Extraccion de Pigmentos Naturales

EXTRACCION DE PIGMENTOS NATURALES

I.

INTRODUCCIÓN

Entre todos los caracteres más externos de los vegetales, el más notable y característico es probablemente el color. El color no es únicamente un carácter llamativo de la vegetación, sino que, además, algunos de los pigmentos que lo condicionan están estrechamente ligados a las actividades fisiológicas del propio vegetal. Por consiguiente, el estudio de como las plantas viven y se desarrollan, requieren el previo conocimiento de los pigmentos vegetales. Si es posible encontrar en el reino vegetal todos los matices y combinaciones de colores del espectro, existe un predominio general de los colores primarios: verde, amarillo, rojo, azul. Estos colores son conferidos a los vegetales por determinados compuestos químicos definidos, llamados pigmentos. El color particular que presenta un determinado órgano vegetal depende generalmente del predominio de uno u otro o la combinación de ellos. Se debe tener claro que cuando un vegetal presenta un color blanco, es debido a la falta de tales pigmentos. La luz que se incide sobre ellas no es absorbida selectivamente como ocurre en las partes coloreadas, sino que es transmitida o reflejada prácticamente sin sufrir modificación. Las Clorofilas. El color verde tan uniformemente presente en los vegetales es debido a la presencia de dos pigmentos estrechamente emparentados llamados clorofila a y clorofila b. Se encuentran prácticamente en todas las plantas con semilla, helechos, musgos y algas. Pueden formarse en las raíces, tallos, hojas y frutos a condición de que estos órganos estén situados por encima del suelo y queden expuestos a la luz. También aunque aparentemente falten en algunas hojas de color rojo o amarillo, cuando se extraen las otras sustancias colorantes de estas, puede comprobarse incluso allí la presencia de las clorofilas, que estaban enmascaradas por los demás pigmentos. Estos pigmentos se encuentran en el interior de las células vegetales específicamente en una organela llamada cloroplasto. Los cloroplastos son simplemente plástidos que contiene pigmentos clorofílicos. Los compuestos clorofílicos están ligados químicamente con las estructuras internas del cloroplasto (membranas tilacoides) y se hallan retenidos en estado coloidal. Asociados con las clorofilas, existen también en los cloroplastos dos clases de pigmentos amarillos y amarillo-anaranjados que son las xantofilas y carotenoides.

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II. OBJETIVOS  Extraer los pigmentos fotosintéticos y separarlos mediante una técnica sencilla de cromatografía en papel.  Extraer los principios colorantes del achote y la cochinilla.  Determinar el rendimiento de los pigmentos de acuerdo a la cantidad de materia prima y a su humedad. III.

MARCO TEÓRICO

Un pigmento es cualquier molécula que produce color en las células animales, vegetales, bacterias y hongos. Muchas estructuras biológicas, como la piel, los ojos y el pelo en mamíferos contienen pigmentos como la melanina localizados en células especializadas llamadas cromatóforos. En mamíferos, se denominan específicamente Melanocitos. Si bien todos los cromatóforos contienen pigmentos, no todas las celulas que presentan pigmentos son cromatóforos: el grupo hemo por ejemplo es responsable del color rojo de la sangre y se encuentra en los eritrocitos. Esta denominación diferencial está asociada al origen embrionario de cada tipo de célula. Dentro de los cromatóforos, los pigmentos se localizan en vacuolas o vesículas. En los vegetales, los pigmentos pueden localizarse en diferentes organelas denominadas plástidos. Estas moléculas son capaces de absorber ciertas longitudes de onda y reflejar otras, de acuerdo a su estructura química. Las longitudes que se reflejan son aquellas que los ojos reciben y que el cerebro interpreta como “color”. La luz blanca es una mezcla del espectro visible de luz. Cuando esta luz se encuentra con un pigmento, algunas ondas son absorbidas por los pigmentos, mientras otras son reflejadas. El espectro de luz reflejado se percibe como color. Por ejemplo, un pigmento azul marino refleja la luz azul y absorbe los demás colores. Por reflejar las longitudes de onda en la gama del azul, el cerebro recibe y decodifica esa información. Entre ellos encontramos: a) Carotenoides: Los carotenoides son estructuras isoprenoides, presentes en colorantes y pigmentos naturales en plantas superiores, algas, hongos y bacterias. La estructura química básica de estos compuestos poseen dobles enlaces insaturados y la mayoría son tetra-terpenos con 40 átomos de carbono. A los carotenoides que poseen átomos de oxígeno en sus moléculas se los conoce como xantofilas. Los

