UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
TRABAJO MONOGRÁFICO: “EXTRACCION DEL COLORANTE ANTOCIANINA A PARTIR DEL MAIZ MORADO Y SU APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA”
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
Presentado por: Bach. MEDINA REGALADO, Gina Asesor: Ing. RODRIGUEZ NUÑEZ, José Luis HUACHO – PERU 2012
i
INDICE GENERAL
INDICE DE CUADROS
iv
INDICE DE FIGURAS
v
RESUMEN INTRODUCCION
2
CAPITULO I EL MAIZ MORADO, CARACTERÍSTICAS Y USOS
4
1.1. Generalidades
4
1.2. Clasificación taxonómica del maíz morado
5
1.3. Variedades del maíz morado
6
1.4. Características genéticas del maíz morado
6
1.5. Composición química del maíz morado
7
1.6. Usos y beneficios del maíz morado
8
1.6.1. Usos
8
1.6.2. Beneficios
8
CAPITULO II LA ANTIOCIANINA, CARACTERISTICAS, PROPIEDADES Y USOS
10
2.1. Antocianina, fuentes, características y usos.
10
2.1.1. Principio colorante del maíz morado
11
2.1.2. Usos de la antocianinas
12
2.2. Naturaleza química de antocianinas
13
2.3. Factores que influyen en la estabilidad de las antocianinas
14
a. pH
15
ii
b. Temperatura
16
c. Oxigeno y peróxido de hidrogeno
17
d. Luz
18
e. Acido ascórbico
18
f. Metales
18
g. Azucares
19
h. Enzimas
20
i. Reacciones de condensación
20
CAPITULO III METODOS DE EXTRACCION DE LA ANTOCIANINA
22
3.1. Antecedentes
22
3.1.1. A nivel internacional
22
3.1.2. A nivel nacional
23
3.2. Detección y aislamiento de antocianinas
25
a.
métodos cualitativos
25
b.
métodos cuantitativos
26
3.3. Extracción de la materia colorante
26
3.3.1. Acciones previas a la extracción
27
a. Purificación
27
b. Concentración
27
c. Secado
28
3.3.2. Factores que influyen en la extracción
29
a. Temperatura
29
b. Tamaño de partícula
30
iii
c. Agitación del solvente
30
d. Tiempo de extracción
31
e. Equilibrio entre en solvente y el soluto
31
f. Numero de lavados
31
g. Calidad de solvente
31
3.3.3. Métodos de extracción
32
a. Extracción por maceración
32
b. Extracción por el método de agitación mecánica o difusión
33
c. Extracción de cocciones
33
d. Lixiviación
33
3.4. Diagrama de proceso de extracción 3.4.1. Descripción del flujo de operaciones 3.5. Factores que influyen en el rendimiento del colorante
35 36 37
a. Influencia del tamaño de partícula
37
b. Influencia de diferentes enzimas en la extracción de antocianinas
39
c. Influencia por maceración
40
d. Influencia por calentamiento
51
e. Influencia por maceración con el uso de enzimas
54
CAPITULO IV APLICACIÓN DE LA ANTOCIANINA EXTRAIDA DEL MAIZ MORADO EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
55
CONCLUSIONES
58
BIBLIOGRAFIA
59
iv
ÍNDICE DE CUADROS
01. Composición química del maíz morado y de la coronta (contenido en 100g)
7
02. Antocianinas presentes en frutas y verduras 03. Contenido de antocianinas de la coronta y del grano de maíz morado
10 11
04. Influencia del tamaño de partícula en la extracción de antocianinas de coronta de maíz morado
37
05. Evaluación de la influencia del tamaño de partícula en la extracción de antocianinas
38
06. Evaluación de la extracción de antocianinas de l a coronta con el uso de enzimas 07. Influencia del tiempo de maceración en la extracción de antocianinas.
39 40
08. Influencia de la relación materia prima / solvente de maceración en la extracción de antocianinas
42
09. Influencia de la relación materia prima/solvente de maceración en la extracción de antocianinas en dos etapas
42
10. Influencia de la relación materia prima/solvente de maceración y extracción de antocianinas a diferentes temperaturas
44
11. Influencia del ácido empleado en la maceración par a la extracción de antocianinas
45
12. Influencia del solvente y del pH utilizado en la maceración para la extracción de antocianinas 13. Influencia de la concentración de ácido en la extracción de antocianinas
46
v
por maceración
48
14. Influencia de la temperatura de maceración e n la extracción de antocianinas 15. Influencia del número de etapas e n la extracción de antocianinas
50 51
16. Influencia del tiempo y temperatura de calentamiento en la extracción de antocianinas (expresado en mg acyt/100 g)
52
17. Influencia del tiempo y temperatura de calentamiento en el contenido de sólidos totales del extracto
53
18. Evaluación de la influencia de la concentración de enzima en la extracción de antocianinas de la coronta 19. Color de los yogures teñidos con los extractos de antocianinas
54 56
vi
ÍNDICE DE FIGURAS 01. Antocianinas naturalmente existentes
14
02. Flujo general de operaciones para la obtención de antocianinas de maíz Morado
35
RESUMEN
El presente trabajo titulado “Extracción del colorante antocianina a partir del maíz morado y su aplicación en la Industria Alimentaria” tuvo como objetivos: Conocer los aspectos relacionados con el colorante antocianina, sus características químicas-físicas y .los productos que los contienen, así como, los diferentes métodos de extracción y determinar el método de extracción óptimo de antocianina, a partir del maíz morado. En el trabajo se aplicó el método descriptivo y analítico, se recopiló información de diversas fuentes y se procedió a su análisis, ordenamiento y obtención de conclusiones. Los resultados y conclusiones a las que se llegaron en el trabajo son los siguientes: La extracción se realiza por varios métodos; método de maceración, calentamiento, cocción, lixiviación, siendo el método de maceración el de mayor rendimiento; en este tipo de extracción los factores a controlar son tamaño de partícula, tiempo de maceración, relación de materia prima solvente, temperatura. En la extracción de antocianina se obtiene los mejores resultados cuando la coronta molida es de menor tamaño de partícula(<150µm) y e s pasada dos veces por el molino coloidal.. Por cada 100g de maíz se obtiene 43.06mg de antocianinas a partir del grano entero, 130.88mg a partir del grano molido y 104.36mg a partir de la coronta molida. La aplicación del colorante de maíz morado como pigmento en alimentos ha estado limitada por su susceptibilidad, entre otros factores, al pH y a la temperatura, por lo que es viable colorear alimentos de bajo pH.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad existe una creciente demanda en el uso de colorantes de origen natural, en remplazo de los colorantes artificiales, utilizados en la industria procesadora de alimentos; productos como el maíz morado, camote, manzana, fresa, cebolla, entre otros contienen el colorante antocianina, que puede ser extraído utilizando métodos de extracción adecuados; esta realidad ha generado el interés por investigar sobre los colorantes naturales y los métodos de extracción a utilizar, así como su aplicación en la industria de alimentos. El presente trabajo “Extracción de Colorante (antocianina) a partir del maíz morado y su aplicación en la Industria Alimentaria” tuvo como objetivos: -
Conocer los aspectos relacionados con el colorante antocianina, sus características químicas-físicas: y en que productos se le encuentra.
-
Conocer los diferentes métodos de extracción de antocianina, a partir del maíz morado
En el desarrollo del trabajo se aplicó el método descriptivo consistente en la recopilación de información, de fuentes secundarias textos, revistas científicas, boletines, la misma que fue analizada, procesada y ordenada para su presentación y obtención de conclusiones La información que se presenta en el trabajo está estructurada en cuatro capítulos que comprenden: El maíz morado, características y usos, La antocianina, características, propiedades
y usos, Métodos de extracción de la antocianina y Aplicación de la
antocianina extraída del maíz morado en la industria alimentaria Como conclusiones del trabajo puede mencionarse:
3
-
En la extracción por maceración, los factores que influyen en la extracción son: tamaño de partícula, tiempo de maceración, relación materia prima (m)/solvente(s), evaluación de solventes (ácidos y su concentración) y temperatura de maceración.
-
En la extracción por calentamiento, donde se evalúa número de etapas de extracción, el tiempo y la temperatura de extracción.
-
Por maceración utilizando enzimas, el factor que influye en la extracción es la concentración de la enzima en la extracción de la antocianina del maíz morado.
Las aplicación es de la antocianina del maíz morado son diversas en lo alimentario y no alimentario; porque imparten color a bebidas, dulces y confites, productos de panadería, vegetales, conservas de pescado, grasas y aceites, mermeladas y jaleas, frutas confitadas y en almíbar, jarabes de frutas, sopas y saborizantes. También se utilizan en la preparación de refrescos (chicha morada), dulces (mazamorra de maíz morado), coloración de jugos de frutas (fresa), vermouth, vinos y vinagres. La incorporación de pigmentos de maíz morado (antocianinas) a alimentos, tiene la ventaja no sólo de impartir color, sino que por las propiedades antioxidantes que poseen, se pueden considerar como alimentos funcionales
CAPITULO I EL MAIZ MORADO, CARACTERÍSTICAS Y USOS
1.1. GENERALIDADES. El maíz morado es un conjunto de variedades de Zea mays que poseen un fruto (infrutescencia) de color morado. Crecen en los Andes del Perú , Bolivia y Argentina , dispersos y cultivados también en las costas del territorio peruano, desde mucho antes de los Incas. Desde la época precolombina, es el cereal de mayor importancia como producto básico en la alimentación, como originario del continente americano. En Perú, el maíz morado se desarrolla entre los 1.200 a más de 4.000 m.s.n.m con muchos contrastes debido a los variados microclimas que se presentan en la cordillera de Los Andes. Existen diferentes variedades de maíz morado todas derivadas de un línea más ancestral denominada "Kculli". Dentro de su composición se encuentra las antocianinas, pigmento natural muy requerida en la industria alimentaria, que en los últimos años ha generado un gran interés, sobre todo en los países desarrollados, donde se restringe el uso de colorantes artificiales o sintéticos. (Sevilla y Valdez, 1985).
