Universidad Nacional Jos Mara ArguedasEscuela Profesional de Ingeniera Agroindustrial

Segundo InformeTema: Extraccin de colorante natural de achiote.Curso: Procesos Agroindustriales III Estudiantes: Salazar Ramrez Rebeca. Pillaca Ramos Rober.Profesor: Ing. Gina Genoveva Toro RodrguezFecha de la prctica: 2014/09/03Fecha de entrega: 2014/09/17

UNAJMA - APURMAC PER

I. INTRODUCCIN

Los colorantes naturales se dividen en tintes y pigmentos. Los tintes se definen como compuestos que interaccionan qumicamente con el sustrato coloreado (p. e. textiles) por otro lado, los pigmentos, muy usados en la industria farmacutica, no forman enlaces qumicos con el sustrato, y para que pueda adherirse a la superficie del sustrato se tiene que mesclar con un adhesivo. El cultivo de achiote ha adquirido importancia, principalmente, por la presencia de colorante en la semilla. Este colorante natural, como otros, est desplazando a los colorantes sintticos por los efectos que stos ocasionaran al utilizarse en la dieta humana. Adems, la Organizacin Mundial de la Salud, considera al colorante obtenido del achiote como uno de los pocos permitidos, por no ser txico y no alterar el sabor de los alimentos, estos aspectos han incrementado su exportacin. Este colorante se usa en la industria alimentaria para la coloracin de mantequillas, margarinas, quesos, yogurts, aceites, nctares, productos de panadera y confitera.

II. OBJETIVOS Extraer y conocer parmetros considerados para la obtencin de colorante de achiote. Conocer e identificar los factores que influyen en la extraccin. Determinar el rendimiento de los pigmentos de acuerdo a la cantidad de materia prima y a su humedad.

III. REVISIN BIBLIOGRFICA3.1 La extraccin del colorante3.1.1 Extraccin rudimentariaSe conocen diversas formas de extraer el colorante de las semillas del achiote, unas muy rudimentarias y otras no tanto que, finalmente, con el pasar del tiempo se ha ido mejorando. Algunas de estas tcnicas son:a) Las semillas separadas de las capsulas maduras, se colocan en suficiente agua hirviendo con el fin de que el tinte se desprenda fcilmente de estas; luego se separan las semillas, se deja fermentar la pasta una semana aproximadamente; se elimina el agua quedando la pasta sola, que permite modelar el producto para darle la forma ms conveniente y aceptada por el consumidor. (Sahaza, 2003)b) Uno de los mtodos ms antiguos y prcticamente abandonados, consiste en machacar las semillas entre cilindros para formar una mezcla con el tinte de achiote. A la masa resultante se le agrega una cantidad suficiente de agua y cuando sedimenta se le retira el agua clara y se deja hirviendo por dos o tres horas. Al retirarla del fuego, se exprime bien por medio de una prensa para sacarle el agua. De esta manera la pasta queda lista para empacarla i venderla directamente.(Crdoba, 1987) 3.1.2 Extraccin industrialLa extraccin del pigmento a escala industrial se puede realizar con diferentes solventes, tales como agua caliente, lcali diluido, aceites vegetales, propilenglicol, acetato de etilo y otros solventes. Para cada uno de estos se emplean varios mtodos de e4xtraccion, de acuerdo con la disponibilidad de equipos y recursos. (Sahaza, 2003)

3.2 Achiote (Bixa orellana)

Bixa orellana es una planta arbustiva de la familia Bixaceae. Es una planta cultivada, perenne, que mide entre 3 y 10 metros de altura. Sus hojas son simples, grandes, de forma acorazonada y dispuesta de manera alterna, de bordes lisos y con largos pecolos. Las flores son hermafroditas y estn dispuestas en ramilletes terminales, de colores blanco a rosado, segn las variedades. El fruto es una cpsula ovoide u ovoide- globosa, pardo-rojiza, que mide de 2 a 5 centmetros de dimetro, puede tener espnulas sedosas (escasas o abundantes) o carecer de ellas. Puede ser de color naranja, verde, amarillo, rojo o poseer diferentes tonalidades entre stos. En su interior se encuentran de 10 a 50 semillas rojas, casi triangulares y pequeas, rodeadas con una sustancia viscosa de color rojo vivo que contiene la bixina. (Cabezudo, 1973)

