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INDICE GENERAL
NDICE DE ILUSTRACIONES
......................................................................................V
LISTA DE SMBOLOS
..................................................................................................VII
GLOSARIO
......................................................................................................................IX
RESUMEN.......................................................................................................................XI
OBJETIVOS...................................................................................................................XIII
INTRODUCCIN........................................................................................................XVII
1. ANTECEDENTES
..................................................................................................
1
2. MARCO TERICO
................................................................................................
5
2.1. Aspectos generales acerca del
aguacate............................................ 5
2.1.1. Composicin qumica y usos
medicinales........................... 6
2.1.2. Caractersticas macroscpicas de las semillas de
aguacate...................................................................................
7
2.1.3. Caractersticas microscpicas de las semillas
................. 10
2.1.3.1. Microscopa electrnica de barrido................ 11
2.1.4. Anlisis proximal y
fitoqumico............................................ 15
2.1.5. Comercio del
aguacate.........................................................
17
2.2. Lixiviacin y operaciones
unitarias......................................................
18
2.3. Operaciones unitarias del proceso de obtencin de
colorante...... 24
2.4.
Colorantes...............................................................................................
32
2.4.1. Clasificacin de los
colorantes............................................ 33
2.4.2. Colorantes
naturales.............................................................
34
2.4.3. Reacciones de los colorantes naturales ante
diferentes
factores.................................................................
41
-
II
2.4.4. Los colorantes
internacionalmente..................................... 48
2.5. Mtodos de anlisis de los
colorantes................................................ 49
2.5.1. Cromatografa
........................................................................
49
2.5.1.1. Cromatografa de capa fina............................
50
2.5.2.
Espectrofotometra................................................................
51
2.6. Cambio de color en los alimentos
....................................................... 53
3.
METODOLOGA...................................................................................................
57
3.1.
Variables..................................................................................................
57
3.2. Determinacin del campo de
estudio................................................. 58
3.3. Recursos
humanos................................................................................
59
3.4. Recursos
fsicos.....................................................................................
59
3.4.1.
Localizacin............................................................................
59
3.4.2.
Equipo.....................................................................................
60
3.4.3. Cristalera
...............................................................................
62
3.4.4. Materia
prima.........................................................................
62
3.4.5.
Reactivos................................................................................
62
3.5. Tcnicas
cuantitativas...........................................................................
63
3.5.1. Procedimiento del mtodo de lixiviacin por
maceracin dinmica con reflujo
........................................ 63
3.6. Recoleccin y ordenamiento de la informacin
producida.............. 66
3.7. Tabulacin ordenamiento y proceso de la
informacin................... 66
3.8. Anlisis estadsticos
..............................................................................
67
4.
RESULTADOS......................................................................................................
69
5. DISCUSIN DE
RESULTADOS........................................................................
73
-
III
CONCLUSIONES..........................................................................................................
77
RECOMENDACIONES.................................................................................................
79
BIBLIOGRAFA
..............................................................................................................
81
APNDICES...................................................................................................................
87
-
IV
-
VNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1. Semilla de aguacate (cv. Hass). (a) Cubierta seminal, (b)
cotiledones, (c) eje embrionario. Barra = 1
cm............................................. 9
2. Microscopa ptica de la cubierta seminal de semilla de
aguacate cv
Hass. sin extraer. (a) clulas de endocarpio, (b) esclernquima,
(c)
clulas de taninos (d) parnquima. Barra = 0,05 mm. Corte 1 m
de
espesor, inclusin en resina Spurr y tincin con azul de
toluidina.......... 12
3. Microscopa ptica del cotiledn de semilla de aguacate cv.
Hass
sin extraer. (a) grnulos de almidn, (b) glbulos de grasa. Barra
=
0,05 m de espesor, inclusin en resina Spurr y tincin con azul
de
toluidina.............................................................................................................
13
4. Microscopa ptica del eje embrionario de semilla de aguacate
cv.
Hass. Sin tratamiento de extraccin. (a) Grnulos de almidn,
(b)
glbulos de grasa. Barra = 0,05 mm. Corte 1 m de espesor,
inclusin en resina Spurr y tincin con azul de
toluidina......................... 14
5. Microscopa electrnica de barrido. Cotiledn de semilla de
aguacate
cv. Hass. Sin extraer. (a) Grnulos de
almidn.......................................... 15
6. Diagrama de lixiviacin en una sola
etapa.................................................. 22
7. Lixiviacin en una sola
etapa........................................................................
24
8. Tipos de
cuchillas............................................................................................
25
9. Secador de
bandejas......................................................................................
28
10. Diagrama de bloques del proceso de extraccin del colorante
de la
semilla del
aguacate.......................................................................................
30
-
VI
11. Diagrama de flujo para el proceso de extraccin del colorante
de la
semilla del
aguacate.......................................................................................
31
12. Nomenclatura de equipos y corrientes del
proceso................................... 32
13.
Clorofila.............................................................................................................
35
14. Carotenoides a) betacaroteno y b)
licopeno............................................... 36
15.
Antocianina.......................................................................................................
37
16. a) flavona, b) flavonol y c) flavonona
........................................................... 38
17. Reaccin 1. Reaccin del malvidn-3 cuando el pH alcanza
valores
elevados...
..................................................................................................
43
18. Distribucin de las distintas estructuras en funcin del pH
(malvidn
glucsido: 25 oC). AH = catin rojo, B = base carbinol incolora, C
=
calcona incolora, A = base quinoidal azul
................................................... 44
19. Reaccin de malvidina a pH elevados, seguida de la reaccin
de
hidrlisis de la -dicetona a cido protocatecuico
..................................... 45
20. Producto de la adicin del bisulfito a la
antocianina.................................. 46
TABLAS
I. Anlisis proximal de la semilla de aguacate variedad
Hass................ 16
II. Anlisis fitoqumico de la semilla de aguacate variedad
Hass............ 16
III. Temperatura de extraccin ebullicin de los
coadyuvantes................ 58
IV. Caractersticas fisicoqumicas de la fraccin colorante de
la
semilla de aguacate oxidada fresca, lixiviado con
agua...................... 69
V. Tamizaje fitoqumico de la fraccin colorante de la semilla
de
aguacate.......................................................................................................
70
VI. Cromatografa de capa fina de la fraccin colorante de la
semilla
de
aguacate.................................................................................................
70
VII. Rendimiento porcentual promedio de la fraccin colorante de
la
semilla de
aguacate...................................................................................
71
-
VII
LISTA DE SMBOLOS
Smbolo Significado
cm Centmetro
Ka Constante de equilibrio
c Constante dielctrica
E1 Corrientes efluentes
R1 Corrientes efluentes
Ro Disolvente de lixiviacin
A Disolvente puro
oC Grados centgrados
GL Grados de libertad
G Gramo
max Longitud de onda
M1 Mezcla global
-
VIII
m Micrmetro
mL Mililitros
Mm Milmetro
N Nmero de tratamientos
w/v Peso/volumen
% Porcentaje
pH Potencial de hidrgeno
Rpm Revoluciones por minuto
F Significancia
B Slido acarreador
F Slido por lixiviar
C Soluto soluble
UV Ultra violeta
v/v Volume/volumen
-
IX
GLOSARIO
Esclernquima Tejido de sostn de algunas plantas formado por
clulasmuertas a la madurez, cuyas paredes secundarias estn
engrosadas por lo que son muy gruesas y duras. Su nombre
proviene del griego escleros, duro y enchyma, sustancia.
Mesocarpio En botnica, el mesocarpio es la capa intermedia
del
pericarpio, esto es, la parte del fruto situada entre
endocarpio
y epicarpio. Parte de la fruta que se consume normalmente, y
es resultado de la transformacin de la pared ovrica de la
flor, por lo que normalmente envuelve al endocarpio, que a
su
vez envuelve a las semillas.
Parnquima En botnica, se denomina parnquima al tejido
vegetal
constituido por clulas de forma aproximadamente esfrica o
cbica y con espacios separacin. Estn poco
especializadas. Constituyen el tejido fundamental de la
planta. Se localizan en todos los rganos vegetales, llenan
espacios libres que dejan otros rganos y tejidos. Sus clulas
son poligonales y las paredes celulares son flexibles y
delgadas de celulosa.
Pericarpio En botnica, la parte del fruto que recubre su semilla
y
consiste en el ovario fecundado. En el pericarpio pueden
distinguirse tres capas, de fuera a dentro son: epicarpio,
mesocarpio y endocarpio.
-
XSustrato En bioqumica, un sustrato es una molcula sobre la
que
acta una enzima, stas catalizan reacciones qumicas que
involucran al sustrato o los sustratos, ste se une al sitio
activo de la enzima, y se forma un complejo enzima-sustrato.
El sustrato por accin de la enzima es transformado en
producto y liberado del sitio activo, quedando para recibir
otro
sustrato.
Tegumento Tejido que cubre ciertos rganos de las plantas, en
especial
los vulos y las semillas, y sta queda recubierta por un
tegumento de tacto aterciopelado.
Testa La cubierta de la semilla o testa la protege de muchas de
lasinclemencias del medio ambiente.
Traqueidas Son clulas conductoras de agua y sales. Fusiformes,
no
perforadas, agrupan las punteaduras en los polos. Al menos
sobre el papel son menos eficientes en el transporte de agua
que las traqueas, y son ms primitivas evolutivamente
hablando que ellas.
-
XI
RESUMEN
Extraer y caracterizar fisicoqumicamente la fraccin colorante de
la semilla
de aguacate, a nivel laboratorio, fue el principal propsito del
presente trabajo de
graduacin. El procedimiento utilizado fue la lixiviacin por
maceracin dinmica
con reflujo, utilizando como solvente el agua y como
coadyuvantes soluciones
de etanol (35, 70 y 95% v/v) y soluciones de sulfito de sodio (1
y 2% v/v). La
semilla fue utilizada en tres presentaciones: sin oxidar fresca,
oxidada fresca y
oxidada seca. Para todos los casos la relacin semilla de
aguacate/solvente fue
de 1:10 (w/v).