5
1.2.
CLASIFICACIÓN TAXONÓMICA DEL MAÍZ MORADO. La clasificación taxonómica del maíz morado es la siguiente: Reino
: Vegetal
División
: Tracheophyta
Clase
: Angiosperma
Orden
: Gramideas
Familia
: Gramideae
Género
: Zea
Especie
: Zea Mays
1.3. VARIEDADES DE MAÍZ MORADO. Hay diferentes variedades de maíz morado, todas ellas provienen de una raza ancestral denominada “Kculli” que todavía se cultiva en el Perú. Las formas más típicas están casi extinguidas. La raza Kculli es muy antigua, restos arqueológicos con mazorcas típicas de esta raza se han encontrado en Ica, Paracas, Nazca y otros lugares de la costa central cuya antigüedad se estima por lo menos en 2500 años. También se encuentran mazorcas moldeadas, con las características de la raza, en la cerámica Mochica (Sevilla y Valdez, 1985). En el Perú existen muchas variedades de maíz morado. A continuación se describen a las principales (Sevilla y Valdez, 1985):
Cuzco Morado: Relacionado a la raza Cuzco gigante. Es tardía, de granos grandes, dispuestos en mazorcas con hileras muy bien definidas. Se le cultiva en diferentes lugares en zonas intermedias de altitud en los departamentos de Cuzco y Apurimac.
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Morado Canteño: Muy similar a la raza Cuzco morado, aunque de menores dimensiones. Se cultiva especialmente en las partes más altas del valle del Chillón, en el departamento de Lima., hasta los 2500 msnm. Es la variedad más consumida en los mercados de Lima.
Morado de Caraz: Derivada de las razas Ancashino y Alazán. Recibe este nombre porque se le cultiva en la localidad de Caraz, en el Callejón de Huaylas, en extensiones relativamente grandes. Es de precocidad intermedia y tiene la ventaja que puede adaptarse también a la costa. Entre las variedades tradicionales es la que muestra mayor capacidad de rendimiento y la que presenta la tusa más pigmentada.
Arequipeño: Similar al Cuzco Morado, pero más pequeño. La tusa no tiene mucha coloración. Es bastante precoz.
Negro de Junín: Variedad precoz de grano grande, negro, dispuesto irregularmente en una mazorca corta y redondeada. Se le encuentra en la sierra, centro y sur.
Variedad mejorada: La única que existe produciéndose es la PMV -581, desarrollado por el Programa de Maíz de la UNALM.
1.4. CARACTERÍSTICAS GENÉTICAS DEL MAÍZ MORADO. Se conoce un gran número de variedades de maíz morado que se diferencian por la forma y tamaño de las mazorcas, por el número de hileras que varían de 8 a 12, por el tamaño, forma y color del pericarpio de los granos y por otras características morfológicas. El color de la planta varía de verde a morado oscuro, pero la lígula de las hojas y de las anteras son invariables teniendo siempre un color morado oscuro.
7
La diferencia entre un maíz fuertemente pigmentado y un maíz normal es originada por muchos genes. Los genes que se dan a continuación son necesarios para que el pericarpio sea morado: ( Paralelo del Locus P, en cromosoma 1), que produce normalmente pericarpio rojo y tusa roja; P (alelo dominante en el cromosoma 6), produce color púrpura morado, causada por genes cuantitativos con efectos menores. Se supone que son muchos, porque a través de la selección la población se va haciendo cada vez más oscura, ocupando el pigmento todo el tejido de la tusa. Además de los genes mayores que están presentes al menos en 5 de los 10 cromosomas del maíz, existen genes menores que deben estar distribuidos en los 10 cromosomas (Fopex, 1985)
1.5.
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL MAÍZ M ORADO. La composición química del maíz morado y la coronta, según Collazos (1962) y Fernández (1995), se reporta en el Cuadro 01. Cuadro 01: Composición Química del Maíz Morado y de la Coronta (Contenido en 100g) Componentes Porcentaje (b . h) Maíz Grano
Coronta
Humedad
11.4
11.20
Proteína
6.7
3.74
Grasa
1.5
0.32
Fibra
1.8
24.01
Cenizas
1.7
3.29
76.9
57.44
Carbohidratos Fuente: Collazos (1962).
8
1.6. USOS Y BENEFICIOS DEL MAIZ MORADO.
1.6.1. Usos. El origen del maíz morado es muy remoto y el uso de su extracto es también antiguo. Según datos de los historiadores se sabe que el maíz era empleado en la alimentación como bebida, con él se elaboraba, la “chicha” que viene a ser una bebida fermentada. El uso de su extracto sufrió un cambio con el tiempo así es como en la colonia, por influencia de la repostería española y por el ingenio de las amas de casa criollas, aparecieron la “mazamorra” y la “chicha” morada de sabores exquisitos (Fernández, 1977). Actualmente el maíz morado es usado a nivel casero, como colorante natural y saborizante en bebidas y otros preparados alimenticios como la “mazamorra morada”. A nivel industrial, con fines de obtener colorantes se utiliza únicamente la coronta por el significativo porcentaje de antocianinas; sin embargo también se puede aprovechar el grano para la ex tracción de almidones y/o derivados o en la elaboración de alimentos balanceados para animales. Las antocianinas extraídas de maíz morado se utiliza en la elaboración de yogurt (Salinas, Rubio y Díaz; 2005).
1.6.2. Beneficios.
Baja la presión sanguínea
Baja el colesterol
Promueve la buena circulación sanguínea
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Protege los vasos sanguíneos del daño oxidante
Mejora la microcirculación
Es anti-inflamatorio
Fomenta la regeneración del tejido conectivo
Promueve la formación de colágeno
Elimina los radicales libres
CAPITULO II LA ANTIOCIANINA, CARACTERISTICAS, PROPIEDADES Y USOS
2.1. ANTOCIANINA, FUENTES, CARACTERISTICAS Y USOS. Las Antocianinas son uno de los numerosos pigmentos que se hallan en solución en la savia alveolar. Las innumerables tonalidades de azul, púrpura, violeta, malva y magenta y casi todas las tonalidades rojas de las flores, hojas, frutas y tallos de las plantas son debido a diferentes tipos de antocianinas. Las antocianinas, aunque muy numerosa, poseen una estructura similar. La amplia variedad de sus colores se debe a ligeras alteraciones en la molécula básica, sin afectar la estructura molecular fundamental. Araujo (1995). Cuadro 02. Antocianinas presentes en frutas y verduras FRUTA
ANTOCIANINA Cianidina-3-galactósido
Manzana
Cianidina-3-arabinósido Cianidina-7- arabinósido Pelargonidina-3-glucósido
Fresa
Pelargonidina-3-galactósido Cianidina-3-glucósido
Mora negra Naranja
Cianidina-3-glucósido Cianidina-3-glucósido Delfinidina-3-glucósido Cianidina-3-glucósido
Maíz morado
Pelargonidina-3-glucósido Peonidina-3-glucósido
Cebolla
Fuente: Araujo (1995.)
Cianidina-3-laminariobiósido Cianidina-3-monósido
11
2.1.1. Principio colorante del maíz morado.
El principio colorante del maíz morado se basa en la existencia de la antocianina, la que se encuentra en mayor cantidad en la coronta y en menores proporciones en el pericarpio (cáscara) del grano. Nakatani et al. (1979), caracterizaron la antocianina presente en el maíz morado boliviano (Zea mays L). La longitud de onda máxima (339 nm) del aglucón fue idéntica con la de la auténtica cianidina. El componente azúcar fue identificada como glucosa. Consecuentemente, de la base de estas evidencias, el mayor pigmento presente en granos y tusas de maíz morado fue identificado como cianidina 3-glucósido. Arias (1958), encuentra resultados de pruebas cualitativas que le permiten afirmar que el grupo predominante, en el colorante de maíz morado, es el que corresponde al cloruro de cianidina. No obstante, Fernández (1977) encuentra que el pigmento corresponde a los grupos antocianicos pelargonidina e hirsutidina. Cuadro 03. Contenido de antocianinas de la coronta y del grano de maíz morado. MUESTRA
CONTENIDO DE
RENDIMIENTO (%)
ANTIOCIANINA Coronta
610.998 (mg/10g)
79.47
Grano
51.935 )
6.75
Grano molido
157.841
20.53
768.839
100.00
TOTAL Fuente: Fernández (1995.)
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2.1.2. Usos de las antocianinas.
Las Antocianinas imparten color a bebidas, dulces y confites, productos de panadería, vegetales, conservas de pescado, grasas y aceites, mermeladas y jaleas, frutas confitadas y en almíbar, jarabes de frutas, sopas y saborizantes.
Las Antocianinas del Maíz Morado, se usan en la preparación de refrescos (chicha morada), dulces (mazamorra de maíz morado), coloración de jugos de frutas (fresa) y también en vermouth, vinos y vinagres. En Japón se utilizan para colorear caramelos, helados y bebidas.
