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Centro de la Innovación, la Agroindustria y la AviaciónRionegro, noviembre de 2017
ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA
Extracción y Usos
Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional.
Antocianinas a partir de subproductos de gulupa Extracción y usos./ Muñoz L., Imbachí, P., Ospina, L., Quiceno, J., Cardona, L., David, D., Román, M., Betancur, M., Cadavid, N., Martínez, B., Ordoñez, J., Arias, M., Argumedo, C., Passaro, C. - Rionegro: Servicio Nacional de Aprendizaje, 2017.
32 p.; 16,5 cm x 23 cmCódigo ISBN: 978-958-15-0277-61. Pigmentos naturales; 2. Pasifloras; 3. Procesos de extracción; 4. Aplicaciones
José Antonio LizarazoDirector General (e)
Emilio Eliecer NaviaCoordinador Grupo de la Gestión Estratégica de la Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación (SENNOVA)
Juan Felipe Rendón OchoaDirección Regional Antioquia
Jorge Antonio LondoñoSubdirector Centro de la Innovación la Agroindustria y la Aviación
Elkin Mauricio Peláez BlandónCoordinador de Formación Profesional Integral y Relaciones Corporativas
Luisa Fernanda Granger SerranoLider SENNOVA
Esteban Ocampo OrdoñezDinamizador TecnoParque nodo Rionegro
Adel II González AlcaláInstructor SENNOVA
Antocianinas a partir de subproductos de gulupa. Extracción y usos.
AutoresLaura María Muñoz Echeverri Paola Catalina Imbachí NarváezLeopoldo Ospina Arbeláez Juan Manuel Quiceno RicoLiliana María Cardona BermúdezDorely David Gómez Melissa Andrea Román PáezMaría Isabel Betancur Nieto Natalia Cadavid MuñozBladimir Antonio Martínez VarelaJosé Luis Ordoñez ReveloMaría Isabel Arias RendónCarlos Alberto Argumedo HerreraCatarina Passaro Carvalho
Aprendices Semillero de Investigación Agropecuaria y Agroindustria - SIAGRODuverney Vásquez ToroCarolina Tapiero LoaizaSahianna Gallego OrregoMaría Carolina González RamírezNancy Yuliana Montes RíosIrina Paola Brito Lores
ISBN: 978-958-15-0277-6
© Servicio Nacional de Aprendizaje - SENA
Ilustración digital: Laura María Muñoz Echeverri
Diseño, diagramación e impresión:Divegráficas Ltda.
Hecho el depósito que exige la ley
Este libro, salvo las excepciones previstas por la Ley, no puede ser reproducido por ningún medio sin previa autorización escrita del autor.
Los textos publicados son de propiedad intelectual de los Autores y pueden utilizarse con propósitos educativos y académicos, siempre que se cite al autor y la publicación. Las opiniones aquí contenidas son de responsabilidad exclusiva de los autores y no reflejan necesariamente el pensamiento del editor ni del SENA.
Rionegro, Colombia. Noviembre, 2017.
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Proyecto Esta publicación hace parte del proyecto “Pigmentos naturales obteni-dos a escala piloto, como estrategia de valoración de los subproductos de la cadena productiva de gulupa en el Oriente Antioqueño”, financia-do por el Sistema SENNOVA en el año 2017, bajo la línea programática Fomento de la Innovación en Centros.
Entidad ejecutora:Servicio Nacional de Aprendizaje, SENA, Centro de la Innovación, la Agroindustria y la Aviación, CIAA
AgradecimientosLos autores agradecen a la Asociación Agrofenix y a la Empresa Cari-bbean Exotics por el suministro de la materia prima. Al TecnoParque nodo Rionegro por permitir el acceso a sus laboratorios. Al equipo de gestores tecnológicos por su continuo acompañamiento y asesoría. A la Instructora SENNOVA Elizabeth Barrera por su buena disposición y colaboración con los aprendices de semilleros. Al instructor de mesa y bar Leonardo López por su asesoría, valioso apoyo e interés. Al progra-ma Sena Emprende Rural y sus instructores Giovanni Mora y Gonzalo Mier por estar atentos a los requerimientos del proyecto y contribuir en el acercamiento con los productores de gulupa. Por último, al Sistema SENNOVA por el financiamiento y liderazgo en los procesos de investiga-ción e innovación en el SENA.
