FACULTAD DE CIENCIAS AGROALIMENTARIA Y TECNOLOGICA.
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA EN ALIMENTOS.
Sustitución de colorantes artificiales por colorantes naturales en bebidas de producción comercial.
Pedro Estévez 2004-0179
Para Optar por el Titulo de
Ingeniero en el área Tecnología de Alimento
Santiago de los caballerosSantiago de los caballeros
República DominicanaRepública Dominicana
Abril, 2011Abril, 2011
UNIVERSIDAD ISA
APROBACIÓN DEL TEMA DE REPORTE PROFESIONAL
-SOLICITUD-
Estudiantes: Matrículas:
Pedro Estévez Uyola 2004-0179
Fecha de entrega: Abril 2011.
Asesora: Lucia Beriguete
Co- Asesora: Clara Ángel Botero, MSc.
Título del Trabajo: Sustitución de colorantes artificiales por colorantes
naturales en bebidas de producción comercial.
Aprobación:
Pedro Estévez . Lucia Beriguete
Estudiante Profesor Asesor
Dr. Danis Félix Clara Ángel Botero. Director del Departamento Profesor Co- Asesor
Dr. Domingo Carrasco dr. Rafael Amable Vázquez Vicerrector Académico Decano de la facultad
Abril, 2011
1.0- Introducción.
En la actualidad son muy pocos los alimentos industrializados que no tienen
colorantes. El color es considerado un importante atributo de un alimento,
aumentando su atractivo o más aun vinculándolo con su calidad.
Los alimentos naturales tienen su propio color y lo ideal sería que se
mantuvieran a lo largo del proceso de transformación en la industria, pero la
mayoría de las veces no es así. Sin embargo, los consumidores prefieren en
determinados alimentos un color constante, que no varíe en los diferentes lotes
de fabricación de un producto y esto sólo puede obtenerse modificándolo de
forma artificial
(Cubero et al., 2002).
Los colorantes tienen un uso limitado, no deben emplearse de una manera
arbitraria, sino que la cantidad en cada alimento debe atender a la corrección
de la pérdida de color producida por alguno de los siguientes problemas que se
pueden plantear durante el proceso de fabricación o almacenamiento de un
alimento:
Pérdida de color por tratamientos tecnológicos del proceso: tratamientos
térmicos, pelados, desecaciones, etc.
Variaciones físico-químicas: cambios de luz, pH, potencial redox.
Efectos bioquímicos: microorganismos y sus metabolitos, pardeamiento
enzimático y no enzimático.
El uso de los colorantes sintéticos en la industria alimentaria es cada vez mas
estricto debido a las regulaciones para su uso, por los problemas de toxicidad,
reacciones de intolerancias y alérgicas. Lo anterior ha favorecido el interés
para obtener colorantes de fuentes naturales como posibles sustituto de los
colorantes sintéticos, ya que a la fecha no existe evidencia de su toxicidad en
humano y por el contrario se les asocia con el mantenimiento de una buena
salud. (Pedreño y Escribano, 2000)
Las autoridades sanitarias han ido retirando la autorización de uso de un gran
número de compuestos. Por ejemplo, la FDA ha reducido la lista de colorantes
sintéticos autorizados de setecientos a siete y la Agencia de Seguridad
Alimentaria de la Unión Europea (EFSA) ha recomendado minimizar el
agregado de aditivos en general, utilizándolos solamente cuando haya una
necesidad real vinculada con la preservación, sabor o estabilidad de los
alimentos. Indudablemente, la tendencia creciente es buscar la forma de
cambiar los colorantes sintéticos por naturales.
(Stintzing, F.C., Herbach, K.M., Mosshammer, M.R. et al. 2005)
La ley varía mucho de unos países a otros con respecto al uso de los
colorantes sintéticos y eso quiere decir que incluso los científicos no se ponen
de acuerdo sobre su falta de efectos secundarios.
Así podemos encontrar que en los países nórdicos están prohibidos casi todos
los colorantes sintéticos y en cambio otros países los autorizan.