El uso farmacéutico de las Antocianinas es reconocido en Oftalmología, por sus propiedades de incrementar la agudeza visual y mejorar la visión nocturna; para el tratamiento de diversos trastornos de circulación de la sangre (Colesterol) y recientemente se concluyó que el principio activo del Maíz Morado, evita la presencia de cáncer al intestino grueso
Este colorante natural tiene un potencial benéfico para la salud; por tratarse de un rico antioxidante con propiedades medicinales comprobadas a nivel mundial; entre ellas: -
Promueve la reducción del colesterol y la baja de presión arterial
-
Estabiliza y protege la capilaridad de las arterias
13
2.2. NATURALEZA QUÍMICA DE LAS ANTOCIANINAS. Las
antocianinas son
sales
(flavylium) derivados principalmente de
las
antocianidinas (aglycones o aglucones): Pelargonidina (I), Cianidina (II), Peonidina (III), Delfinidina (IV), Petunidina (V) y Malvidina (VI). La cianidina ocurre al nivel menos evolucionado. Las otras antocianidinas que ocurren en la naturaleza son derivados de una adición genéticamente controlada, remoción o metilación del grupo hidróxilo en el anillo B o estructura flavilium, tal como se puede observar en la Figura 1. La glicosidación de estos pigmentos en posiciones 3,5 ó 7 o una combinación de éstos, resulta en la formación de antocianinas. El azúcar en la molécula confiere solubilidad y estabilidad a las antocianinas. Las antocianinas siempre ocurren en la naturaleza en formas glicosídicas. Sin embargo, la ocurrencia de glucógenos libres ha sido reportada de tiempo en tiempo. Es inusual que estos compuestos se presenten en la naturaleza considerando su inestabilidad e insolubilidad en agua. La naturaleza anfotérica es una propiedad característica de estos componentes. Debido a esto, las antocianinas se comportan ya sea como ácido o base, dependiendo de la naturaleza del medio (Shrikande, 1976). Los azúcares unidos al aglucón mediante enlace glicosídico son pentosas, hexosas, biosas y triosas. Basado en la posición de aleación y en la naturaleza de los azúcares sustituyentes, los siguientes grupos son distin guidos: 3-monósidos, 3-biósidos, 3.5dimonósídos, 5 -biósidos, 5- monósidos y 3 -triósidos. Menos frecuente estos pigmentos pueden ser acilados, ácidos alifáticos (acético, malónico) o aromáticos
14
(p-hydroxi-benzoico, p-cumárico, cafeíco, ferúlico y sinápico) pueden ser ligados al azúcar unida a la 3 posición del pigmento.
I – Pelargonidina
R 1 = R2 = H
II – Cianidina
R1 = OH ; R 2 = H
III – Peonidina
R1 = OCH3 ; R2 = H
IV - Delphinidina
R1 = R2 = OH
V - Petunidina
R1 = OCH3 ; R2 = OH
VI- Malvidina
R1 = R2 = OCH3
Figura 01. Antocianinas naturalmente existentes 2.3.
FACTORES
QUE
INFLUYEN
EN
LA
ESTABILIDAD
DE
LAS
ANTOCIANINAS Siendo deficientes de electrones, el núcleo flavilium de las antocianinas es altamente reactivo y estos compuestos, por tanto, rápidamente
cambian hasta
estructuras indeseables y cambian de color bajo la diversidad de condiciones empleadas en el procesamiento y almacenamiento de productos alimenticios. Amplia evidencia ha sido acumulada durante los pasados años que indica el rango de destrucción de pigmentos antocianicos es acelerada por un pH alto, presencia de oxígeno, alta temperatura, presencia de ácido ascórbico, azúcares, enzimas, etc . (Shrikande, 1976).
15
a. pH. El color presentado por las antocianinas es grandemente influenciado por el pH del medio (Timberlake 1980). En el rango de pH ácido (1.0 o menos), los pigmentos antociánicos existen enteramente en la forma de sal flavilium que da el color rojo. Cuando se incrementa el pH en el rango de 4.0 a 5.0, la solución viene a ser menos coloreada. Esta decoloración es causada por la transformación de la sal flavilium de color rojo a la base carbinol de menos color. El incremento
en el pH de las soluciones de antocianina da un color
púrpura causado por la formación o estabilización de la forma de base anhidro quinoidal de los pigmentos. A pH comprendido entre 7 y 8, la anhidrobase se ioniza nuevamente y los pigmentos muestran un profundo color azul. En el almacenamiento de pigmentos en soluciones con este rango de pH, o posterior incremento del pH,
el color azul cambia ligeramente al
amarillo. Este color amarillo es causado por la formación de la calcona vía fisión del anillo de la anhidrobase. Cuando las soluciones de Antocianinas son acidificadas a pH menor o igual que 1.0, los pigmentos se convierten cuantitativamente en una forma de sales de flavilium coloreados nuevamente de rojo. Estos cambios estructurales, menciona Hrazdina (1974), fueron observados en antocianinas en su forma natural y a sales de flavilium sintéticas. En vegetales y frutas p rocesadas, el color dado por las antocianinas so n enteramente dependientes del pH y con frecuencia, el color mejora notablemente con un ajuste pequeño del pH. Esto es posible porque a un pH de 2.0 a 5.0, rango general de pH de muchas frutas y subproductos, existe un
16
equilibrio entre la forma de sal de flavilio de color rojo, la base carbinol decoloreada y la forma de base anhidro de color púrpura; y este equilibrio puede ser cambiado a la forma coloreada por acidificación. b. Temperatura Muchos estudios sobre la estabilidad de las antocianinas han indicado que estos pigmentos son fácilmente degradados por el calor, El porcentaje de degradación depende de la estructura de la antocianina, Adams (1973), mencionado por Furia (1978), concluyó que en el rango de pH de 2 a 4, la principal vía de degradación térmica de las antocianinas es la hidrólisis de la molécula de azúcar, seguido por la transformación de la antocianidina resultante a una calcona o alfadicetona (coloración amarillo pálido). Las antocianinas son reconocidas al variar el porcentaje de hidrólisis (Harborne 1958). Esto ha sido demostrado por Robinson, et al., 1966, citado por Shrikhande (1976), quienes incorporaron mono y diglucósidos de uvas rojas a los vinos blancos evaluando la estabilidad antes y después de almacenar los vinos a 48° C por 21 días. Ellos concluyeron que los monoglucósidos muestran mayor tendencia a la decoloración bajo almacenamiento que los diglucósidos, aunque este último grupo mostró un aumento de color marrón. Ellos observaron también que el grado de hidroxilación de la molécula también afectaba la estabilidad de la antocianina. Peonidina y malvidina proporcionan mayor estabilidad, mientras que la delfinidina monoglucósida es menos estable.
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Hrazdina et al (1970), observaron que la estabilidad de los pigmentos va en incremento cuando se aumentan los grupos metoxilos y decrecen cuando se aumentan los grupos hidroxilo. En vinos, los más estables fueron la malvidina 3,5 -diglucósidos seguidos de peonidina, petunidina, cianidina y delfinidina 3,5-diglucósidos. La velocidad de degradación de las antocianinas aumenta al elevar la temperatura. Existe una relación logarítmica entre la retención del color y la temperatura de los procesos de esterilización o almacenamiento. Por eso para mejorar
la retención de los pigmentos, se aconseja la aplicación de
tratamientos de alta temperatura, corto tiempo y el almacenamiento a bajas temperaturas. A título de ejemplo, podría decirse que el tiempo de calentamiento a 100°C, para la destrucción del 50% de pigmentos (vida media) es del orden de 1 hora; a 28°C (condiciones tropicales), unos 10 días; a 20°C, 50 -66 días, y a 0°C aproximadamente 10 meses (Markakis, 1974). c.
Oxígeno y peróxido de hidrógeno
Conjuntamente con la temperatura, el oxígeno es el agente a celerativo más específico en la degradación de pigmentos antociánicos en diversas frutas y vegetales (Nebesky et al, 1969). Daravingas y Cain (1968), demostraron que la retención de antocianinas en zarzamoras enlatadas mejoraba notablemente al realizar el
envasado en
atmósfera de nitrógeno o con vacío, comparados con aquellas llenadas en atmósfera normal (condiciones aeróbicas).
18
En cuanto a la acción del peróxido de hidrógeno se ha sugerido la posibilidad de que la destrucción inducida por el ácido ascórbico de antocianinas en fresas procesadas sea debida al H 2O2 formado durante la oxidación de este ácido (Shondeimer y Kertesz, 1948). d. Luz El efecto que tiene la exposición a la luz de los pigmentos antociánicos no está bien estudiado hasta el momento lo que conduce a cierta confusión. Los aglucones son rápidamente afectados por la luz. La cianidina expuesta en medio ácido a la luz difusa decrece su concentración en 10% en 6 horas y a la luz directa del sol, la pérdida es del 95%. La pérdida producida en glucósidos no ha sido aún bien determinada (Harper, 1957). e.
Ácido ascórbico y oxígeno
Si
bien
la
presencia de
ácido
ascórbico en
jugo
de
frutas
es
nutricionalmente importante, éste tiene un efecto perjudicial para las antocianinas. Beattie et al . (1974), fueron los primeros en mostrar los cambios en el color que ocurren conjuntamente con pérdida progresiva de ácido ascórbico. Starr y Francis (1968), demostraron el efecto del oxígeno y ácido ascórbico en el jugo del coctel de arándanos, A niveles más altos de oxígeno y ácido ascórbico se tienen menor estabilidad del pigmento. f.
Metales
Las antocianinas son únicamente estables en condiciones fuertemente ácidas. A causa de la inestabilidad de sus bases anhidro, estos compuestos favorecen la decoloración en el rango de pH de 4 a 6. Es muy posible que las antocianinas
19
en su estado original, existen efectivamente en forma estable, ya que muchas frutas se encuentran en este rango de pH. Varios investigadores han señalado que las antocianinas se estabilizan a través de la formación de complejos metálicos. Esto es evidente, ya que por ejemplo la adición del cloruro de aluminio ha sido bastante reconocida como un método de diferenciación de antocianinas o antocianidinas con dos grupos hidroxilo adyacentes al anillo B, de aquellas con solamente un grupo oxidrilo libre. Por ejemplo, Sistrunk y Cash (1970), estabilizaron el color del puré de fresas con la adición de sales de estaño; mientras que Wrolstad y Erlandson (1973) llegaron a la conclusión de que la estabilización del color rojo no fue debida al complejo de estaño con el principal pigmento (pelargonidina -3-glucósido), sino que ocurrió con Cianidinas liberadas de leucocianidinas incoloras. Starr y Francis (1973) estudiaron el efecto del cobre, fierro, aluminio y estaño sobre la estabilidad del color del jugo de arándanos. g. Azúcares La función de los azúcares sobre la estabilidad de las antocianinas es muy compleja. Se ha observado que la fructuosa es más perjudicial que la glucosa y que la sucrosa Con los pigmentos extraídos del jugo de uvas “concord”, la sucrosa fue más perjudicial que la glucosa. Esto nos indica que las especies reactivas en la degradación de antocianinas son furfural (F) e Hidroximetilfurfural (HMF) (Furia, 1978). Por lo tanto, son aún oscuras las informaciones respecto a los productos de degradación de antocianinas por los azúcares.