ContenidoIntroducción....................................................................................................
1. Gulupa........................................................................................................1.1 Origen y distribución................................................................................1.2 Hábitat.......................................................................................................13. Descripción botánica..............................................................................1.4 Composición............................................................................................1.5 Usos y generación de subproductos...................................................
2. Antocianinas.............................................................................................2.1 ¿Qué son?..................................................................................................2.2 Estructura química...................................................................................2.3 ¿Cómo se forman?...................................................................................2.4 ¿Cuál es su función en la planta?...............................................................2.5 Química y color........................................................................................2.6 Propiedades biológicas ........................................................................
3. Extracción de antocianinas.................................................................3.1 Materia prima..........................................................................................3.2 Pretratamiento de la materia prima......................................................3.3 Métodos de extracción...........................................................................3.4 Factores a considerar..............................................................................3.5 Purificación...............................................................................................
4. Obtención de antocianinas a partir de cáscara de gulupa: Diseño de un proceso de extracción.........................................................4.1 Pretratamiento de la materia prima (upstream)...............................4.2 Extracción..................................................................................................4.3 Procesamiento del extracto (downstream)...........................................
5. Evaluación del proceso de extracción: Extractos de gulupa y sus características.......................................................................................
6. Usos posibles para los extractos de gulupa....................................
7. Marca propuesta para el extracto de gulupa..................................
Referencias bibliográficas............................................................................
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IntroducciónLa gulupa (Passiflora edulis Sims f. edulis) actualmente se posiciona como una de las frutas más importantes en Colombia debido su demanda y ven-tas internacionales. En el 2016 fue la cuarta fruta más exportada, creciendo sus envíos tanto en volumen como en valor en un 16.9% y 18.2% respecto al 2015 (Suarez, 2017). Estos incrementos han supuesto el aumento del área cultivada, concentrándose en los departamentos de Huila, Valle del Cauca, Cundinamarca y Santander, y extendiéndose en los últimos años hacia los departamentos de Antioquia, Boyacá, Caldas y Tolima (Ortiz & Hoyos, 2012).
Debido a la creciente demanda de alimentos, no solo el área cul-tivada de gulupa ha incrementado, en general se ha observado un aumento considerable en la producción agrícola mundial (Muñoz & Rojas, 2016; Ayala et al., 2010; Schieber et al, 2004). Esta producción genera anualmente miles de toneladas de frutas y vegetales utiliza-das para consumo en fresco o elaboración de productos procesa-dos (Rodríguez et al, 2011; Ayala et al, 2010). El consumo y proce-samiento industrial de alimentos, incluida la gulupa, produce entre un 25 y 30% de subproductos no comestibles correspondientes a cáscaras y semillas poco valoradas (Muñoz & Rojas, 2016; Ajila et al., 2011; Ayala et al., 2010), lo anterior sin contar lo que se pierde duran-te el cultivo, cosecha, poscosecha y comercialización.
La preocupación por el aprovechamiento de subproductos ha to-mado fuerza entre la comunidad científica y productiva, desarro-llándose diversas investigaciones para su transformación en pro-ductos de alto valor. Entre las aplicaciones que se han dado a los subproductos destacan: extracción compuestos bioactivos, pig-mentos naturales, pectinas, producción de suplementos animales, biocombustibles, entre otras (Panesar et al., 2015; Yepes et al., 2008)
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Los pigmentos naturales son sustancias que cobran importancia en los sectores de alimentos, farmacéutico, cosmético o textil, debido a que realzan propiedades y hacen más llamativos los productos (Guirola, 2010), sirviendo además como sustitutos de los colorantes artificiales, cada vez menos deseados debido a sus efectos nocivos sobre la salud (Dabas et al., 2011). De manera particular, se conoce que la cáscara de gulupa contiene antocianinas (Zeng et al., 2013; Kidøy et al., 1997), pigmento natural con actividad antioxidante, an-ticancerígena, antimutagénica y antiinflamatoria, entre otras (San-tos et al., 2013), que podría satisfacer la demanda nacional e inter-nacional de pigmentos de origen vegetal.