EXTRACCION DE PIGMENTOS NATURALES restantes constituyen el grupo de los carotenos. Los colorantes y pigmentos de este grupo presentan una paleta de colores que varía desde amarillo pálido, pasando por anaranjado, hasta rojo oscuro. Ejemplos de ello son el licopeno (color rojo del tomate y la sandía) y el beta caroteno (color anaranjado de la zanahoria). b) Clorofílicos: Los compuestos clorofílicos constan de una porfirina que lleva incorporado un átomo de magnesio en el centro del núcleo tetrapirrólico. Son los pigmentos más abundantes en la naturaleza. Se encuentran en los cloroplastos de las células vegetales, orgánulos exclusivos de las plantas donde se lleva a cabo la fotosíntesis y se conocen dos tipos importantes: clorofila A y clorofila B, que son las responsables del color verde de las plantas. La clorofila A representa de manera aproximada, 75% de toda la clorofila de las plantas verdes, pero también se encuentra en las algas verde-azuladas. La clorofila B es un pigmento que acompaña a la clorofila A. Absorbe luz de una longitud de onda diferente (más baja) y transfiere la energía a la clorofila A, que se encarga de convertirla en energía química. Otros tipos de clorofila como: C1, C2 y D, se hallan en algas y bacterias. Los pigmentos clorofílicos son insolubles en agua, pero sí en solventes orgánicos como el alcohol etílico y la acetona (solventes extractivos) y en tetracloruro de carbono y éter de petróleo (solventes separadores). c) Antocianínicos: Las antocianinas forman uno de los seis grupos de flavonoides existentes. Los flavonoides son metabolitos secundarios de las plantas, esto es: compuestos que la planta elabora, pero no son vitales, pues en su ausencia el organismo puede continuar viviendo. Las antocianinas son verdaderos colorantes naturales, ya que son pigmentos hidrosolubles. Son responsables de los colores rojo, anaranjado, azul y púrpura de las uvas, manzanas y fresas. Las funciones de las antocianinas en las plantas son múltiples, y van desde la protección de la radiación solar hasta la de atraer insectos polinizadores. La estabilidad de las antocianinas está condicionada por una serie de factores como el potencial redox, temperatura, el pH del medio, la interacción con otros radicales y moléculas, entre otros. Se ha estudiado que el cambio de un pH ácido (mayor estabilidad) hacia otro alcalino hace variar de color hacia el rojo (efecto batocrómico) dando compuestos inestables que se decoloran rápidamente. También las antocianinas son afectadas por la temperatura,

EXTRACCION DE PIGMENTOS NATURALES produciéndose cambios en su estructura molecular (pérdida del glicósido) que resulta en una pérdida del color. d) Flavonoideos: El resto de los flavonoides no-antocianínicos, se caracterizan por su color amarillo, como se desprende de la etimología del nombre (Del latín flavus: amarillo). Los flavonoides en general se caracterizan por ser polifenoles solubles en agua, algunos con una estructura de glucósidos (azúcares) y otros de polímeros naturales. A estos últimos pertenecen los taninos condensados, polímeros naturales formados por monómeros de antocianidina, presentes en semillas y tejidos vegetativos de ciertas forrajeras. Otro grupo de flavonoides importantes son las flavonas, colorantes amarillos presentes en pétalos de flores como la prímula, o en la piel de frutos como las uvas, responsables del color amarillento de los vinos blancos. Finalmente están las flavononas, presentes en altas concentraciones de los zumos de cítricos (naranja, mandarina y pomelo). Hasta hoy se conocen más de 9000 flavonoides y quedan más por identificar y aislar. e) Betalaínicos:

Las

betalaínas

son

colorantes

naturales

constituidos

por

aproximadamente 70 pigmentos hidrosolubles con estructura de glucósidos y que se han clasificado en dos grupos importantes: las betacianinas y las betaxantinas. Las betacianinas son unos cincuenta colorantes naturales identificados de color rojo o violeta que se encuentran en plantas como la remolacha (Beta vulgaris) y frutos de la tuna (Opuntia sp) y en algunos basidiomicetos. Tienen una absorción máxima en el espectro visible entre 534 y 552 nm. Las betaxantinas en cambio, cuentan con un grupo de casi 25 componentes de color amarillo encontradas en algunas variedades de hongos venenosos (amanita muscaria), y en las bayas de los cactus pitaya (Hylocereus). Tienen una absorción máxima en el espectro visible entre 260 y 320 nm. f) Tanínicos: Los taninos son colorantes naturales extraídos de plantas superiores. Son compuestos fenólicos coloreados en una gama que va desde colores amarillos hasta el castaño oscuro. Los taninos tienen olor característico, sabor amargo y son muy astringentes. Se agrupan en: taninos hidrolizables y taninos condensados (vistos anteriormente en el grupo de Flavonoides).

EXTRACCION DE PIGMENTOS NATURALES Los taninos hidrolizables son colorantes polímeros heterogéneos formados por fenoles y azúcares simples. Son más pequeños que los taninos condensados y se hidrolizan sin dificultad en medio ácido. El PM oscila entre los 600 y 3000. Las plantas más empleadas para la obtención de taninos son: robles (Quercus robur), castaños (Castanea sativa), paquió (Hymenaea courbaril), verdolaga (Terminalia amazonia), quebracho colorado chaqueño (Schinopsis balansae), entre mucho más. IV.             V.