20
h. Enzimas En frutas recién cosechadas, la pérdida de antocianina ha sido atribuida a la actividad del sistema enzimático antocianasa y fenolasa (Wagen, et al., 1960); Sakamura, et al. (1965), mencionado por Shrikande (1976). La antocianasa hidroliza el protector 3-glicósido de las antocianinas para producir azúcares libres y agliconas inestables. Junto a la antocianasa, la polifenoloxidasa puede también contribuir a la destrucción de la antocianina por medio de la oxidación acoplada. Tratándose de compuestos polifenólicos, cabe esperar que resulten afectados por la polifenoloxidasa, pero no se ha confirmado la existencia de enzimas específicas oxidantes de las antocianinas. Se ha demostrado que las peroxidasas actúan sobre las antocianinas decolorándolos rápidamente en presencia de catecol. Se admite que este último actúa de compuesto intermediario, siendo oxidado, en primer lugar, por la acción de la enzima, a 0 - quinona, luego a su vez el antociano (Yufera, 1979). i.
Reacciones de condensación
Esto ha sido frecuentemente observado cuando aquellos jugos de frutas son almacenados por largos períodos de tiempo en donde pierden su típico color rojo, apareciendo simultáneamente colores marrón o rojo ladrillo. Por ejemplo, en la mermelada de fresa, después de un año de almacenamiento a temperatura ambiente, ya no aparece ninguna antocianina; ésta aparece de un color marrón rojizo. Es casual que los productos de degradación del pigmento
también
sean
coloreados. Diversos productos complejos de
21
condensación (peso molecular de 77’000,000) han sido aislados, así, en el jugo de una variedad de moras enlatadas se encontró pectinas, proteínas, metales y polifenoles. En el jugo de uva “Concord” se encontró antocianinas aciladas y metales (Furia, 1978). Aunque lo mencionado anteriormente sobre la degradación de antocianinas parece ser desalentador, desde un punto de vista de estabilidad del colorante, esto no necesariamente es así puesto que los pigmento s son probablemente lo suficientemente estables para acceder a los canales normales de mercadeo.
CAPITULO III METODOS DE EXTRACCION DE LA ANTOCIANINA
3.1. ANTECEDENTES. 3.1.1. A nivel internacional. Salinas, Rubio y Díaz (2005), Extracción y uso de pigmentos del maíz ( Zea mays L) como colorantes en
yogur.: “…Extracción y concentración del
pigmento: La extracción de las antocianinas a partir de la FPCA obtenida de cada muestra de maíz se efectuó usando dos disolventes distintos. Uno fue etanol: ácido acético: agua, en proporciones de 10:1:9; el otro fue metanol: ácido acético: agua, usando exactamente las mismas proporciones. El metanol es más efectivo que el etanol para la extracción de antocianinas, aunque su toxicidad impide que se pueda emplear cuando las sustancias extraídas se usarán para consumo humano. Sin embargo, la extracción se realizó con los dos disolventes para comparar los perfiles de antocianinas obtenidos cuando se emplea uno u otro. El extracto de antocianinas que se empleó en el yogur se extrajo a partir de 4 g de FPCA con 80 mL de solvente (mezcla de etanol: ácido acético: agua, 10:1:9 v/v). Se realizaron cuatro extracciones sucesivas. El extracto obtenido de cada muestra, fue concentrado hasta sequedad en un Rotavapor (Laborota 4010, Heidolph Instruments, Germany), a 40 °C, y redisuelto en ácido láctico al 3 % en agua, hasta tener un volumen aproximado de 10 mL. Se colocó en tubos ámbar y se guardó a temperatura de congelación hasta su análisis y/o aplicación al yogur. Se verificó la concentración del extracto antes de aplicarlo al yogur”.
23
3.1.2. A nivel nacional Araujo (1995), Estudio de la extracción del colorante de maíz morado (Zea mays L.) con el uso de enzimas: “…Para evaluar los principales factores que influyen en la extracción de antocianinas de Maíz Morado ( Zea mays L.) Se procedió a determinar el contenido de éstas en el grano y coronta y la relación en peso de cada uno de ellos. Los granos representan el 79.21% y la coronta el 20.79% en peso del maíz morado. Tomando en cuenta estos rendimientos, se tiene que por cada 100g de maíz morado entero se obtiene; 180.75mg de antocianinas a partir del grano y 699.58m g a partir de la coronta molida. Por estos resultados se decidió estudiar la extracción de antocianina a partir de la coronta. Los parámetros óptimos de maceración de la coronta molida para la extracción de antocianinas fueron; tiempo de 12 horas; temperatura ambiente (20°C); solvente utilizando agua – desionizada-acidulada (ácido sulfúrico 0.1%); pH 2 del solvente; relación de coronta/ solvente 1/10. Luego de la maceración se realizó una molienda húmeda. En una segunda etapa se estudió el uso de enzimas (complejos enzimáticos) tendientes a optimizar la extracción de antocianinas de la coronta, siendo el complejo enzimático Extrazyme (celulasa, β glucanasa, hemicelulasa, pectinasa y xylanas) el que permite aumentar en 24.3% dicha extracción con respecto al método convencional sin uso de enzimas. Luego se realizó estudios para determinar los parámetros óptimos de actividad enzimática, tendientes a optimizar la extracción. El índice de degradación (ID) de antocianinas, nos indicó la eficiencia de la aplicación de los parámetros.”
24
Fernández (1995), Extracción y pre-purificación de antocianinas de maíz morado: “…En una primera e tapa se estudió la influencia de los parámetros de maceración de la coronta y la combinación de maceración y calentamiento en el rendimiento de la extracción de antocianinas. Las condiciones óptimas para la extracción de antocianinas de la coronta fueron: tamaño de partícula 2 mm, solvente de maceración agua con 0.1 % de H 2SO4 (pH=2), relación materia prima/solvente de maceración 1/12, 12 horas de maceración a 20 °C y extracción en tres etapas a 80°C por 30 minutos cada una de ellas. En una segunda etapa, s e estudió la purificación del extracto, mediante precipitación con acetato de plomo básico y resinas de intercambio iónico: Amberlita® IRC -50 y CG-50 (intercambiadores catiónicos débiles) y Tulsion® T -42 (intercambiador catiónico fuerte). Se obtuvieron bue nos resultados mediante la precipitación con acetato de plomo básico a pH 6.0, recuperándose 90 % de antocianinas; cuando la precipitación se realizó a pH ácido (2 a 4) los rendimientos fueron bajos mientras que a pH alcalino (7 a 9) éstos fueron altos pero con índices de degradación elevados” . Quispe et al. (2006), Extracción del colorante a partir de la coronta de maíz morado por el método de lixiviación. Revista Científica UNASAM. “…El trabajo estudió los parámetros para la obtención de Antocianina por lixiviación de las corontas de maíz morado de Caraz. Las corontas del maíz morado fueron caracterizadas presentando una humedad de 12% que facilita la lixiviación, el rendimiento en coronta con respecto a la mazorca fue de 19.52%, que generan una relación entre la mazorca y la coronta de 5 a 1. El proceso de extracción
25
del colorante incluyó las operaciones siguientes: recepción,
selección,
desgranado, molienda, lixiviación, filtración, evaporación, secado y empacado. En el proceso de molienda por molino de martillo, la relación de reducción óptima fue de 100:1 que permitió tener un grado de molienda fina. Para la evaluación de la lixiviación en una sola etapa se usaron corontas molidas de grado grueso, mediano y fino, variando la preparación del extracto acuoso acidificado con ácido cítrico, con acidez iónica de 3.2, 3.1, 3.0; para temperaturas de extracción de 85ºC, 90ºC y 95ºC.
El rendimiento de la lixiviación se
maximiza cuando se usa coronta molida fina en agua acidulada con una acidez iónica de 3.2 a una temperatura de 9ºC en un tiempo de contacto de 70 minutos a volumen constante. El proceso de filtrado retiene mejor los sólidos insolubles como medios filtrantes de 170 Mesh. La lixiviación óptima permitió un rendimiento de 9.78% de antocianinas con la presencia de los pigmentos pelargonidina
y hirsutidina; por lo que es posible obtener antocianina por
lixiviación, con buenas características y estabilidad para el empleo en alimentos”.
3.2. DETECCIÓN Y AISLAMIENTO DE ANTOCIANINAS a. Métodos cualitativos La identificación de antocianinas es muy importante porque es un indicativo en taxonomía de plantas o Bioquímica sistemática. El contenido de antocianinas es usado también como un índice de maduración de frutas. En Ciencia de Alimentos, las antocianinas son monitores de la calidad y de adulteración de alimentos.
26
La identificación sistemática de antocianinas incluye 3 fases principales: extracción, purificación e identificación.
b. Métodos cuantitativos. Los métodos cuantitativos para antocianinas pueden ser divididos en dos categorías: a) Análisis de antocianinas frescas como por ejemplo las de frutas fres cas o jugo, y b) Análisis de antocianinas almacenados provenientes de jugos o productos procesados.
3.3. EXTRACCIÓN DE LA MATERIA COLORANTE. La extracción es una operación disfuncional que implica la disolución de un soluto en un solvente. Muchos productos orgánicos naturales se separan de su estructura original por medio de la extracción, lavado, lixiviación, etc (Treybal 1970 y Saux 1980). Se considera que el método a emplearse en la extracción está determinado por tres factores:
Cantidad de constituyentes solubles en el material.