Conociendo que los subproductos de gulupa constituyen una fuen-te potencial de pigmentos naturales, particularmente antocianinas, y dada la importancia económica de la gulupa en el oriente antio-queño, desde el SENA, Centro de la Innovación, la Agroindustria y la Aviación, CIAA, se ha venido trabajando en la implementación de metodologías económicas para la extracción efectiva de esta clase de biocompuestos. Como producto de este trabajo se presente este documento, cuya finalidad es dar a conocer el proceso que desde el SENA se propone a productores, emprendedores, empresas y co-munidad en general, para la obtención de pigmentos desde cáscara de gulupa; pretendiendo de esta manera dar valor agregado a sub-productos hasta ahora poco aprovechados y fortalecer el sector de las pasifloras tras el uso integral de la gulupa.
1. Gulupa1.1 Origen y distribución
Passiflora edulis Sims f. edulis conocida comúnmente como gulupa, curuba redonda o maracuyá morado (Figura 1), es una planta nativa del sur de los Andes (Pérez & Wyckhuys, 2012; Jiménez et al., 2011), adaptada a trópicos y subtrópicos, y actualmente cultivada en cuatro continentes: África, Amé-rica, Asia y Oceanía. En América es producida por Argentina, Brasil, Colom-bia, Chile, Ecuador, Paraguay y Estados Unidos (Pérez & Wyckhuys, 2012).
1.2. Hábitat
Crece entre los 1600 y 2600 msnm, en climas con temperaturas promedio entre 16 y 22°C, y humedad relativa entre 60 y 70%. Preferiblemente en suelos franco-arenosos o franco-arcillosos con buen drenaje y/o pendien-tes, pH entre 5,5 a 6,5 y zonas sin heladas (Figura 2) (Rojas & Muñoz, 2016; Jiménez et al. 2011; Angulo, 2009).
Figura 1. Frutos de gulupa en estado verdeFuente: Autores
Figura 2. Cultivo de gulupa localizado en Guarne – Antioquia
Fuente: Autores
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1.3. Descripción botánica
Planta, hojas y flores: La plan-ta es leñosa, perenne y de rápi-do crecimiento (Rojas, 2009). Las hojas están formadas por tres ló-bulos, verde oscuro por el haz y grisáceos por el envés. Las flores, constituidas por pétalos de color blanco con rayas moradas, tienen una estructura particular que les confiere la denominación de “pa-sionarias” (Figura3) (Angulo, 2009; Morton, 1987).
Fruto: El fruto es pequeño y ova-lado (4-9 x 4-7cm). Presenta una cáscara resistente que varía de verde a morada según su estado de maduración (Zibadi & Watson, 2004) y representa cerca del 50% del peso total del fruto. En su in-terior contiene un mesocarpio blanco, pulpa amarilla oscura de aroma fuerte y, semillas negras ovaladas (Figura 4) (Rojas & Mu-ñoz, 2016; Angulo, 2009). Gracias a su valor nutricional y sabor, es considerado el mejor entre las pasifloras, no tan ácido como el maracuyá, ni tan dulce como la granadilla (Rojas & Muñoz, 2016).
Figura 3. Flor de gulupaFuente: Autores
Figura 4. Componentes principales del fruto de gulupa
Fuente: Autores
Mesocarpio
Pulpa
Semilla
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1.4. Composición
La gulupa está constituida por proteínas, ácidos grasos, carbohidratos, vitaminas y minerales (magnesio, fósforo, potasio sodio, zinc, selenio) (Zibadi et al.,2004).
Como compuestos particulares se han reportado cantidades apreciables de moléculas cianogénicas y la existencia de saponinas y tioles volátiles (Zibadi et al.,2004; Dhawan et al., 2004). La capacidad antioxidante de la pulpa se atribuye a la presencia de ácido ascórbico y carotenoides (Franco et al., 2014). Otros compuestos de importancia son los glicósi-dos, donde la passiflorina destaca por sus efectos ansiolíticos y tranqui-lizantes (Rodríguez et al., 2008).
Se caracteriza también por el contenido de alcaloides y flavonoides. Entre los flavonoides se encuentran las antocianidinas (perlargonidina, delfinidina y cianidina), precursoras de las antocianinas que a su vez son las responsables de los patrones de color en flores y frutos (Zibadi et al., 2004; Kidøy et al., 1997).