La temperatura de lixiviacin fue la temperatura de ebullicin
respectiva
para el agua y cada coadyuvante a una presin de 640 mmHg y la
duracin del
proceso de dos horas. Al realizar el anlisis estadstico se
observa que la
densidad y el ndice de refraccin que se obtienen cambian
significativamente al
cambiar el coadyuvante y el tipo de muestra. El mayor
rendimiento se obtiene al
utilizar la solucin de sulfito de sodio al 1% y la semilla seca
oxidada, un
rendimiento inferior se obtiene al usar la solucin de sulfito de
sodio al 2% y la
semilla seca oxidada. Los rendimientos menores se obtienen al
utilizar las
soluciones de etanol al 70% y 95% en las tres presentaciones de
semilla de
aguacate y rendimientos intermedios al utilizar soluciones de
etanol al 35% y
agua. Al realizar el tamizaje fitoqumico de los extractos
colorantes lquidos de
la semilla de aguacate en todas sus presentaciones, se identific
la presencia de
taninos y flavonoides.
-
XII
-
XIII
OBJETIVOS
General
Extraer y caracterizar fisicoqumicamente la fraccin colorante de
la semilla
de aguacate a nivel laboratorio.
Especficos
1. Extraer y caracterizar fisicoqumicamente la fraccin colorante
de la
semilla de aguacate seca oxidada en funcin de la concentracin
de
soluciones de etanol y soluciones alcalinas de sulfito de
sodio.
2. Extraer y caracterizar fisicoqumicamente la fraccin colorante
de la
semilla de aguacate fresca oxidada en funcin de la concentracin
de
soluciones de etanol y soluciones alcalinas de sulfito de
sodio.
3. Extraer y caracterizar fisicoqumicamente la fraccin colorante
de la
semilla de aguacate fresca sin oxidar en funcin de la
concentracin de
soluciones de etanol y soluciones alcalinas de sulfito de
sodio.
4. Determinar el porcentaje de rendimiento del extracto
colorante obtenido
en funcin del porcentaje de humedad de la semilla seca oxidada y
fresca
oxidada.
-
XIV
HIPTESIS
Hiptesis general
Es factible obtener y caracterizar el extracto colorante de la
semilla del
aguacate en funcin de la concentracin de soluciones de etanol y
soluciones
alcalinas de sulfito de sodio.
Hiptesis estadstica
Hiptesis nula
No existe diferencia significativa en el rendimiento del
extracto colorante
obtenido utilizando diferente concentracin de coadyuvante.
Hiptesis alternativa
Existe diferencia significativa en el rendimiento del extracto
colorante obtenido
utilizando diferente concentracin de coadyuvante.
Hiptesis nula
No existe diferencia significativa en el rendimiento del
extracto colorante
obtenido de la semilla de aguacate con diferente porcentaje de
humedad.
Hiptesis alternativa
Existe diferencia significativa en el rendimiento del extracto
colorante obtenido
de la semilla de aguacate con diferente porcentaje de
humedad.
-
XV
Hiptesis nula
No existe diferencia significativa en las propiedades
fisicoqumicas del extracto
colorante obtenido de la semilla fresca de aguacate con
diferente grado de
oxidacin.
Hiptesis alternativa
Existe diferencia significativa en las propiedades fisicoqumicas
del extracto
colorante obtenido de la semilla fresca de aguacate con
diferente grado de
oxidacin.
-
XVI
-
XVII
INTRODUCCIN
Actualmente, en el altiplano guatemalteco se utiliza el extracto
colorante
obtenido de la semilla de aguacate para teir artesanalmente
fibras naturales.
Mejorar el proceso de obtencin de extracto de tal forma que
llegue a ser tan
seguro, confiable, eficiente y econmico como sea posible,
sugiere varias
etapas de transformacin y seleccin de las condiciones bajo las
cuales
ocurrirn dichas transformaciones, en cuyas primeras etapas se
puede
considerar la extraccin y caracterizacin de la fraccin colorante
de la semilla
de aguacate, principal objetivo del presente trabajo de
graduacin.
El aguacate, Persea americana Miller, fruta de muchas
propiedades, alto
valor nutricional y exquisito sabor, es un rbol frutal cultivado
desde tiempo
precolombino y su fruto puede clasificarse en tres clases:
guatemalteca,
antillana y mexicana. Es una baya con mesocarpio y endocarpio
carnoso que
contiene una sola semilla, la cual puede representar alrededor
de 15% del peso
en relacin al fruto.
A la semilla de aguacate se le atribuyen algunas propiedades de
tipo
farmacolgicas debido a la presencia de cidos grasos,
compuestos
polifenlicos y esteroles, y ha sido utilizada contra
padecimientos de dolores
musculares y parsitos. Entre los usos no medicinales se puede
sealar el
empleo de la semilla para alimento de animales, y hasta la
aparicin de tintas
indelebles, el jugo de la semilla fue extensamente empleado para
marcar la ropa
en vista de la oxidacin que sufre este producto por la accin del
aire.
-
XVIII
Los compuestos responsables del color en los alimentos son un
grupo
muy variado en estructuras y propiedades fsicas y qumicas. Estos
compuestos
pueden clasificarse en dos grupos por razones tericas, el
primero incluye:
carotenoides, antocianinas, betalainas, caramelo, colorantes
artificiales y lacas.
El segundo: mioglobina, clorofila y sus derivados.
La extraccin del colorante se realiz a nivel laboratorio,
obteniendo as
informacin para disear procedimientos y mejores condiciones de
operacin a
nivel planta piloto y luego a nivel industrial.
Los procesos para extraer estos compuestos se conocen con
diferentes
nombres. Se har referencia al proceso de lixiviacin, que es una
de las
operaciones unitarias ms antiguas, utilizadas en la extraccin
slido-lquido.
Se utilizaron tambin otras operaciones unitarias como:secado y
evaporacin; y
operaciones en las que intervienen partculas slidas como:
reduccin de
tamao, tamizado y separaciones mecnicas.
Se utilizaron como solventes: soluciones de etanol al 35, 70 y
95% en
volumen y de sulfito de sodio al 1 y 2%. La semilla de aguacate
fue utilizada en
diferentes presentaciones: seca oxidada (humedad menor al 10%),
fresca
oxidada y no oxidada (humedad entre 40 y 60%)
El colorante de la semilla de aguacate puede utilizarse en
diferentes
productos, entre las cuales se mencionan: textiles, alimentos,
cosmticos,
medicinas, tizas y crayones.
-
11. ANTECEDENTES
En el marco del proceso de investigacin que se realiza en la
Seccin de
Qumica Industrial del Centro de Investigaciones de Ingeniera, se
tienen
proyectos de investigacin en extractos vegetales como aceites
esenciales,
oleorresinas, taninos y colorantes. Especficamente en la temtica
de colorantes
naturales, se han realizado los siguientes trabajos de
investigacin:
En 1987 Dominguez M., de la Facultad de Ingeniera de la
Universidad de
San Carlos de Guatemala, realiz la investigacin del trabajo de
graduacin
titulado: Extraccin de los pigmentos colorantes del tipo
xantofilas contenidos en
la flor de Tagetes erecta (Marigold), en esta investigacin se
determin el
contenido de xantofilas totales en la flor de Tagetes erecta. Se
utiliz como
mtodo de extraccin la saponificacin en fro y en caliente. Se
obtuvo que el
mtodo de saponificacin en fro da resultados ms altos, siendo
stos de
11 470 6 262,02 mg de xantofilas por kg de flor, adems se
necesitan 4,795 kg
de flor por tonelada de alimento para obtener una coloracin
ptima de la yema
de huevo. Se recomienda utilizar el mtodo de saponificacin en
fro con un
tiempo de saponificacin de 18-19 horas. Las pruebas que se
utilizaron para
determinar el contenido de xantofilas totales fueron la
cromatografa en
columna y la espectrofotometra.
Donado Miranda, asesorado por la Inga. Telma Cano, en mayo del
2000
en el Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniera de
la USAC, realiz
la investigacin del trabajo de graduacin titulado: Extraccin de
carotenoides
de la calndula para su utilizacin como colorante natural en
productos de
consumo humano. La extraccin se realiz a nivel laboratorio,
utilizando dos
-
2mtodos de extraccin, con el fin de determinar el mtodo donde se
obtiene el
mejor rendimiento. La diferencia entre ambos mtodos fue la
utilizacin de
diferentes solventes. Se usaron muestras de 10 g de flores
secas, con una
aproximacin de 0.05 gramos, realizando 5 repeticiones para cada
mtodo.
Los resultados obtenidos tuvieron una diferencia significativa.
Con el
mtodo A se obtuvo un rendimiento promedio de 16,5% y con el
mtodo B 2,1%.
Para evaluar la homogeneidad en la composicin de cada extracto,
se
obtuvieron los espectros de absorcin representativos de cada
mtodo, entre el
rango de las longitudes de onda de 400 a 540 nm, utilizando 1 g
de extracto
seco en 50 mL de ter etlico, en donde se observ diferencias no
significativas
entre los 2 mtodos.
En el 2001, el Ing. Jos Eduardo Caldern en el Centro de
Investigaciones
de la Facultad de Ingeniera de la USAC, ejecut el proyecto
FODECYT 13-99,
Extraccin del colorante acuoso, a partir de los rechazos de
exportacin de la
produccin nacional de dos variedades de pitahaya, a nivel de
planta piloto. En
este proyecto se evalu la obtencin del extracto acuoso de
pitahaya por cuatro
diferentes mtodos y la factibilidad de industrializacin del
extracto a partir de
los rechazos de la exportacin. Las variables que se manejaron
fueron: tiempo
de extraccin, tamao de lote, temperatura de extraccin, relacin
solvente-fruto
y tiempo de maceracin. Se evalu el tiempo de maceracin, de 1, 2
y 3 das, a
una temperatura de 25 oC y 7 oC, dando mejores resultados la
maceracin de 1
da a una temperatura de 7 oC. Se utilizaron lotes de 5 y 10 kg
de fruta. Para el
anlisis de cada una de estas variables se efectuaron 3 corridas
modificando la
variable en cuestin y dejando las dems fijas, se determinaron as
las
condiciones ptimas de extraccin. Se efectuaron los anlisis
fisicoqumicos
necesarios para tipificar y evaluar la calidad del extracto.