Naturaleza del sólido que depende del tamaño de partículas.
Distribución de sólidos solubles en el material.
En un proceso de extracción se considera tres etapas (Zapata, 1978):
Cambio de fase del soluto disolvente en el solvente.
Difusión del solvente a través del sólido hacia el exterior.
27
Contacto del solvente con las partículas del soluto, esto es en la masa de la solución.
La primera etapa ocurre tan rápido por lo que sus efectos son despreciables respecto a la extracción total. En las células vegetales, específicamente los pigmentos, el material soluble se encuentra en el interior de la pared celular en los plastidios, por lo que se hace necesario romper la pared por efecto de una presión mecánica u osmótica que permita al contenido fluir al exterior.
3.3.1. ACCIONES PREVIAS A LA EXTRACCIÓN a.
Purificación. Es necesaria la purificación de los extractos para eliminar materiales extraños como otras sustancias fenólicas, pectina, etc., que pueden influenciar en la estabilidad y/o análisis de dichos pigmentos. La purificación de antocianinas para propósitos analíticos ha sido llevada a cabo primariamente mediante técnicas cromatografías, y tradicionalmente por cromatografía en papel. Varios métodos son descritos en la literatura para la purificación preliminar de antocianinas presentes en soluciones que contienen altas concentraciones de azúcar, tales como solvente de extracción; precipitación con acetato de plomo, mercurio y zinc; el empleo de columnas de poliamida y resinas de intercambio iónico.
b. Concentración. Es el proceso en el cual se separa por ebullición una parte del líquido contenido en una disolución o suspensión. Los fines principales de esta operación, según Brennan et al (1970) son:
28
-
Como una operación intermedia de un proceso, por ejemplo, antes del secado por atomización, secado en tambor, cristalización, etc.
-
La
disminución
del
volumen
de
líquido
para
reducir
los
costos del almacenamiento, embalaje y transporte. -
Para
aumentar
la
concentración de
sólidos
solubles
de
los
productos alimenticios, a fin de facilitar la preservación. En el caso de pigmentos naturales, durante la evaporación, se deben mantener baja la temperatura de ebullición y utilizar tiempos de residencia cortos de la solución en la zona de calefacción. Las temperaturas de ebullición evaporador.
se disminuyen Con
ello
reduciendo
la
presión
de
trabajo
del
es posible obtener diferencias de temperatura
satisfactoria con un medio de calefacción a temperaturas equivalentemente más bajas. Varios son los tipos de evaporadores que se pueden adquirir en el mercado. Su clasificación se da en función a la forma, configuración de la superficie de calefacción, y, en función de los medios empleados para proveer la circulación con agitación del líquido. Para productos sensibles al calor, los evaporadores rotatorios o de película barrida son los que cada día tienen mayor aplicación. c.
Secado. Es la operación básica con la que se extrae casi toda el agua normalmente presente en el producto alimenticio por evaporación o sublimación, resultante de aplicarle calor en condiciones perfectamente controladas.
29
Las razones para desecar son múltiples, siendo algunas las siguientes: - Facilitar la manipulación en algún tratamiento posterior. -
Permitir el uso satisfactorio del producto final.
-
Reducir los costos de transporte.
- Aumentar la capacidad de otros aparatos o instalaciones del proceso. - Conservar un producto durante su almacenamiento y su transporte. - Aumentar el valor y la utilidad de los desperdicios o los subproductos obtenidos. - Los métodos a usarse en esta operación según Brennan et al. (1970), se clasifican en: Secado con aire caliente: El alimento está en contacto con una corriente de aire caliente. El calor suministrado al producto es principalmente por convección. Secado por contacto directo con una superficie caliente: El calor suministrado al producto es principalmente por conducción y Secado por aplicación de energía procedente de una fuente radian te, de microondas o dieléctrica. Secado por congelación: Se congela la humedad contenida en el alimento y luego se la sublima hasta vapor, normalmente mediante la aplicación de calor en condiciones de presión muy bajas.
3.3.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXTRACCIÓN El proceso de extracción es afectado por varios factores como: a. Temperatura: El calor facilita el pasaje de agua a
través de las
membranas semipermeables de las células vegetales. Esta deberá ser lo
30
suficientemente alta para que permita una buena solubilidad del pigmento, sin llegar al extremo de hidrolizar al pigmento ni de solubilizar. Muchos estudios sobre la estabilidad de la antocianina han indicado que las antocianinas son fácilmente degradadas por el calor. La tasa de degradación depende de la estructura de la antocianina (Furia, 1978). Kan et al (1976), recomienda usar temperaturas comprendidas entre 60 – 90°C. b. Tamaño de partícula: La reducción del tamaño facilita la extracción de un constituyente deseado, contenido en una estructura compuesta (Brennan, 1970). Por lo tanto, para obtener una buena difusión del soluto en el solvente es necesario determinar el grado de molienda o fineza del producto. Así cuanto más pequeña sean las partículas mucho mayor es el área interfacial entre el sólido y el líquido; sin embargo, cuando el material es demasiado fino ofrece dificultades en la extracción ya que en algunos casos impide la libre circulación del líquido, la separación de las partículas del líquido y el drenaje del sólido residual resulta más difícil, y en algunos casos la ruptura de las células deja en libertad materiales indeseables. c. Agitación del solvente: Incrementa la difusión y por lo tanto aumenta la transferencia de material, desde la superficie de las partículas a la solución. El agitador debe tener una velocidad adecuada o moderada considerando lo siguiente (Zapata, 1978): -
Velocidad alta da rapidez a la mezcla.
-
Velocidad baja donde requiera baja potencia
31
d. Tiempo de extracción: El tiempo de extracción o difusión está en función inversa a los factores de temperatura y agitación. Pero generalmente se da el tiempo suficiente, como para lograr un buen contacto del sólido con el solvente. e. Equilibrio entre el solvente y el soluto: Es necesario encontrar una relación adecuada entre el solvente y la materia prima a ser extraída. Una proporción alta da lugar a extractos demasiado diluidos y si es muy baja no habrá buena difusión. El equilibrio se alcanza cuando el soluto se disuelve totalmente y la concentración de la solución que se forma es uniforme. f. Número de lavados: Es necesario determinar el número de lavados a que debe ser sometida la materia prima, para obtener un extracto con un grado de concentración lo suficientemente alto, y asimismo tratar de agotar completamente el soluto (Zapata 1978). g. Calidad del solvente: Un buen solvente debe ser selectivo y su viscosidad suficientemente baja para que pueda circular libremente. La concentración del soluto
aumentará
y
la
relación
de
extracción
disminuirá
progresivamente, debido a que la gradiente de concentración se va reduciendo; y porque la solución se hace más viscosa. Se ha mencionado diferentes solventes para la extracción de antocianinas, entre ellos tenemos: acetona, agua, etilen glicol, glicol de propileno, metil etil cetona, iso propanol, metanol y etanol. Los dos últimos son superiores al resto de solventes mencionados. La acetona es efectiva, pero aparentemente contribuye a la degradación de los pigmentos bajo un contacto prolongado. El agua es
32
conveniente pero menos efectivo (Chiriboga y Francis 1970). Como las antocianinas son estables a pH ácidos es necesario incluir ácidos orgánicos e inorgánicos. Se ha demostrado que el HCl estabiliza los pigmentos (Fuleki y Francis 1968a). En investigaciones recientes sobre extracción de antocianinas del maíz morado se demuestra que el ácido sulfúrico aumenta la eficiencia de extracción y da mayor estabilidad al pigmento; en cambio el ácido cítrico proporciona bajo porcentaje de extracción y aparentemente se produce cierta degradación del pigmento (Kan et al, 1976) Main et al (1978), señala que el ácido cítrico es menos corrosivo que el HCl y que los quelatos metálicos de ácido cítrico puede n tener efecto protector durante el secado por atomización.
3.3.3. MÉTODOS DE EXTRACCIÓN. a. Extracción
por
maceración:
Esta
extracción
es
sencilla.
Se
somete únicamente a la disolución del soluto en un solvente, dejando reposar hasta que el solvente penetre en la estructura celular, lo ablande y disuelva las porciones solubles, controlando convenientemente la temperatura y la
du ración
del proceso. Martin et al. (1965), recomienda que la
maceración se realice a una temperatura de 15 a 20° C. Si el tiempo de maceración es muy prolongado debe usarse conservadores para evitar alteraciones microbianas (Yúfera, 1979). La ventaja de esta extracción es producir un extracto con una concentración uniforme, sin embargo resulta
33
laboriosa, y para conseguir mejores rendimientos se requiere de mayor tiempo de extracción. En esta etapa se evalúa lo siguiente: -
Influencia del tiempo de maceración.
-
Influencia de la relación M.P/Solvente de extracción.
-
Influencia del ácido.
-
Influencia de la concentración del ácido.
-
Influencia de la temperatura de maceración
b. Extracción por el método de agitación mecánica o difusión: La extracción consiste en colocar la muestra con el solvente elegido en un vaso de precipitado y mediante un agitador mecánico se pone en contacto el solvente con la materia prima para obtener el colorante deseado (Cabezudo, 1973; Zapata, 1978). c. Extracción por cocciones: Los cocimientos son preparados líquidos que se confeccionan hirviendo con agua las sustancias vegetales (Martin et al., 1965). La muestra se coloca en un recipiente de vidrio, se agrega el solvente y se somete a ebullición por diferentes tiempos. La temperatura de extracción debe ser tal que no afecte a la estructura del colorante (Yúfera, 1979). En este método de extracción de la antocianina del maíz morado se evalúa: -
Influencia del número de etapas de extracción.