1.5. Usos y generación de subproductos
Tradicionalmente la gulupa ha sido empleada para el tratamiento de diversas dolencias, entre ellas, contrarrestar la tos, disminuir la ansie-dad, producir sueño, aliviar la migraña y hepatitis, controlar la presión arterial, reducir el colesterol y desintoxicar los riñones (Rodríguez et al., 2008; Benigni et al., 1964). No obstante, su uso más extendido es el de ingrediente alimenticio en la elaboración de productos diversos como jugos, sorbetes, vinos, cocteles, postres, mermeladas, dulces y helados (Zibadi et al., 2004). También hay quienes lo consumen en fresco siendo esto poco común (Rojas & Muñoz, 2016).
Todos los usos anteriores, incluida la etapa de producción, genera im-portantes cantidades de subproductos. Entre la cosecha y comercializa-ción, una asociación de 120 productores podría estar generando entre 80 y 100 kg semanales de fruta no exportable o segundas, lo que se traduce en cerca de 50 kg de cáscara y pulpa con potencial de ser explotadas (Giraldo, 2016). La cáscara en particular, gracias a su alto contenido de antocianinas, constituye una fuente potencial de pigmentos naturales.
2. Antocianinas2.1. ¿Qué son?
Las antocianinas son pigmentos solubles en agua pertenecientes al grupo de los flavonoides. Se encuentran ampliamente distribuidos en la natu-raleza, siendo los responsables del color naranja, rojo, azul y púrpura en hojas, flores, frutos, granos y cereales de diversos vegetales (Kumara et al., 2017; Căta et al., 2016).
2.2. Estructura química
Están formadas por una antocianidina, glicosilada por una glucosa, galacto-sa, ramnosa, arabinosa o xilosa o, acilada por un ácido aromático o alifático (Figura 5). Entre las antocianinas más difundidas se encuentra la cianidi-na-3-glucósido (Kumara et al., 2017; Căta et al., 2016; Mojica et al., 2017).
Figura 5. Estructura bá-sica de una antocianina: (a) Catión flavilio; (b) An-tocianidina; (c) Antocia-nina, R3 y R4 pueden ser azúcares, ácidos aromá-ticos o alifáticos.Fuente: Modificado de Espino (2014) y Kumara et al. (2017).
Pelargonidina Cianidina
DelfinidinaPeonidinaPetunidinaMalvidina
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NaranjaNaranja - Rojo
Azul - RojoPúrpura - Rojo
Azul - RojoAzul - Rojo
Antocianidina R1 R2 Color
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2.3. ¿Cómo se forman?
Almacenadas en las vacuolas de células especializadas (Paz & Fredes, 2015), las antocianinas son producto de la vía metabólica de la fenila-lanina; su formación puede ser estimulada físicamente por cantidad de luz que recibe la planta o la temperatura o, químicamente por el pH o la presencia de precursores obtenidos mediante la alimentación (Días et al., 2016; Yang, 2015; Zhang et al., 2013). Así mismo, su acumulación podría es-tar sujeta a factores bióticos o abióticos de estrés, como infecciones bac-terianas o fúngicas, deficiencia de nutrientes, radiación UV-B, entre otros (Silva et al.,2015)
2.4. ¿Cuál es su función en la planta?
Sirven como señales visuales para atraer insectos polinizadores y otros animales encargados de la dispersión de semillas. También cumplen la función de proteger a la planta de diversas condiciones de estrés, como ejemplo, enmascarar a las clorofilas para evitar posibles daños provoca-dos por la radiación solar (Kumara et al., 2017; Cheynier et al., 2013).
2.5. Química y color
El color de las antocianinas puede variar con el pH, presentando colora-ción roja en soluciones ácidas y violetas o azules en soluciones neutras y alcalinas. El cambio en la coloración se debe a la conversión del catión flavilio (rojo) a hemicetal (incolora) o bases quinoidales (azules), a través de reacciones de hidratación o desprotonación (Figura 6) (Cheynier et al., 2013). Otros factores como el tipo de antocianidina, grado de hidroxila-ción, patrones de glicosilación o metilación de los anillos aromáticos, azúcares vs azúcares acilados, también pueden tener un efecto en el color (Tsao, 2010).
ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA Extracción y Usos12
Figura 6. Estructura de antocianinas a diferentes pHFuente: Luchese et al., 2017
2.6. Propiedades biológicas
Se ha encontrado que las antocianinas poseen diversidad de propiedades bioactivas (Figura 7). Estas propiedades estarían asociadas a su estructura química particular y presencia de diferentes grupos funcionales (Dias et al., 2016; Carvalho, 2015; Silva et al., 2015).
