TECNOLOGÍA DE PRODUCTOS AGROINDUSTRIALES III

ESTUDIANTE : CONDORI VALVERDE, Edgar. DOCENTE : ING. PORTOCARRERO MESSA, Karen P. GRUPO : JUEVES

APURIMAC – PERU 2007

EXTRACCION DE COLORANTE DE ACHIOTE

EXTRACCION DEL COLORANTES 1. OBJETUVO. Conocer la tecnología de extracción del colorante de la semilla de achiote (Bixa orellana), aprovechando los diferentes solventes, para diferenciar asi su rendimiento. 2. INTRODUCCION. Los aditivos que son utilizados como sustancias colorantes pueden ser obtenidos por síntesis química en la industria (colorantes sintéticos) o provenir de fuentes naturales como los vegetales (colorantes o pigmentos naturales). En los últimos tiempos los colorantes sintéticos han sido cuestionados debido a sus efectos toxicológicos, inclusive algunos han sido eliminados de algunas legislaciones. Lo anterior aunado a la tendencia que tienen los consumidores, sobre todo en los países desarrollados, a consumir alimentos con un mínimo o nulo contenido de sustancias sintéticas; ello ha provocado que el uso de colorantes naturales vaya en aumento y sustituyendo a los sintéticos (Salas, 2003). Para abastecer la creciente demanda de colorantes naturales sin problemas de legislación, se procede a la extracción de los pigmentos presentes en los tejidos vegetales o animales por medio de diferentes métodos, cada uno presenta sus limitantes y ventajas. El colorante obtenido de las semillas de achiote (Bixa orellana), esta compuesto en su mayoría por el carotenoide bixina, que se utiliza en la industria láctica, cárnica, condimentaría, cosmética, farmacéutica, etc.; es un colorante natural exento de certificación. La extracción más rudimentaria se basa en un lavado con agua en ebullición y a escala industrial se ha implementado un proceso de extracción alcalino que es de fácil aplicación, pero que tiene el inconveniente de que el producto final contiene al máximo 30 a 40% de pigmentos (Vázquez, 2001). Las posibilidades de incrementar el rendimiento y la pureza del colorante obtenido del achiote siguen siendo tema de estudio, se debe buscar un método de extracción de fácil aplicación, que eleve el grado de rendimiento, dando como resultado un extracto exento o con un mínimo de impurezas químicas, que disminuya los riesgos que implica al consumidor el uso de solventes o los tratamientos ácido – alcalinos. 3. FUNDAMENTO TERICO. Achiote: Este árbol constituye un regalo del incanato a la medicina naturista porque, aparte de que sus colorantes son sumamente apreciados en la textilería y cosmética, sus raíces, hojas y semillas poseen propiedades terapéuticas para las afecciones bronco pulmonares, digestivas o cardíacas, entre otros males, utilizándose incluso como afrodisíaco. En nuestro país crece principalmente en la selva y su nombre científico (Bixa

Orellana) se lo debe precisamente al descubridor del río Amazonas: Francisco de Orellana, y prácticamente todas las etnias indígenas están familiarizadas con su uso como tinte facial y cosmético, ya que actúa además como repelente de insectos y protector solar. Se trata de un árbol pequeño o arbusto grande que alcanza una altura de 3 a 5 metros, pudiendo llegar hasta los diez metros , tiene una raíz muy desarrollada y las hojas son alternas acorazonadas. Sus flores son grandes, vistosas, de color rosado, rojizo o blanco. El fruto es una cápsula ovoide a ovoide globosa, pardo-rojiza, de 3 a 5 cm de largo, dehiscente por 2 valvas, erizado de pequeños aguijones delgados y blandos hasta de 6 mm; conteniendo aproximadamente 50 semillas.

Composición

La bixina es el principal constituyente colorante del achiote, se encuentra en la cubierta exterior de la semilla del fruto, representando más del 80% de los pigmentos presentes. Es de gran interés comercial porque su uso está exento de certificación y puede ser empleado nacional e internacionalmente en la industria alimentaria, de cosméticos y farmacéutica. Dentro de su composición química figuran: Carotenoides: Bixina, norbixina, metil-bixina, beta-caroteno, criptoxantina, luteina y zeaxantina; Flavonoides: Bisulfato de apigenina, glucósido de apigenina, bisulfato de hipolactina, bisulfato de luteolina, etc.; proteínas, azúcares, celulosa, grasas, vitamina A, B y C; calcio , fierro y fósforo, entre muchos compuestos químicos más. Propiedades medicinales Se le atribuyen diferentes propiedades terapéuticas: astringente, antiséptico, emoliente, antibacterial, antioxidante, expectorante, cicatrizante, febrífugo, estomáquico y antidisentérico, diurético y antigonorréico, purgante, desinflamatorio, hipoglicemiante.

