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EXTRACCIÓN DEL ÁCIDO CARMÍNICO

INDICE

1. Planteamiento del problema………………………………………………pág.2 1.1. Introducción…………………………………………………………....pág.2 1.2. Problemática de la investigación…………………………………….pág.2 1.3. Justificación…………………………………………………………. .pág.3 1.4. Objetivos……………………………………………………………….pág.3

2. Marco teórico…………………………………………………………….…pág.4 2.1. La cochinilla………………………………………………………….. pág.4

2.1.1. Condiciones de cultivo………………………………………...pág.4 2.1.2. Usos frecuentes de la cochinilla…………………………… .pág.5 2.1.3. Composición…………………………………………………… pág.5

2.2. Acido carmínico………………………………………………………. pág.6 2.2.1. Estándares de calidad de ácido carmínico…………………. pág.6 2.2.2. Aplicaciones……………………………………………………. pág.7

2.3. Análisis espectrofotométrico…………………………………………..pág.7 3. Metodología………………………………………………………………….pág.8

3.1. Descripción del proceso……………………………………………….pág.8-9 3.2. Materiales y equipo…………………………………………………….pág.10 3.3. Reactivos………………………………………………………………. pág.10 3.4. Procedimiento…………………………………………………………..pág.10-11

4. Resultados…………………………………………………………………..pág.12 4.1. Datos obtenidos………………………………………………………...pág.12 4.2. Calculo de la pureza……………………………………………………pág.12 4.3. Calculo del rendimiento………………………………………………..pág.13 4.4. Análisis………………………………………………………………….pág.13

5. Conclusiones………………………………………………………………..pág.14 5.1. Recomendaciones……………………………………………………..pág.14 5.2. Bibliografía………………………………………………………… ….pág.14

6. Anexos……………………………………………………………………….pág.15-16

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CAPITULO 1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.-INTRODUCCIÓN

La cochinilla (Dactylopius coccus Costa) es un insecto que vive en la tuna cuya

importancia radica en su contenido de ácido carmínico el cual se puede extraer

de diversas maneras para obtener un polvo fino de color rojo púrpura intenso

que se puede comercializar en extracto líquido para utilizar como colorante

orgánico o para la producción del “carmín”, otro tipo de colorante.

La creciente demanda de este colorante se debe a ser natural y no sintético.

Este hecho ha retomado el interés de este colorante bastante utilizado y

demandado, siendo el país productor por excelencia el Perú, cumpliendo éste

las demandas de diversos países europeos y asiáticos.

Debido al interés por esta sustancia se ha buscado un método simple de

extracción, de los muchos que hay, para comprobarlo experimentalmente en

laboratorio y así analizar el proceso a grandes rasgos, para comparar con datos

teóricos obtenidos por otros países.

Bolivia al poseer condiciones parecidas a las del Perú puede dedicarse a la

implementación de este proceso para la generación de recursos económico

1.2.-PROBLEMÁTICA DE LA INVESTIGACIÓN

El aumento de la demanda por tintes orgánicos en la década de los noventa del

siglo pasado y a principios de este siglo se debe a que se ha demostrado que

los tintes sintéticos (artificiales) han provocado daños en la salud humana, ya

que se han registrado casos de alergias, además que se ha encontrado que

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muchos de ellos pueden inducir a la formación de tumores cancerosos, esto ha

provocado que la Agencia de medicamentos y alimentos (FDA) de Estados

Unidos y la Organización Mundial de la Salud (OMS) prohíban utilizar

colorantes sintéticos en alimentos, cosméticos y medicina, por ser perjudiciales

en la salud. Por esta razón el mercado del ácido carmínico se ha incrementado

en los últimos años de tal manera que Perú sextuplico su producción en los

últimos 23 años

1.3.-JUSTIFICACIÓN

Dado que Bolivia posee condiciones climáticas muy parecidas a las del Perú y

la existencia de la tuna y cochinilla, se origina el interés de la producción de

ácido carmínico para la exportación a países que lo soliciten.

Los precios de la cochinilla seca sin procesar han sido muy oscilantes en los

últimos años, para el año de 1,998 el precio era de US$ 40 el kilogramo.

Mientras el precio promedio de ácido carmínico estaba en 1,998 a

US$ 120 los 60 mL para situarse en el 2,007 en US$ 150 los 60 mL de ácido

carmínico (Anchundia Et al, 2007).

Se elige el proyecto debido a tratarse de la extracción de una sustancia. Se

usaron conocimientos de extracción estudiados en este semestre.

1.4.-OBJETIVOS

1.4.1.-Objetivo general

• Extraer el ácido carmínico de la cochinilla a partir de sustancias solubles

a este ácido.