Figura 7. Propiedades biológicas reportadas para las antocianinas Fuente: Silva et al., 2015
Base quinoidal: azulpH = 7
Catión flavilio: naranjado a púrpura pH = 1
Chalcona: sin colorpH = 4.5
Figura 8. Fuente vegetales de antocianinaFuente: Recopilado por autores
3. Extracción de antocianinas
3.1. Materia prima
Debido a que se encuentran como metabolitos secundarios en plantas, la producción de antocianinas está sujeta a procesos de extracción o aisla-miento desde tejidos vegetales (Silva et al., 2015).
Además de la cáscara de gulupa, otras fuentes de antocianinas exploradas corresponden a las flores, frutas, hojas, semillas, granos, cereales, raíces y tu-bérculos que se presentan en la figura 8 (Kumura et al., 2017; Šulc et al., 2017; Luna-Vital et al., 2017; Dinis, 2016; Skrovankova et al., 2015; Zibadi et al., 2004).
• Maíz negro• Trigo morado• Frijol negro• Arroz morado
• Col morada• Papa morada• Zanahoria
morada
• Arándano• Mora• Gulupa• Cirurela• Uva• Frambruesa
• Begonia• Violeta• Flor de Jamaica• Conchilla azul
Flores Frutas
Semillas, granos o cereales
Hojas, raíces o
tuberculos
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3.2. Pretratamiento de la materia prima
Debido a las características de las matrices vegetales, en ocasiones la ob-tención de antocianinas puede resultar difícil, por lo que la selección del proceso de extracción gana relevancia. El pretratamiento, correspondien-te a la fase inicial, resulta indispensable ya que acondiciona los tejidos con el fin de facilitar e incrementar la eficiencia de extracción (Silva et al., 2015)
En el pretratamiento usualmente se emplean operaciones de secado y reducción del tamaño de partícula, que contribuyen con el incremento del área de contacto y consecuentemente promueven la difusión de los metabolitos de interés desde las partículas sólidas al solvente. No obs-tante, hay quienes prefieren homogenizar los tejidos directamente con el solvente, para evitar exposición de las antocianinas a agentes oxidativos, haciéndolas propensas a la degradación (Silva et al., 2015).
Otros métodos que han ganado importancia en el pretratamiento de la materia prima son: Campo eléctrico pulsante (induce la electroporación de la membrana incrementando su permeabilidad) y extracción asistida por enzimas (hace uso de un coctel de enzimas que rompen las paredes celulares del tejido de interés, facilitando el acceso a las antocianinas; se emplea principalmente en matrices ricas en pectina) (Prado, 2015; Silva et al., 2015).
3.3. Métodos de extracción
La Extracción Sólido-Líquido (SLE, siglas en inglés) es el método clásico empleado en la recuperación de antocianinas desde tejidos vegetales. No obstante, la revolución verde y la creciente demanda de biocompuestos, ha supuesto el desarrollo de nuevos métodos entre los que se encuen-tran: Extracción por fluidos supercríticos (SFE, siglas en inglés), Extracción por Campo Eléctrico Pulsante (PEF, siglas en inglés), Extracción Asistida por Microondas (MAE, siglas en inglés), Extracción Asistida por Ultrasonido (UAE, siglas en ingles) y Extracción por Líquidos Presurizados (PLE, siglas en inglés) (Ameer et al., 2017; Khanh, 2015; Prado, 2015; Silva et al., 2015). En la tabla 2 se resumen las características de cada método.
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ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA Extracción y Usos 17
3.4. Factores a considerar
Tal como se observa en la tabla 2, la temperatura podría ser uno de los fac-tores más importantes durante la extracción de antocianinas. Se reporta que temperaturas superiores a 60°C afectan su estabilidad química, tiem-po de vida y reducen su rendimiento de extracción. Como temperaturas adecuadas se han encontrado de 20 a 35°C (Silva et al., 2015)
El pH es otro de los factores a considerar. Generalmente las antocianinas son más estables a pH inferiores a 7, lo que explica el uso de solventes aci-dulados. Se recomienda, además, emplear ácidos débiles como el trifluo-roacético, tartárico o cítrico que previenen la degradación de antocianinas aciladas (Santacruz et al., 2011).
