Extracción de Colorante Bixina a Partir de La Utilización de Semillas de Achiote

UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPÁN FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL Y COMERCIO EXTERIOR

INFORME N° 01 EXTRACCIÓN DE COLORANTE BIXÍNA A PARTIR DE LA UTILIZACIÓN DE SEMILLAS DE ACHIOTE

DOCENTE ING. WALTER B. SÍMPALO LÓPEZ

CURSO INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL III

ALUMNO CRISTHIAN SARANGO CÓRDOVA IVAN CRUZ NINAQUISPE ALFREDO SALAZAR GARCÍA PATRICIA SAAVEDRA BRAVO

PIMENTEL, ABRIL DEL 2014

I.

Introducción El cultivo de achiote ha adquirido importancia, principalmente, por la presencia de colorante en la semilla. Este colorante natural, como otros, está desplazando a los colorantes sintéticos por los efectos que éstos ocasionarían al utilizarse en la dieta humana. Además, la Organización Mundial de la Salud, considera al colorante obtenido del achiote como uno de los pocos permitidos, por no ser tóxico y no alterar el sabor de los alimentos (Hernández, 1988). Estos aspectos han incrementado su exportación. Este colorante se usa en la industria alimentaria para la coloración de mantequillas, margarinas, quesos, yogurts, aceites, néctares, productos de panadería y confitería (SGS, 1991). El presente trabajo tuvo como objetivo obtener la extracción de colorante a partir de semillas de achiote (Bixa orellana L.).

II.

Fundamento Teórico Nombre común: Achiote Otros Nombres Comunes: Colombia y Perú: Achote, achiote, onoto, bijo, bija, urucu., pumacoa. Ingles: Annato-tree. Alemán: Orleans Baum. Nombre científico común: Bixa orellana Taxonomía Familia: Bixaceae. Género: Bixa. Especie: orellana Fruto: Es una cápsula dehiscente de forma hemisférica, ovoide, elipsoidal o cónica carnosa, de 3 a 5 cm. de largo recubierto por espinas rígidas o flexibles de tamaño variable que puede llegar a 6 mm, ocasionalmente ausentes; presenta 2 valvas recubiertas internamente por una membrana placentaria a la cual están adheridas las semillas, aproximadamente 50 de color rojo vivo hasta amarillo dependiendo del cultivar.

Semillas: Pueden ser de forma cónica o triangular, de 3 a 4 mm de base y 3 a 4 mm de altura, las cuales están cubiertas por una membrana fina y blanquecina, debajo de esta se encuentra una capa roja y carnosa en donde se encuentran los pigmentos colorantes o tinte. Conforme madura el fruto aparecen en la superficie de las semillas en papilas rojas que llegan a cubrirlas por completo. El pigmento que se encuentra en las semillas constituye alrededor del 4-5% del peso total de las mismas.

Zonas de Producción: El Perú ofrece condiciones ecológicas óptimas para su cultivo en la costa, valles interandinos y en la selva. En la costa: en huertos familiares desde Tumbes hasta Moquegua. En la Ceja de Selva: Tingo María, Satipo, Apurimac, Cusco y Cajamarca, también en huertos pequeños incluso en Selva Baja. A nivel mundial se cultiva en Kenia, India, Ecuador, Brasil, República Dominicana, Colombia, Bolivia, Bélice, Costa de Marfil, Costa Rica, Guatemala, Guyana, Haití, Jamaica, México, Sri Lanka, Surinam, Angola, Nigeria, Tanzania, Filipinas, Hawai Fundamento sobre la extracción del colorante Los colorantes son sustancias de color intenso que puede usarse para producir un alto grado de coloración cuando se dispersan en otros materiales o se hacen reaccionar con los mismos mediante un proceso que, cuando menos temporalmente, destruye la estructura cristalina de la sustancia. Este último punto es la característica que distingue a los colorantes de los pigmentos, que casi siempre se aplican en forma de agregados a cristales insolubles. La mayoría de los colorantes naturales son de origen vegetal; pueden ser compuestos puros o productos de extracción. Estos últimos son obtenidos de materia primas alimentarias y pueden ser asociadas en otras moléculas. Entre los más importantes encontramos a los carotenoides, que son un grupo de compuestos solubles en lípidos, ampliamente distribuidos en el reino vegetal. Tienen dos funciones, principales en las plantas durante la fotosíntesis y como materia colorante en flores y frutos, aparecen como flores amarillas, mientras que en los frutos son también de color rojo o naranja. La bixina es el principal pigmento de achiote, es un carotenoide natural soluble en aceite que se forma naturalmente en la superficie de la semilla de Bixa orellana L. Este pigmento natural se puede obtener mediante separación por métodos de cromatografía. Su punto de ebullición es de 198 °C. Es soluble en acetona, cloroformo y soluciones acuosas alcalinas, es soluble en agua, ligeramente soluble en alcohol etílico propilenglicol, etc. La bixina es muy estable entre 60-80 °C e inestable por encima de 80 °C el colorante crudo es de color rojo anaranjado y posee un color amargo. Existen preparaciones de Bixina, los extractos solubles en agua, la norbixina es muy soluble en agua, la elaboración de soluciones (0.5 – 4% de norbixina) por hidrolisis alcalina es una práctica comercial usual y es frecuente mente llamado annato de simple poder. El método de extracción del pigmento denominado solución de Hidróxido de Sodio, se realiza a través de una reacción química, donde un átomo de hidrogeno del grupo carboxilo del compuesto de bixina es remplazado por un átomo de sodio de Hidróxido de Sodio formándose una sal llamada bixinato de sodio, luego se acidifica la solución de bixina de sodio con ácido clorhídrico al 1.5N para poder lograr precipitar un colorante constituido por bixina.