Mediante anlisis de
espectrofotometra se determin que el colorante acuoso de la
pulpa de
-
3pitahaya, se asemeja ms al colorante sinttico rojo FD&C No.
3, por lo que se
puede usar en sustitucin de ste.
Del Cid Vsquez, asesorado por la Inga. Telma Cano, en marzo de
2004
en el Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniera de
la USAC, realiz
el estudio del trabajo de graduacin titulado: Extraccin a nivel
laboratorio, de
los pigmentos colorantes del tipo flavonoides contenidos en la
flor del subn
(Acacia farnesiana L. Willd) proveniente de un bosque silvestre
guatemalteco,
en el mencionado estudio se utilizaron tres diferentes
solventes: metanol, etanol
y acetona. Los resultados obtenidos demostraron que con la
acetona se obtiene
un mayor rendimiento promedio. Se determin que
cromatogrficamente el
solvente que ofreci un extracto con el mayor nmero de pigmentos
colorantes
del tipo flavonoides fue el metanol, seguido del etanol y por
ltimo la acetona.
Con los tres anlisis, se logr determinar la presencia de
flavonoides, tales
como hipersido, rutina, quercetina.
Ac Santa Cruz, asesorado por la Inga. Telma Cano, en noviembre
de 2004,
en el Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingeniera de
la USAC, realiz
el estudio del trabajo de graduacin titulado: Extraccin a nivel
de laboratorio de
aceite esencial crudo de pericn (Tagetes lucida Cav), y
utilizacin del desecho
slido para la extraccin del colorante natural, para su uso en el
teido de fibras
naturales. Los solventes utilizados fueron: acetona, metanol,
etanol, adems se
utilizaron reacciones coloridas, para identificar el tipo de
colorante, as como
cromatografa en capa fina y espectro de absorcin.
La Inga. Merida Mere, asesorado por la Inga. Telma Cano, en
abril de
2008, en el Centro de Investigaciones de la Facultad de
Ingenieria de la USAC,
realiz el estudio del trabajo de graduacin titulado: Extraccin y
caracterizacin
fisicoqumica del tinte natural obtenido del exocarpo del coco
(cocos nucifera),
-
4como aprovechamiento del desecho de fuentes comerciales. Los
solventes
utilizados fueron agua, etanol al 50% (v/v) y etanol al 95%
(v/v) con 3
repeticiones para cada una, resultando 9 extracciones en total
con 3
repeticiones para cada una, resultando 9 extracciones en
total.
El tamao del tratamiento de lixiviacin con reflujo fue
constante, en
funcin de la relacin exocarpo de coco fresco/solvente de 1:10
(w/v), con
tiempo de extraccin de 6 horas y a temperatura de ebullicin de
la solucin,
94 C para el agua, 89 C para el etanol al 50% (v/v) y 77C para
el etanol al
95% (v/v), a presin atmosfrica de 640 mmHg. El mayor valor de
rendimiento
fue de 18,63% utilizando como solvente Etanol 95% y el menor
valor de
rendimiento fue de 7,63% utilizando como solvente agua.
-
52. MARCO TERICO
2.1. Aspectos generales acerca del aguacate
Guatemala es un pas predominantemente agrcola debido a que
la
mayora de la poblacin depende de actividades propias de la
agricultura. A
pesar de ello existe un marcado dficit en la dieta alimentaria
de un gran nmero
de guatemaltecos. El aguacate como fruto es un producto hortcola
comestible y
de gran calidad energtica para la dieta humana. En las ltimas
dcadas ha
llegado a convertirse en el tercer cultivo tropical, despus del
banano y los
ctricos por ser buen complemento alimenticio para la dieta
humana. La
importancia de la fruta radica en las caractersticas nutritivas
que posee, ya que
tiene un alto contenido de caloras, (10 g de pulpa proporcionan
150 a 300
caloras), grasa natural (5-30%), protenas (1-4,6%), hidratos de
carbono (0,3 al
4%), vitaminas (A, B, C, D, E y K) y minerales (5,31 slo de
calcio, fsforo y
hierro).
El aguacate es una baya con mesocarpio y endocarpio carnoso
que
contiene una sola semilla; pertenece a la familia de las
laurceas.
Botnicamente es conocido como Persea americana Miller o Persea
gratissima
G., pero realmente las variedades comerciales por su fruto
pertenecen a dos
especies distintas gratissima y drymifolia. La primera comprende
a los
aguacates de raza guatemalteca y de la raza antillana, mientras
que la segunda
a los de raza mexicana. El aguacate se adapta desde cero hasta 9
000 pies
(2 743 metros) sobre el nivel del mar, y se aclimata de la
manera siguiente:
-
6 Clima frio: la raza mexicana
Clima templado: la guatemalteca
Clima clido: la antillana
Los frutos recin fecundados en todas las razas contienen tanino,
por lo
que son astringentes. Conforme se desarrolla el vulo fecundado
va perdiendo
dicha caracterstica y en el caso del criollismo guatemalteco y
de la raza
antillana, tal caracterstica se pierde al sazonar el fruto. En
la raza mexicana la
astringencia persiste aun en el fruto maduro y las hojas al
estrujarse despiden
un olor anisado. Aquellos materiales que posean mayor cantidad
de tanino en
sus frutos como en su rea vegetativa, tendrn ms resistencia a
plagas y
enfermedades.
2.1.1. Composicin qumica y usos medicinales
En cuanto a las partes del aguacate y su composicin qumica se
puede
decir que contiene los siguientes principios activos:
Mesocarpo: abundantes lpidos, cidos grasos insaturados:
olico,
linolico, linolnico, palmtico, esterico, cprico, mirstico;
insaponificable, rico en esteroles, escualeno, abundantes
hidrocarburos
alifticos insaturados, alcoholes alifticos y terpnicos,
tocoferol,
aminocidos, proantocianidoles, carnitina, carotenoides,
tiamina,
riboflavina, niacina, cido ascrbico, y sales minerales: fsforo y
hierro.
Hojas: abundante aceite esencial: estragol, alfa y beta pineno,
cineol,
trasnetol, alcanfor, limoneno. Dopamina, serotonina,
flavonoides
derivados del grupo quercetol, perseita, persiteol,
abacatina.
-
7 Semilla: cidos grasos insaturados, abundante tocoferol. El
tamizaje
fitoqumico contiene: saponinas, esteroles insaturados,
cardenlicos,
bufadienlicos, flavonoides, leuco antocianinas, taninos y
polifenoles.
Adems, se le atribuye al aguacate usos medicinales como: la
decoccin
de la corteza y hojas se utiliza para tratar cefalea,
catarro,malaria, reumatismo y
problemas gastrointestinales; la pulpa del fruto se usa como
ungento para
tratar tumores. La semilla se usa contra la diarrea y caspa; el
aceite en
afecciones del cuero cabelludo. La cscara del fruto se usa
contra helmintos y la
raz se usa para tratar golpes.
2.1.2. Caractersticas macroscpicas de las semillas de
aguacate
Los vegetales tienen una serie de elementos apreciables, al
ser
observadas a ojo descubierto, con una lupa de mano o con
microscopio ptico,
ya sea que se encuentre entera o molida. Muchos de estos
elementos le son
propios y caractersticos lo cual permiten su identificacin.
Debido a que se
estudian semillas de desecho de diferentes lugares de origen no
es posible
establecer la variedad a que pertenece. Sin embargo, como la
parte utilizada es
la semilla se establecen las caractersticas macroscpicas y
microscpicas de
las mismas.
Se realiza teniendo en cuenta su morfologa externa y sus
secciones
transversales y longitudinales. La morfologa externa
comprende:
Tegumento: a veces formado por dos partes bien distintas una
externa, la
testa, dura y lignificada y la otra interna el tegmen, menos
lignificada que
la anterior.
-
8 Reservas: las sustancias de reserva pueden estar acumuladas en
el
endosperma, cotiledones o en el perisperma y pueden ser:
almidn,
aceites, protenas, etc.
Embrin: posee valor relativo para la diagnosis, se toma
encuentra la
forma, (recto curvo); nmero de cotiledones tamao y
localizacin.
En el aguacate el pericarpio est formado de tres capas:
exocarpio
(cscara), mesocarpio (pulpa) y endocarpio junto a la cubierta
seminal. El
endocarpio se compone de pocas capas de parnquima de clulas
aplanadas
tangencialmente que a menudo se adhieren a la testa.
Las clulas del parnquima, en las semillas, almacenan almidn
(grnulos
fundidos o agrietados en cotiledones y en el endospermo),
protenas (esferas o
cuerpos pequeos e irregulares), o aceites (elaioplastos o en
esferosomas). El
almidn despus de tincin con yodo presenta una coloracin azul a
violeta, en
cambio las protenas se tien de color amarillo. Los lpidos se
tien de rojo con
el Sudn III y el Sudn IV y se ennegrecen con el cido smico y la
intensa
osmiofilidad indica alto grado de instauracin. Cuando hay
taninos, stos se
tien de color amarillo, rojo o caf con safranina, es tpico
encontrarlos en color
fuerte y en gran cantidad y pueden estar localizados en clulas
alargadas
llamadas sacos de taninos.
La testa madura consiste de epidermis externa, clulas de taninos
y
remanentes del xilema cuyos elementos conductores, las
traqueidas, pueden
contener cantidades considerables de clulas ricas en azcares,
grasas o
protenas. El esclernquima de la testa es abundante con esclrides
(tambin
llamadas clulas ptreas) de varios tamaos, estas clulas son
generalmente
alargadas, pueden formar masas continuas en pequeos grupos o
solas
-
9alrededor de otras clulas, son de pared gruesa, secundaria y a
menudo
lignificada. Se distinguen dos formas principales: las esclrides
(varan en
forma) y las fibras (que son generalmente largas).
El embrin contiene nutrientes de reserva, orgnicos e
inorgnicos,
localizados alrededor del embrin o en sus mismos tejidos;
contiene
aproximadamente el 50% del aceite de la semilla y antes de
germinar presenta
una situacin citolgica que indica inactividad, esto es la
presencia de protenas
y lpidos de reserva.