3.5. Purificación
Los métodos de extracción usualmente no son selectivos para antociani-nas, por lo que el extracto final corresponde a una mezcla de moléculas (antocianinas con azúcares o ácidos orgánicos) que pueden afectar su es-tabilidad y dificultan su caracterización. Para remover estos interferentes se han desarrollado diferentes técnicas (Silva et al., 2015):
• Precipitación: Usa plomo bivalente para precipitar antocianinas en so-luciones acuosas. Existen, sin embargo, otros compuestos que también precipitan, por lo que esta técnica se considera un paso preliminar de purificación.
• Extracción en Fase Solida (SPE, siglas en inglés): Es un proceso que se-para de acuerdo a las características fisicoquímicas de los compuestos. Se emplean adsorbentes como las resinas C18, Sephadex y Amberlite, las cuales establecen enlaces con los grupos hidroxilo o enlaces hidrofó-bicos con anillos aromáticos.
• Cromatografía contracorriente: Ha demostrado gran potencial para el aislamiento de antocianinas. Promisoria para ser usada a escala industrial.
4. Obtención de antocianinas a partir de cáscara de gulupa:
Diseño de un proceso de extracción
Luego de diversos ensayos a nivel de laboratorio y considerando los equipos disponibles en el laboratorio de Biotecnología del TecnoParque nodo Rionegro, se diseñó un proceso para la extracción de antocianinas desde de cáscara de gulupa. La figura 9, correspondiente al diagrama de proceso, representa los equipos y operaciones propuestas, corrientes de entrada y salida.
Cáscara Fresca
Horno de secado Tanque agitado
Filtración
Filtración
Cáscara Seca
Cáscara Molida
Solvente
Extracto Diluido y Material Vegetal
Extracto Diluido
Material Vegetal
Solvente
Extracto Concentrado
Concentración del extracto
Bomba de vacío
Bomba de vacío
LiofilizadorProducto Envasado
Tanque de Almacenamiento
Extracto Concentrado
Residuos
Extracto en Polvo
Acarreador
Molino
Secado Reducción de tamaño
Extracción
Rotaevaporador
Filtro prensa
Filtro de membrana
Secado final
Figura 9. Diagrama de Flujo para el proceso de extracción de antocianinas desde la cáscara de gulupa
Fuente: Autores
ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA Extracción y Usos 19
El proceso, diseñado para obtener extractos con alto contenido de anto-cianinas a partir de 0.8 – 1 kg de cascara seca de gulupa, se divide en tres etapas principales: (i) pretratamiento de la materia prima (upstream), (ii) extracción, (iii) procesamiento del extracto (downstream).
4.1 Pretratamiento de la materia prima (upstream)
Incluye las operaciones de secado y reducción de tamaño. Previo al secado se realiza un proceso de adecuación de la cáscara que consta de (Figura 10).
Lavado
• Se remueve la pulpa residual, y con agua corrientese elimina el exceso de suciedad
Reduccióninicial de tamaño
• Se cortan las cáscaras manualmente con el fin de aumentar su área superficial y consecuentemente optimizar el secado y reducción de tamaño
Desinfección
• Se sumergen las cáscaras en un producto desinfectante apto para alimentos, puede ser ácido acético (vinagre) o productos comerciales como Citrosan.
Figura 10. Adecuación de la cáscaraFuente: Autores
Secado
Se emplea un horno de secado preferiblemente de conexión forzada. Me-diante el secado se elimina el exceso de humedad en la cáscara y conse-cuentemente se concentran los metabolitos de interés. Adicionalmente reduce la posibilidad de contaminación microbiana logrando tiempos pro-longados de almacenamiento de la materia prima en caso que se requiera.
Condiciones de operación propuestas: Para evitar degradación de las antocianinas se fijó como temperatura máxima 45°C hasta lograr porcentajes de humedad inferiores al 10%. Se deben procesar cerca de 10 kg de cascara fresca para obtener entre 0.8 y 1 kg de cascara seca.
ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA Extracción y Usos20
Reducción de tamaño
Conociendo que el aumento en el área superficial de la matriz vegetal incrementa el contacto entre el solvente y el compuesto de interés, se propone realizar un proceso de reducción de tamaño.
