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Gobierno del Estado de Oaxaca

EXTRACCIÓN DE COMPUESTOS

ANTIOXIDANTES PRESENTES EN

LA FRESA (FRAGARIA SPP)

MEMORIA DE ESTADÍAS PARA OBTENER EL TÍTULO DE

TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN PROCESOS ALIMENTARIOS

“CONOCIMIENTO PRÁCTICO QUE TRANSFORMA“ SAN PABLO HUIXTEPEC, OAXACA, ABRIL DE 2013

PRESENTA

NOÉ MARTÍNEZ GARCÍA

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS VALLES

CENTRALES DE OAXACA

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Gobierno del Estado de Oaxaca

EXTRACCIÓN DE COMPUESTOS

ANTIOXIDANTES PRESENTES EN

LA FRESA (FRAGARIA SPP)

MEMORIA DE ESTADÍAS PARA OBTENER EL TÍTULO DE

TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN PROCESOS ALIMENTARIOS

“CONOCIMIENTO PRÁCTICO QUE TRANSFORMA“ SAN PABLO HUIXTEPEC, OAXACA, ABRIL DE 2013

PRESENTA

NOÉ MARTÍNEZ GARCÍA

ASESOR ACADÉMICO

DRA. ANABEL LÓPEZ ORTIZ

ASESOR EMPRESARIAL

M. C. EDMUNDO ALBERTO MIJANGOS HERNÁNDEZ

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS VALLES

CENTRALES DE OAXACA

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4

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 8

OBJETIVOS .......................................................................................................... 10

OBJETIVO PRINCIPAL ..................................................................................... 10

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 10

JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 11

I. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................ 12

1.1 CONTEXTO DEL TRABAJO ................................................................... 12

1.2 MACRO Y MICRO–LOCALIZACIÓN ...................................................... 13

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................... 14

II. FUNDAMENTO TEÓRICO ............................................................................. 15

2.1 FRESA ..................................................................................................... 15

2.1.1 OTROS NUTRIENTES Y COMPUESTOS ORGÁNICOS ................. 16

2.2 FENOLES ................................................................................................ 18

2.3 ANTOCIANINAS ...................................................................................... 18

2.3.1 PRINCIPALES ANTOCIANINAS PRESENTES EN LA FRESA ....... 19

2.4 FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD DE LAS

ANTOCIANINAS................................................................................................ 20

2.4.1 TEMPERATURA ............................................................................... 20

2.4.2 EFECTO DEL PH .............................................................................. 21

2.4.3 OXÍGENO Y ACÍDO ASCÓRBICO ................................................... 22

2.4.4 OTROS .............................................................................................. 22

2.5 METODOS DE EXTRACCIÓN DE ANTOCIANINAS .............................. 23

2.6 FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA EXTRACCIÓN DE

ANTOCIANINAS................................................................................................ 23

2.6.1 TEMPERATURA ............................................................................... 23

2.6.2 TAMAÑO DE PARTÍCULA ............................................................... 24

2.6.3 TIEMPO DE EXTRACCIÓN .............................................................. 24

2.6.4 NÚMERO DE LAVADOS .................................................................. 24

III. ESTUDIO TÉCNICO ................................................................................... 25

5

3.1 CARACTERIZACIÓN DE HORNO DE MICROONDAS .......................... 25

3.2 MÉTODO DE EXTRACCIÓN ASISTIDO POR MICROONDAS (EAM) ... 28

3.3 EXTRACCIÓN POR MÉTODO SOXHLET .............................................. 29

3.4 SOLUCIONES USADAS PARA LAS EXTRACCIONES ......................... 30

3.5 EVAPORACIÓN DEL SOLVENTE .......................................................... 30

IV. CONCLUSIONES ........................................................................................ 31

V. RECOMENDACIONES ................................................................................... 33

VI. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 34

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1 MACRO-LOCALIZACIÓN EN EL ESTADO DE OAXACA DE LA

UTVCO (GOOGLE MAPS 2013). ......................................................................... 13

FIGURA 2 MICRO-LOCALIZACIÓN DE LA UTVCO EN SAN PABLO

HUIXTEPEC (GOOGLE MAPS 2013). ................................................................. 13

FIGURA 3 ESTRUCTURA DE LA FRESA (FRAGARIA SPP) ............................. 15

FIGURA 4.- ESTRUCTURA BÁSICA DE UNA ANTOCIANINA .......................... 19

FIGURA 5 ESTRUCTURA DE CHALCONA INCOLORA (BALBÁS, 2010) ........ 20

FIGURA 6 EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LAS ANTOCIANINAS

(HERNANDEZ, 2004) ........................................................................................... 21

FIGURA 7 HORNO DE MICROONDAS UTILIZADO PARA LA EXTRACCIÓN .. 28

FIGURA 8 MATRAZ RECUBIERTO PARA EVITAR DETERIORO DE

ANTIOXIDANTES. ................................................................................................ 30

FIGURA 9 GRAFICA DE POTENCIA REAL DE SALIDA DEL HORNO DE

MICROONDAS. .................................................................................................... 31

FIGURA 10 EXTRACCIÓN CON HORNO DE MICROONDAS ............................ 32

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DEDICATORIAS

A mi mamá, Adelina García Arellano, por su incondicional apoyo, por sus consejos, por sus regaños y por su amor.

