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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LOS RÍOS
NOMBRE DE LA SOCIEDAD
“AGRO-PRODUCCIÓN DE ACHIOTE DE BALANCÁN SPR DE RL”
INFORME TÉCNICO
PRESENTA
M. C. BEATRIZ DOMÍNGUEZ VALENZUELA ING. MARISOL GARCÍA VALENZUELA
LIC. GABRIEL RUÍZ ARCOS
ALUMNA
PERLA GUADALUPE NOTARIO GONZÁLEZ
REPRESENTANTE DE LA SOCIEDAD
C. ERIS OCAÑA RODRÍGUEZ
MÉXICO, TABASCO, BALANCÁN DICIEMBRE DE 2015
EXTRACCIÓN DE BIXINA CON SOLUCIÓN DE HIDRÓXIDO DE SODIO Y TRES TEMPERATURAS DE AGITACIÓN
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ÍNDICE
1. RESUMEN .......................................................................................................... 3
2. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 3
3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................ 5
4. OBJETIVOS ........................................................................................................ 5
4.1 GENERAL...................................................................................................... 5
4.2 ESPECÍFICOS .............................................................................................. 5
5. CARACTERIZACION DEL AREA EN QUE SE PARTICIPO ........................ 6
5.1 NOMBRE DE LA EMPRESA ........................................................................ 6
5.2 CLASIFICACIÓN DE LA EMPRESA: .......................................................... 6
6. MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 9
6.1 ASPECTOS GENERALES DEL ACHIOTE .................................................. 9
6.2 FUNDAMENTO SOBRE LA EXTRACCION DEL COLORANTE .............15
6.3 MÉTODOS DE EXTRACCIÓN ...................................................................17
6.4 EXTRACCIÓN RUDIMENTARIA DEL COLORANTE ..............................19
6.5 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN MODIFICADO LOPEZ (2007) ......................................................................................................20
7. PROCEDIMIENTOS Y DESCRIPCION DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS. ........................................................................................................23
8. RESULTADOS .................................................................................................28
9. CONCLUSIÓN ..................................................................................................29
10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..............................................................30
11. ANEXO .............................................................................................................32
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1. RESUMEN
Se recolectaron y almacenaron semillas de achiote en condiciones de oscuridad
procedentes del poblado Otatal, Balancán, Tabasco. Se experimentó con un
método de extracción modificado de López (2007), empleando como disolvente
hidróxido de sodio (NaOH), aplicando temperatura y agitación constante. Durante
el proceso se estudiaron tres factores: temperatura, tiempo de agitación y la
relación semilla-cantidad de disolvente, a dichas condiciones se sometieron las
semillas para ser procesadas. El rendimiento de obtención de bixina fue evaluado
y se encontraron diferencias significativas en pruebas realizadas bajo diferentes
condiciones.
Palabras clave: Achiote, colorante, NOM-119-SSA1
2. INTRODUCCIÓN
Los agricultores de la sociedad “Agro producción de achiote de Balancán S.P.R.
de R.L.” en la zona de los Ríos del estado de Tabasco buscan aprovechar su
cosecha de mejor manera. Las semillas de Bixa orellana L. (arbusto de achiote)
suelen procesarse de forma tradicional para obtener una pasta (condimento
alimenticio) mediante un proceso costoso, laborioso y tardado. Los agricultores
optan por vender las semillas a muy bajo precio al no tener la capacidad de
elaborar pasta de achiote en grandes cantidades (obtienen 1 Kg de pasta por cada
9 Kg de semilla en un proceso de 15 días). La pasta de achiote es mucho mejor
pagada que la semilla, según los productores han recibido 10.00 pesos por Kg de
semilla seca y 1,500.00 pesos por Kg de pasta de achiote. Por ello, se realizaron
diversas pruebas modificando el método de López (2007) para encontrar una
forma de obtener bixina (pigmento que recubre a la semilla de achiote y es el
obtenido en mayor medida al procesarse), con un menor costo, en más cantidad y
con mejor calidad. Los resultados favorables obtenidos en estas pruebas pueden
ser la base para diseñar un proceso que los agricultores utilicen y así procesen
grandes cantidades de semilla (cosechan alrededor de 46 toneladas entre 32
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socios). El método empleado se basó en el uso de soluciones alcalinas y es
aceptado por la Food and Drug Administration (López 2007).
El color rojo del achiote o annato se debe a varios compuestos carotenoides,
principalmente apocarotenos, que se encuentran en la semilla. La bixina es la más
cotizada e importante de éstos. La bixina es una sustancia cristalina de color rojo
oscuro, soluble en alcohol, aceites y grasas e insoluble en agua. A su vez, se
encuentran pequeñas cantidades de isobixina y norbixina; esta última, de color
amarillo y soluble en agua e insoluble en grasas, también es un colorante con
valor comercial (Pérez y Becerra, 2003).