-
Influencia del tiempo y temperatura de calentamiento en la extracción.
d. Lixiviación: La lixiviación es la extracción en la que una mezcla o una fase sólida se descompone en sus componentes o en la que un componente
34
valioso se quita y recupera de una masa sólida mediante el tratamiento por un líquido. En general las operaciones que comprenden el tratamiento de sólidos por disolventes incluyen cierto número de circunstancias distintas. El sólido suele consistir en una mezcla heterogénea de varios constituyentes, uno o más de los cuales pueden ser líquidos o sólidos en disolución, pero puede ser una mezcla homogénea tal como una solución sólida o una sal doble. Los sólidos que se lixivian se hallan en una diversidad de formas físicas, y a menudo se requiere su desintegración para formar una gran superficie de contacto con el disolvente. Posiblemente, la clase más importante de las operaciones de lixiviación es la eliminación del componente soluble del interior del sólido inerte efectuado por un proceso lento de difusión a través de una membrana vegetal o animal. Son ejemplos, la recuperación del disolvente
de
aceites
de
semillas,
nueces
y sustancias vegetales
semejantes; los extractos medicinales; la extracción de taninos, trementina y colofonia a partir de la madera mediante el proceso por disolventes; de la clorofila a partir de la alfalfa; y la extracción del azúcar de remolacha por lixiviación con agua (Perry, 1979). Las fuerzas físicas que tienen efecto importante en la lixiviación son: gravedad, viscosidad, adherencia, fricción, ósmosis, capilaridad y solución (Martin et al, 1965).
35
3.4.
DIAGRAMA DE PROCESO DE EXTRACCION. Para la extracción del colorante de maíz morado (antocianina), se utiliza el flujo general de operaciones que se muestra en la Figura 02.
36
3.4.1. DESCRIPCIÓN DEL FLUJO DE OPERACIONES a. Selección Esta operación se efectuó manualmente, con el fin de separar las mazorcas que presentaban signos de deterioro, granos dañados o con indicios de pudrición. b. Lavado Se realizó utilizando agua a presión para eliminar suciedad e impurezas. c. Secado Esta operación tuvo por objeto lograr una disminución de la humedad de la mazorca de maíz hasta llegar a 11 -14 %, para así conservar sus características durante el almacenamiento. Se realizó en túnel de aire caliente a 2.80 m/seg y 50ºC de velocidad y temperatura de aire respectivamente. d. Desgranado El desgranado se realizó en forma manual, separándose el grano de la coronta, quedando así únicamente la coronta libre para la siguiente operación. e. Molienda Se realizó esta operación en un molino de martillo y cuchillas según sea el caso, con el objeto de aumentar la superficie de contacto interfacial entre soluto y solvente, y por lo tanto, aumentar la velocidad de extracción. f. Extracción Esta operación tuvo por finalidad separar las antocianinas de la coronta del maíz morado con disolventes apropiados. La extracción de la antocianina se realizó mediante dos métodos de extracción: La primera, por maceración para
37
determinar parámetros de extracción y la segunda, por calentamiento para aumentar la eficiencia de extracción. Esta operación se realizó en un evaporador rotatorio a una temperatura menor de 40ºC y a una presión de vacío de 70 mm de Hg.
3.5. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DEL COLORANTE a . Influencia del tamaño de partícula. Fernández (1995), realizó la extracción sobre la materia prima partida obtenida por molienda gruesa en el molino de martillo y coronta molida en un molino de disco a tres tamaños de partícula (10, 5 y 2 mm), estos resultados se muestra n en el cuadro 04. Cuadro 04. Influencia del tamaño de partícula en la extracción de Antocianinas de coronta de maíz morado. Dp (mm)
S.T (%)
mg Antocianina/100 g
Sin moler
1.345
625.90
10
1.603
795.8
5
1.652
896.2
2
1.736
947.05
Fuente: Fernández, N.A. (1995.) Para este rango de tamaño de partícula, Fernández (1995), observó que la cantidad de antocianinas extraídas aumenta a medida que el tamaño de partícula disminuye. Así mismo observó que se extrae mayor cantidad de sólidos cuando el tamaño de la partícula disminuye.
38
Cuadro 05. Evaluación de la influencia del tamaño de partícula en la Extracción de antocianinas. TAMAÑO DE
CON ENZIMA
SIN ENZIMA
PARTÍCULA Micrones
ASTM
AcyT
ID
°Brix
AcyT
ID
°Brix
> 1190 (µ m) 1190-500
16
1.05
1.6
2.4
1.03
1.8
795.8 (mg/100g) 827.1
1.30
35
625.9 (mg/100g) 652.5
1.32
2.9
500-315
50
899.7
1.15
3.1
858.9
1.34
3.0
315-150
80
999.1
1.26
4.0
883.2
1.36
3.4
< 150
100
1049.8
1.27
3.3
887.1
1.38
3.5
1120.5
1.28
3.8
890.2
1.38
3.7
MC*
Fuente: Araujo (1995).
MC* = corresponde al tamaño de partícula <150 µ m que fue pasado dos veces por el molino coloidal antes de la primera extracción. Estos resultados obtenidos por Araujo (1995), muestran la gran influencia del tamaño de partícula en la extracción de antocianinas. El mejor resultado que obtiene es cuando la coronta molida de menor tamaño de partícula (<150 µ m) es pasada dos veces por el molino coloidal, esto significa un incremento en 25.88% con respecto a la muestra no tratada con enzima.
39
b.
Influencia de diferentes enzimas en la extracción de antocianinas Los resultados preliminares de la evaluación del uso de diferentes enzimas en la extracción de antocianinas de la coronta molida del maíz morado, obtenidos por Araujo (1995), se muestran en el cuadro 06.
Cuadro 06. Evaluación de la extracción de antocianinas de la coronta con el uso de enzimas. CONCENTRACIÓN
ANTOCIANINAS
Neutrasa
0.00 (%) 0.01
860.5 (mg AcyT/100g) 500.5
Canalpha
0.01
747.6
Biomacerasa
0.05
786.6
Celluclast
0.01
880.5
Extrazyme
0.01
1068.6
ENZIMAS Sin enzima
Fuente: Araujo (1995)
Araujo (1995), observó que el uso de enzimas como proteasas (Neutrase), amilasas (Canalpha) o pectinasas (Biomacerase) no aumentan el rendimiento de extracción de las antocianinas; a pesar de ser esta última e nzima un complejo enzimático que contiene principalmente poligalacturonasa, proteasa, amilasa, y otras actividades colaterales como celulasa y hemicelulasa. Sin embargo, el uso del complejo enzimático Extrazyme permite aumentar
el rendimiento de extracción de
antocianinas. Con este tratamiento incrementa la extracción en 24.3% con respecto a la extracción sin enzimas, esto es debido a que Extrazyme contiene enzimas capaces de degradar la celulosa, hemicelulosa y xilanos que forman la fibra, componente más importante de la coronta.
40
c.
Influencia por maceración. i.
Influencia del tiempo de maceración
Los resultados de las
pruebas realizadas por Fernández (1995), para
la determinación del tiempo óptimo de extracción del colorante por maceración, se muestran en el cuadro 07. En dicho cuadro se puede observar que a medida que aumenta el tiempo de maceración aumenta la cantidad de colorante extraído.
Cuadro 07. Influencia del tiempo de maceración en la extracción de antocianinas. TIEMPO (hr)
AcyT(mg/100)
RENDIMIENTO (%) *
S.T. (%)
1
490.33
91.59
0.5665
3
499.80
93.36
0.5932
6
525.15
98.00
0.6152
12
532.48
99.47
0.6165
24
535.34
100.00
0.6230
48
515.07
96.21
0.6590
Fuente: Fernández (1995) Condiciones de maceración: Solvente: agua desionizada m/s
: 1/20
T°
: ambiente (oscuridad)
Extracción en una sola etapa * Tomado como 100% la extracción con 24 horas de maceración. * m/s : relación materia prima/solvente
41
El máximo de extracción se logra con 24 horas de maceración; sin embargo con tiempos de 6 y 12 horas se obtienen cantidades de antocianinas cercanas al valor máximo. De otra parte el empleo de tiempos prolongados de maceración no son convenientes ya que se extraen otros componentes como azúcares, pectinas, ácidos, sales, taninos, etc. y así mismo, facilitan el crecimiento de microorganismos (Yúfera 1979); esto explica el aumento de sólidos totales en el extracto. Por estas razones, Fernández (1995) seleccionó un tiempo de maceración de 12 horas para la realización de los siguientes ensayos. ii.
Influencia de la relación materia prima / solvente de extracción
Los resultados de los ensayos realizados por Fernández (1995), muestran que a medida
que
se
incrementa el
volumen
del
solvente,
aumenta
la
extracción de antocianinas. En cuanto a los sólidos totales se observa una relación inversa entre el volumen de solvente utilizado en la extracción y la concentración de sólidos totales en el extracto. En vista de que los resultados presentados por Fernández (1995), en el cuadro 08 muestran que la cantidad de antocianinas extraídas aumenta a medida que el volumen del solvente de maceración aumenta, no es posible llegar a determinar
la mejor proporción materia prima/solvente. Por esta razón
Fernández (1995.) realizó otro ensayo bajo las mismas condiciones de maceración, sólo que acá realizó una segunda etapa de extracción utilizando los mismos volúmenes de solvente (Cuadro 09).