A mi otra mamá, Maribel Martínez García, por su confianza, por creer en mí, por darme una segunda oportunidad de superarme y por apoyarme aunque este tan lejos.

A mi hijo, por ser uno de los motivos más importantes para seguir adelante todos los días.

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AGRADECIMIENTOS

A mi familia, por su apoyo, por sus ánimos, por su paciencia y su comprensión.

A la Universidad Tecnológica de los Valles Centrales de Oaxaca, por darme el espacio para realizar mi estadía en el taller de alimentos de esta institución.

A los M. C. Marcos Fredy Morales y Norma Gómez, por compartir su conocimiento y resolver todas las dudas que me surgieran en el camino, por su paciencia, su apoyo y sus consejos no solo para la escuela, sino para la vida.

A la Dra. Anabel López, porque aparte de ser una maestra en la universidad y tutora es una gran consejera. Por compartir sus conocimientos de manera desinteresada y por la atención prestada en estos meses.

A mis compañeros de grupo, por soportarme más de un año y medio, en especial a mis amigos Julio, Yuni, Yan y Paty, porque sin ustedes no lo habría logrado.

A los chicos tutorados de la maestra Norma y del maestro Marcos Fredy, porque gracias a ustedes el mal humor, el desgano, el desánimo o las ganas de tirar la toalla desaparecían. Especialmente a los que llegue a tratar y comprender un poco más, no pongo nombres por temor a olvidar a alguno.

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INTRODUCCIÓN

La fresa cuenta con una gran variedad de micronutrientes funcionales, como la vitamina C, folato (Ácido fólico) y fibra, además de una serie de fitonutrientes como las elgitaninas y quercetina que tienen efectos preventivos contra enfermedades cardiovasculares, cáncer y pérdida cognoscitiva. Las fresas aportan apenas 34 kcal/100 g, por lo que resultan recomendables para personas con regímenes alimenticios bajos en calorías. Su color se debe a unos pigmentos vegetales llamados antocianos que contribuyen también a sus propiedades antioxidantes. (Pardo, 2001).

Los antioxidantes encontrados en diferentes alimentos o complementos alimenticios, son una forma de defensa del cuerpo humano contra los radicales libres, estos son átomos o grupos de átomos con un número impar de electrones y pueden formarse cuando el oxígeno interactúa con ciertas moléculas; estos componentes se producen durante la actividad metabólica y, cuando se presentan en un nivel elevado, pueden llevar a la destrucción de neuronas o de otras células del cuerpo y producir enfermedades en el corazón y/o ciertos tipos de cáncer. (Valenzuela, Sanhueza, & Nieto, 2003)

Esto hace que la determinación de los compuestos antioxidantes en la fresa sea objeto de numerosos estudios, ello para su aprovechamiento como aditivos en los alimentos. Entre estos compuestos se incluyen: Carotenoides, vitaminas, fenoles (Ácidos fenólicos), flavonoides (antocianinas y flavanoles, etc.) y metabolitos endógenos (Villegas Castro, 2011).

El presente trabajo tuvo como objetivo principal realizar la extracción de los compuestos antioxidantes presentes en la fresa (Fragaria spp), poniendo especial atención en las antocianinas por su posible uso posterior como colorante y/o antioxidante en distintos productos.

En el primer capítulo se describe el área en donde este trabajo fue realizado, en este caso en el Taller de Alimentos de la Universidad Tecnológica de los Valles Centrales de Oaxaca, ubicada en la Villa de San Pablo Huixtepec, a cargo del jefe de la carrera de Procesos Alimentarios y Tecnologías Bioalimentarias M. C. Alberto Mijangos Hernández.

En el segundo capito se muestran los principales metabolitos y microcomponentes secundarios presentes en la fresa, como es el caso de las antocianinas, las cuales se pueden llegar a encontrar en una concentración de 450 – 1000 µg por cada 100g de muestra. Así mismo, se muestran la estructura de las antocianinas (Fig. 4) así como los cambios que ocurren en esta con la temperatura.