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 ha sido objeto de
investigación. Es por ello que se diseñó el experimento con temperaturas
inferiores a los 60 °C. La NOM-119-SSA1-1994 señala el punto de fusión de bixina
a 198 °C, así como su peso molecular de 394.52 g/mol para la bixina y 380.48
g/mol para la norbixina.
Cuando se trabaja con mezclas heterogéneas, la agitación es indispensable para
obtener buenos rendimientos, ya que así se puede controlar mejor la temperatura
y en la mayor parte de las reacciones se puede disminuir el tiempo para
completarlas y elevar rendimiento (Domínguez, 1983). Para la extracción se
manejó una velocidad baja de agitación (60 rpm).
Se empleó una concentración de disolvente baja (2% p/v) para no degradar a la
bixina, resultando una variable importante dado que de ésta depende el
desprendimiento del colorante. Considerando estudios realizados anteriormente se
han trabajado con concentraciones de 0.5% y 2% p/v (Mosquera, 1989).
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El objetivo del presente fue evaluar los efectos de la temperatura en la extracción
de la bixina con una solución acuosa de hidróxido de sodio a diferentes
velocidades de agitación.
3. JUSTIFICACIÓN
Apoyar al sector productivo es una de las finalidades de nuestra institución,
atendiendo las demandas, es por ello que el presente trabajo dará respuesta a la
necesidad presentada por la “Agro-producción de achiote de Balancán S.P.R. DE
R.L”. La principal importancia por la cual se está realizando este proyecto es para
mejorar la forma de extracción de la pasta de achiote, obteniendo el producto en
un menor tiempo, ya que se conoce el proceso artesanal lleva más tiempo en
realizarse la extracción de la pasta.
4. OBJETIVOS
4.1 GENERAL
Extracción de bixina con solución de hidróxido de sodio y tres temperaturas de
agitación, en muestras de semillas procedentes de Otatal Balancan Tabasco.
4.2 ESPECÍFICOS
• Determinar el fundamento teórico de extracción de colorantes naturales.
• Recolectar las muestras de achiote, en el Otatal, Balancán, Tabasco.
• Extraer pasta de achiote por el método alcalino con la solución de NaOH,
por el método modificado de López (2007).
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5. CARACTERIZACION DEL AREA EN QUE SE PARTICIPO
5.1 NOMBRE DE LA EMPRESA
Agro–Productores de Achiote de Balancán S.P.R. de R.L. (Sociedad de
Producción Rural de Responsabilidad Limitada).
La sociedad se conforma en junio del 2013 con 20 socios, bajo el nombre de
“Agro-producción de achiote de Balancán S.P.R. de R.L.” Donde C. Eris Ocaña
Rodríguez es el presidente de la sociedad, y los integrantes son de diversas
comunidades del municipio de Balancán, Tabasco. La empresa Agro Productores de Achiote de Balancán, es una empresa dedicada
a la plantación, producción, extracción, transformación y comercialización del
Achiote dándole como uso al colorante de origen vegetal a los alimentos.
5.2 CLASIFICACIÓN DE LA EMPRESA: Por su tamaño esta empresa está clasificada en microempresa
• Según su actividad se clasifica en industrial de manufactura de
transformación de productos categoría dos (debido a que siembran,
cosechan, transforman y producen el achiote en su totalidad)
• El tamaño de la empresa por su finalidad es privada.
• Por su objetivo: lucrativa
• Por su origen de capital: privada
• Por su régimen fiscal: persona moral
MISIÓN La sociedad Agro producción de Achiote de Balancán, es una empresa 100%
Tabasqueña, cuyo giro principal es la cosecha, producción, transformación y
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comercialización de la pasta de achiote y sus derivados, con los más altos
estándares de calidad de sus materias primas y procesos para la industria
alimentaria. VISIÓN Ser la empresa líder en el estado y posicionada la marca en la zona Sureste, con
varios puntos de venta en las más importantes ciudades del país y en el
extranjero; donde se ofrece un producto de alta calidad, higiene y estandarización
desde su cosecha hasta la transformación. Buscando la denominación de origen a
través de acreditaciones del producto, proceso e instalaciones.
VALORES La asociación ha declarado los siguientes como los valores que rigen su actitud:
• NUESTRA GENTE: Si queremos tener la mejor gente debemos ser una gran
empresa donde todas las personas se sientan orgullosas de trabajar, donde se les
aprecia como individuos y donde pueden ser cada día mejores. Significa que la
gente es lo más valioso de nuestra empresa.