(Montse Valderrama)
Se ha demostrado que los colorantes sintéticos en su mayoría tienen efectos
nocivos para la salud, este hecho ha sido el motivo para encontrar un sustituto
que proporcione las mismas características que los colorantes artificiales, pero
sin que cause daño al consumidor. Por ejemplo tenemos el uso de los
colorantes artificiales usados en la industria alimentaría, de los cuales existen
países que los prohíbe en su mayoría, y se esta inclinando a los colorantes
naturales.
Las primeras materias colorantes eran de origen vegetal (índigo, gualda,
campeche, orchilla) o incluso animal (cochinilla). En la actualidad son en su
gran mayoría derivados de hidrocarburos contenidos en el alquitrán de hulla. La
mayor parte de las materias colorantes naturales han sido reproducidas
artificialmente y entran en el cuadro de las materias colorante sintéticas.
(Nueva Enciclopedia Larousse, ed Planeta, 1984).
La demanda de los colorantes naturales en la industria alimentaría han
aumentado significativamente en los años recientes, debido a que los
consumidores consideran el consumos de productos naturales como un factor
esencial en el incremento de la calidad de vida.
(Yisser García1, Margarita Núñez de Villavicencio1, José L. Rodríguez1, Idania rrego y Luís Cruz)
2-0 Justificación
Se ha desarrollado un procedimiento para producir lo que seria el primer
pigmento amarillo natural estable derivado de las betalaínas. Las betalaínas
son compuestos naturales, solubles en agua que se han convertido en un foco
de interés cada vez mayor de la industria alimenticia.
A partir de estos, los investigadores se propusieron lograr un colorante estable
para utilizar en alimentos, para locual prepararon un extracto a partir de la
llamada tuna de Opuntia que luego sometieron a un procedimiento de Spray
drying que se encapsulo en una matriz de maltodextrina. Se logro así un sólido
de color amarillo brillante que contiene un solo pigmento, la indicaxantina.
Tras realizar varios ensayos para determinar la estabilidad del pigmento,
concluyeron que este era altamente estable, lo que permitirá su utilización en
un gran numero de productos tantos alimenticios, como cosméticos, y
farmacéuticos.
(Gandia Herrero, M Jiménez-Atienza.2010)
El pigmento obtenido de la tuna (betacianinas) es más aceptable
organolepticamente que el de la remolacha, ya que no tiene un sabor
desagradable sino más bien el hecho de su escaso sabor resultaría en su
mayor potencial como colorante que como alimento.
(Feugang, J.M., Konarski 2006).
El fruto contiene varios pigmentos como la idixantina (betaxantina), la
betanidina, betanina y la filocactina (betacianinas), así como el beta-caroteno,
los cuales pueden ser empleados satisfactoriamente en la industria alimentaría.
Por su alto poder tintorial (dos veces más alto que los colorantes artificiales) y
la tonalidad del color sin cambio en un intervalo amplio de pH de 3 a 7, las
betalaina son compuestos tecnológicamente muy atractivo como colorantes
naturales en alimentos
(Von Elbe, 1975; Caí et al, 1998, 2001, Cai y Corke 1999)
Las betalaínas, pigmentos presentes en las tunas rojas y púrpuras, se utilizan
ampliamente en la industria de alimentos; sin embargo su fuente corriente de
extracción en forma comercial no es la tuna, sino la betarraga o remolacha de
mesa a la cual le deben el nombre. Dado que las betalaínas ya son conocidas,
aceptadas y utilizadas, se ha pensado que la tuna puede ser una fuente
alternativa para su extracción.
Hasta ahora, no existen empresas que se dediquen a su producción o que
aíslen el colorante a partir del jugo concentrado, por lo que son necesarias
posteriores investigaciones.
Las cáscaras del nopal son ricas en hidrocoloides (mucílagos) que se pueden
extraer y utilizar como espesantes en la industria alimenticia. Por otra parte, las
cáscaras de variedades rojas o púrpuras contienen gran cantidad de pigmentos
(betalaínas) y pueden ser una fuente de colorantes naturales. No se ha
explorado aún la extracción de otros pigmentos de tunas de otros colores.
(Carmen Sáenz)
Los pigmentos rojos obtenido de las raíces de remolacha (Beta vulgaris L.) han
presentado considerable interés como pigmentos naturales, pertenecientes al
grupo de las betalainas. Se ha descrito la presencia de dos grupos principales,
las Betacianinas y Betaxantinas en las raíces de remolacha (Beta vulgaris L.).