La semilla molida es utilizada para la sarampión, viruela, afecciones estomacales, enfermedades del riñón, disentería y febrífugo, astringente y ligero purgante. La pulpa se usa en quemaduras y ampollas. Las hojas actúan contra los malestares de garganta, afecciones respiratorias, dolores renales, inflamaciones dérmicas y vaginales, fiebre, hipertensión, vómitos sanguíneos, diarrea, hemorroides, angina, abscesos, cefalalgia, dolores renales, infecciones de la piel y la conjuntivitis. Machacadas o hervidas son consumidas para controlar vómitos, como antídoto contra la intoxicación por el consumo de yuca brava que contiene ácido cianhídrico. La infusión de las hojas es usada por las mujeres para lavados vaginales y es muy eficaz en el control de inflamaciones producidas por hongos y bacterias. Su raíz en decocción es aconsejable contra la malaria y el asma. Los frutos y semillas en infusión controlan el dolor de cabeza. También tiene propiedades cicatrizantes. El extracto seco o la infusión de las hojas se usa mucho para controlar y curar la prostatitis, dolencia que suele degenerar en cáncer a la próstata.

Afrodisíaco

El polvo de las semillas es considerado como un afrodisíaco, aparte de sus propiedades estimulantes y digestivas. De otro lado, los nativos Shipibos sahuman las hojas para evitar tener sueños eróticos. En la etnia Asháninka se usan los tallos secos pequeños para iniciar el fuego por fricción mientras que los Amahuacas consideran la madera ideal para confeccionar las puntas de sus flechas. Otros usos Colorantes: de la porción carnosa (arilo rojo-naranja) que envuelve a la semilla se extrae un colorante apreciado industrialmente para dar color a productos alimenticios (queso, mantequilla), aceites, ceras, barnices, pinturas, cosméticos y fibras textiles (de seda y algodón). El aceite extraído de las semillas es la principal fuente de los pigmentos Bixina y Norbixina, clasificados como carotenoides.

Condimento y saborizante de diversos platos. Cosmético: el aceite de las semillas es emoliente y su contenido alto en carotenoides provee propiedades antioxidantes. Se usa en productos para el cuidado del cuerpo, como son: cremas, lociones y champú. Fibras: la corteza contiene una fibra apropiada para cordelería. INDUSTRIALIZACIÓN DEL ACHIOTE De las semillas del achiote (Bixa Orellana L.) se obtiene un compuesto químico llamado bixina, materia prima de colorantes ampliamente utilizados en la industria alimenticia. En las zonas rurales del Perú, se produce pasta de achiote por métodos empíricos. Esta pasta es a su vez vendida a otras industrias para la elaboración de lo conocido en el mercado nacional como "achiote", utilizado para dar color a los alimentos preparados a nivel casero, principalmente. El procedimiento de extracción normalmente utilizado por los productores rurales consta de las siguientes etapas: 1. Extracción: las semillas se cocinan en agua caliente por un período hasta de 24 horas. 2. Filtración: los residuos vegetales se separan de la solución acuosa coloreada mediante filtración mecánica. Los residuos se lavan con abundante agua, para separar la mayor cantidad posible de colorante de las semillas. 3. Concentración: se lleva a cabo con la finalidad de reducir el contenido de humedad y concentrar el del colorante. 4. Mezclado: la pasta obtenida en la concentración se mezcla con grasas vegetales o animales y otros aditivos que permitan obtener un producto con una concentración de bixina adecuada a las necesidades de los consumidores. 5. Empaque: la pasta se envasa en papel celofán o en pequeñas cajas de plástico o cremeras para ser distribuidas a los consumidores domésticos, o en envases de mayor tamaño destinados a los servicios de alimentación. Esta técnica presenta varios problemas: a. Los rendimientos de extracción son bajos, ya que se utiliza el agua como disolvente, en el cual la bixina es poco soluble. b. La bixina se degrada por efecto de las altas temperaturas aplicadas durante la extracción. c. Se favorecen las condiciones para la proliferación de los microorganismos, dado el elevado contenido de humedad de la pasta verde y deficientes condiciones higiénicas. d. La calidad del colorante se encuentra estandarizada, y la obtenida por este método no coincide con ese estándar. Extracción con hidróxido de sodio