• RESPETO: Nos interesa valorar y respetar a la gente por lo que es,
independientemente del nivel de responsabilidad, jerarquía, sexo o religión;
respetamos y consideramos la manera de pensar, de actuar y de sentir de los
demás, aunque éstas sean diferentes a las nuestras. Es la atención amable que
debemos dar a todas las personas, ofreciendo siempre el mejor trato.
HONESTIDAD: Se actúa observando las normas y Procedimientos establecidos,
los cuales garantizan nuestro bienestar y el de nuestros clientes. Se deposita la
confianza, se espera que se corresponda, teniendo un comportamiento decente y
responsable en todas nuestras acciones.
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TRABAJO EN EQUIPO (UNIDAD): Es un valor que permite obtener mejores
propuestas, acciones, resultados ya que permite escuchar diferentes opiniones y
obtener un consenso.
DEDICACIÓN: Significa atender el trabajo de manera constante y productiva. Es
buscar la superación personal y contribuir al bien de la comunidad.
COMPROMISO: Encontrar nuevas formas de cumplir con nuestras actividades,
dando lo mejor de nosotros mismos y orientando nuestras acciones para hacerles
la vida más fácil a nuestros clientes internos y externos.
EXCELENCIA: Es el compromiso de hacer siempre mejor nuestras actividades,
manteniendo una superación permanente de las metas personales y de la
organización.
OBJETIVO GENERAL DE LA EMPRESA
Sembrar, Cosechar, Transformar y Comercializar la pasta de Achiote tanto como
en pasta como en sus diferentes derivados y presentaciones, dando con este un
mayor énfasis a la innovación de la planta de Achiote (lugar y quiénes).
• CORTO PLAZO: Cultivar 20 hectáreas de plantas de achiote distribuidas
con los 20 asociados, los cuales se prepararán para recibir capacitación
especializada y financiamiento externo en el año 2013.
• MEDIANO PLAZO: Cosechar la semilla de la planta de Achiote e iniciar el
proceso de transformación.
• LARGO PLAZO: Comercialización de la pasta de achiote, así como buscar
nuevos mercados y de esta forma posicionar la marca.
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6. MARCO TEÓRICO
6.1 ASPECTOS GENERALES DEL ACHIOTE
Nombre común: Achiote
Otros nombres comunes: Colombia y Perú: Achote, achiote, onoto, bijo, bija,
urucú., pumacoa.
Inglés: 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. (Cubero, A; Monferrer, A y Villalta, J. 2002)
Figura 1: El fruto es una cápsula roja, de 2 a 6 cm de largo, con pelos gruesos espinosos,
dehiscente, verdosa oscura a morada (según variedades), que al madurar pasa a pardo rojizo
oscuro.
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Figura 2. En cada valva hay semillas en número variable (10-50, en relación con el tamaño
capsular). La semilla es comprimida, de 5 mm de largo, con tegumento recubierto de una sustancia
viscosa rojiza intensa.
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, de
bajo de esta se encuentra una capa roja y carnosa en donde se encuentran los
pigmentos colorantes o tinte. (Cubero, A; Monferrer, A y Villalta, J. 2002)
Figura 3. Conforme madura el fruto aparecen en la superficie de las semillas en papilas rojas que
llegan a cubrirlas por completo.
CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS DE LA SEMILLA DEL ACHIOTE
El principal constituyente colorante de la semilla del achiote es la bixina, que se
encuentra en la cubierta exterior de la semilla del fruto, representa más del 80%
de los pigmentos presentes, lo cual facilita su extracción; los componentes
principales de la semilla del achiote son: (Córdoba, 1987; Mosquera, 1989;
Jaramillo, 1992; CNP, 2001; SDIC, 2001)
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• Resina
• Orellina (materia colorante amarilla)
• Bixina (materia colorante roja) (80%)
• Aceite Volátil y aceite Graso
Según diferentes fuentes, la composición tanto química como nutricional de la
semilla del achiote es muy variada, como puede observarse en las Tablas 1 y 2
(Córdoba, 1987; Jaramillo, 1992; CNR, 2001; SDIC, 2001).
COLORANTE DEL ACHIOTE
Los colorantes sintéticos certificables son, aprobados para su uso por la FDA,
existen 8 colores certificados que son amarillo #6, amarillo #5 azul #1 azul #2
naranja B, rojo citrus, rojo #40, verde #3. Los aditivos colorantes exentos de
certificación incluyen los pigmentos derivados de fuentes naturales, o animales
entre ellos se incluyen los colorantes obtenidos de las semillas (la pepa) del
aguacate y del achiote así como extractos vegetales (FDA 2002/ OMS, 2006).