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En el capítulo tres se describen a detalle los dos métodos usados para la extracción de los antioxidantes en las muestras de fresa. Al igual, se describe el método utilizado para conocer la potencia real de horno de microondas utilizado (Tabla 7).

En los capítulos cuatro y cinco, se engloban: los resultados obtenidos, primero en la caracterización del horno de microondas, el cual resulto con 30.25% de eficiencia; los resultados de las extracciones, las cuales se presume (por comparación de colores) se extrajeron diversos compuestos antioxidantes, entre los cuales se encuentran las antocianinas. Finalmente, se describen algunas recomendaciones para que en futuros experimentos se realicen de una mejor manera y con mejores resultados obtenidos.

Por último, en la biografía, se engloban toda la literatura consultada para la realización de este proyecto.

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OBJETIVOS

Objetivo principal

Extraer los compuestos antioxidantes presentes en la fresa (Fragaria spp) utilizando dos métodos de extracción: Extracción con equipo Soxhlet y extracción asistida con microondas, para su posterior uso como aditivo en alimentos.

Objetivos específicos

Realizar las extracciones mediante dos métodos diferentes (Extracción con equipo Soxhlet y extracción asistida con microondas).

Probar distintas concentraciones de solvente/agua para evaluar su eficiencia sobre la cantidad de agentes antioxidantes extraídos.

Comparar los resultados de los métodos de extracción para conocer el más viable.

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JUSTIFICACIÓN

Los antioxidantes derivados de diferentes plantas han demostrado tener actividad en moléculas simples o triples de oxígeno, esta propiedad los convierte en agentes quelantes de radicales libres (los o-dihidroxifenoles son secuestradores efectivos de iones metálico e inhiben la generación de radicales libres por la reacción de Fenton) y en inhibidores de enzimas, además, estudios epidemiológicos globales confirman que existe una relación inversa entre el consumo de frutas y la incidencia de enfermedades cardiovasculares, en la disminución de los índices de mortalidad, enfermedades desarrolladas a partir de cáncer y en la actividad de enfermedades degenerativas. El contenido de flavonoides y ácidos fenólicos influye fuertemente en la calidad de las frutas, dado que contribuyen en sus atributos organolépticos y en su valor nutricional. (Villegas Castro, 2011) (Daniel, 2009).

La fresa contiene de un 35 a un 79 µg/g de componentes fenólicos antioxidantes haciendo factible su uso para la extracción de estos compuestos.

Con un método de extracción eficiente estos compuestos pueden ser utilizados como aditivos naturales en distintos productos, esto ha generado el interés por investigar sobre los métodos de extracción a utilizar, así como la ya mencionada aplicación en la industria de los alimentos (Regalado, 2012).

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I. MARCO DE REFERENCIA

1.1 Contexto del trabajo

Nombre de la empresa: Universidad Tecnológica de los Valles centrales de

Oaxaca (UTVCO).

Sector: Educación.

Servicios ofertados: La UTVCO oferta diferentes carreras, como lo son las

carreras de Técnico Superior Universitario en: Procesos Alimentarios, Energías

Renovables, Desarrollo de Negocios, Gastronomía, Agricultura Sustentable y

Protegida y Tecnologías de la Información. Así lo mismo existen la licenciatura en

Gastronomía y las ingenierías en Energías Renovables, Desarrollo e Innovación

Empresarial y Tecnologías Bioalimentarias.

Dirección: Avenida Universidad S/N, San Pablo Huixtepec, Zimatlan de

Álvarez, Oaxaca.

Asesor empresarial: M. C. Alberto Mijangos Hernández, jefe de la carrera

de TSU en Procesos Alimentarios e Ingeniería en Tecnologías Alimentarias.

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1.2 Macro y Micro–localización

La UTVCO se encuentra ubicada en el estado de Oaxaca, en la región de los

Valles Centrales, específicamente en el municipio de San Pablo Huixtepec.

Figura 1 Macro-localización en el estado de Oaxaca de la UTVCO (GOOGLE Maps 2013).

En el Municipio de San Pablo, la Universidad se ubica en la Avenida Universidad S/N,

C.P. 71270.

Figura 2 Micro-localización de la UTVCO en San Pablo Huixtepec (GOOGLE Maps 2013).

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1.3 Planteamiento del problema

Al contar con una producción de fresa en la universidad, se hace necesario

tener un método que permita la trasformación y un mejor aprovechamiento de la

misma, saliendo de los convencionales productos para consumo (mermeladas,

almibares, ates, etc.) para aunar más en investigaciones para el aprovechamiento

de los metabolitos secundarios presentes en la fresa.

Para poder contar con tales componentes, primeramente se tienen que

separar de las distintas partes de la fresa, esto hace importante que se cuente con

un método correcto de extracción de los compuestos antioxidantes.