Condiciones de operación: Esta operación pue-de llevarse a cabo en un molino de bolas, marti-llo, o centrifugo, el que haya disponible con una capacidad mínima de 1 kg. Indispensable que la cáscara esté seca. Se deben obtener partículas con diámetros inferiores a 2.35 mm.
4.2. Extracción
Esta etapa está constituida por la extracción del compuesto de interés desde la matriz vegetal y un primer proceso de filtrado.
Extracción
Corresponde a la operación más importante del proceso siendo en esta donde se obtiene el extracto rico en antocianinas. Se seleccionó el método Extracción Solido-Liquido debido a las ven-tajas asociadas, no requiere el uso de equipos específicos y costosos, pudiendo ser llevada a cabo en cualquier locación. Para esta ope-ración fue construido un tanque agitado en acero inoxidable (304) con un volumen efec-tivo de 8 a 10L.
Condiciones de operación: Como solvente se eligió etanol (70%) acidulado con ácido cítrico (0.1%), lo anterior pensando en la aplicación del extracto en productos alimenticios. La re-lación entre el soluto y el solvente debe ser 1:10, así para 0.8kg. de cáscara se utilizan 8L de solvente. La extracción deberá realizarse a temperatura ambiente manteniendo una agi-tación de 720 r.p.m. durante 2 h.
ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA Extracción y Usos 21
Filtración
Una vez disuelto el pigmento en el solvente, es necesario realizar una separación de fases, la lí-quida correspondiente al solvente, de la sólida constituida por el material vegetal.
Operación: Para la separación se construyó un accesorio que puede ser acoplado al tanque de agitación. Este mecanismo, inspirado en una prensa francesa, ejerce presión sobre la cáscara depositándola en el fondo del tanque. El sobre-nadante (fase líquida) es extraído a través de una válvula de bola.
4.3. Procesamiento del extracto (downstream)
El procesamiento del extracto consta de tres operaciones, concentración del extracto, filtrado y secado final.
Concentración del extracto
Esta operación se realiza para concentrar los compuestos de interés (an-tocianinas) y recuperar el solvente (etanol). Uno de los equipos usados co-múnmente para este tipo de operación es el rotaevaporador o destilador rotatorio, el cual permite trabajar a temperaturas y presiones bajas, evitan-do la desnaturalización o degradación de las moléculas.
Condiciones de operación: Para lograr una evaporación relativamente rápida del solvente (2.6 mL/min. en un equipo de laboratorio) se propone emplear 120 mbar de presión, temperatura de 45°C y rotación de 130 r.p.m. El solvente recu-perado es almacenado en un recipiente (tanque de almacenamiento) para su uso posterior.
ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA Extracción y Usos22
Filtración
Esta filtración fue implementada con la intensión de remover el exceso de impu-rezas en el extracto concentrado.
Operación: Se emplea un filtro de papel de poro fino, colocado cuidadosamente en un embudo, que a su vez es dispues-to en un recipiente para la recepción de la muestra. El recipiente se acopla a una bomba de vacío para acelerar la filtración.
Secado final
Se plantea un proceso de secado en liofilizador con el fin de obtener un ex-tracto en polvo que pudiese ser almacenado a temperatura ambiente, conservando sus características bioactivas.
Condiciones de operación: Previo al proceso de liofilización, el extracto es mezclado con un acarreador que le proporciona una mejor consistencia. Esta mezcla, extracto-acarrea-dor, se congela y dispone en el equipo. El liofilizador se opera a -20°C y 1.0 mbar en el secado principal y a -80 °C y 0.001mbar en el secado final. El tiempo de liofilización puede durar alrededor de 24 h.
Envasado
Para evitar el deterioro acelerado del producto, se deberá envasar en reci-pientes opacos, pueden ser frascos de vidrio ambar. Se recomienda alma-cenar en lugares oscuros y secos.