El achiote prospera en zonas tropicales y se adapta a distintos tipos de clima y suelos. Crece en altitudes desde 100 hasta 1 000 msnm, aunque prospera mejor en zonas relativamente bajas (100 a 500 m) y planas. Soporta temperaturas desde 24 hasta 35C, sin heladas, y precipitaciones anuales de 1 000 a 1 200 mm. Es posible reproducirlo por semillas, estacas o injertos. Los arbustos de achiote comienzan su produccin comercial entre los 3 y 4 aos de edad. En promedio, una plantacin resulta redituable por un periodo de 12 aos, aunque vara de acuerdo con las condiciones del suelo, el clima y el manejo. La cosecha se realiza de manera manual, cortando los frutos para extraer despus la semilla. Regularmente las semillas se secan al sol durante 3 a 4 das o en secadores industriales antes de ser envasadas para su venta.

El rendimiento promedio de una plantacin depende de ciertas variables, pero en promedio se obtienen 1 000 kg/ha de frutos secos, o hasta 2 000 en condiciones ptimas. La semilla representa entre 50 y 60% del peso total, es decir, en promedio se obtienen de 500 a 600 kg de semilla por hectrea. (Jara, 1999)

3.3 Fundament sobre la extraccin del colorante

Los colorantes son sustancias de color intenso que puede usarse para producir un alto grado de coloracin cuando se dispersan en otros materiales o se hacen reaccionar con los mismos mediante un proceso que, cuando menos temporalmente, destruye la estructura cristalina dela sustancia. Este ltimo punto es la caracterstica que distingue a los colorantes de los pigmentos, que casi siempre se aplican en forma de agregados a cristales insolubles. La mayora de los colorantes naturales son de origen vegetal; pueden ser compuestos puroso productos de extraccin. Estos ltimos son obtenidos de materia primas alimentarias y pueden ser asociadas en otras molculas. Entre los ms importantes encontramos a los carotenoides, que son un grupo de compuestos solubles en lpidos, ampliamente distribuidos en el reino vegetal. Tienen dos funciones, principales en las plantas durante la fotosntesis y como materia colorante en flores y frutos, aparecen como flores amarillas, mientras que en los frutos son tambin de color rojo o naranja. La bixina es el principal pigmento de achiote, es un carotenoide natural soluble en aceite que se forma naturalmente en la superficie de la semilla de Bixa orellana L.

3.4 Colorantes (Bixina y Norbixina)

Hay dos productos principales de achiote, la Bixina y la Norbixina, el pigmento se encuentra en la superficie de la porcin carnosa (amarillo Rojo- Naranja) que envuelve a la semilla de achiote. Son compuestos algo diferente qumicamente entre ellos, siendo la Bixina soluble en las grasa e insoluble en el agua, y Norbixina en la inversa, el aceite extrado de semilla es la principal fuente de los pigmentos Bixina y Norbixina, clasifica dos como carotenoides. Como el resto de los carotenoides, los extractos de achiote son susceptibles a la degradacin oxidativa. La prdida del color tambin ocurre por la exposicin prolongada a la luz, temperatura elevada y la presencia de dixido de sulfuro (Preston y Richard, 1980); desde que se conoce la Bixina en la naturaleza, su estereoqumica ha sido objeto de investigacin. La Bixina es insoluble en agua ligeramente soluble en etanol y fcilmente soluble en ter yen los aceites. Su espectrometra mxima en Cloroformo es de 502 Nm, y de la Norbixina en solucin diluida de KOH es de 482 Nm.

3.5 Usos en la industria:

En Centroamrica se usa como colorante y condimento diario en las comidas. Tales como el arroz preparado de varias formas, en caldos, consoms o sopas, recaudos y en la preparacin de carnes y embutidos. La mayor utilizacin de los extractos del achiote es en la fabricacin de quesos; tambin se usa como colorante de la mantequilla, principalmente por su contenido depro vitamina A. La materia colorante se emplea en la tintorera para dar colorido y fuerza a otras sustancias colorantes que adquieren as notable brillantez para teir telas de lana, seda y algodn. Se emplea tambin para colorear alfombras. En confitera se usa en la fabricacin dedulces y caramelos. En la industria de helados, sorbetes y paletas.