Macroscpicamente la semilla de aguacate est compuesta de tres
capas
(figura 1) correspondientes a cubierta seminal (a), cotiledones
(b) y eje
embrionario (c).
Figura 1. Semilla de aguacate (cv. Hass). (a) Cubierta seminal,
(b)
cotiledones, (c) eje embrionario. Barra = 1 cm
Fuente: GARCIA, Jos A. Estructura de la semilla de aguacate y
cuantificacin de la grasa
extrada por diferentes tcnicas. p. 24.
-
10
2.1.3. Caractersticas microscpicas de las semillas
Con frecuencia las clulas de la cubierta seminal se hallan
lignificadas, en
algunas especies el tegumento o cubierta de la semilla, se
visualiza con nitidez.
No hay un patrn general de estructura, las caractersticas son
peculiares de las
especies.
Para el anlisis de los tejidos de reserva del embrin, hay que
auxiliarse
con el estudio de la identificacin de las sustancias de reserva,
por ejemplo
identificar almidn, aleuronas, grasas o aceites, cristales y,
paredes
hemicelulsicas.
En las observaciones por microscopa ptica de la semilla de
aguacate se
encuentran las siguientes:
Cubierta seminal: en las observaciones bajo microscopio
compuesto, de
los tejidos testigo (sin tratamiento de extraccin), se distingui
que la
cubierta seminal (figura 2) consta de algunas clulas
aplanadas
tangencialmente que provienen probablemente del endocarpio
(a);
esclernquima (b), bajo el cual existen sacos de taninos (c) y
por ltimo el
parnquima (d).
Cotiledones: en relacin a los cotiledones (figura 3), las clulas
del
parnquima se observaron llenas de almidn (a) (grnulos de color
azul
violeta) y unas pocas gotas de grasa (b) (esferas de color mbar)
y
probablemente protenas (cuerpos irregulares de tamao pequeo
en
color azul).
-
11
Eje embrionario. en el eje embrionario (figura 4) los grnulos de
almidn
(a) fueron ms pequeos (aproximadamente 3 veces) y en menor
cantidad que en los cotiledones (grnulos de color azul) pero la
grasa (b)
(glbulos de color mbar) se observ en estructuras ms grandes y
en
mayor cantidad.
2.1.3.1. Microscopa electrnica de barrido
Cubierta seminal: en las observaciones al microscopio electrnico
de
barrido se not en las cubiertas seminales gran cantidad de
grnulos de
almidn sobre la superficie de sta con la particularidad de que
estos no
son redondos sino irregulares. En una observacin transversal
se
encontr la capa del parnquima compacta.
Cotiledones: se observaron en los cotiledones (figura 5)
algunas
estructuras redondeadas de aproximadamente 15 m de dimetro
con
peciolo, tal vez se trata de glndulas de aceite. Otras
estructuras de entre
5 y 15 m presumiblemente grnulos de almidn.
-
12
Figura 2. Microscopa ptica de la cubierta seminal de semilla
de
aguacate cv. Hass. sin extraer. (a) clulas de endocarpio,
(b)
esclernquima, (c) clulas de taninos (d) parnquima. Barra =0,05
mm. Corte 1 m de espesor, inclusin en resina Spurr y
tincin con azul de toluidina
Fuente: GARCIA, Jos A. Estructura de la semilla de aguacate y
cuantificacin de la grasa
extrada por diferentes tcnicas. p. 28.
-
13
Figura 3. Microscopa ptica del cotiledn de semilla de aguacate
cv.
Hass sin extraer. (a) grnulos de almidn, (b) glbulos de
grasa. Barra = 0.05 m de espesor, inclusin en resina Spurr
ytincin con azul de toluidina.
Fuente: GARCIA, Jos A. Estructura de la semilla de aguacate y
cuantificacin de la grasa
extrada por diferentes tcnicas. p. 28.
-
14
Figura 4. Microscopa ptica del eje embrionario de semilla de
aguacate
cv. Hass. Sin tratamiento de extraccin. (a) Grnulos de
almidn, (b) glbulos de grasa. Barra = 0,05 mm. Corte 1 mde
espesor, inclusin en resina Spurr y tincin con azul de
toluidina.
Fuente: GARCIA, Jos A. Estructura de la semilla de aguacate y
cuantificacin de la grasa
extrada por diferentes tcnicas. p. 30.
-
15
Figura 5. Microscopa electrnica de barrido. Cotiledn de semilla
de
aguacate cv. Hass. Sin extraer. (a) Grnulos de almidn
Fuente: GARCIA, Jos A. Estructura de la semilla de aguacate y
cuantificacin de la grasa
extrada por diferentes tcnicas. p. 35.
2.1.4. Anlisis proximal y fitoqumico
Anlisis proximal: el anlisis proximal de la semilla de aguacate
se realiz
por los mtodos descritos en el AOAC # 935,39, cuantificando
humedad 925,04,
cenizas 900, 02, fibra cruda 962.09, protena 920,152 y extracto
etreo 920,39.
Los resultados del anlisis proximal realizado a la semilla de
aguacate
comparados con los obtenidos por carriles (1977) se muestran en
la tabla I.
-
16
Tabla I. Anlisis proximal de la semilla de aguacate variedad
Hass
DeterminacinResultados
experimentales (g/100g)
Resultados bibliogrficos
(g/100g)Humedad 47,5 47,8
Cenizas 1,2 0,9
Protena 2,6 1,7
Fibra cruda 3,5 3,5
Extracto etreo 2,4 2,8
Fuente:
http://respyn.vanl.mx/especiales/2007/22-12-2007/documentosCNCA.2007.33.pdf.
Consulta: junio de 2008.
Anlisis fitoqumico: del polvo fino de la semilla de aguacate se
obtuvieron
tres extractos: acuoso, etanlico y etreo. Con los tres extractos
se realiz un
anlisis fitoqumico preliminar por el procedimiento de Asongalem
et al., 2004.
En la tabla II se muestra el anlisis fitoqumico realizado a la
semilla de
aguacate. De estos resultados se destac el contenido de taninos
y azcares
reductores. Castro en 1999, atribuy a los taninos un efecto
desinflamarorio y
antihemorrgico.
Tabla II. Anlisis fitoqumico de la semilla de aguacate variedad
Hass
MuestraExtracto etreo de
semilla de
aguacate
Extracto etanlicode semilla de
aguacate
Extracto acuosotradicional de semilla de
aguacateAlcaloides Negativo Negativo Negativo
Taninos Positiv o azul Positiv o azul Negativ o
Azcares
reductoresFehling Positiv o naranja Positiv o naranja Positiv o
naranja
-
17
Continuacin de la tabla II.
Benedict Positiv o naranja Positiv o naranja Positiv o
naranja
Flav onoides NaOH Negativo Positiv o Positiv o
HCl Negativo Negativo Negativo
Quinonas NaOH Negativo Negativo Negativo
H2SO4 Negativo Negativo Negativo
Saponinas Negativo Negativo Negativo
Serquiterpenlactonas Negativo Negativo Negativo
Fuente:
http://respyn.vanl.mx/especiales/2007/22-12-2007/documentosCNCA.2007.33.pdf.
Consulta: junio de 2008.
2.1.5. Comercio del aguacate
Para Guatemala el aguacate significa un rubro importante, ya que
para
2006, se estimaba un rea de 7,268 hectreas con una produccin
anual de
61 235 Toneladas y una tasa media anual de crecimiento del 10%
para el
perodo de 1996 2006. Durante este perodo se import un promedio
anual de
2.085 TM de aguacate de Mxico para cubrir la demanda nacional.
Actualmente
se exporta a Honduras (66%) y a El Salvador (31%) y el resto de
Centro
Amrica un promedio anual de 4,324 TM durante el perodo de 1996
2006.
El 70% de la produccin de aguacate se encuentra concentrado en
los
departamentos de San Marcos, Chimaltenango, Quich,
Huehuetenango,
Solol, Sacatepquez, Alta Verapaz y Petn.
No obstante en todo el territorio nacional crece en forma
natural y
espontnea y cuya produccin tambin se destina para el comercio
interno y
externo.
-
18
2.2. Lixiviacin y operaciones unitarias
Para poder retirar una fraccin soluble (colorante) en forma de
solucin a
partir de una fase slida (semilla de aguacate), permeable e
insoluble se utiliza
la lixiviacin, operacin unitaria de trasferencia de masa.
El mecanismo de la lixiviacin puede incluir una disolucin fsica
simple o
la disolucin facilitada por una reaccin qumica. Debern
considerarse los
siguientes factores: velocidad de transporte de disolvente en la
masa que se va
a lixiviar, la posibilidad que haya una resistencia membranosa y
el efecto que
pueda tener la reaccin qumica en la rapidez de la lixiviacin. Es
posible
distinguir los sistemas de lixiviacin segn el ciclo de operacin,
la direccin de
las corrientes, el nmero de etapas y por el mtodo de
contacto.
Las variables que intervienen en el proceso de lixiviacin
independiente
de la escala de produccin son:
Preparacin de la materia prima: el proceso de lixiviacin se
ve
favorecido por el aumento de la superficie por unidad de volumen
de
slidos que se deban lixiviar y por la disminucin de las
distancias
radiales que se deben atravesar al interior de los slidos. La
disminucin
del tamao de partculas contribuye a ambas cosas. Por otra parte,
los
slidos finos provocan una velocidad lenta de percolacin,
dificultan la
separacin de slidos y producen quiz un slido de mala calidad.
Estas
caractersticas establecen las bases para un tamao ptimo de
partculas.
Agitacin: la eficiencia del proceso extractivo es funcin del
equilibrio de
saturacin del solvente. La agitacin hace que nuevas cantidades
de
-
19
solvente, pobre en sustancias extrables, entren en contacto con
el slido
y un nuevo punto de equilibrio de saturacin sea alcanzado.