1.4.2.-Objetivos específicos

• Obtener el rendimiento del proceso elegido de extracción.

• Analizar las variables del proceso.

• Emplear conocimientos de extracción de sustancias y material adecuado.

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CAPITULO 2

MARCO TEÓRICO

2.1.-LA COCHINILLA

Es un insecto isópodo conocido vulgarmente como

cochinilla del carmín. Existen varias especies de las

cuales cinco están en Norteamérica y seis en

Sudamérica, de éstas solamente Dactylopius

coccus Costa se cultiva para la obtención de

pigmentos, por lo que se denomina grana fina o

cultivada. El resto de especies constituyen un grupo

denominado grana silvestre o corriente.

Es el insecto hembra el que posee mayor eficiencia para la producción de

colorante.

2.1.1.-Condiciones de cultivo

Naturalmente se desarrolla en regiones áridas y

semiáridas, dentro de los factores que más favorecen

el desarrollo de ésta se pueden encontrar: la

temperatura que debe oscilar entre 20°C y 32°C

(Méndez et al., 1990). La humedad relativa entre 40 y

75%, con precipitaciones de 100 a 700 mm. Anuales

(Escobedo y Pérez, 1998). La iluminación debe estar

entre 40 y 60% (Méndez, et al. 1990).

D. coccus se desarrolla como parásito en algunas

especies de plantas de la familia cactaceae conocidas como nopales. Los

principales géneros parasitados son Opuntia y Nopalea, que contienen 114

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especies de las cuales 8 reportan la presencia de grana fina (Rodríguez y

Portillo, 1989).

Además está recubierto por una sustancia blanca y forma manchas del mismo

color en las plantas. Especialmente frecuente en los tunales entre los 500 y los

3 000 msnm.

2.1.2.-Usos frecuentes de la cochinilla

De la cochinilla se pueden obtener una diversidad de productos, según sean los

procesos al que sea sometido. La utilización más simple son los cuerpos

disecados de los insectos, conocido como grana, y que se produce un líquido

rojizo empleado en la tinción de textiles. Luego se pueden encontrar extractos,

de los cuales los más demandados son el extracto alcohólico, el ácido

carmínico y las aluminas. Los dos primeros utilizados en alimentos y la industria

farmacéutica, tanto como su inocuidad como por su estabilidad ante variaciones

fuertes de pH.

En la industria de alimentos se utilizan otros pigmentos naturales como el ácido

carmínico, que podrían constituirse en competencia del carmín. La ventaja del

carmín ante estos está en sus características químicas, su costo y la gama de

colores que se pueden obtener de él, que va desde el rojo carmín hasta un

púrpura azulado dependiendo del Ion metálico con el que se le haga reaccionar.

2.1.3.-Composición

En 100 g de cochinilla % en masa Acido carmínico 15-25 Humedad 8.16 Grasas 4.93 Ceras 2.79 Cenizas 2.98 Impurezas 0.16 Otros 55.09 Fuente: Tesis 1994

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2.2.-ACIDO CARMÍNICO

El ácido carmínico es un ácido orto-fenoxi-carboxílico de carácter hidrofílico.

Nombre Fórmula Estado Punto de fusión

Apariencia Solubilidad en agua

Acido carmínico

C22H20O13 Sólido 136 °C Rojo 3 g/100 ml

Este presenta una coloración roja la cual puede variar hasta púrpura cuando el

pH aumenta (Salaverry-García, 1998).

El ácido carmínico es de fórmula C22H20O13, se cristaliza en prismas rojos, no

tiene punto de fusión y se descompone a 120°C. El grupo carboxílico –COOH y

los cuatro grupos –OH fenólicos, de las posiciones C-3, C-5, C-6 y C-8

desprotonables, contribuyen a los cambios de color y pH del ácido carmínico;

anaranjado a pH = 3.0, rojo a pH = 5.5 y púrpura a pH = 7.0.

2.2.1 Estándares de calidad de ácido carmínico Los estándares de calidad son regidos por la FDA de Estados Unidos, para

ácido carmínico el porcentaje de ácido carmínico debe encontrarse entre 20 y

22% un pH entre 7.5 – 5.5 (tomado a 25°C y concentración 1:1,000, el

porcentaje de proteína presente debe ser menor a 2.2% y la presencia de

arsénico y de plomo debe encontrarse ausente (FDA, 2007).

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2.2.2 Aplicaciones

Actualmente, el uso principal de la cochinilla es en la modalidad de carmín, con

la desventaja de ser un colorante sintético. El ácido carmínico es un colorante

natural obtenido de la cochinilla de variada aplicación industrial:

Industria farmacéutica

Empleada en preparación de grageas y tabletas. En solución alcalina se emplea

en pastas dentífricas, enjuagues bucales, etc.