1. Extracción: esta se realiza solubilizando la bixina o colorante del achiote, en solución alcalina (hidróxido de sodio), a una temperatura de 41ºC, por un período de 20 minutos. 2. Filtración: en esta etapa se separan los residuos vegetales, de la solución coloreada. 3. Precipitación: la bixina en solución se insolubiliza precipitándola mediante la adición de solución ácida de concentración 20% V/V. 4. Filtración y lavado: la bixina sólida se separa por filtración y se lava para eliminar todos los residuos de ácido que pudieran estar presentes. 5. Secado: Finalmente la bixina se seca a una temperatura de 60ºC hasta alcanzar un contenido de humedad del 5%. Este método presenta las siguientes ventajas con respecto al tradicionalmente aplicado: a. El tiempo de extracción es relativamente corto b. La extracción se realiza a temperaturas controladas e inferiores a las requeridas para la degradación de la bixina (60-70ºC). c. Debido a los cambios bruscos de pH la proliferación de los microorganismos es baja. d. La humedad del producto terminado es reducida Esta técnica alternativa de procesamiento, además de ser más eficiente, permitiría obtener un producto de calidad estándar; no obstante los pequeños achioteros tendrían que unirse para poder montar la infraestructura necesaria y en la escala que se requiera. Estas mejoras podrían brindar mayores posibilidades de comercialización, ya que no sólo se lograría ofrecer mejores productos a los consumidores, sino que además se podría satisfacer la demanda de algunas industrias nacionales que actualmente importan bixina para la elaboración de colorantes.

4. MATERIALES Y METODOS. 4.1. MATERIALES. Ø Balanza Analítica. Ø Estufa. Ø Cocina Ø Materiales de vidrio (vasos, pipetas etc) Ø PH – metro Ø Centrifuga Ø Achiote Ø Hidróxido de sodio al 50% Ø Ácido sulfúrico, citrato de sodio, alumbre y alcohol etílico.

4.2. METODOS Ø OBTENCIÓN DEL COLORANTE. a. materia prima: las cápsulas de achiote deben ser cosechados cuando han

alcanzado el estado fisiológico apropiado, el fruto empieza a abrirse en dos, este es el momento indicativo en el cual debe ser cosechado y con sumo cuidado para evitar perdidas por desgranamiento natural. Posteriormente los frutos deben ser soleados para facilitar la extracción de las semillas que se puede hacer manualmente o mediante equipos diseñados para esta operación. Extritas las semillas, deben ser secadas, exponiéndolas al sol (3 – 4 días ) o en secadores.

b. Extracción: se puede realizar con los siguientes solventes: Ø Con agua Ø Con álcali Ø Con solventes: aceite, glicol, alcohol etílico, cloroformo, etc. 1. Extracción del colorante con agua: el pericarpio de la semilla es extraído por agitación con agua a temperatura no mayor de 70ºC y luego se deja enfriar. Posteriormente por agitación, se cuela o tamiza para eliminar la semilla agotada. El liquido se deja en reposo, con el objeto de que la masa colorante se seca por aire caliente, obteniendo 4.8 a 8% de extracto colorante, en relación a la semilla, conteniendo este extracto 10 a 12% de pigmentos. 2. Extracción de colorante con soda cáustica:

se debe realizarse en recipientes de acero inoxidable, el cual se alimenta con agua con 1% de soda, la relación de semilla : solución de soda es de 1:2.5, se deben ejecutar mínimos tres extracciones. Posteriormente, al extracto se le agrega H2SO4 o HCl 1N, en exceso de este modo el colorante precipitara para luego ser filtrado y secado. Con este método se obtendrán sales de sodio de norbixina, probablemente en las formas Cis o Trans.

3. Extracción con etanol: se extrae con etanol a 96ºGL en relación 1:2, agitando por 10minutos, luego tamizar cuanto de liquido se ha lavado y perdido, por ultimo secar en placas a 5 horas por 60ºC. PROCESOS:

Extracción Agitar por 10’ Filtracion

Llevar a estufa a 60ºC durante 5 Hr. 5. RESULTADOS. TABLA Nº 1. METODO/PARAMETRO AGUA HIDROXIDO DE

SODIO ALCOHOL 96ºGL

Materia prima Achiote Achiote Achiote Volumen extractante 50ml 25ml 20ml Relación m.p: extractante

1:5 1:2.5 1:2

Tiempo de contacto 15 minutos 10minutos 10minutos Separación del liquido de extracción

45ml 18ml 28ml

color Naranja Rojo grosella Rojo claro Secado de semillas ----- ----------------- ------------- Rendimiento en peso ---------------- -------- ----------- -------------------

TABLA Nº 2. MUESTRA PESO (M.P)

(g) PESO/ VOLUMEN COLORANTE

RENDIMIENTO (B.S)

Extracción con agua

10 50ml -----

Extracción con álcali

10 18ml -----

Extracción con Etanol

10 28ml ----

6. DISCUSIONES Ø Según la cantidad de semilla que se ponga en un recipiente se le agrega

agua 1/2 o 3/4 del volumen total; se le agita fuertemente hasta que la capa colorante se desprenda de la semilla, luego se pasa el líquido a través de un tamiz fino; el líquido extraído se evapora hasta dejar el colorante de una consistencia pastosa capáz de poder ser moldeado. Una vez seco el colorante, está listo para el mercado. (Según Ing. Agr. Roosevelt Idrovo D.)