El
movimiento del lquido, con ayuda de bombas para recirculacin
del
solvente o agitadores mecnicos, desplaza el equilibrio en el
sentido de la
saturacin del solvente, aumentando la eficiencia del
proceso.
Temperatura: la disolucin de las sustancias extrables es
facilitada por el
aumento de la temperatura, por contribuir al desplazamiento de
la
constante de equilibrio de saturacin y aumenta la eficiencia del
proceso.
Este aumento tambin puede causar la prdida de sustancias
voltiles.
La temperatura de la extraccin debe seleccionarse de tal manera
que se
obtenga el mejor balance de solubilidad, presin de vapor del
disolvente,
difusividad del soluto, selectividad del disolvente y
sensibilidad del
producto.
pH: el pH influye en la solubilidad de diversos compuestos, ya
que
permite la posibilidad de formacin de sales. Durante la
lixiviacin de
extractos naturales el pH puede influir en la disolucin de la
celulosa de la
materia prima. Adems, es indicativo del grado de avance de la
reaccin,
equilibrio y finalizacin.
Naturaleza del disolvente: el disolvente seleccionado ofrecer el
mejor
balance de varias caractersticas deseables: alto lmite de
saturacin y
selectividad respecto al soluto por extraer, capacidad para
producir el
material extrado con una calidad no alterada por el
disolvente,
estabilidad qumica en las condiciones del proceso, baja
viscosidad, baja
presin de vapor, baja toxicidad e inflamabilidad, baja densidad,
baja
tensin superficial facilidad y economa de recuperacin de la
corriente de
-
20
extracto y costo. Sin embargo, son los aspectos especficos de
cada
aplicacin los que determinan su interaccin y significancia
relativa.
Tiempo de extraccin: el tiempo de extraccin se determina
experimentalmente en funcin del solvente y del equipo
seleccionado.
Esta variable es resultante de todos los factores
mencionados
previamente. El tiempo de extraccin debe ser suficiente para
permitir la
separacin de los compuestos de inters, aunque debe se debe
prestar
cuidado para que no sea excesivo. Prolongar el tiempo de
extraccin
ms all del estrictamente necesario, no influye en el proceso
negativamente, pero s influye en los costos del consume de
energa y de
mano de obra no necesario, lo que acarrea un encarecimiento
del
proceso.
Composiciones y cantidades de las corrientes finales: stas estn
ligadas
bsicamente con una cantidad dada en forma arbitraria: la
capacidad de
produccin de la planta de lixiviacin es decir la velocidad de
produccin
del extracto o la velocidad de purificacin de la materia prima
que se
debe extraer. Cuando existen opciones, el grado de eliminacin
del
soluto y la concentracin de la corriente de extracto
seleccionada son los
parmetros que maximizan la economa del proceso.
Ciclo de lixiviacin y mtodo de contacto: por lo general, la
seleccin
entre una operacin intermitente y continua depende bsicamente
del
tamao y naturaleza del proceso del cual forma parte la
extraccin. La
eleccin de un percolador o una tcnica de dispersin de slidos
dependen principalmente de la docilidad de la extraccin para
realizar
una percolacin eficaz y suficientemente rpida.
-
21
Tipo de reactor: el tipo especfico de reactor que es ms
compatible con
la combinacin seleccionada de los parmetros precedentes rara vez
se
percibe en forma clara e inequvoca sin dificultad. Sin embargo,
al final,
ste es el objetivo. La verdad es que siempre los ltimos
criterios son la
confiabilidad y la utilidad.
La salida del complejo soluto-solvente, en el caso de clulas
enteras,
depende del equilibrio entre la concentracin de este complejo en
el interior y en
el exterior de la clula. Los procesos extractivos interfieren en
la constante de
equilibrio desplazndolo hacia el exterior de la clula. La
capacidad de una
mezcla de solventes de inducir un momento dipolar puede ser
calculada. La
constante dielctrica del sistema depende de la constante de cada
uno de ellos
y de su respectivo porcentaje en la mezcla. Siendo as se puede
calcular la
constante dielctrica (c) del sistema a travs de la frmula:
Frmula No. 1 constante dielctrica
= % + %+ %100Es importante que se haga un clculo aproximado del
grado de lixiviacin
obtenible mediante cierto procedimiento, es decir, de la
cantidad de sustancia
soluble lixiviada de un slido; con este propsito ha de conocerse
el contenido
inicial de soluto del slido, el nmero y cantidad de los lavados
con el disolvente
de lixiviacin, la concentracin de soluto en el disolvente de
lixiviacin, si hubo
lixiviacin y el mtodo que se emple para efectuarla. Por lo
general, ser ms
sencillo realizar los clculos grficamente, como en otras
operaciones de
transferencia de masa; para esto se requiere representacin
grfica de las
condiciones en el equilibrio. En los casos ms sencillos se debe
trabajar con
sistemas de tres componentes, que contienen el disolvente puro
(A), el slido
-
22
acarreador insoluble (B) y el soluto soluble (C). Los clculos y
las
representaciones grficas pueden hacerse sobre coordenada
triangulares para
cualquier sistema ternario de este tipo. Considrese la
lixiviacin real o etapa
de lavado simple:
Figura 6. Diagrama de lixiviacin en una sola etapa
Fuente: TREYBAL, Robert. Operaciones de transferencia de masa.
p. 68.
Como para la mayora de los fines el slido B es insoluble en el
disolvente
y dado que se obtiene una solucin de lixiviacin lquida clara, el
slido B
descargado en los slidos lixiviados se tomar como el mismo que
en los
slidos por lixiviar:
B = NFF = E1N1 (Ecuacin No. 1)
Un balance de soluto (C),
FyF + Roxo = E1y1 + R1x1 (Ecuacin No. 2)
-
23
Un balance de disolvente (A),
F(1 yF) + Ro(1 xo) = E1(1 y1) + R1(1 x1) (Ecuacin No. 3)
Y un balance de la solucin (soluto + solvente),
F + Ro = E1 + R1 = M1 (Ecuacin No. 4)
Un mezclado de los slidos que se van a lixiviar y el disolvente
de
lixiviacin produce una mezcla de masa M1 libre de B tal que:
NM1 = B = B (Ecuacin No. 5)
F + Ro M
YM1 = yFF + Roxo (Ecuacin No. 6)
F + Ro
Estas relaciones pueden mostrarse en el sistema de coordenadas
de la
figura 7. El punto F representa el slido por lixiviar y Ro el
disolvente de
lixiviacin. El punto M1, que representa la mezcla global, debe
caer sobre la
lnea recta que une Ro y F. Los puntos E1 y R1 que representan
las corrientes
efluentes, estn ubicados en extremos opuestos de la lnea de unin
a travs de
M1; sus composiciones se pueden leer en el diagrama. La ecuacin
1 permite el
clculo del peso de E1 y la ecuacin 4 el de R1.
-
24
Figura 7. Lixiviacin en una sola etapa
Fuente: TREYBAL, Robert. Operaciones de transferencia de masa.
p. 68.
2.3. Operaciones unitarias del proceso de obtencin de
colorante
Otras operaciones unitarias, que incluyen transferencia de masa,
calor y en
las que intervienen partculas slidas (molienda, cribado y
filtracin), las cuales
forma parte del proceso de obtencin del extracto colorante. Las
primeras tres
se realizan antes de proceder a la lixiviacin y las siguientes
se aplican al
extracto colorante.
Reduccin de tamao de la partcula: este trmino es aplicado a
todas las
formas en que las partculas de slidos se pueden cortar o romper
en
piezas ms pequeas. Existen diferentes mtodos con fines
diferentes,
habitualmente se utilizan en los equipos cuatro formas de
reduccin de
-
25
tamao: compresin, impacto, frotacin o rozamiento y corte.
Para
reducir el tamao de la semilla de aguacate se utilizar el corte,
dado que
produce un tamao definido de partcula y forma, con muy pocos
finos.
Las mquinas cortadoras comprenden las cortadoras de
cuchillas
rotatorias y los granuladores. Una cortadora de cuchillas
rotatorias
consta de un rotor horizontal que gira de 200 a 900 rpm en el
interior de
una cmara cilndrica. Sobre el rotor van acopladas de 2 a 12
cuchillas
con extremos de acero que pasan muy prximas sobre 1 a 7
cuchillas
estacionarias. Las partculas de alimentacin entran en la cmara
por la
parte superior, son cortadas varios centenares de veces por
minuto y
salen a travs de un tamiz situado en el fondo con aberturas de 5
a 8
mm. Las cortadoras rotatorias y los granuladores tienen un
diseo
similar. Un granulador produce partculas ms o menos irregulares;
una
cortadora puede dar cubos, cuadrados delgados o grnulos.
Figura 8. Tipos de cuchillas
Fuente: SHARAPPIN, Nikolao. Fundamentos de tecnologa de
productos fitoteraputicos. p. 152.
Cribado: la clasificacin de slidos por dimetros se realiza para
facilitar
las etapas subsecuentes del proceso. De esta forma se logra
una
eficiencia mejor mediante la eliminacin de finos. Los
procedimientos
-
26
para separar los componentes de una mezcla se clasifican en
dos
grupos: las operaciones disfuncionales, que implican cambios de
fases o
transporte de materia de una fase a otra, y las separaciones
mecnicas
tiles para separar gotas lquidas o partculas slidas como es el
caso de
la semilla de aguacate. Las tcnicas estn basadas en las
diferencias
fsicas entre partculas, tales como tamao, forma o densidad.
Los mtodos generales son:
o el cribado: es la separacin de una mezcla de diversos tamaos
departcula por medio de la utilizacin de una superficie de tamiz
que
acta como medidor mltiple de aceptacin y rechazo, y las
proporciones finales consisten en granos de tamaos ms
uniformes que la mezcla original
o la utilizacin de la diferencia de velocidades de sedimentacin
departculas cuando se desplazan en el seno de un lquido o un
gas:
el cribado es un mtodo de separacin de partculas basado
exclusivamente en el tamao de las mismas, as se separan
despus del corte las partculas de semilla de aguacate,
colocndolas sobre la superficie del tamiz, las de menor tamao
o
finos pasan a travs del tamiz, mientras que las de mayor
tamao
colas.