MATERIALES Balanza analítica. Estufa. Cocina. Materiales de vidrio (vasos, pipetas, etc.). pH-metro. Centrífuga. Achiote. Betarraga. Zanahoria. Hojas de espinaca. Hidróxido de sodio al 50%. Ácido sulfúrico, citrato de sodio, alcohol etílico. PROCEDIMIENTO

Espinaca Lavar y retirar los nervios Ponerlo en un mortero

Añadir alcohol y triturar

Filtrar El filtrado en una placa Petri

Colocar Dejar el montaje y esperar

Observar Zanahoria

Poner un rectángulo sobre la placa

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Lavar

Rayar

Ponerlo en un mortero

Añadir alcohol

Filtrar El filtrado en una placa Petri

Colocar

Poner un rectángulo sobre la placa

Dejar el montaje y esperar Observar

Betarraga Lavar

Rayar

Ponerlo en un mortero

Añadir alcohol

Filtrar El filtrado en una placa Petri

Colocar

Dejar el montaje y esperar Observar

Achote Pesado

Poner un rectángulo sobre la placa

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40 ml agua + 1 ml NaOH al 50 %

Extracción con agitación 5–10 min.

Extracto 1

Solidos insolubles 40 ml agua + 1 ml NaOH al 50 %

Extracción con agitación 5 min.

Extracto 1

Solidos insolubles 40 ml agua + 1 ml NaOH al 50 %

Extracción con agitación 5 min.

Extracto 1

Solidos insolubles Extracto de achote Norbixina Precipitación acida pH=2.5

H2SO4

Agua

Separación

Agua + ácidos

Lavado

Agua + ácidos

Centrifugado

Agua + ácidos

Secado y molienda Norbixina

VI.

RESULTADOS

HOJAS DE ESPINACA

CAROTEN OSS

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CLOROFIL AA

XANTOFI LA CLOROFIL AB

BETERRAGA

ANTOCIANIN AS BETALAINA S

ZANAHORIA

CAROTEN OSS

ACHIOTE

Materia prima inicial = 10 g Cantidad obtenida =0.332 g

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Rendimiento=

0.332 g x 100=3.32 10 g

VII. DISCUSIONES  En primer lugar al romper las células en el mortero los pigmentos que se hallaban encerrados en los cloroplastos dentro de ellas pasan al metanol. En numerosas ocasiones uno de los pigmentos es más abundante y enmascara a los demás que no se pueden observar. Como vimos en nuestra introducción, el pigmento más soluble en el metanol es el que forma una banda coloreada en la parte superior.  Según Bedui 1993 El color de los alimentos es un atributo que tiene mucho peso dentro del juicio del consumidor, este puede llegar a ser determinante para que un comestible sea aceptado o rechazado.  Según Vázquez, 2001 El colorante obtenido de las semillas de achiote (Bixa orellana), está 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.  Según Richter, 1972 y Barceló Coll et al., 1992 Cuando una solución de clorofila es iluminada con luz blanca o azul se produce un fenómeno de excitación molecular, observable por la emisión de luz de color rojo vinoso intenso. La luz emitida por fluorescencia es siempre de mayor longitud de onda y de menor energía que la luz incidente, pues siempre algo de esa energía se disipa en forma de calor.  Olga Murillo 2004, afirma que la bixina que es el caroteno que se encuentra en el achiote es más soluble en alcohol caliente, en la práctica se extrajo con una temperatura al medio ambiente que genera un desmedro en el rendimiento en extracción del colorante. VIII. CONCLUSIONES  Se obtuvieron los pigmentos de los distintos materiales vegetales, que son los que le dan color a estos, como las hojas de las plantas ya que la fotosíntesis es un proceso que permite a los vegetales obtener la materia y la energía que necesitan para

EXTRACCION DE PIGMENTOS NATURALES desarrollar sus funciones vitales, se lleva a cabo gracias a la presencia en las hojas y en los tallos jóvenes de pigmentos, capaces de captar la energía lumínica.  Gracias a esta práctica se logró observar cómo cambian las tonalidades de estos pigmentos vegetales que componen a las plantas y se encuentran en los cloroplastos de la célula vegetal además de que son los que constituyen el sustrato fisicoquímico de la fotosíntesis.  Se obtuvo un rendimiento de achiote de 3,32% en base al peso obtenido que fue de 0.332g y el peso inicial de 10g. IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  Olga Murillo 2004, EXTRACCIÓN INDUSTRIAL DE COLORANTE DE ACHIOTE, Revistas Colombianas de Transferencia de Tecnología.  http://www.joseacortes.com/practicas/pigmentos.htm  http://es.scribd.com/doc/52467344/16675209-6-EXTRACCION-Y-SEPARACION-DEPIGMENTOS-VEGETALES  http://www.angelfire.com/scifi/anarkimia/Biologia/tecnicas/separaciones_cromatografic as.htm  http://www.uprm.edu/biology/profs/velez/cromatografias.htm