Químicamente son moléculas derivadas del ácido betalámico, solubles en
agua. En el área de los alimentos son sustituto de colorantes sintéticos, en la
elaboración de gelatina, configuras, yogurt de freza, helado de crema, cocktail
de frutas, caramelos y galletas, siendo aceptado por la comunidad económica
Europea clasificado con el código de E-162 como rojo remolacha producido por
la deshidratación y pulverización de (Beta vulgeris L.)
(Mario José Moreno Álvarez 2002)
3-0 Objetivos
3-1 Objetivo específico.
Sustituir los colorantes artificiales por colorantes naturales en bebidas de
producción comercial.
3-2 Objetivos generales.
Demostrar que los pigmentos presente en el nopal se puede utilizar como
sustituto de los colorantes sintéticos.
Determinar la estabilidad de los diferentes pigmentos una vez sean expuestos
a diferentes cambios ej: pH, temperatura, luz, oxigeno.
Evaluar la vida útil de estos pigmentos.
Determinar la composición física y química.
4-0 Revisión de literatura.
4-1 Variedades de tunas (Opuntia)
4-1-1 Opuntia ficus indica:
Es la especie más estudiada de todas las Opuntia.
Su cultivo está dedicado a la producción de sus frutos y ciertos derivados, tales
como zumos, mermeladas y frutas deshidratadas (Castellar et al. 2003).
Entre sus nombres comunes o vulgares destacan dependiendo de su origen y
distribución: Chumbera, Nopal, Tuna, Tunera, Tuna de Castilla, Tuna de
España, Tuna española, y a los frutos se les denomina como Higo Chumbo,
Higo de pala.
(Castellar et al. 2003).
4-1-2 Opuntia stricta:
Es un cactus de unos 2 metros de altura que produce unos frutos de pequeño
tamaño, piriformes y de aproximadamente 2.5 4.5 cm. Las flores son muy
vistosas, de aspecto satinado y color amarillo. Se trata de una especie invasora
en continentes como África y Australia
(Randall, 2002).
Produce concentraciones de betalaínas similares o mayores incluso que las
variedades de remolacha cultivadas para este fin.
Por lo cual se propone como recurso alternativo frente a la remolacha roja
como fuente de este pigmento, ya que posee además mejores propiedades
nutricionales y organolépticas, al concentrarse el pigmento en un fruto.
(Fernández-López et al., 2002).
Los colorantes artíllales están restringidos principalmente porque se han
detectado propiedades mutagénicas y teratogenicas, dentro de estos los rojos
son los mas restringidos. Unas de las artenativas para sustituir son el rojo # 40
y el rojo # 2, el cual es el pigmento proveniente de la cáscara de pitajaya.
(Stenocereus stellatus).
Los colorantes naturales se pueden extraer de plantas y de animales de los
cuales se están haciendo las investigaciones previas y demostrar cuales se
pueden usar en la industria alimentaría, alguna plantas que se están
analizando son: Acalifa (hojas), tamarindo (hojas), algarrobo (corteza),molle
(fruto), mamey (cáscara) con las cuales se realizaron primeramente manchas
fotoquímicas para obtener los extractos y posteriormente la identificación de los
principios activos, indicando la presencia de compuestos fenolicos, flavonoides,
taninos, antraquinonas, propio de los colorantes naturales y se procedió a
evaluar el poder tintóreo de las mismas.
(Blanca Margarita Romero Guzmán).
Tanto los colorantes naturales como los sintéticos tienen sus ventajas y
desventajas, los sintéticos presentan, menores costos de producción y mayor
estabilidad. El uso de estos aditivos se esta disminuyendo debido a su toxicidad
luego de un uso prolongado. Mientras que los aditivos naturales presentan otro
ángulo distinto, son más costosos, menos estables a la luz, no presentan
problemas de toxicidad.
Entre los pigmentos naturales de interés en la industria alimentaria están; las
betalaínas, que actualmente se reconocen como nutraceuticos, ya que se ha
evaluado su actividad antioxidantes y su beneficio potencial a la salud.