42
Cuadro 08. Influencia de la relación materia prima / solvente de maceración en la extracción de antocianinas. m/s *
AcyT (mg/100)
% S.T
1/4 1/8 1 / 10 1 / 12 1 / 16 20
175.17 260.00 272.20 321.30 333.20 373.20
1.9092 1.2094 0.9720 0.8983 0.6530 0.5172
Fuente: Fernández (1995) Condiciones de maceración: Solvente: agua desionizada T°: refrigeración Tiempo de maceración: 24 horas Extracción en una etapa
Cuadro 09. Influencia de la relación materia prima/solvente de maceración en la extracción de antocianinas en dos eta pas. 1° Extracción
2° Extracción
m/s *
mg AcyT/100
mg AcyT/100
mg AcyT/100
S.T (%)
1/4
175.17
75.07
250.24
0.545
1/8
260.00
95.77
355.77
0.662
1 / 10
272.20
105.70
377.90
0.674
1 / 12
321.30
120.49
441.00
0.741
1 / 16
333.20
108.92
441.12
0.643
1 / 20
373.20
104.30
477.50
0.662
Fuente: Fernández (1995) Condiciones de maceración:
Extracto Total
43
Solvente: agua desionizada T° maceración: refrigeración Tiempo de maceración: 12 horas m/s : relación materia prima/solvente
En el cuadro 09 se observa que a medida que aumenta el volumen de maceración la cantidad de antocianinas extraídas aumenta ; sin embargo el incremento en
la extracción es menos importante a partir de la relación materia
prima/solvente 1/12. con el fin de verificar estos resulta dos, Fernández (1995) realizó un ensayo adicional que consistió en extraer la materia colorante por calentamiento durante 10 minutos a temperaturas comprendidas entre 40 a 100°C, previa maceración, con dos proporciones de materia prima/solvente (1/12 y 1/2 0). Los resultados obtenidos fueron reportados en el cuadro 10; donde se observa que a temperaturas altas (80 y 100°C), se extrae mayor cantidad de antocianinas cuando se usa menor cantidad de solvente. Considerando esto y además que el uso de un volumen d e extracción menor facilita la operación de concentración de colorante es que Fernández (1995) consideró una proporción materia prima solvente de 1/12 para la maceración y extracción de antocianinas. En el cuadro 10 se muestra la influencia de la relación materia prima/solvente de maceración y extracción de antocianinas a diferentes temperaturas. y se utiliza las siguientes Condiciones de maceración:
44
Solvente: agua – H2SO4 Concentración de H 2SO4: 0.1% Tiempo de maceración: 12 horas Temperatura de maceración: 20° Tiempo de calentamiento para la extracción: 10 minutos
Cuadro 10. Influencia de la relación materia prima/solvente de maceración y extracción de antocianinas a diferentes temperaturas. Relación 1 /12
Relación 1/20
T° (°C)
mg AcyT1
Mg AcyT2
40
591.45
613.14
60
687.60
700.81
80
878.62
783.71
100
925.05
863.24
Fuente: Fernández (1995) iii.
Influencia del ácido
Fernández (1995) realizó ensayos de maceración con diferentes solventes ácidos: agua + HCl, agua + H 2SO4, buffer citrato y buffer ace tato. De los ácidos empelados en esta prueba, el sulfúrico y el clorhídrico proporcionan mayor cantidad de antocianinas totales respecto a los buffer citrato y acetato. El ácido clorhídrico tiene ligera ventaja frente al sulfúrico.
45
Cuadro 11. Influencia del ácido empleado en la maceración para la extracción de antocianinas. Acido
pH
mg AcyT/100
% S.T
TR*
HCl
1.90
547.45
16.39
RR
H2SO4
1.90
535.45
11.36
RR
Cítrico
3.90
240.91
12.04
MM
Acético
3.90
368.13
12.05
MM
Fuente: Fernández (1995) Condiciones de maceración: Solvente: agua desionizada Temperatura: refrigeración Tiempo de maceración: 12 horas Relación m/s: 1/20 Concentración de ácido: 0.1% Extracción en una etapa * Resultado de termoresistencia (110°C x 1 hora), en donde: RR significa rojo intenso MM significa marrón.
Así mismo, Fernández (1995)
realizó la prueba de resistencia al calor (ver
cuadro 11), en donde los extractos conteniendo buffer acetato y citrato cambian completamente su coloración rojiza por una coloración marrón que indica deterioro de las antocianinas. Esto confirma que las antocianinas son más estables al calor en ácidos inorgánicos (Shrikhande (1976); de otra parte el uso de concentraciones iguales de estos ácidos dan valores de pH menos ácidos (pH=3.9)
46
para el citrato y el acetato, a este valor de pH las antocianinas son menos estables al calor. Fernández (1995), con el fin de uniformizar los resultados realizó un ensayo a diferentes valores de pH. Los resultados obtenidos se muestran en el cuadro 12 y las condiciones de maceración. Se puede notar en
el
cuadro 12, que los ácidos inorgánicos dan
mayores rendimientos de extracción de antocianinas; no se observa diferencias significativas entre el ácido clorhídrico y sulfúrico. De otra parte se observa una mayor concentración de sales cuando se usan citrato y acetato, esto es debido a que en estos casos se emplea mayor cantidad de ácido para regular el pH. Cuadro 12. Influencia del solvente y del ph utilizado en la maceración para la extracción de antocianinas. Solvente
pH
mg AcyT
% S. T.
H2O – HCl
3.0
517.92
0.620
H2O – HCl
4.0
446.03
0.614
H2O – HCl
5.0
447.60
0.625
H2O – H2SO4
3.0
474.54
0.656
H2O – H2SO4
4.0
483.71
0.653
H2O – H2SO4
5.0
489.00
0.652
Buffer citrato
3.0
202.65
1.918
Buffer citrato
4.0
212.83
2.253
Buffer citrato
5.0
297.86
2.820
Buffer acetato
3.0
202.65
0.613
Buffer acetato
4.0
231.16
0.727
Buffer acetato
5.0
329.84
1.253
Fuente: Fernández (1995)
47
Solvente: agua desionizada – acido T° extracción: refrigeración Tiempo de extracción: 24 horas Relación m/s: 1/20 Extracción en una etapa De
todo ello, Fernández (1995.) afirma que tanto el clorhídrico como el
sulfúrico son los ácidos que dan mejores resultado en la extracción; sin embargo Shrikande (1976), recomienda usar HCl porque producen sales de cloruro con antocianinas, las que minimizan la descomposición de los pigmentos acilados; mientras que kan et al., 1975, menciona que el ácido sulfúrico tiene un efecto superior respecto al clorhídrico y además no
es venenoso porque es
neutralizada con carbonatos de calcio que son fácilmente removibles. Fernández (1995), por la dificultad para seleccionar el HCl o como solventes para la extracción,
H2SO4
dejó almacenado en refrigeración
muestras de los extractos obtenidos con dichos ácidos, los cuales fueron observados periódicamente. Las muestras que fueron obtenidas con HCl después de un cierto período de almacenamiento presentaron un precipitado marrón
oscuro,
mientras
que
los extractos obtenidos con
H2SO4
permanecieron estables por tres meses. Por esta razón y porque además el HCl se caracteriza por ser corrosivo, Fernández, N.A. (1995.) decidió utilizar H2SO4 en las pruebas siguientes.
48
iv.
Influencia de la concentración del ácido sulfúrico
En esta etapa, Fernández (1995) evaluó la influencia de la concentración del ácido en el solvente de maceración empleado para extraer las antocianinas. Determinó el pH del solvente, concentración de antocianinas, sólidos totales y resistencia al calor. Estos resultados se muestran en el cuadro 13. Cuadro 13.
Influencia de la concentración de ácido en la extracción de antocianinas por maceración.
% Acido
pH
AcyT (mg/100)
S. T (%)
TR*
0.05
2.15
606.64
0.6315
RR
0.10
1.90
628.31
0.8580
RR
0.50
1.25
659.67
1.4808
VM
1.00
1.20
631.16
1.8860
VM
2.00
0.90
609.57
2.9460
VM
Fuente: Fernández (1995) Condiciones de maceración: Solvente: agua – ácido sulfúrico Temperatura: refrigeración Tiempo de maceración: 24 horas Relación m/s: 1/20 Extracción en una etapa * Termoresistencia (120 °C x 24 horas) en donde: RR significa coloración rojo intenso VM significa coloración violeta marrón (rojiza)
49
Como se puede observar a medida que se aumenta la concentración de ácido, el pH disminuye; asimismo, el porcentaje de sólidos
totales aumenta. Sin
embargo, la cantidad de antocianinas extraídas aumenta sólo hasta una concentración de H2SO4 de 0.5% (pH=1.25), a concentraciones mayores de ácido disminuye la cantidad de antocianinas; esta disminución es debida probablemente a una de gradación parcial de las antocianinas en medios muy ácidos. En cuanto a la resistencia al calor los extractos obtenidos con concentraciones de H 2SO4 de 0.05% y 0.1% tuvieron buena resistencia a la temperatura de 100°C por 1 hora, dando una coloración rojo intensa; mientras que los extractos obtenidos con 0.5 a 2% de ácido mostraron un color violeta-marrón, que indica degradación de las antocianinas. Por estas razones, Fernández, N.A. (1995.) considera que la concentración de H2SO4 más adecuada en el solvente de maceración es de 0.1%.
v.
Influencia de la temperatura de maceración
El resultado de la influencia de la temperatura de extracción por maceración, obtenido por Fernández (1995.), se muestra en el cuadro 14 . Se puede observar que, tanto los sólidos tota les como la cantidad de antocianinas totales se incrementan en relación directa con la temperatura de operación. De otra parte, a la temperatura de 40°C de maceración se observa una degradación del color.
50
Cuadro 14.
Influencia de la temperatura
de maceración en la extracción
de antocianinas. T°
pH
AcyT (mg/100)
S. T. (%)
DC*
4
2.15
501.12
0.500
2.351
10
2.1z
508.60
0.5975
2.350
20
2.15
532.48
0.6176
2.204
40
2.15
613.14
0.6405
2.018
Fuente: Fernández (1995)
Condiciones de maceración: Solvente: H2O : H2SO4 Concentración del ácido: 0.1% Tiempo de maceración: 12 horas m/s: 1/20 * DC = degradación del color
Fernández (1995), observó que en el tratamiento de maceración a temperatura de 40°C se presentan signos de deterioro microbiano y una pérdida de color por degradación térmica de aproximadamente 15%, por lo que descartó esta temperatura. Si bien los extractos macerados a las temperaturas de 4° y 10°C no sufrieron alteración microbiana alguna, la cantidad de antocianinas totales presentes fueron muchos menores que aquél macerado a la temperatura ambiente. Por lo tanto eligió como temperatura adecuada de maceración 20°C, que concuerda con lo recomendado por Martin et al., (1965).