Ø Según las revisiones en comparación con la práctica realizada, para determinar el rendimiento del colorante, se debe secar el volumen extraído, en la estufa, mas no así de las semillas descoloradas.

Ø La bixina se degrada por efecto de las altas temperaturas aplicadas durante la extracción. Ø Según Olga Marta Murillo, la bixina o colorante del achiote, en

solución alcalina (hidróxido de sodio), se extrae a una temperatura de 41ºC, por un período de 20 minutos.

Ø Las variedades de achiote con mayor rendimiento de norbixina se identifican por la forma de la “cápsula”. La verde redondeada es la de mayor producción.

Ø El rendimiento puede variar de 680 a 330 gramos por 100 kilogramos de cápsula. (Según Olga Marta Murillo).

7. CONCLUSIONES Ø En los resultados obtenidos se observó que el mayor constituyente de de la

semilla de achiote (Bixa orellana) son las fibras, a las cuales se encuentra adherido el pigmento de interés.

Ø Es un producto natural. Ø La tecnología es adecuada para la producción de pequeños volúmenes. Ø La extracción con Hidróxido de sodio al 50% es más conveniente que con

los otros solventes. Ø Los colorantes se pueden aplicar en productos acuosos, quesos (cheddar,

edam y otros); Masas y pastas acuosas; biscochos y otros productos de panificación; jaleas y mermeladas

Ø Además de estas el colorante de achiote tiene bastante aplicación en medicinas, cosméticos y en la artesanía.

Ø Debe almacenarse en recipientes cerrados y protegidos de la luz, aire y calor. Se recomienda rotar el inventario por lo menos cada dos meses. No congelar.

8. RECOMENDACIONES Ø Los pasos a seguir para la determinación del rendimiento no es lo

adecuado. Ø Los resultados de los rendimientos no se obtuvieron debido a que los

compañeros de clase no medieron el peso final de las semillas, en el cual además este nos conllevaría a una respuesta obsoleta.

Ø Es importante cumplir los requisitos de limpieza de los recipientes para

evitar reacciones químicas inesperadas debido a las impurezas. 9. CUESTIONARIO 9.1. Los colorantes deben reunir una serie de características para asegurar su buen uso . ¿Cuáles son los requisitos exigidos?

Ø En la agroindustria mediante sus diferentes tecnologías se busca obtener un poder colorante seguro, estable, reproducible, eficaz; utilizando dosis muy pequeñas o mínimas y una propiedad importante es la solubilidad del colorante y su capacidad de fijarse a las moléculas del alimento.

9.2. ¿diga cuales son los factores que afectan la estabilidad del colorante? Ø La temperatura Ø La luz

9.3. Haga el diagrama de flujo de la extracción de colorantes

ACHIOTE

SELECCION

EXTRACCION

FILTRAION

CONCENTRACION

COLORANTE

SECADO

9.4. Propiedades fisicoquímicas y composición nutricional de la semilla de achiote. Dentro de su composición química figuran: Carotenoides: Bixina, norbixina, metil-bixina, beta-caroteno, criptoxantina, luteina y zeaxantina; Flavonoides: Bisulfato de apigenina, glucósido de apigenina, bisulfato de hipolactina, bisulfato de luteolina, etc. Componentes nutricionales: Proteínas, azúcares, celulosa, grasas, vitamina A, B y C; calcio, hierro y fósforo, entre muchos compuestos más. 10. BIBLIOGRAFIA Ø Dirección de Mercadeo y Agroindustria Area Desarrollo de Producto

Licda. Olga Marta Murillo G. Tecnóloga de Alimentos Ø Badui, D. S. 1993. Química de los alimentos. Addison Wesley Longman de

México, S. A. DE C. V. México D. F., México. Ø Lynch, M. J. R., S. S. Mellor, D. L. Spare, D. P. Inwood, H. M. J. 1987.

Métodos de Laboratorio. 2ª ed. Vol 2. Ed. Nueva editorial interamericana. México, D. F. pp. 1446-1447.

Ø Salas, G. L. 2003. Educación Alimentaria, manual indispensable en

educación para la salud. Ed. Trillas. México, D. F. pp. 97.