5. Evaluación del proceso de extracción: Extractos de
gulupa y sus características Una vez se tuvo a disposición la materia prima necesaria y el solvente, se implementó el proceso de extracción previamente descrito, obteniendo extractos con las siguientes características (Figura 11, Tabla 2):
(a) (b) (c)
Figura 11. Extractos obtenidos a partir de cáscara de gulupa. (a) Extracto diluido. (b) Extracto concentrado. (c) Extracto liofilizado
Fuente: autores
ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA Extracción y Usos24
Tabla 2. Características de los extractos obtenidos a partir de cáscara de gulupa
Característica Extracto diluido
Extracto concentrado
Extracto liofilizado*
Antocianinas (mg cianidina 3-glucosido) /100 g de cáscara seca*) 137.32 ± 1.80 453.42 ± 6.88 99.89 ± 3.33*
Capacidad Antioxidante
ABTS (mmol trolox/100g cáscara seca*) 5.49 ± 0.22 27.13 ± 0.89 8.271 ± 0.38*
DPPH (mmol trolox/100g cáscara seca*) 0.599 ± 0.04 2.43 ± 0.05 0.66 ± 0.08*
Polifenoles (gácido gálico/ 100g cáscara seca*) 0.89 ± 0.01 4.57 ± 0.06 1.23 ± 0.05*
Color
L 15.67 ± 0.31 13.52 ± 0.02 37.97 ± 0.002
a 17.16 ± 0.97 -6.57 ± 0.08 27.46 ± 0.002
b 7.61 ± 1.32 -2.58 ± 0.05 13.31 ± 0.04
pH 5.04 ± 0.01 3.92 ± 0.01 3.78 ± 0.003
% Humedad 97.33 ± 0.30 89.73 ± 0.57 7.27 ± 1.03
Rendimiento (mL o g* de extracto/g de cáscara seca) 7,39 ± 0,20 1,47 ± 0,04 0,19 ± 0,005*
*Las unidades para el extracto liofilizado están expresadas en términos de 100g de extracto liofilizado. NOTA: los resultados presentados corresponden a los extractos de una de tres extracciones realizadas.
6. Usos posibles para los extractos de gulupa
En los últimos años las antocianinas han llamado la atención de las comu-nidades científica e industrial debido a su amplio rango de aplicaciones (Silva et al., 2015). Siendo los extractos de cáscara de gulupa ricos en an-tocianinas y tomando como base resultados de diversas investigaciones, estos podrían ser empleados para la producción de:
Colorantes naturales: siendo pigmentos naturales las antocia-ninas se han convertido en una alternativa para la industria de alimentos como sustitutos de los colorantes sintéticos (Santa-cruz et al., 2011). Actualmente han sido evaluadas en productos lácteos, batidos y bebidas de pH bajos, también en alimentos sólidos (Cortez et al., 2017). De manera particular, extractos ob-tenidos desde residuos de uvas, arrojaron resultados exitosos imprimiendo una tonalidad azul en yogures comerciales (Rosero et al., 2016).
Productos nutracéuticos, farmacéuticos o cosméticos: gracias a sus propiedades bioactivas las antocianinas podrían ser usa-das para la formulación de alimentos funcionales o promotores de salud, en medicina para el tratamiento de diferentes enferme-dades (Silva et al., 2015; Wallace & Guisti, 2015) o para la elabora-ción de productos cosméticos.
ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA Extracción y Usos26
Empaques inteligentes: Debido a sus cambios de coloración con el pH, se ha estudiado el potencial de las antocianinas como indicadores de pH en empaques inteligentes (Shukla et al., 2016).
Aditivos: la capacidad antioxidante y antimicrobiana de las antocianinas, las convierte en un ingrediente promisorio para la producción de aditivos que ayuden en la estabilización de productos alimenticios y el aumento de su vida útil (Silva et al., 2015).
Paneles solares: Se está investigando el uso de antocianinas como sensibilizadores en celdas solares, una alternativa limpia para la producción de energía (Kumura et al., 2017).
ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA Extracción y Usos 27
7. Marca propuesta para el extracto de gulupa
Como iniciativa y trabajo exclusivo de los aprendices que actualmente participan en el proyecto de innovación, se propone la marca Extractos Gulup (Figura 12) para identificar el extracto de gulupa, un prototipo fun-cional con potencial de llegar a producto mínimo viable.
Figura 12. Marca para el extracto de gulupaFuente: Aprendices Semillero SIAGRO
Descripción El estilo de letra fue elegido por el impacto visual que genera. El círculo y la cinta son la representación de la calidad del producto. La gulupa en me-dio, con su forma y color original, resaltan la oportunidad que supone esta fruta, y particularmente sus subproductos, como fuente de pigmentos na-turales. El color blanco y negro de las letras se seleccionaron para contras-tar con el morado de la gulupa. Las hojas simbolizan el cultivo del fruto.
ANTOCIANINAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE GULUPA Extracción y Usos28
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