Un slo tamiz puede realizar una separacin en dos fracciones.
Dichas
fracciones se dice que no estn dimensionadas, ya que si bien
se
conocen los lmites superior o inferior de los tamaos de partcula
de
cada una de las fracciones, no se conocen los lmites de tamao.
Los
tamices industriales se construyen con tela metlica, telas de
seda o
-
27
plstico, barras metlicas, placas metlicas perforadas, o alambres
de
seccin transversal triangular. Se utilizan diferentes metales,
siendo el
acero al carbono y el acero inoxidable los ms frecuentes. Los
tamaos
de tamices normalizados est comprendido entre 4 pulgadas y
400
mallas y pueden escalarse en una serie de tamices de aberturas
de
sucesin fija por ejemplo la escala bsica estndar original de la
criba de
Tyler. En el apndice se puede observar una tabla de la serie de
tamices
de Estados Unidos y equivalentes de Tyler.
Secado: en general el secado de slidos consiste en separar
pequeas
cantidades de agua u otro lquido de un material slido con el fin
de
reducir el contenido de lquido residual hasta un valor
aceptablemente
bajo. El secado de slidos hmedos es por definicin un proceso
trmico. Aunque con frecuencia se complica por la difusin en el
slido.
Cuando intervienen transmisiones de calor y transferencia de
materia, el
mecanismo del secado depende de la naturaleza de los slidos y
del
mtodo de contacto entre los slidos y el gas. El secadero a
utilizar en el
secado de las semillas se aguacate es un secadero de bandejas de
flujo
transversal. Consiste en una cmara rectangular de chapa metlica
que
contiene 15 bastidores H cada bastidor lleva una bandeja poco
profunda,
en forma cuadrada que se cargan con el material a secar. Un
ventilador C
y el motor D, pasando sobre los calentadores E. Las placas
deflectoras
G distribuyen el aire uniformemente sobre el conjunto de
bandejas.
Parte de aire hmedo se expulsa de forma continua a travs del
conducto
de descarga B, mientras que por A entra la reposicin de aire
fresco. Los
secaderos de bandejas resultan convenientes cuando la capacidad
de
produccin es pequea. El secado por circulacin de aire sobre
capas
estacionarias de slidos es lento y, por consiguiente, los ciclos
de
-
28
secado son largos, de 4 a 48 horas por ciclo Ocasionalmente se
utiliza el
secado con circulacin transversal, pero esto es poco frecuente,
ya que
no es necesario ni econmico. Prcticamente pueden secar
cualquier
producto, pero frecuentemente se utilizan en el secado de
materiales
valiosos tales como colorantes y productos farmacuticos.
Figura 9. Secador de bandejas
Fuente: TREYBAL, Robert. Operaciones de transferencia de masa.
p. 68.
-
29
Filtracin: es la separacin de partculas slidas a partir de un
fluido
haciendo pasar el fluido a travs de un medio filtrante sobre el
que se
depositan los slidos. Las filtraciones industriales van desde un
sencillo
colado hasta separaciones altamente complejas. El fluido circula
a
travs del medio filtrante en virtud de una diferencia de presin
a travs
del medio. Por esta razn los filtros se clasifican atendiendo si
operan
con una sobre presin arriba del medio filtrante, los que lo
hacen con
presin atmosfrica aguas arriba del medio filtrante y aqullos
que
presentan vaco aguas abajo. Se dividen en dos grandes grupos:
filtros
clarificadores, ya que las partculas del slido son atrapadas en
el interior
del medio filtrante, y filtros de torta donde las partculas
slidas entran en
los poros del medio filtrante y rpidamente comienzan a ser
recogidas
sobre la superficie del medio filtrante formndose una torta.
Evaporacin: el objetivo de la evaporacin es concentrar una
disolucin
consistente en un soluto no voltil y un disolvente voltil. En la
mayor
parte de las evaporaciones el disolvente es agua. La evaporacin
se
realiza vaporizando una parte del disolvente para producir una
disolucin
concentrada. Normalmente en evaporacin el producto valioso es
el
lquido concentrado mientras que el vapor se condensa y se
desecha,
recibiendo el nombre de evaporacin de simple efecto. El
mtodo
general para aumentar la evaporacin por kilogramo de vapor de
agua
utilizando una serie de evaporadores entre el suministro de
vapor vivo y
el condensador recibe el nombre de evaporacin en mltiple
efecto.
En los productos fitoqumicos la concentracin por medio de
evaporacin
busca aumentar el contenido de slidos en el extracto con la
finalidad de:
-
30
o alcanzar un determinado contenido del residuo secoo fabricar
extractos blandoso como etapa preliminar en la produccin de
extractos secos
La concentracin es una etapa problemtica debido a la posibilidad
de
degradacin de sustancias termolbiles (en nuestro caso el
colorante). El
clsico concentrador de Roberts es el equipo ms utilizado
industrialmente para la concentracin de los extractos. Consiste
en una
batera de tubos delgados dispuestos concntricamente dentro de un
tubo
central, ms largo. Los tubos son calentados con vapor y la
solucin a
ser concentrada pasa por el interior de los mismos, donde es
evaporada.
Figura 10. Diagrama de bloques del proceso de extraccin del
colorantede la semilla del aguacate
Fuente:
http://respyn.vanl.mx/especiales/2007/22-12-2007/documentosCNCA.2007.33.pdf.
Consulta: agosto de 2009.
-
31
Figura 11. Diagrama de flujo para el proceso de extraccin del
colorante
de la semilla del aguacate
Fuente: PINEDA, David; SALDARIAGA, Jorge; SALDARIAGA, Diego.
Proceso para obtener
colorante a partir de la semilla de aguacate. p.36.
-
32
Figura 12. Nomenclatura de equipos y corrientes del proceso
Fuente: PINEDA, David; SALDARIAGA, Jorge; SALDARIAG, Diego.
Proceso para obtener
colorante a partir de la semilla de aguacate. p.36.
2.4. Colorantes
El color observado en los cuerpos depende del tipo de
radiaciones
absorbidas o reflejadas al recibir un haz de rayos de luz
blanca. Por eso el color
se puede definir como la impresin que produce en la vista la luz
reflejada por
un cuerpo. Si un cuerpo absorbe todos los colores, sin reflejar
ninguno, a
nuestra vista parece negro. Si por el contrario los refleja
todos, aparecer
blanco. Si slo refleja un color y absorbe los dems, toma el
color reflejado.
Los colores se clasifican en:
Cromticos: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, ail y
violeta que son
los colores del arco iris.
-
33
No cromticos: son blanco, negro y gris.
Dentro de un color se distinguen sus tonos (intensidad de color)
y su gama
(mezcla de un color con cantidades variables de blanco o
negro)
Los colorantes son sustancias que aadidas a otras les
proporcionan,
refuerzan o varan el color. Los colorantes han sido usados por
el hombre
desde los tiempos ms remotos como aditivos de sus alimentos. En
un principio
se usaron colorantes extrados de plantas e incluso minerales.
Actualmente se
utilizan mucho los colorantes artificiales o sintticos llamados
as por ser
obtenidos por procedimientos qumicos de sntesis.
2.4.1. Clasificacin de los colorantes
Los colorantes pueden ser clasificados de la siguiente forma,
segn su
origen:
Colorantes orgnicos o naturales: son los procedentes de plantas
y
animales tales como la clorofila, carotenos, rivoflavina, entre
otros. Estos
colorantes son extrados por diversos mtodos como la maceracin
y
fermentacin.
Colorantes minerales: lacas, sulfato de cobre, cromato de plomo,
etc.,
que actualmente no son utilizados en alimentacin por llevar
iones
metlicos.
Colorantes artificiales: son los obtenidos por sntesis
qumica,
actualmente se conocen ms de 3 000, aunque la lista de los
utilizados
-
34
especialmente en la alimentacin es aproximadamente menos del
diez
por ciento.
Los colorantes artificiales son muy utilizados por sus
excelentes
propiedades como proporcionar un color persistente, ofrecer
colores variados,
uniformes y de la intensidad que se desee, alta pureza y bajo
costo, adems de
poderse obtener en grandes cantidades.
Los colorantes tambin se pueden dividir en: hidrosolubles,
liposolubles e
insolubles. Normalmente los colorantes se comercializan en
polvo, siendo
necesaria su posterior disolucin y mezcla.
2.4.2. Colorantes naturales
Los pigmentos vegetales potencian el valor esttico de frutas y
hortalizas
para los humanos, as como la atraccin de insectos y aves, lo que
favorece la
polinizacin. Los pigmentos cambian con la maduracin y el
procesado de las
hortalizas o frutas crudas.
Los pigmentos predominantes se describen a continuacin:
Clorofila: es el pigmento verde que se encuentra en los
cloroplastos
celulares que es responsable de la fotosntesis. Es liposoluble y
puede
aparecer en el agua de coccin de hortalizas que contiene grasa.
La
clorofila es estructuralmente un anillo porfirina que contiene
magnesio en
el centro de un anillo de cuatro grupos pirrol.
-
35
Figura 13. Clorofila
Fuente: VALCKLAVICK, Vickie. Fundamentos de ciencia de los
alimentos. p. 135.
Carotenoides: son los pigmentos solubles rojos, naranjas y
amarillos de
frutas y hortalizas, incluyendo carotenos y xantofilas. Los
carotenoides
son solubles en acetona, alcohol y lpidos pero no en agua.
Los
carotenos son hidrocarburos insaturados que contienen muchos
tomos
de carbono. Contienen dobles enlaces conjugados y son
responsables
del color. Las xantofilas son los derivados oxidados de
carotenos de
color amarillo-anaranjado constituidos por carbono, hidrgeno y
oxgeno.
-
36
Figura 14. Carotenoides a) betacaroteno y b) licopeno
Fuente: VALCKLAVICK, Vickie. Fundamentos de ciencia de los
alimentos. p. 107.