(Escribano et.. al 1998:Stintzing y carle.2004)
4-2 Las betalaínas: qué son y su presencia en la naturaleza
El término betalaínas se refiere a un grupo de aproximadamente 70 pigmentos
hidrosolubles, con estructuras de glucósidos, derivados del ácido betalámico, La
forma general de las betalaínas representa la condensación de una amina
primaria o secundaria con ácido batalámico
. Son parecidas a las antocianinas y flavonoides en apariencia visual.
Anteriormente se les llamaba antocianinas nitrogenadas. Estos pigmentos se
encuentran sólo en 10 familias de vegetales, todas pertenecientes al orden
Cariophilales: Aizoaceae, Amaranthaceae, Basellanaceae, Cactaceae,
Chenopodiaceae, Didiereaceae, Holophytaceae, Nyctaginaceae, Phytolaccaceae
y Portulaceae. También se han encontrado algunas betalaínas de origen fúngico
en el hongo venenoso Amanita muscaria. Las betalaínas, al igual que las
antocianinas, se acumulan en las vacuolas celulares de las flores, frutas y hojas
que las sintetizan, principalmente en la epidermis y la subepidermis. De las
fuentes de betalaínas, sólo la remolacha, el amaranto y las frutas de cactáceas
son productos alimentarios.
Las betalaínas son pigmentos naturales y solubles en agua de creciente interés
para la industria de los alimentos. Dotan de brillantes colores a varios tipos de
plantas y flores, pero también pueden obtenerse de fuentes comestibles como el
betabel y la pitajaya. Son un grupo de pigmentos presentes en algunas familas
del orden Centrospermae, que no tienen antocianinas. Se conocen dos tipos, las
betacianinas, de color rojo púrpura y las betaxantinas, amarillas.
Al contrario de lo que sucede en el caso de las antocianinas, el color de las
betalaínas no depende del pH. Las betacianinas mantienen su color púrpura sin
ningún cambio entre pH 4 y 7, y los cambios que se producen a pH tan
extremos como 2 ó 9 son pequeños.
Las betacianinas son el principal pigmento rojo del betabel y es el principal
componente colorante presente en la lista de aditivos de color para alimentos
con la clave E-162.
El pigmento (betalaína) extraído de la remolacha se ha utilizado principalmente
como colorante natural por ejemplo se utiliza en la formulación de helados de
crema, yogurt de fresa, bebidas deshidratadas, bebida fría y gelatina.
(Victoria Matos et al 2001).
Este pigmento es el mismo que se encontrar en el fruto de la tuna (nopal)
(Opuntia ficus-indica)
4-3 Los colorantes y su importancia en el mundo de los alimentos.
4-3-1 Colorantes naturales
Los colorantes naturales son todas aquellas materias de origen vegetal o animal,
que contienen grupos cromóforos los cuales poseen la propiedad de colorear las
superficies a las cuales son sometidas, tal como las fibras, y grupos auxócromos
que intensifican el color
Los colorantes son sustancias de origen natural o artificial que se usan para
aumentar el color de los alimentos, ya sea por que el alimento a perdido color en
su tratamiento industrial o bien para hacerlo más agradable a la vista y más
apetecible al consumidor.
4-3-2 Colorantes artificiales.
Son aquellos colorantes obtenidos mediante un proceso químico industrial y
existen una gran cantidad de ellos, sin embargo solo algunos están aprobados
para su uso en alimento en relación con la toxicidad o inocuidad de cada uno de
ellos.
4-3-3 Clasificación de los colorantes.
Los colorantes pueden clasificarse de acuerdo a varios criterios según su origen.
Orgánicos o naturales: procedentes de plantas y animales, tales como la
clorofila, carotenos, betalaínas, flavonoides, antocianinas entre otros.
Minerales: tales como lacas, sulfato de cobre, y cromato de potasio entre
otros, estos no se usan en la industrias alimentaría porque contienes iones
metálicos.
Artificiales: estos son obtenidos por síntesis química.
De acuerdo a su solubilidad se pueden clasificar en hidrosolubles y liposolubles.
La FDA creo tres categorías para clasificar a los colores.
colorantes FD&C: certificados para el uso en alimentos, drogas y
cosméticos en general
colorantes D&C: tintes y pigmentos considerados seguro en drogas y
cosméticos ingeridos o usados en contacto con membranas mucosas.