La norbixina es un pigmento carotenoide soluble en agua (Hidrosoluble) formado de Bixina mediante hidrolisis alcalina Colorantes (Bixina y Norbixina). Hay dos productos principales de achiote, la Bixina y la Norbixina, el pigmento se encuentra en la superficie de la porción carnosa (arilo Rojo- Naranja) que envuelve a la semilla de achiote. Son compuestos algo diferente químicamente entre ellos, siendo la Bixina soluble en las grasa e insoluble en el agua, y Norbixina en la inversa, el aceite extraído de semilla es la principal fuente de los pigmentos Bixina y Norbixina, clasificados como carotenoides. Como el resto de los carotenoides, los extractos de achiote son susceptibles a la degradación oxidativa. La pérdida del color también ocurre por la exposición prolongada a la luz, temperatura elevada y la presencia de dióxido de sulfuro (Preston y Richard, 1980); desde que se conoce la Bixina en la naturaleza, su estereoquímica a sido objeto de investigación. La Bixina es insoluble en agua ligeramente soluble en etanol y fácilmente soluble en éter y en los aceites. Su espectrometría máxima en Cloroformo es de 502 Nm, y de la Norbixina en solución diluida de KOH es de 482 Nm (Norma oficial Mexicana NOM – 119-ssa1 1994)

III.

Objetivos 

General: -



Generar un extracto, a partir del uso de un sólido (grano de Achiote); y de un disolvente (Hidróxido de Sodio y Alcohol Etílico)

Específicos -

Determinar el fundamento de extracción de colorantes naturales.

-

Extraer el colorante crudo de achiote (Bixina)

-

Realizar la extracción de la Bixina mediante el uso de diferentes diluyentes orgánicos.

IV.

Materiales: 

06 vasos de precipitado de 250 mL.



06 vasos de precipitado de 600 mL.

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01 vasos de precipitado de 1000 mL.



02 varillas de agitación.



01 colador.



Alcohol (C2H6O).



Hidróxido de Sodio (NaOH).

V.

Procedimiento Experimental Experimento N° 01 (Alcohol + Achiote) -

Agregar 20.03 g. de semilla de achiote en un vaso de precipitado de 250 mL. Figura 5.1 Grano de Achiote destinado para la extracción de Bixina

FUENTE: Elaboración propia -

Medir 50 mL de alcohol. Figura 5.2 Medida de diluyente orgánico destinado a la extracción de Bixina

FUENTE: Elaboración propia

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Agregar los 50 mL de Alcohol, luego agitar constantemente para extraer el soluto (Bixina), contenido en el sólido (semilla de achiote). Figura 5.3 Adición del diluyente natural en recipiente contenedor del grano de Achiote

FUENTE: Elaboración propia

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Utilizar el colador para separar el refinado del extracto. Figura 5.4 Filtrado del Extracto

FUENTE: Elaboración propia

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Verter el refinado nuevamente en un vaso de precipitado de 250 mL. Con 50 mL. De alcohol. Figura 5.5 Vertido del refinado destinado para repetir el proceso de extracción

FUENTE: Elaboración propia

-

repetir el proceso como se muestra en el gráfico a continuación. Figura 5.6 Gráfico que describe el proceso de extracción