51
d. Influencia por calentamiento.
i.
Influencia del número de etapas de extracción Como es necesario agotar la materia colorante de la coronta del maíz morado, Fernández (1995) realizó un estudio para determinar la influencia del número de etapas en la extracción de antocianinas. En el cuadro 15 se refleja el efecto de las 4 extracciones sobre la cantidad de antocianinas extraídas. Cuadro 15. Influencia del número de etapas en la extracción de antocianinas. Etapas
Vad
Vrec
AcyT (mg/100)
% E*
1
100
81
519.49
57.45
2
100
96
189.26
20.93
3
100
98
142.76
15.79
4
100
101
52.71
5.82
TOTAL
400
376
904.22
100.00
Fuente: Fernández (1995) Condiciones de extracción: Solvente: 0.1% H2SO4 – agua pH: 2.0 m/s: 1/10 T°: 60°C tiempo: 15 minutos * Porcentaje de extracción Vad = volumen adicionado para la extracción Vrec = volumen recuperado en la extracción
52
Se observa que la primera extracción tiene mayor cantidad de antocianinas, representando un 57.45% de la extracción; la segunda y tercera extracción representan 20.93 y 15.79 % respectivamente, y la última sólo un 5.82%. De acuerdo a este resultado, Fernández, N.A. (1995.) consideró que se puede realizar 3 extracciones ya que se obtuvo un extracto con un grado de concentración lo suficientemente alto (94.18% del total extraído).
ii.
Influencia del tiempo y temperatura de calentamiento en la extracción Los resultados obtenidos por Fernández (1995), sobre la influencia del tiempo y temperatura de calentamiento se reportan en los cuadros 16 y 17. .Cuadro 16. Influencia del tiempo y temperatura de calentamiento en la extracción de antocianinas (expresado en mg acyt/100 g)
Tiempo
TEMPERATURA (°C) 60
70
80
90
(min) 15
796.20
942.13
986.87
883.96
30
789.95
914.33
1002.55
833.81
45
900.58
651.25
739.00
787.52
60
935.23
867.83
760.00
652.20
Fuente: Fernández (1995) Como se observa en el cuadro 16 , a la temperatura de 60°C la extracción de antocianinas aumenta a medida que se incrementa el tiempo de extracción; mientras que a temperaturas de 70, 80 y 90°C aumenta inicialmente, pero a tiempos prolongados de exposición al calor (45 y 60 minutos), disminuye el contenido de antocianinas extraído. Asimismo se observa una mayor extracción
53
de antocianinas en el tratamiento de 80°C por un tiempo de 30 minutos. Se puede observar que a 90°C se extrae menos antocianinas que a 70 y 80°C lo cual podría indicar una influencia negativa del calor sobre las antocianinas.
Cuadro 17. Influencia del tiempo y temperatura de calentamiento en
el
contenido de sólidos totales del extracto. Tiempo
TEMPERATURA (°C) 60
70
80
90
(min) 15
1.357
1.440
1.492
1.504
30
1.448
1.443
1.564
1.602
45
1.447
1.547
1.721
1.637
60
1.576
1.539
1.853
1.631
Fuente: Fernández (1995)
En el cuadro 17, se observa una tendencia al aumento de los sólidos totales con el aumento del tiempo y temperatura de extracción, sin embargo, estos incrementos no indican necesariamente presencia de antocianinas, puede extraerse además otros flavonoides o taninos que tienen diferente longitud de onda de máxima absorción. De lo expuesto, Fernández (1995) concluye que el tratamiento a 80°C por 30 minutos es el que rinde mayor cantidad de antocianinas con menos productos de degradación, por lo que considera de calidad muy aceptable. Esto concuerda con lo recomendado por Kan et al., 1975, de aproximadamente de 60 – 90 °C por un tiempo de 1 hora en la extracción de antocianinas de maíz morado.
54
e.
Influencia por maceración con el uso de enzimas i.
Influencia de la concentración de enzima (Extrazyme)
Araujo (1995), luego de la evaluación de la concentración del complejo enzimático (Extrazyme) en la extracción de antocianinas de la coronta del maíz morado, obtuvo los resultados que se muestran en el cuadro 18. Se puede observar que la cantidad de antocianinas extraídas llega a un máximo de 1076.5 mg AcyT/100 g, cuando la concentración de enzimas utilizadas es de 0.0 5% (referido al peso de la coronta); pero conforme se incrementa esta concentración, la cantidad de antocianinas extraídas disminuye. Cuadro 18. Evaluación de la influencia de la concentración de enzima en la extracción de antocianinas de la coronta. CONCENTRACIÓN DE
CON ENZIMAS mg AcyT/100
ID
SIN ENZIMAS mg AcyT/100
ID
ENZIMA (%) 0.025
993.7
1.33
944.6
1.34
0.05
1076.50
1.42
944.5
1.35
0.1
1041.00
1.39
944.6
1.35
0.2
1035.00
1.38
944.4
1.35
Fuente: Araujo (1995) Condiciones de extracción: T° de acción enzimática: 50°C Tiempo de acción enzimática: 1 hora Tamaño de partícula: 150 µ m – 315 µ m Tiempo de primera extracción: 7 minutos T° primera extracción: 85°C
CAPITULO IV APLICACIÓN DE LA ANTOCIANINA EXTRAIDA DEL MAIZ MORADO EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA -
De acuerdo con la armonización internacional de las normas sobre aditivos alimentarios, la antocianina de maíz morado fue aceptada como un agente colorante natural desarrollado por el Japón para el uso en los alimentos.
-
En Japón y EE.UU, el maíz morado ha sido ampliamente utilizado en la elaboración de diversos alimentos, como bebidas, dulces y postres congelados, desde su introducción comercial como agente colorante natural para alimentos en 1974.
-
La producción exitosa de color maíz morado en una escala industrial ha contribuido enormemente al enriquecimiento de la tonalidad y la expansión de la demanda de colorantes naturales con pigmentos de antocianina.
-
El principal insumo con respecto al maíz morado es la coronta, que es utilizado en las industrias de colorantes naturales por su alto contenido de antocianina.
Salinas (2005) realizó un estudio de aplicación y evaluación de la antocianina del maíz morado en el yogur. Definió como unidad experimental 100 g de yogur base, a los cuales adicionó 1 mg del extracto de antocianina, el cual lo incorporó mediante agitación manual. Estableció cuatro tratamientos correspondientes a los cuatro extractos de cada una de las muestras de maíz estudiadas y dos repeticiones por tratamiento. Las variables evaluadas fueron: pH, color, apariencia física (formación de grumos o gránulos de color).
56
El color de los yogures coloreados por Salinas (2005) con cada uno de los cuatro extractos fue diferente desde el primer día, no obstante que la concentración de antocianinas incorporada al yogur fue la misma para todos (cuadro 19). La luminosidad del yogur coloreado con los extractos de arrocillo y peruano fue menor que la registrada en los yogures coloreados con los extractos del grano de las variedades cónico y purepecha, pero en todos los casos el valor de esta variable fue mayor que la del yogur comercial de fresa, empleado como referencia. Los valores de tono o matiz para los yogures coloreados con los dos primeros extractos fueron menores de 21°, que corresponden a un color rojo con tonalidades de rosa. En el caso del yogur coloreado con los extractos de cónico y purepecha, los valores del tono o matiz fueron de 35.4 y 30.4°, respectivamente, y el color se observó menos intenso.
Cuadro 19. Color de los yogures teñidos con los extractos de antocianinas. VALORES INICIALES
VALORES FINALES
MAIZ L
Hue
Croma
L
Hue
Croma
Arrocillo
81.6
20.5
7.4
79.1
43.7
6.0
Peruano
82.4
16.9
7.4
82
44.2
5.7
Purepecha
85.4
30.4
6.7
82.6
55.8
5.7
Cónico
87.1
35.4
7.5
81.9
63.7
78.7
16.4
13.4
Yogur comercial
de
fresa Fuente: Salinas (2005)
5.6
57
Salinas (2005) afirma que ninguno de los yogures coloreados con los extractos de antocianinas igualó los estándares de color del yogur comercial de fresa usado como referencia, ya que la industria emplea mezclas de colorantes para lograr los colores que desea, por lo que sería muy difícil con un solo extracto alcanzar tales valores. Los mayores cambios de color en los yogures
teñidos
se
observaron durante
los primeros diez días de
almacenamiento y consistieron en una reducción del tono rojizo, con disminución de la luminosidad y de la pureza del color, sin embargo estos cambios no fueron evidentes a simple vista, por lo que es viable colorear alimentos de bajo pH con extractos de antocianinas líquidos obtenidos de los granos de maíz estudiados.
58
CONCLUSIONES
-
La extracción del colorante (antocianina) del maíz morado se da principalmente por los siguientes métodos: Por maceración, en la cual evaluaron los factores que influyen en la extracción como: tamaño de partícula, tiempo de maceración, relación materia prima (m)/solvente(s), evaluación de solventes (ácidos y su concentración) y temperatura de maceración. Por calentamiento, donde evaluaron el número de etapas de extracción, el tiempo y la temperatura de extracción. Por maceración con de uso de enzimas, donde evaluaron la influencia de la concentración de la enzima en la extracción de la antocianina del maíz morado.
-
El mejor método para extraer antocianina a partir del maíz morado es el método de maceración, ya que se obtiene un rendimiento de 85%
-
El mejor resultado que obtiene es cuando la coronta molida de menor tamaño de partícula (<150 µ m) es pasada dos veces por el molino
coloidal, esto
significa un incremento en 25.88% con respecto a la muestra no tratada con enzima. -
La aplicación del colorante de maíz morado como pigmento en alimentos ha estado limitado por su susceptibilidad, entre otros factores, al pH y
a la
temperatura, por lo que es viable colorear alimentos de bajo pH (como es el caso del yogur) extractos de antocianinas obtenidos del maíz morado.
59
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