Flavonoides: se encuentran en las frutas y verduras. Son
solubles en
agua y se encuentran en la savia celular. Estos pigmentos
incluyen las
antocianinas (literalmente flor azul), las antoxantinas
(literalmente, flor
amarilla), y un tercer grupo conteniendo una serie de
compuestos
fenlicos relacionados. Los flavonoides son un gran grupo de
sustancias
fenlicas que se caracterizan por tener un esqueleto carbonado
del tipo
C6-C3-C6. La estructura bsica de estos compuestos consiste en
dos
anillos aromticos unidos por una cadena aliftica de tres tomos
de
carbono que, habitualmente, ha sido condensada para formar un
pirano.
Estas sustancias incluyen las flavonas, las isoflavonas, las
flavonas y las
chalconas.
Antocianinas: es el pigmento prpura, azul, o azul rojizo en
frutas y
hortalizas. Pertenecen al grupo de los compuestos qumicos de
la
a
b
b
-
37
flavona, son hidrosolubles y se encuentran en la savia celular.
El color
depende de los grupos particulares unidos a la estructura bsica
y la
posicin del carbn al que se unen. Un medio de coccin alcalino
puede
producir un color azul-violeta y en un ambiente cido el pigmento
exhibe
un color rojo.
Los metales, como el hierro de los utensilios de preparacin que
no son de
acero inoxidable, cambien el pigmento natural prpura a un color
azul verdoso.
Figura 15. Antocianina
Fuente: VALCKLAVICK, Vickie. Fundamentos de ciencia de los
alimentos. p. 140.
Antoxantina: estn ms ampliamente distribuidas en las plantas que
las
antocianinas. Las encontradas en frutas y verduras incluyen las
flavonas,
flavonoles y flavanona. De este modo, la diferencia en el anillo
central
que contiene el fragmento de tres carbonos diferencian a los
pigmentos
de los tres subgrupos: flavona, flavonol y flavanona.
-
38
Figura 16. a) flavona, b) flavonol y c) flavonona
Fuente: VALCKLAVICK, Vickie. Fundamentos de ciencia de los
alimentos. p. 169.
Flavonoles: en las frutas y verduras existen una serie de
compuestos
fenlicos, adems de las antocianinas y antoxantinas. El color caf
que
adquieren las frutas, se atribuye a la presencia de uno o ms de
estos
substratos fenlicos. La catequina es uno de tales y relacionado
con la
catequina se encuentra otro grupo de compuestos las
proleucoantocianinas. Como lo indica el prefijo leuco los
compuestos
carecen de color, cuando se calienta una proanticianina sin
color en
presencia de cido y de oxgeno se forma la antocianidina
correspondiente. La astringencia en los alimentos se atribuye
a
compuestos de esta clase.
Betalainas: las betalainas son un grupo menor de pigmentos.
Similares
tanto a las antocianinas como antoxantinas, pero tienen un
grupo
nitrgeno en la estructura molecular. Las betalainas que se
encuentran
en remolachas, llamadas betacianinas, son rojas, mientras otras
son
amarillas.
Bija: la bija es el extracto coloreado obtenido del pericarpio
del fruto de la
Bixa Orellana, un arbusto grande, de 2 a 5 m de alto, nativo de
Amrica
tropical. El pigmento naranja de la bija es fundamentalmente
un
a b c
c
-
39
carotenoide. La bija soluble en aceite se produce por raspado
mecnico,
del pericarpio sumergido en aceite vegetal caliente (70 oC). El
colorante
producido comercialmente contiene alrededor del 0,2 0,25% de
bixina.
De una forma alternativa el pigmento puede extraerse con un
disolvente
adecuado como la acetona. El disolvente se elimina a continuacin
para
obtener un polvo de bixina de gran poder colorante, que se
suspende en
aceite a concentraciones del 3,5 5,2%. La bija soluble en agua
se
prepara triturando el pericarpio del fruto en lcali acuoso a 70
oC. El
producto es una sal de la norvixina, tanto cis como trans. La
norbixina es
de color naranja, y aunque es un cido dicarboxlico no es soluble
en
agua. Sin embargo, la sal formada en medio alcalino es
fcilmente
soluble en agua.
Caramelo: es el producto amorfo, de color marrn obscuro
obtenido
mediante tratamiento trmico controlado de un carbohidrato de
calidad
alimentaria, habitualmente jarabe de almidn de maz hidrolizado
con un
contenido de glucosa del 75%. Se aaden cidos, lcalis o sales
en
pequeas cantidades para aumentar la velocidad de
caramelizacin
obtener las caractersticas deseables para los diferentes
usos
alimentarios. El caramelo consiste en una mezcla compleja de
polmeros
de composicin no definida. La estructura qumica exacta es
incierta, y el
caramelo se clasifica generalmente en tres grupos:
caramelano
C24H36O18, carameleno C38H50O25 y caramelino C12H188O80.
Taninos: son sustancias de origen vegetal, presentes en ciertas
semillas
de cereales y leguminosas, as como en los forrajes.
Los taninos son compuestos fenlicos hidrosolubles y presentan
junto a
las reacciones clsicas de fenoles, la propiedad de precipitar a
alcaloides,
-
40
gelatina y otras protenas. Polmeros de naturaleza fenlica.
Actualmente es
posible tener una estructura qumica exacta de estos polifenoles
que son los
proantocianidoles y los polisteres de los cidos glico y elgico,
trminos que
tienden a sustituir la denominacin imprecisa de taninos. Por lo
tanto, se les da
una nueva definicin como: productos naturales fenlicos que
pueden precipitar
las protenas a partir de sus disoluciones acuosas.
En los vegetales superiores se distinguen dos grupos diferentes
de
taninos tanto por su estructura como por su origen biogentico:
taninos
hidrolizables y taninos condensados.
Los taninos hidrolizables son oligo o polisteres de un azcar y
de un
nmero variable de molculas de cido fenol. El azcar,
generalmente, es la
glucosa.
El cido fenol es o bien el cido glico en el caso de los taninos
glicos , o
el cido hexahidroxifnico (HHDP) y sus derivados de oxidacin es
el caso de
los taninos clsicamente denominados taninos egicos. Desde 1985
se han
aislado una nueva categora de taninos: taninos complejos, son
elagitaninos
modificados que resultan de un derivado fenicromtico sobre una
molcula del
ster HHDP de la glucosa: flavanol, procianidol y flavonol. Los
taninos son
caractersticos de angiospermas dicotiledneas.
Los taninos condensados o proantocianidoles son polmeros
flavnicos.
Estn constituidos por unidades de flavan 3-oles ligadas entre s
por enlaces
carbono-carbono generalmente 4 8 o 4 - 6 resultante de un
acoplamiento entre
el C-4 electrolfico que proviene de un flavan - 4 ol o de un
flavan 3,4 diol.
Los proantocianidoles se han aislado e identificado en todos los
grupos
vegetales.
-
41
Los taninos se disuelven en agua formando disoluciones
coloidales, pero
su solubilidad vara segn el grado de polimerizacin. Son solubles
en alcohol y
en c=acetona. Las disoluciones acusas poseen una estabilidad
variable segn
su estructura, generalmente moderada. Como todos los fenoles,
los taninos
reaccionan con cloruro frrico. Precipitan de sus disoluciones
acuosas con
sales de metales pesados y con gelatina. Los taninos
hidrolizables y los
condensados se pueden diferenciar con base en su comportamiento
en medio
cido y en caliente.
2.4.3. Reacciones de los colorantes naturales ante
diferentesfactores
Efectos de la acidez sobre el color de los flavonoides: tanto
las
antocianinas como las antoxantinas son compuestos anfteros, con
la
capacidad de reaccionar tanto con cidos como bases.
Las antoxantinas pueden cambiar de un color amarillo en un
medio
alcalino a un blanco cremoso en medio neutral y carecen de color
en
medios cidos. Las antocianinas existen en una forma que es roja
en
medios cidos. Muchos de estos pigmentos cambian a anhidro
prpura
o a la base de color, a medida que la acidez en el medio
disminuye y el
pH se aproxima a 7. En el medio alcalino ocurre un cambio
posterior al
azul. Dichos cambios condujeron a un investigador a clasificar a
estos
pigmentos como camaleones vegetales.
Las antocianinas son muy sensibles a los cambios de pH. El color
se
pierde completamente cuando el pH de la solucin alcanza valores
muy
elevados. La reaccin de transferencia de protones para formar
AH+ a
partir de A es muy rpida (ver figura 17), del orden de
microsegundos, y
-
42
tiene un pK de 4,25. El porcentaje presente en forma de base
quinoidal
(A) es muy pequeo en la mezcla en equilibrio a cualquier pH (ver
figura
18). En soluciones muy cidas (pH = 0,5) la especie AH+, de color
rojo,
es la nica que se encuentra en solucin. Al aumentar el pH,
la
concentracin y el color de la antocianina disminuye segn la
especie
AH+ pierde un protn para formar la forma quinoidal azul, o bien
se
hidrata para pasar a la base carbinol incolora que despus se
tautomeriza
a calcona. Los valores de pK para B/AH+ y A/AH+ son 2,60 y
4,25
respectivamente.
Como el porcentaje de base quinoidal es muy pequeo frente al
total a
cualquier pH, las antocianinas tienen poco color cuando el pH es
superior
a 4. Las antocianidinas son menos estables que las antocianinas,
debido
a la falta de sustituyentes en la posicin 3, y la forma calcona
es una -
dicetona inestable que se hidroliza fcil e irreversiblemente
para dar cido
protocatecuico. (ver figura 19)
-
43
Figura 17. Reaccin 1. Reaccin del malvidn-3 cuando el pH
alcanza
valores elevados
Fuente: WONG, Dominic. Qumica de los alimentos mecanismos y
teora. p. 268.
Base quiniodal (A) Catin flavilio (AH-)o anhidro base (azul)
(rojo)
Calcona (C) Base Carbinol
(B)
(incolora) o pseudobase
(incolora)
-
44
Figura 18. Distribucin de las distintas estructuras en funcin
del pH
(malvidn glucsido: 25 oC). AH = catin rojo, B = base
carbinol incolora, C = calcona incolora, A = base
quinoidalazul
Fuente: WONG, Dominic. Qumica de los alimentos mecanismos y
teora. p. 270.