Los industriales han vuelto los ojos nuevamente hacia los colorantes naturales
dentro de los cuales la bixina, extraída del achiote, tiene un gran potencial. Es una
sustancia con alta resistencia a los agentes químicos por lo que resulta muy
apropiada para colorear todo tipo de alimentos y bebidas (Smith y Col, 1992).
DESCUBRIMIENTO DEL ACHIOTE
Después de la segunda guerra mundial el descubrimiento de los colorantes
sintéticos (derivados de petróleo, aluminio y del carbón) sustituyo el uso de los
naturales. La importancia de los colorantes naturales como sustitutos de los
artificiales (Food and Drug Administratión FDA, 2002).
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Sin embargo, a partir del año de 1884, con la introducción al mercado de un tinte
derivado de la anilina conocido como “Rojo Congo” que el interés por el achiote
decreció considerablemente (Arce 1984:1).
Empezó, a raíz de nuevos estudios que indican que los colorantes artificiales
utilizados en alimentos son nocivos para la salud, en Estados Unidos de Norte.
América, algunos otros países Americanos y la mayoría de los países de Europa,
consideran “al colorante producido por el achiote como uno de los pocos
colorantes de alimentos permitidos, porque no es tóxico, es insípido y no altera el
sabor de los alimentos” (Hernández 1988).
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. (Hernández, G.
Tirado, G. Juan, M. y otros (2002))
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
COSECHA La primera cosecha comienza entre los 18 y 24 meses, dependiendo del método
de propagación, del tipo de achiote y del lugar que se encuentre creciendo.
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Se ha observado que el crecimiento es más rápido y vigoroso en las zonas
costeras. Entre los 3 y 4 años después de la siembra se pueden tener abundantes
cosechas.
El momento oportuno de cosecha es cuando las cápsulas se encuentren duras al
tacto no cediendo fácilmente al presionarlas con los dedos, las cápsulas
terminales son siempre las ultimas en madurar y cuando están maduras las
inferiores pueden estar ya secas. Los racimos deben ser cortados con tijeras bien
afiliadas justo por encima del primer nudo del manojo. (Hernández, G. Tirado, G.
Juan, M. y otros (2002))
Figura 4. Es un arbusto perenne, de 2-4 m hasta 6 m de altura, copa baja y extendida; tallo pardo,
ramifica a poca altura del terreno.
CARACTERÍSTICAS DEL ARBUSTO DE ACHIOTE La planta de achiote es un arbusto de la familia de las Bixáceas, originario de la
parte norte de la América del Sur, de donde ha sido llevado a diversos países
tropicales y subtropicales de los hemisferios oriental y occidental.
Los frutos son cápsulas globulares, de dos tapas cubiertas de suaves espinas,
que contienen cada una de ellas unas 40 semillas, que son el objeto principal de
su cultivo. (Cubero, A; Monferrer, A y Villalta, J. 2002).
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USO DEL ACHIOTE
Su utilización ha sido muy amplia, pues se ha empleado en la medicina tradicional,
como repelente contra insectos, como condimento, como colorante en la industria
alimenticia y para la elaboración de cosméticos.
En la actualidad, dentro de los usos medicinales de la Bixa Orellana podemos
mencionar su uso como antídoto contra la Manihot esculenta (yuca o yuca brava o
yuca amarga): se come el fruto o toma la infusión de fruto y semillas; como
antiemético (contra los vómitos de sangre), se recomienda tomar el líquido de las
hojas machacadas; como antidiarreico: se toma este líquido o la infusión de las
hojas o semillas; como hemostático, contra la hemorroides, contra la angina,
contra los abscesos y como cefalálgico se aplica la pasta de las hojas
machacadas en la frente y sienes; malestares de la garganta, afecciones
respiratorias (tos, bronquitis):
Se toma la infusión de las hojas y semillas; malestares del hígado: se usan las
semillas y el colorante, se sugiere tomar el cocimiento de los cogollos; dolores
renales: cocción de las hojas; inflamaciones dérmicas y vaginales: aplicar la
maceración acuosa de las hojas; contra la malaria: tomar el cocimiento de la
raíz. (Cubero, A; Monferrer, A y Villalta, J. 2002).
Así mismo, la B. Orellana se usa como: cicatrizante, antihipertensivo,
cardiotónico, diurético, repelente de insectos, antipirético, depurativo, digestivo,
expectorante, sedante, antiséptico vaginal, y para la lepra, hepatitis, quemaduras,
a carosis (caracha) y amigdalitis, entre otros (Hernández, G. Tirado, G. Juan, M. y
otros, 2002).
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6.2 FUNDAMENTO SOBRE LA EXTRACCION 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. (Hernández, G.
Tirado, G. Juan, M.
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.