FFUENTE: Elaboración propia

Experimento N° 02 (Hidróxido de Sodio + Achiote) -

Preparar en un vaso de precipitado de 1000 mL, una solución de 4 g. de soda caustica en un 1 Lt. De agua para formar un dilución de NaOH 0.1 N. Figura 5.7 Preparación de Hidróxido de Sodio (0.1 N)

FUENTE: Elaboración propia

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Agregar 40 g. de semilla de achiote en un vaso de precipitado de 600 mL. Figura 5.8 Grano de Achiote destinado a la extracción de Bixina

FUENTE: Elaboración propia

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Agregar 100 mL. De NaOH a los 40 g. de semilla de achiote. Figura 5.9 Grano de Achiote destinado a la extracción de Bixina

FUENTE: Elaboración propia

-

Agitar constantemente para extraer el soluto (Bixina), contenido en el sólido (semilla de achiote). Figura 5.10 Extracción de Bixina mediante el uso de un diluyente orgánico

FUENTE: Elaboración propia

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Utilizar el colador para separar el refinado del extracto. Figura 5.11 Filtrado de Extracto

FUENTE: Elaboración propia

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Verter el refinado nuevamente en un vaso de precipitado de 600 mL. Con 100 mL de NaOH. Figura 5.12 Vertido del refinado destinado para repetir el proceso de extracción

FUENTE: Elaboración propia

-

Repetir el proceso como se muestra en el gráfico a continuación. Figura 5.13 Gráfico que describe el proceso de extracción

FUENTE: Elaboración propia VI.

Resultado En el procedimiento utilizado, establecido en dos experimentos presentamos los resultados obtenidos respectivamente. En el primero donde utilizamos el disolvente (Alcohol) obtuvimos un extracto (componente valioso) producto de la extracción con un tono anaranjado claro de mejor calidad pero en menor rendimiento debido a que el sólido (achiote) se iba perdiendo con cada extracción realizada, luego de un periodo de tiempo tras haber repetido el proceso el extracto llego a sedimentarse formando una zona rojo-naranja en la superficie del vaso. De modo que en el segundo experimento donde utilizamos el disolvente (hidróxido de sodio) obtuvimos un extracto (componente valioso) con un tono rojo oscuro donde su calidad no es tan sobresaliente pero si en su rendimiento es notable cada vez que se realizaba la extracción hasta llegar al refinado (I+S+D).

VII.

Discusión La diferencia entre calidad y cantidad de soluto extraído durante la extracción es debido al disolvente orgánico utilizado en la experiencia.

VIII.

Conclusiones De los resultados obtenidos en el presente informe se concluye que: 

El color del pigmento rojo-naranja o extracto se debió a uno de sus productos principales que se encuentra en la envoltura de la semilla de achiote, la Bixina. Cuyo pigmento es insoluble en agua de modo que hemos utilizado disolventes como el alcohol y el hidróxido de sodio para extraer dicho pigmento.

IX.

X.



La sedimentación que se formó rojo-naranjado en los dos primeros vasos de precipitación utilizados en el disolvente alcohol se debió al pigmento Bixina y en los cuatro vasos siguientes no se notó cuya sedimentación debido a que la concentración del pigmento era menor conforme se repetía el proceso.



El tamaño del soluto influye en la extracción del pigmento en este caso el tamaño del soluto fue natural, de modo que si hubiéramos reducido el tamaño como consecuencia obtendríamos mayor rendimiento en el extracto.



Este informe nos permitió establecer la metodología para el proceso de extracción de pigmentos de semillas en este caso Achiote.

Recomendaciones 

Al momento de realizar las experiencias, tener en cuenta las variables temperatura y tiempo, entre otras; ya que van a ser determinantes para obtener resultados correctos.



Seguir las instrucciones del docente durante todo el desarrollo de la práctica.

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Usar con la delicadeza necesaria los instrumentos de laboratorio para evitar inconvenientes durante la experiencia.



Usar el guardapolvo como medida adicional de seguridad.

Bibliografía Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza. (1984). Bibliografía sobre el Achiote (2° Ed.). Turrialba, Costa Rica: Catie. Casanova, D; Ortiz, M; Restrepo, J; Colmenares, A. (2011). Extracción de Bixina de la semilla de Achiote con Biocatalizadores (1° Ed.). Cali, Colombia: Gipna Salvá, B. (1997). Utilización de enzimas en la extracción de colorante a partir de semillas de achiote (Bixa orellana L.). Perú: Universidad Nacional Agraria La Molina - UNALM. Pág. 12-13. Schultz, W. (1980). Method of removing pigment from annatto seed. Estados Unidos: Patente 4, 204, 043. (Mayo 20 1980). Pág. 1.