IV. MATERIALES Y MTODOS4.1 Equipos y Materiales4.1.1 Materia prima Semillas de Achiote

4.1.2 Reactivos Hidrxido de sodio al 50% cido ctrico Agua

4.1.3 Materiales Vaso precipitado Pipeta de 5 y 10 ml Mortero de porcelana Gotero Bagueta Cintas pH-mtricos Tubos de ensayo

4.1.4 Equipos Balanza electrnica Balanza de precisin Agitador termo magntico Estufa Centrifuga

4.2 Mtodo (Flujo general de Extraccin) Materia prima: La materia prima que se uso fue achiote.Figura 01

Seleccin: Se eliminaron las semillas negras hmedas y fermentadas y conrasgos de enfermedad se emplearon dos muestra que son:Molido o triturado y semillas enteras en el cual se emplearon 20gr respectivamente.Figura 02

Extraccin 1: se realiza la primera extraccin del pigmento utilizando de 60ml y 2ml de NAOH al 1%para poder solubilizar fcilmente el colorante del achiote, agitar constantemente a temperatura ambiente durante 10 min. Hasta agotar la semilla.Figura 03.bFigura 03.a

Extraccin 2: A los slidos insolubles (semillas desgastadas) se le realiza la segunda extraccin del pigmento utilizando 45 ml de agua y 1ml de NAOH para solubilizar la otra parte del achiote. agitando constantemente a temperatura ambiente, durante un tiempo de 10 min.Figura 04

Extraccin 3: A los slidos insolubles (semillas desgastadas) se le realiza la tercera extraccin delpigmento utilizando45 ml de agua y1mL de NaOHpara ltimaextraccin del colorante, agitando constantemente a temperatura ambiente la agitacin se realiza con el agitador temo magntico.Figura 05

Separacin: Para realizar la separacin se procedi a agregar al extractos de achiote 45 ml de cido ctrico para que ocurra la sedimentacin es decir la separacin del colorante con el agua alcalina para este caso se tuvo que llegar a un pH de 2.0 a 2.3 y se esper que sedimente por un tiempo de 30 min.Figura 06.bFigura 06.a

Centrifugacin. Se procedi a centrifugar despus de haber agregado el cido ctrico y reducido el PH hasta 2.0 a 2.3 la cual es su punto isoelctrico, con la finalidad de poder precipitar la Bixina durante la centrifugacin, durante 30 min.Figura 08.bFigura 07.b

Secado: Se sec el slido precipitado a temperatura ambiente por 24 horas.Figura 08

4.2.1 Diagrama de flujo para la extraccin de colorante de achiote

Materia prima (achiote)

Piedras y semillas secasSeleccin

20gr para cada muestraEntero y molido

NaOH 1 % N 2mlAgua 60 ml tiempo 10 min

Extracto

Extraccin 1

NaOH 1 % N 1mlAgua 45 ml tiempo 10 minExtracto

Extraccion2

NaOH 1 % N 1mlAgua 45 ml tiempo 10 min

Extracto

Extraccin 3

pH 2 - 2.3 Cantidad de cido ctrico 45 mlPrecipitacin acida

Tiempo 30 min.Separacin

Tiempo 30 min.Centrifugado

Tem. Amb. por 24 horasSecado

Almacenado

(Fuente: Elaboracin Propio)

4.2.2Anlisis de humedad, para este caso la humedad inicial de la materia prima (achiote).Tabla 1 Peso inicial de cada muestraPeso de la placa gPeso de la muestra gPeso de la placa + muestra g

Placa 146.30349.30

Placa 249.50352.50

Placa 350.94353.94

(Fuente: Elaboracin Propio)

Tabla 2 Peso de las muestras cada 20 minutos para la determinacin del %humedad a una temperatura de 105CTiempoMuestra 1Muestra 2Muestra 3