(Cubero, A; Monferrer, A y Villalta, J. 2002).
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. (Córdoba, 1987;
Jaramillo, 1992; CNR, 2001; SDIC, 2001
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.
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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. (Córdoba, 1987; Jaramillo,
1992).
La norbixina es un pigmento carotenoide soluble en agua (Hidrosoluble) formado
de Bixina mediante hidrolisis alcalina. (Hernández, G. Tirado, G. Juan, M. y otros
(2002))
COLORANTES (BIXINA Y NORBIXINA). Hay dos productos principales de achiote, la Bixina y la Norbixina, el pigmento se
encuentra en la superficie 1 a 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. (Hernández, G. Tirado, G. Juan, M. y otros (2002))
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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 ha 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)
6.3 MÉTODOS DE EXTRACCIÓN A continuación se presentan varios métodos de extracción
• Método modificado de López (2007) que se lleva a cabo agregándole a la
semilla de achiote NaOH Y KOH mediante un tiempo de agitación de 15,
30 y 45 minutos con una temperatura de 30ºC, 40ºC y 45ºC
• Tradicional: Las semillas separadas de las cápsulas maduras, se colocan
en suficiente agua hirviendo para separar fácilmente la pulpa, luego se
separan las semillas, se deja fermentar la pasta una semana
aproximadamente; se elimina el agua quedando la pasta sola; luego se
modela el producto dándole la forma más conveniente y aceptada por el
consumidos.
• Industrial: La extracción del pigmento a nivel industrial puede realizarse de
diferentes formas: Con álcali acuoso diluido, con aceites vegetales, con
Propilen glicol. Y otros disolventes de menor importancia (Hernández y col,
2002).
• Álcali acuoso (soda cáustica): La Bixina en un ácido mono carboxílico forma
sales de sodio solubles en agua, lo cual hace posible disolver el colorante
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de las semillas en álcali acuoso. Las semillas se colocan en un canastilla
donde son lavadas con una solución de soda cáustica, seguida de agua, el
extracto y el lavado son acumulados y la solución roja oscura es
neutralizada con un exceso de ácido mineral, este precipita el pigmento el
cual se filtra y se lava, y se deja sedimentar y el líquido sobrante se separa
y luego se sigue el proceso hasta obtener la masa colorante para secar.
(Hernández y col, 2002).
• Aceites vegetales: Consiste en diluir el colorante de las semillas en aceite
vegetal caliente, para venderlo en forma de solución concentrada desinada
a la pigmentación de algunos productos lácteos y para tines culinarios.
Estructura químicas de los colorantes presentes en el achiote
Bixina
Formula química y estructura: cis- Bixina C24H30O4
Norbixina Formula química y estructura: cis- Norbixina C24H28O4
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6.4 EXTRACCIÓN RUDIMENTARIA DEL COLORANTE
Existen diversas formas de extraer el colorante de las semillas del achiote, unas
muy rudimentarias y otras no tanto, finalmente, con el pasar del tiempo se ha ido
mejorando, a continuación se mencionan algunas de estas técnicas.
(A) Poner semillas en suficiente agua hirviendo por espacio de 6 horas o
menos, se acelera este desprendimiento agitándolo con una cuchara o
trozo de madera hasta que las semillas queden blancas; se cuela y el
líquido obtenido se somete a baño maría para evaporar el exceso de agua
quedando en el fondo del recipiente un residuo o sustancia que se
aglutinara entre si según la consistencia que le haya dado el operador.
(B) Según la cantidad de semilla que se ponga en un recipiente se le agrega
agua ½ o ¾ del volumen total; se le agita fuertemente hasta que la capa
colorante se desprenda de la semilla, luego se pasa el líquido a través de
un tamiz fino; el líquido extraído se evapora hasta dejar el colorante de una
consistencia pastosa capaz de poder ser moldeado.
(C) Las semillas son separadas de las capsulas maduras, se colocan en
suficiente agua hirviendo con el fin de que el colorante se desprenda
fácilmente de estas, luego se separan las semillas, se deja fermentar la
pasta una semana aproximadamente, se elimina el agua quedando la pasta
sola (Hernández y col, 2002).
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6.5 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN MODIFICADO LOPEZ (2007)
Las variables del proceso se determinan a partir de una secuencia de actividades
que se inicia con la selección adecuada de las semillas, porque se ha comprobado
que mientras más frescas se encuentren, mejor rendimiento y calidad se obtiene
(Jaramillo, 1992). Se determina la humedad de las semillas dejando un peso
determinado de éstas en una estufa a 55º C, durante tres horas hasta alcanzar su
peso constante.
Luego se separa la solución coloreada y las semillas que quedan se mezclan con
otra parte de la solución de KOH y se agitan durante un tiempo que se determina
experimentalmente.