-
45
Figura 19. Reaccin de malvidina a pH elevados, seguida de la
reaccin de
hidrlisis de la -dicetona a cido protocatecuico
Fuente: WONG, Dominic. Qumica de los alimentos mecanismos y
teora. p. 273.
- DicetonaMalvidina
cido Protocatecuico
-
46
Efectos de los iones metlicos sobre el color de los flavonoides:
los
pigmentos de antocianina y antoxantina reaccionan con los
metales. Los
productos formados pueden ocasionar cambios adversos en la
apariencia
de las frutas y verduras. Una antocianina con dos o tres grupos
hidroxilos
libres en los carbonos adyacentes pueden unirse con el aluminio,
estao
o el hierro para formar un complejo azul, verde o pizarra.
Decoloracin por el anhidro sulfuroso: el dixido de azufre
reacciona con
la posicin 4 de las antocianinas para formar un compuesto de
adicin.
La adicin no se produce en la posicin 2 y la reaccin es
irreversible.
Las antocianinas con la posicin 4 bloqueada por grupos metilo o
fenilo
no se ven afectadas por el SO2, y tambin son ms estables a la
luz en
presencia de cido ascrbico o de trazas de hierro.
Figura 20. Producto de la adicin del bisulfito a la
antocianina
Fuente: WONG, Dominic. Qumica de los alimentos mecanismos y
teora. p. 273.
-
47
Autoasociacin y copigmentacin: los tejidos vegetales tienen un
pH
tpico entre 3,5 y 5,5. Por lo tanto para mantener su vivido
color las
antocianinas se asocian para formar pilas helicoidales
mediante
atracciones hidrofbicas y por puentes de hidrgeno entre los
ncleos de
flavilio.
El aplazamiento tiende a proteger los grupos cromforos asociados
al
azcar frente a la reaccin de hidratacin. Otro mecanismo
protector es
la copigmentacin, probablemente a travs de enlaces de
hidrgeno
entre los grupos fenlicos de la molculas de antocianinas y
flavonas.
Las molculas de flavona se intercalan entre las de antocianina
para
formar apilamientos alternados. La presencia de flavonoles,
aurona,
taninos y polipptidos tambin estabiliza a las antocianinas. En
algunas
antocianinas, los grupos acilantes, como el cido cafeico, se
pliegan entre
y bajo los ncleos de flavilio apilados. La copigmentacin
causa
habitualmente un desplazamiento batocrmico en max, en el
visible, y un
gran incremento de la intensidad.
Condensacin: las antocianinas se condensan en la posicin 4 con
otros
flavonoides como los flavonoles como las catequinas, mediante
una
sustitucin electrofilica para dar dmeros y polmeros. El
producto, un
flaveno, puede oxidarse a la 4-fenil antocianina. La oxidacin
del flaveno
puede llevarse a cabo mediante la reaccin de oxidacin-reduccin
que
implica la transferencia de un hibrido intermolecular desde
flaveno al ion
flavilio. La prdida progresiva de las antocianinas durante
el
envejecimiento del vino se ha atribuido a esos tipos de
reacciones de
condensacin.
-
48
En general, alrededor de la mitad de las antocianinas se
pierden
formando flavenos. Los pigmentos condensados son menos sensibles
a
los cambios de pH que las antocianinas precursoras, y son
estables ante
el dixido de azufre, no decolorndose. Se ha observado otro
mecanismo de condensacin en el que las antocianinas y otros
compuestos fenlicos como las catequinas se unen mediante
puentes
CH (CH3) de acetaldehdo. El acetaldehdo reacciona como un
electrfilo
sobre la posicin 8 de la catequina y una substitucin electrfila
posterior
del producto sobre la antocianina produce un dmero condensado.
El
producto condensado muestra un desplazamiento batocrmico y
un
efecto hipercrmico aumentado.
Oxidacin: el perxido de hidrgeno oxida las antocianinas
sustituidas en
3, a steres del cido benzoil-oxifenilactico. La reaccin es
una
oxidacin del tipo Bayer-Villiger. Despus del ataque nucleofilico
del H2O
en el C2, el tomo de hidrgeno migra al oxgeno adyacente y
causa
ruptura entre el C2 y el C3. Los steres formados se hidrolizan
fcilmente
formando varios productos de degradacin.
2.4.4. Los colorantes internacionalmente
Un colorante es cualquier tinte, pigmento o sustancia que
imparte color
cuando se aade o se aplica a un alimento, medicamento, cosmtico
o al cuerpo
humano. El trmino FD&C se aplica a los colorantes
alimentarios autorizados
por la FDA para uso en alimentos, medicamentos y cosmticos,
D&C se usa
para agentes colorantes de cosmticos y medicamentos y D&C
externo se
aplica a los colorantes para aplicacin externa.
-
49
Los pigmentos derivados de fuentes naturales como los de
origen
vegetal, mineral o animal, y los equivalentes a los derivados
naturales hechos
por el hombre estn exentos de la certificacin FDA, aunque estn
obligados a
evaluacin de su seguridad antes de que se autorice su uso de
alimentos.
2.5. Mtodos de anlisis de los colorantes
Cuando se llevan a cabo investigaciones para buscar o confirmar
una
actividad farmacolgica, es muy importante la determinacin de
los
constituyentes qumicos de la planta y de sus partes. Las
sustancias presentes
en el extracto deben ser evaluadas qumicamente, pues de lo
contrario el
experimento puede ser invalidado por no utilizar un extracto
estandarizado.
2.5.1. Cromatografa
Es un mtodo fsico que permite la separacin de mezclas de
sustancias
en sus componentes individuales. Esta tcnica permite igualmente
obtener
informaciones cualitativas y cuantitativas sobre las sustancias
presentes en la
mezcla.
Existen varias clases de cromatografa entre las cuales, la
ms
importantes son:
De adsorcin
De reparto
Intercambio inico
Filtracin molecular
-
50
Los diferentes tipos de cromatografa pueden ser utilizados a
travs de
diversas tcnicas, siendo las principales:
En papel
En capa fina
De gases
En columna
Lquida de alta eficiencia (CLAE o HPLC)
2.5.1.1. Cromatografa de capa fina
Para analizar el extracto colorante de la semilla de aguacate se
utilizar la
cromatografa en capa fina, la cual consiste en la separacin de
los
componentes de una mezcla a travs de la migracin diferencial
sobre una capa
fina de adsorbente, retenida sobre una superficie plana.
En esta tcnica, una solucin de la muestra que va a ser analizada
se
aplica por medio de un tubo capilar sobre la superficie
adsorbente inerte (slica,
almina, etc.) distribuida uniformemente sobre una placa de
vidrio o de aluminio.
La placa se coloca verticalmente dentro de una cmara previamente
saturada
con el vapor del eluente adecuado, de tal forma que la parte
inferior de la placa
que contiene la muestra entre el contacto con la fase mvil. El
eluente va a
migrar por capilaridad en la placa cromatogrfica, separando por
migracin
diferencial los diversos componentes de la mezcla a ser
estudiada.
Despus de que ha ocurrido, se evapora el eluente y la placa se
analiza.
Utilizan luz UV o luz visible, o aplicando reactivos que dan
como resultado
reacciones de coloracin con las sustancias contenidas en la
mezcla analizada.
-
51
El gran desarrollo de esta tcnica se debe a la mltiples ventajas
que
ofrece, entre las cuales se pueden citar: su fcil compresin y
rpida ejecucin,
la versatilidad, su reproducibilidad y el bajo costo. El proceso
de separacin
est fundamentado, principalmente en una serie de etapas o
equilibrios de
adsorcin-desorcin.
2.5.2. Espectrofotometra
Son mtodos cuantitativos, de anlisis qumico que utilizan la luz
para
medir la concentracin de las sustancias qumicas. Se conocen como
mtodos
espectrofotomtricos y, segn sea la radiacin utilizada, como
espectrofotometra de absorcin visible (colorimetra),
ultravioleta e infrarroja.
Asimismo, se refiere a la medida de cantidades relativas de luz
absorbida
por una muestra, en funcin de la longitud de onda.
Cada componente de la solucin tiene su patrn de absorcin de
luz
caracterstico. Comparando la longitud de onda y la intensidad
del mximo de
absorcin de luz de una muestra versus soluciones estndar, es
posible
determinar la identidad y la concentracin de componentes
disueltos en la
muestra (solucin incgnita).
Las ventajas de la espectrofotometra sobre otros mtodos
analticos de
laboratorio son varias: es rpida, precisa, verstil, fcil de usar
y eficiente en
costo. Los espectrofotmetros se han mejorado en precisin y
versatilidad en los
ltimos aos con los avances de tecnologa, y actualemente se
consideran
indispensables en un laboratorio de qumica analtica.
-
52
La espectrofotometra se usa para diversas aplicaciones como:
anlisis
cuantitativo y cualitativo de soluciones desconocidas en un
laboratorio de
investigacin, estandarizacin de colores de diversos materiales,
como plsticos
y pinturas, deteccin de niveles de contaminacin en aire y agua,
y
determinacin de trazas de impurezas en alimentos y en
reactivos.
Un espectrofotmetro tpico posee cuatro componentes bsicos:
Una fuente de radiacin que tiene intensidad constante en el
rango de
longitud de onda que cubre (usualmente es lmpara de tungsteno
para
luz visible y deuterio para ultravioleta).
Un compartimiento para la muestra.
Un monocromador que separa la banda de longitud de onda deseada
del
resto del espectro y la dispersa al compartimiento de la
muestra.
Un fotodetector, que mide cuantitativamente la radiacin que pasa
por la
muestra.
En general, los espectrofotmetros miden el porcentaje de
transmitancia
(T) y absorbancia (A). El porciento de transmitancia se refiere
a la cantidad de
radiacin que pasa a travs de la muestra y alcanza el detector.
Una solucin
lmpida, no absorbente, mostrara una lectura de 100% de
transmitancia en un
espectrofotmetro calibrado. Las unidades de absorbancia van de 0
a 2. La
absorbancia se relaciona con la transmitancia como:
-
53
Frmula No. 2:
A =- log 1/T, (logaritmo decimal).
2.