Industria cosmética

Se emplea en lápices, polvos faciales, lápices para los ojos, etc. Desde el punto

de vista de calidad, la industria cosmética es la más exigente.

Industria alimentaria

El consumidor de embutidos está acostumbrado a utilizar

productos de cierta tonalidad de rojo. En francia se le

agrega en forma de sal colorante.

Se colorean las bebidas alcohólicas (tipo campari), bebidas

no alcohólicas, jaleas, mermeladas, helados, yogurt,

cerezas, sopas en polvo, etc. En general, cualquier producto

que deba tener una tonalidad rojo fresa

2.3.-ANÁLISIS ESPECTROFOTOMÉTRICO

La espectrofotometría es el conjunto de

procedimientos que utilizan la luz para medir

concentraciones químicas (Juergens, 1988).

Toda sustancia que absorbe luz visible aparece

coloreada cuando transmite o refleja la luz. La

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sustancia absorbe ciertas longitudes de onda de la luz blanca, y nuestros ojos

detectan las longitudes de onda que no se absorben. El color observado se

llama el complementario del color absorbido (Alman y Billmeyer, 1976).

En análisis espectrofotométrico normalmente se escoge la longitud de onda de

máxima absorbancia.

Las mediciones se realizaron a 494 nm. de longitud de onda debido a que el

rango para poder hacer lecturas para color rojo.

CAPITULO 3

METODOLOGÍA

3.1.-DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Se ha realizado la obtención de un extracto de ácido carmínico mediante uno de

los procesos más simples y económicos.

Etapa 1.-Preparación

Consiste principalmente en el desengrasado de la cochinilla con el objeto de

obtener mayor concentración de ácido carmínico.

Para ello se procedió a moler el insecto seco en un mortero y disolver en agua

destilada para formar una solución que pueda ser tratada en el embudo de

decantación. Se coloca la solución junto con n-hexano para que las grasas y

ceras del insecto sean disueltas, usando la partición: “Disolución selectiva de

una sustancia con solubilidades diferentes entre dos fases inmiscibles” siendo

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en este caso las sustancias: n-hexano y agua destilada nuestras fases

inmiscibles.

Dado que lo que se extrae es la impureza, permaneciendo el ácido carmínico

en su fase original, nuestro procedimiento se describiría como un lavado.

Se usa n-hexano debido a que se ha comprobado que este es el solvente

apolar adecuado para la extracción de grasas y ceras (sustancias apolares) de

la cochinilla debido a su eficiencia y costo bajo, según una tesis encontrada.

Etapa 2.-Extracción

El ácido carmínico ya se encuentra presente en el insecto, lo que se hizo es

seguir un método que permite la concentración de la sustancia deseada y de

manera que pueda mantener un color estándar de calidad.

Para mantener el color rojo deseado se utiliza el ácido cítrico y el carbonato de

sodio, ya que ambos generan el citrato de sodio que cumple la función de una

solución Buffer o reguladora del PH.

2 C6H8O7 (s) + 3 Na2CO3 (aq) -> 2 C6H5O7Na3 (aq) + 3 CO2 (g) + 3 H2O (l)

Dado que los ácidos orgánicos se pueden extraer con solución de carbonato de

sodio, este compuesto contribuye para la extracción del ácido carmínico.

Para su extracción adecuada se usa agua destilada por ser esta la sustancia

polar adecuada para extraer el ácido carmínico de entre las restantes grasas,

ceras y demás compuestos considerados como impurezas (compuestos

apolares), usando así la teoría: “Los semejante disuelve a lo semejante”.

Etapa 3.-Determinación de la pureza

Dado que estamos tratando con un colorante y el color esperado es el rojo,

entonces la manera adecuada de determinar la pureza de ácido carmínico en el

producto final es mediante un análisis espectrofotométrico usando el valor

teórico de longitud de onda del color rojo: 494 nm.

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Para esta etapa el producto obtenido sigue un procedimiento ya establecido

para su adecuada lectura en el espectrofotómetro.

3.2.-MATERIALES Y EQUIPO

Vasos de precipitado 500 ml, 100ml. Mortero con pilón.

Papel filtro y embudo Buchner Hornilla eléctrica.

Matraz Kitasato y mangueras Bomba de vacío.

Embudo de decantación PH-metro.

Matraz aforado 10ml, 100ml. Estufa calefactora.

Pipeta 10ml y pro pipeta Espectrofotómetro.

Caja Petri.

Vidrio de reloj y espátula.