Después de la agitación, las semillas se separan nuevamente, se lavan con
solución de KOH y se secan al sol, y las soluciones coloreadas resultantes se
mezclan. A esta solución básica se le disminuye el pH con ácido sulfúrico para
precipitar el colorante. Así se obtiene una suspensión del colorante, con un pH
ácido y un color rojo intenso. De esta mezcla se parte para obtener el colorante en
diferentes presentaciones, según la aplicación que se quiere dar, bien sea en
polvo o en solución.
VARIABLES DEL PROCESO
El proceso tiene diferentes variables, unas más importantes que otras, pero
finalmente todas intervienen en éste para lograr un buen rendimiento:
concentración del solvente, relación cantidad de semilla a volumen de solvente,
tiempo de agitación, velocidad de agitación, pH y temperatura de secado.
CONCENTRACIÓN DEL DISOLVENTE
Como se deben emplear bajas concentraciones de álcali para no degradar el
colorante, este parámetro se maneja como variable del proceso porque, en parte,
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de ella depende el desprendimiento del colorante de las semillas, teniendo en
cuenta que en los estudios realizados se han trabajado concentraciones entre
0.5% P/V y 2% P/(peso por volumen) (Mosquera, 1989; Jaramillo, 1992).
RELACIÓN CANTIDAD DE SEMILLA-VOLUMEN DE SOLVENTE
Es una variable importante porque indica cual debe ser el volumen adecuado de
solvente para un peso determinado de semillas.
En los ensayos realizados se manejan relaciones de 1:2, 1:3 y 1:4, con resultados
muy cercanos a los obtenidos con la relación 1:3, encontrada en la literatura.
Por lo tanto, y teniendo en cuenta las relaciones utilizadas por Mosquera y
Jaramillo (Mosquera, 1989; Jaramillo, 1992).
TIEMPO DE AGITACIÓN
El tiempo de agitación es otra de las variables que se debe considerar en el
proceso, porque es necesario determinar cuánto tiempo deben permanecer las
semillas en agitación para retirar la máxima cantidad de colorante, sin que éstas
comiencen a desprender impurezas o quede buena parte de colorante sin separar.
Se han trabajado diferentes tiempos de agitación, entre 15, 30 y 45 minutos,
según ensayos realizados por Mosquera y Jaramillo (Mosquera, 1989; Jaramillo,
1992).
VELOCIDAD DE AGITACIÓN
La velocidad de agitación es otro parámetro importante, porque a bajas
velocidades se obtiene un mayor rendimiento. Por limitaciones del equipo usado
en el laboratorio, la mínima velocidad obtenida fue de 60 rpm, la cual se fija como
un parámetro definido por las características del agitador
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PH
Cuando se desea que la presentación final del colorante sea en polvo, se requiere
precipitar el pigmento con ácido sulfúrico antes de filtrar. En un intervalo entre 2 –
2,5 se obtiene un mayor rendimiento en la precipitación (Jaramillo, 1992).
TEMPERATURA DE SECADO
Se usa una temperatura máxima de 55ºC para el secado, porque
experimentalmente se ha encontrado, en estudios anteriores, que a temperaturas
de 55°C la bixina se degrada, disminuyéndose la calidad del colorante y el
rendimiento del proceso (Jaramillo, 1992).
TEMPERATURA DE AGITACIÓN Variables importantes porque al combinar lo agitado con la temperatura se reduce
el tiempo de extracción y se obtiene mejores rendimientos, se consideran 40, 45 y
50 ºC.
23
7. PROCEDIMIENTOS Y DESCRIPCION DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS.
Primero se recolectaron semillas de achiote del poblado Otatal, perteneciente al
municipio de Balancán, Tabasco. Las semillas fueron almacenadas en bolsas de
plástico oscuras y trasladadas al laboratorio de Química Analítica del Instituto
Tecnológico Superior de los Ríos, en Balancán de Domínguez, Tabasco.
Para extraer el colorante se utilizó como disolvente hidróxido de sodio al 2 %,
basándonos en el método de López (2007), el cual permite separar la bixina de las
semillas; en el método artesanal se usa agua, la cual no desprende la mayor
cantidad de bixina de las semillas, además de que puede favorecer la degradación
de bixina al no controlarse la temperatura. En la figura 1 se muestra el diagrama
del método modificado que fue empleado. Se obtuvo un diseño experimental de 27
tratamientos con dos repeticiones, donde los tres factores evaluados fueron: la
relación semilla-cantidad de disolvente, temperatura y agitación.
24
Figura 1. Diagrama del proceso.