Colorantes Ext.D&C: colorantes que, por su toxicidad oral no se usan
en productos para ingestión, pero que son considerados para el uso externo.
4-3-4 Fuentes de colorantes naturales.
Como fuentes de colorantes naturales podemos citar a las
Plantas (hojas, flores y frutos)
Insectos (grana y cochinilla) y algunas algas marinas, se pueden obtener en
forma de:
Zumo de frutas. Se usan en su forma concentrada como agente
colorantes y típicamente contienen carotenoides y antocianinas.
Extracto de gardenia. Producida por el jugo de una planta que
contiene una variedad de pigmento, incluye un carotenoide soluble y un
flavonoide.
Extracto de la piel de uva. Obtenido por extracción del residuo
producido por el prensado de las uvas durante la elaboración del vino.
Extracto de color verde que se obtiene de la espinaca y alfalfa.
4-4 Características de las betalaínas.
4-4-1 Estabilidad de las betalaínas.
La estabilidad de las betalaínas es restringida, debido a que su color se altera
por varios factores: pH, temperatura, actividad acuosa y luz; no se ha logrado la
estabilización de estos pigmentos a través de acilación o sustitución de la
molécula, aunque su estabilidad puede aumentar si se añaden antioxidantes
como ácido ascórbico, E-321 o butil-hidroxi-tolueno (BHT) y E-320 o butil-
hidroxi-anisol (BHA) (Lee et al., 1982).
4-4-2 Estabilidad de las betaxantinas .
Las betaxantinas se degradan con mayor rapidez que las betacianinas,
además, por su color amarillo en general se enmascaran con las betacianinas u
otros compuestos presentes. Todas las reacciones de degradación se aceleran
por la acción catalítica de algunos metales, principalmente el cobre.
(Huang y Von Elbe, 1986).
4-4-3 Efecto del pH
El cambio de color con el pH es, a nivel general, menos marcado que el que
presentan las antocianinas.
El color permanece inalterado en un intervalo de pH de 3 a 7; por debajo del pH
3.0 el color cambia a violeta, y su intensidad decrece. Por encima del pH 7.0, el
color es más azulado debido a un efecto batocrómico o desplazamiento hacia
el rojo. La mayor intensidad de azul se observa a un pH 9.0.
(Von Elbe y Goldman, 2000).
4-4-5 Efecto de la temperatura
Las betalaínas son muy sensibles a la temperatura. La degradación de
betalainas como betanina y vulgaxantina-I sigue una reacción de primer orden
en un intervalo de pH 3.0 a 7.0, en ausencia de oxígeno. La betanina, por otra
parte, produce isobetanina y/o betanina descarboxilada cuando se calienta a un
pH de 3.0 a 4.0. Los enlaces glucosídicos son muy sensibles a la ruptura en
altas temperaturas, así como a reacciones de oxidación, lo que iniciará una
polimerización que dará productos similares a las melaninas.
4-4-5 Efecto de radiaciones
Al igual que las antocianinas, las betalaínas son muy susceptibles a la
degradación iniciada por radiación de varios tipos: le degradación por
fotoxidación depende del pH, y ocurre con más intensidad a pH 3.0 que a 5.0
(Von Elbe et al., 2000). La radiación gamma incrementa la velocidad de
degradación de betanina, y se pierde totalmente a dosis de 100 krad.
(Saguy et al., 1984).
4-4-6 Efecto del oxígeno
La presencia de oxígeno afecta la velocidad de fotoxidación y de degradación
por temperatura; los iones metálicos (hierro, cobre, estaño, aluminio) aceleran
la oxidación en presencia de oxígeno.
(Attoe y Von Elbe, 1985)
La presencia de ácido ascórbico o α-tocoferol no protegen a las betalaínas de
la oxidación; sin embargo, el ácido cítrico y ácido etilendiaminotetraacético
(EDTA) sí la reducen (Butera et al., 2002).
4-4-7 Efecto de la actividad del agua
Son estables en productos deshidratados con una actividad de agua menor a
5.0. La betanina se vuelve más inestable a medida que se aumenta la actividad
de agua y el contenido de humedad del alimento; por esta razón, los sólidos de
remolacha deben almacenarse con la menor cantidad de agua posible y en las
condiciones más secas (Von Elbe et al., 1981).