3.3.-REACTIVOS

Nombre Fórmula Densidad Punto de fusión

Punto de ebullición

Solubilidad en agua

Acido cítrico

C6H8O7 1,665 g/cm3 175 °C ------ 133 g/100 ml

n-Hexano C6H14 0.6548 g/cm3 -95,15 °C 68,85 °C 6,1 mg/L Carbonato de sodio

Na2CO3, 2,54 g/cm3 851 °C 1600 °C 10,9 g /100 ml

Ácido clorhídrico

37%

HCl 1.19 g/cm3 -26 °C 48 °C Muy soluble.

3.4.-PROCEDIMIENTO

El siguiente procedimiento se realizó en dos clases usando los materiales del

laboratorio de villa Fátima, teniendo que comprar el carbonato de sodio y ácido

cítrico por nuestra cuenta. Debido a la carencia de n-hexano se usó la máxima

cantidad que se nos pudo otorgar del laboratorio.

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CAPITULO 4

RESULTADOS

4.1.-DATOS OBTENIDOS

Dos muestras:

Masa de cochinilla desengrasada (g) 1 0.58 Masa de carbonato de sodio (g) 0.53 0.13 Masa de ácido cítrico (g) 0.81 0.12 PH de mezcla carbonato + agua 10.71 9.19 PH de mezcla ácido cítrico + sol. carbonato 6.78 5.34 PH mezcla final con cochinilla 6.85 5.46 Masa final obtenida 1.51 1.35 Absorbancia 0.340 0.235

4.2.-CALCULO DE LA PUREZA

% 𝐴𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑟𝑚í𝑛𝑖𝑐𝑜 =𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 ∗ 100

1.39

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𝑎) % 𝐴𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑟𝑚í𝑛𝑖𝑐𝑜 =0.34 ∗ 100

1.39= 𝟐𝟒.𝟒𝟔%

𝑏) % 𝐴𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑟𝑚í𝑛𝑖𝑐𝑜 =0.235 ∗ 100

1.39= 𝟏𝟔.𝟗𝟏%

4.3.-CALCULO DEL RENDIMIENTO

El valor teórico de la absorbancia: 0.65

% 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙

𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎∗ 100

𝑎) % 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =0.340.65

∗ 100 = 𝟓𝟐.𝟑%

𝑏) % 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =0.2350.65

∗ 100 = 𝟑𝟔.𝟏𝟓%

4.4.-ANALISIS

La primera experimentación produjo un producto de color violeta debido al PH

resultante próximo al valor de 7, observándose un porcentaje de pureza y

rendimiento mayor que la muestra resultante de color rojo (PH menor a 7). Esta

variación de PH se hace por las proporciones de ácido, carbonato y cochinilla

usados para cada prueba.

Se toma en cuenta también que se usó cochinilla comprada de diferentes

lugares y la proporción de cada cochinilla diferente no era equitativa para cada

prueba.

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CAPITULO 5

CONCLUSIONES

• Se ha conseguido la extracción del ácido carmínico de la cochinilla

usando agua destilada, carbonato de sodio, n-hexano y ácido cítrico. Se

realizaron dos pruebas de las cuales se obtuvo una pureza de ácido

carmínico entre los valores 17-25% y un rendimiento del proceso en el

rango de 36-52% siendo estos valores próximos a los utilizados por

industrias extranjeras para uso de colorante natural.

• Se comprueba que el color del colorante obtenido de la cochinilla

depende principalmente del PH resultante, estando el color rojo entre el

PH de 5.5 y violeta a otros valores.

5.1.-RECOMENDACIONES

• Se recomienda obtener el valor de solubilidad del ácido carmínico con el

carbonato de sodio, n-hexano y otros compuestos para realizar un análisis

cuantitativo más detallado y para analizar las posibilidades de uso de otros

solventes.

5.1.-BIBLIOGRAFÍA

• Pigmentos naturales quinónicos , Segundo Gibaja

• Utilización agroindustrial del nopal, Carmen Sáenz, Horst Berger

• Tesis: “Evaluación de seis métodos para la extracción de ácido carmínico

obtenida a partir de cochinilla” Universidad de San Carlos de Guatemala,

Mario Alberto Agreda Rodríguez.

• Química orgánica, Galagovsky Kurman Lydia.pdf.

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CAPITULO 6

ANEXOS

Desengrasado con embudo de decantación

Cochinilla desengrasada Solución: carbonato de sodio Adición de cochinilla . + ácido cítrico

Medición del PH Concentración de la solución

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Filtración a vacío

Impurezas restantes Extractos en caja Petri

Secado en estufa Producto final

Preparación para la lectura Solución para medir en el espectrofotómetro