Por cada tratamiento se pesaron en una caja Petri 10 g de semilla empleando una
balanza analítica marca Denver instrument, modelo TP-214, después, esas
semillas se colocaron en un vaso de precipitado y se les añadió hidróxido de sodio
(NaOH) al 2 % (30, 40 y 50 mL), posteriormente se agitó la mezcla por 15, 30 y 45
minutos a 40, 45 y 50 °C en un termoagitador marca Thermo scientific, modelo
SP131015q a 60 rpm.
Prosiguiendo con la extracción, se realizó el primer tamizado, donde se separaron
las semillas semi-agotadas de la sustancia alcalina con colorante. Las semillas
semi-agotadas fueron hidratadas con el mismo volumen inicial, y se agitaron por
30 minutos, aplicando nuevamente temperatura.
25
Se realizó un segundo tamizado y la sustancia coloreada se añadió a la anterior.
Las semillas esta vez fueron solamente lavadas con la misma cantidad de NaOH
al 2 % que se añadió en los dos pasos anteriores y finalmente el tercer tamizado,
obteniendo en el mismo vaso de precipitado el volumen total de la sustancia
coloreada.
Las semillas agotadas fueron depositadas en cajas Petri y secadas a 55 °C por 6
horas en un horno de secado marca Felisa, modelo FE-291D y luego pesadas en
una balanza analítica marca Denver instrument, modelo TP-214.
Al volumen total de sustancia coloreada se le determinó el pH con un
potenciómetro marca HANNA, modelo HI 9916, observando en todos los casos un
pH de ≈ 12. Posteriormente se adicionó ácido sulfúrico al 2 N (el necesario para
llegar a un pH que oscilara entre 2 y 2.5). Devia y Saldarriaga (2003) citan a
Jaramillo y Muñoz (1992) con las siguientes palabras: “Cuando se desea que la
presentación final del colorante sea en polvo, se requiere precipitar el pigmento
con ácido sulfúrico antes de filtrar. En un intervalo de pH entre 2 – 2.5 se obtiene
un mayor rendimiento en la precipitación”.
En esta etapa del proceso, el colorante precipitó y se separó de la sustancia
alcalina, es decir, se formó una mezcla heterogénea. Para realizar la separación
de los componentes se filtró utilizando una bomba de vacío (marca FELISA,
modelo N.2536OE1XA56J) conectada a un matraz kitasato con un papel filtro de
poro fino. Se añadió poco a poco la mezcla y se filtró hasta eliminar todo el exceso
de solución alcalina visible. Posteriormente la muestra se secó en horno de
secado marca Felisa, modelo FE-291D por 3 horas a 55 °C. Al salir se pesaron los
papeles filtros con el colorante en polvo obtenido, que previamente habían sido
llevados a peso constante.
Se realizaron 27 tratamientos por duplicado obteniendo, en promedio general, 1.53
g de colorante en polvo por 10 g de muestra de semillas de achiote secas. Para el
análisis de los resultados se utilizó una prueba no paramétrica (ya que no se
26
requiere de supuestos sobre la distribución de la población y la desviación
estándar).
Inicialmente se propuso que al variar las condiciones en la experimentación se
obtendrían rendimientos distintos. La prueba utilizada para comprobar o refutar
esta suposición se denomina H de Kruskal-Wallis y se empleó de la siguiente
manera:
1. Se definieron H0 y H1, los cuales son los elementos que caracterizan a la
prueba.
𝐻𝐻0: 𝑛𝑛𝑛𝑛 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑛𝑛𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑛𝑛𝑒𝑒𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑛𝑛𝑙𝑙 𝑒𝑒𝑑𝑑𝑎𝑎𝑒𝑒𝑎𝑎𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑𝑛𝑛𝑒𝑒𝑛𝑛𝑙𝑙 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑙𝑙𝑎𝑎 𝑛𝑛𝑜𝑜𝑒𝑒𝑑𝑑𝑛𝑛𝑑𝑑𝑑𝑑ó𝑛𝑛 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑜𝑜𝑑𝑑𝑏𝑏𝑑𝑑𝑛𝑛𝑎𝑎.
𝐻𝐻1:ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑛𝑛𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑛𝑛𝑒𝑒𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑛𝑛𝑙𝑙 𝑒𝑒𝑑𝑑𝑎𝑎𝑒𝑒𝑎𝑎𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑𝑛𝑛𝑒𝑒𝑛𝑛𝑙𝑙 𝑝𝑝𝑎𝑎𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑙𝑙𝑎𝑎 𝑛𝑛𝑜𝑜𝑒𝑒𝑑𝑑𝑛𝑛𝑑𝑑𝑑𝑑ó𝑛𝑛 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑛𝑛𝑙𝑙𝑛𝑛𝑑𝑑𝑎𝑎𝑛𝑛𝑒𝑒𝑑𝑑 𝑜𝑜𝑑𝑑𝑏𝑏𝑑𝑑𝑛𝑛𝑎𝑎.