0333

202.912.912.93

402.872.882.89

602.822.872.88

802.812.862.87

(Fuente: Elaboracin Propio)

Dnde:= peso inicial de la muestra = peso final de la muestra

Tabla 3 Porcentaje de humedad de cada muestraTIEMPO%H Muestra 1%H Muestra 2%H Muestra 3

0000

20332.33333333

404.3333333343.66666667

6064.333333334

806.333333334.666666674.33333333

Fuente: Elaboracin Propio)

Determinacin del porcentaje de humedad promedioPeso inicial de materia prima (achiote) = 3gT de secado = 105 CTiempo = cada 20minPeso final del achiote en promedio = 2.84666667 g

Grafico 01 Grafico de la temperatura Vs. % Humedad

(Fuente: Elaboracin Propio)

Determinacin del rendimiento de achiote en la extraccin de coloranteMasa del colorante obtenido = 1.40gCantidad de materia prima (achiote) inicial = 20g

V. RESULTADOS Y DISCUSIONESPeso de colorante sin triturar: Peso del colorante triturado: Tabla 5 Porcentaje promedio del % humedad de las semillas de achiote% H promedio

(Fuente: Elaboracin Propio)

Tabla 6 Caractersticas del colorante de Achiote

Peso1.40 g

ColorRojoAnaranjado

pHinicial13

pHfinal2.3

Rendimiento 7%

(Fuente: Elaboracin Propio)

Para este caso el rendimiento obtenido en la prctica de extraccin de colorante de achiote en el laboratorio de procesos fue de 7%, mientras que Bernales, nos da a conocer que el rendimiento que obtuvieron fue de 8.2% (rendimiento terico) y la variedad que ellos utilizaron fue capsula rojizas, se observa que hay una diferencia significativa en el rendimiento esto es debido a la variedad del achiote que si influye en el rendimiento de la extraccin del colorante.

Campos y Salva, realiza una extraccin de utilizacin de enzimas en la extraccin de colorante a partir de semillas de achiote obtiene un mayor rendimiento con biocelulosa de 30% y con ultrasyn de 30.8 de bixina mientras que en la prctica se obtuvo un rendimiento de 7%, entonces el mtodo de extraccin tambin tiene que ver mucho en el rendimiento del colorante.

VI. CONCLUSIONES Para este caso se ha considerado uno de los parmetros fundamentales que es la alcalinidad que tiene que tener el extracto de achiote, es decir que nos referimos al pH, se ha considerado tambin las propiedades fsicas que tiene que tener el achiote.

Como ya se mencion anteriormente se tiene que tener en consideracin el pH, de la muestra porque este influye en el rendimiento que se va obtener en la extraccin del colorante, mientras que el tiempo no tiene un factor muy importante en el rendimiento de colorante.

Bueno el rendimiento que presento la extraccin del colorante fue de 7% con 20g de materia prima (achiote), aunque el rendimiento se significativamente menor al rendimiento terico que es 8.2%. VII. BIBLIOGRAFA

Bernal, 1975; Seminario de agronoma, cultivo y aprovechamiento del achiote. Memorias del seminario de agronoma. Medelln. Unicersidad de Colombia. Facultad de agronoma. Cabezudo, 1973; seminario sobre anlisis sensorial, anqu Barcelona. Crdoba, 1987; el achiote: cultivo, beneficio y posibilidades de exportacin; en revista ESSO agrcola. Volumen 34 n 1; pagina 3-7. Campos y salva; utilizacin de enzimas en la extraccin de colorante pdf. http://www.ecologia.edu.mx/sigolfo/agroindu/htm.

VIII. CUESTIONARIO

a) Cul es la funcin del cido en el proceso de extraccin del colorante del achiote?La funcin del cido en el proceso de la extraccin del colorante de achiote es de precipitar los slidos de la muestra y as poder eliminar el lquido.

b) Cmo se tendra que evaluar el colorante de achiote?El colorante del achiote se evala mediante el rendimiento de la muestra que se obtiene y por el espectrofotmetro para poder saber las cantidades de bixnea entre otros componentes que podra tener el achiote y con ayuda de un equipo cromatografico.