Igualmente, en función de la actividad de agua, el oxígeno retenido en la
remolacha deshidratada puede causar modificaciones en la betanina.
(Saguy et al., 1984).
4-4-8 Acción enzimática
Otro mecanismo de decoloración de la betacianina y de la betaxantina,
particularmente en la remolacha, es por la acción enzimática que alcanza su
máximo a un pH 3.4 (Shi y Maguer, 2000), en apariencia debido a la actividad
de las peroxidasas.
5-1 Materiales y métodos
Para la extracción de este tipo de pigmento, la fruta generalmente se macera o
se muele en agua fría o a temperatura ambiente. En la mayoría de los casos es
necesario el uso de soluciones acuometanólicas o acuoetanólicas
(del 20 hasta 51 % v ∕ v) para alcanzar la extracción completa
(Piatelli., 1981)
Algunas veces, hay necesidad de realizar una fermentación aerobia del jugo
(saccharomyces cerevisiae y Aspergillus níger) para reducir los azucares y
aumentar el contenido de betacianinas.
(Pourrat et al., 1988)
En ambos procedimientos, la inactivación de las enzimas que degradan el
pigmento se realiza por un tratamiento térmico a 70 °C durante 2 minutos, sin
embargo este procedimiento podría destruir algunos pigmentos. Las
betacianinas se pueden precipitar por una ligera acidificación con acido
clorhídrico o con etanos acidificado (0.4 hasta el 1% HCL). Para la separación
de betaxantinas se puede adicionar una solución acuosa de etanol al 95 %
(Bilyk, 1979, Piatelli y Minale, 1964)
La degradación de las betanina puede ocurrir rápidamente y su destrucción
puede evitarse trabajando a bajas temperaturas y protegiéndola de la luz
(Strack et al., 1993)
A continuación se presenta una lista de los agentes químico que se usaran en
este experimento, con los cuales se determinara la estabilidad de los
pigmentos presente en el nopal y además demostrar cual es el mejor disolvente
para la extracción de los colorantes.
Agua
Metanol al 80%
Etanol 96%
Éter de petróleo
Mezcla de alcohol potasio al 20% con metanol 4:1 y éter de petróleo
2:1.
5-1-1 Materiales a usar durante el experimento.
Materiales Utensilios Aditivos Equipos
Probeta Guantes Vitamina c Balanza analítica
Termómetro Bata Metabisulfito Despulpador
Cacerola Gorro desechable Bisulfito Refractómetro
Jarra medidora Etanol 96% Peachimetro
Colador Eter de petróleo Homogenizador
Vaso de precipitado Agua
Tubos de ensayo Alcohol potasico
5-2 Ubicación del experimento
El experimento se llevara a cabo en el laboratorio de la cervecería Vegana,
S.A. Ubicada en la avenida José martín el hatico.
5-3 Obtención de la materia prima
La materia prima se obtendrá de una finca ubicada en la provincia de Neiva
Republica Dominicana.
Determinación del mejor disolvente para la extracción de los pigmentos presente el nopal.
pigmentos agua Metanol 80% Etanol 96% Eter de petróleo Mezcla alcohol potasico al 20% con metanol 4:1 y eter de petroleo 2:1
AntocianinasBetanidinaBetaxantinaBetalainaBetacianinasBetaninaBeta-carotenoClorofilaFilocactinaIndicaxantina
Referencias Bibliograficas.
Journal of Agricultural Food Chemistry. Primer pigmento natural amarillo
estable extraído de betalaínas.
Mario José Moreno Álvarez.2002. Degradación de Betalaínas en
Remolacha (Veta bulgaris L.) vol 12 # 002.
Verónica Raquel García Gutiérrez. Evolución de compuestos
funcionales
durante la maduración de frutos de Opuntia stricta. Julio 2008
Soriano Santos. Caracterización parcial del pigmento rojo del fruto de la jiotilla
revista mexicana de ingeniería química. Año 2001, vol 6.
M. R. Castellar, M.(2008) Fermentation of Opuntia stricta (Haw.)
Fruits for Betalaínas Concentration. J. Agric. Food Chem., 56, 4253–4257
Journal of Agricultural Food Chemistry .Primer pigmento amarillo hidrosoluble
natural.