2. Se determinó el nivel de significancia a 𝛼𝛼 = 0.05.
3. Se enlistaron los diferentes tratamientos empleados, sus condiciones y las
cantidades obtenidas de bixina en cada prueba realizada por duplicado.
4. Los rendimientos obtenidos por tratamiento fueron promediados con el
programa Minitab versión 15.1.20.0., utilizando la prueba señalada. En la
figura 2, se muestran los promedios arrojados por el programa y se destaca
el tratamiento con mayor rendimiento.
27
Figura 2. Prueba de Kruskal-Wallis utilizada para el análisis de rendimiento en los tratamientos de
extracción de bixina.
5. Después, se estableció que si P > ∝ se aceptaría H0 y que si P < ∝ se
rechazaría H0.
6. Se compararon los valores de P y ∝ y para aceptar o refutar la hipótesis
planteada.
P= 0.018 y ∝= 0.05.
28
Como P fue menor que ∝ (0.018 < 0.05) se rechaza H0 y se acepta H1.
7. Después de haber utilizado la prueba, se concluyó que al ser aceptada H1
se comprueba que hay diferencias significativas entre los tratamientos para
la obtención de bixina, es decir, que al emplear diferentes condiciones se
generan diferentes rendimientos.
8. RESULTADOS
El tratamiento donde se obtuvo la mayor proporción de colorante fue el número 17
bajo las siguientes condiciones: relación semilla-volumen de 1:4, agitación de 30
minutos y aplicación de temperatura de 50 °C. En este experimento se obtuvieron,
en promedio, 2.174 g de colorante en 4 horas con 40 minutos. López (2007),
reportó cantidad de semilla volumen del solvente (1:4), temperatura de 50°C y 45
minutos de agitación, coincidiendo en la temperatura y cantidad de semilla
volumen de solvente.
En la tabla 1 se exponen los 5 tratamientos con mayor rendimiento (cantidad
obtenida de bixina) y sus condiciones.
Tabla 1. Tratamientos con mayor rendimiento.
Orden de rendimiento
No. de tratamiento
Relación cantidad de
semilla-volumen
Temperatura de agitación
en °C
Tiempo de
agitación (min)
pH alcanzado al añadir
H2SO4
(P, P’)
Cantidad de colorante (g)
(C, C’)
1 17 1:4 50 30 (2.50, 2.42) (2.1446, 2.0029) 2 15 1:4 45 45 (2.48, 2.49) (2.1427,1.5569) 3 18 1:4 50 45 (2.48, 2.45) (2.1612,1.4747) 4 27 1:3 50 45 (2.17, 2.50) (1.889, 1.6636) 5 9 1:5 50 45 (2.19, 2.09) (1.4850, 1.9792)
P representa el valor de pH de la primera muestra, mientras que P’ corresponde a su réplica;
C representa la cantidad obtenida de colorante y C’ corresponde a su réplica.
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Se observa que en al menos tres de las pruebas de los mejores cinco tratamientos
se alcanza un pH cercano a 2.5, relacionándolo con un mejor rendimiento en la
cantidad de colorante obtenido.
9. CONCLUSIÓN
De los resultados obtenidos en el presente estudio se concluye que la extracción
del colorante en medio básico fue adecuada, y el diseño de experimentos, tiene
como variable de respuesta la cantidad de colorante en polvo extraído, permitió
tener las mejores condiciones para la extracción: cantidad de semilla volumen del
solvente (1:4), temperatura de 50 °C y agitación de 30 minutos.
Con estos resultados se propone una solución a la problemática planteada por la
sociedad “Agro producción de achiote de Balancán S.P.R. de R.L.” que anda con
miras de la industrialización de la materia prima.
Teniendo como antecedentes que en el método artesanal, se obtiene 1 Kg de
pasta de achiote por cada 9 Kg de semilla frescas en un proceso de diez días. El
método modificado, permite obtener, en promedio, 2.074 g de colorante en polvo
por cada 10 g de semilla procesada.
Como perspectivas, se plantea determinar la calidad de las muestras obtenidas y
confirmar su naturaleza, es decir, realizar una serie de pruebas para garantizar
que el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio utilizados, hayan sido eliminados
durante el proceso de extracción y cuya composición sea mayoritariamente bixina.
30
10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS AOAC. 1980. Oficial Methods of análisis of the association of official
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Spiegel M, & Stephen, L. (2009). Estadística. México: McGraw-
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11. ANEXO
Informe técnico resultado de la estancia de verano Delfín 2015