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II. FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1 Fresa

La fresa (Fragaria spp) es un fruto no climatérico altamente perecedero debido a su elevada tasa de respiración. (Soto, Flores, Orozco, & Velásquez, 2007). Según las variedades, los fresales florecen desde finales del invierno hasta principios del verano, por lo que los frutos maduran durante toda la primavera y bien entrado el verano; desde el mes de marzo hasta julio. El calor, el transporte y la humedad son sus mayores enemigos, deteriorándose con suma facilidad debido a su estructura delicada, tierna y poco consistente. (Fundación Eroski, 1998).

Figura 3 Estructura de la fresa (Fragaria spp)

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2.1.1 Otros nutrientes y compuestos orgánicos

Las fresas y los fresones son muy buena fuente de vitamina C y ácido cítrico (de acción desinfectante y alcalinizadora de la orina, potencia la acción de la vitamina C), ácido salicílico (de acción antiinflamatoria y anticoagulante), ácido málico y oxálico, potasio y en menor proporción contienen vitamina E, que interviene en la estabilidad de las células sanguíneas y en la fertilidad. La vitamina C tiene acción antioxidante, al igual que la vitamina E y los flavonoides (antocianos), pigmentos vegetales que le confieren a estas frutas su color característico (Fundación Eroski, 1998) (Rojas, 2010).

La vitamina C interviene en la formación de colágeno, huesos y dientes, glóbulos rojos y favorece la absorción del hierro de los alimentos y la resistencia a las infecciones. El ácido fólico interviene en la producción de glóbulos rojos y blancos, en la síntesis material genético y la formación de anticuerpos del sistema inmunológico. El potasio es necesario para la transmisión y generación del impulso nervioso, para la actividad muscular normal e interviene en el equilibrio de agua dentro y fuera de la célula (Fundación Eroski, 1998).

Tabla I. Micronutrientes funcionales de la fresa (Rojas, 2010) Substancia Unidad Cantidad Beneficio

Alanina µg/g 310 AA (Amino Ácido) componente de proteínas

Acido Alfa-Linoléico µg/g 780 Ácido graso Omega 3 encontrado en sus semillas

Alfa-Caroteno µg/g 0.05 Carotenoide, similar al beta-caroteno puede transformarse en vitamina A, antioxidante, anticancerígeno

Alfa-Tocoferol µg ATE/g 1.4 Vitamina E, antioxidante

Antocianina µg/ 100g 450 – 1000 Antioxidante, protege membranas

Arginina µg/g 260 AA, puede afectar las funciones inmunológicas, Vitamina C, antioxidante

Ácido ascórbico µg/g 567 Vitamina C, antioxidante

Boro µg/g 1 – 160 Posible rol en el mantenimiento de huesos y puede necesitarse para funciones de la membrana

Ácido caféico µg/g 2 Antioxidante

Calcio µg/g 140 Mantiene los huesos y dientes, involucrado en neurotransmisión y contracción de músculos

Cromo µg/g 0.005 – 0.18 Trabaja con la insulina para regular el nivel de azúcar en la sangre

‘Ácido coumárico µg/g 14 – 27 Antioxidante

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Ácido elágico µg/g 570 Anticancerígeno

Ácido ferúlico µg/g 2 Antioxidante

Fibra µg/g 23 Ayuda a reducir el colesterol

Flavonoides µg/g 35 – 79 Antioxidante, incluye quercetina y kaempferol

Ácido fólico µg/g 0.18 Necesario para la formación de células rojas, división celular y síntesis de proteínas

Ácido gálico µg/g 80 – 121 Antioxidante

Histidina µg/g 120 AA esencial

Yodo µg/g 0,157 – 0.23 Necesario para el funcionamiento correcto de la tiroides

Hierro µg/g 3.8 Constituyente de la hemoglobina, ayuda a trasportar oxígeno en el cuerpo y previene la anemia

Isoleucina µg/g 140 AA esencial

Leucina µg/g 310 AA esencial

Luteína µg/g 0.3 – 3 Carotenoide, importante para la visión

Lisina µg/g 250 AA esencial

Magnesio µg/g 100 Necesario en los sistemas enzimáticos involucrados en la producción de energía

Manganeso µg/g 2.9 Co-factor en sistemas enzimáticos involucrados en la producción de energía

Metionina µg/g 10 AA esencial

Ácido pantotéico µg/g 3.4 Importante en el metabolismo del nervio y cerebro

Fósforo µg/g 190 Mantiene huesos y dientes fuertes

Riboflavina µg/g 0.7 Libera energía de los alimentos, necesario para tener piel y ojos sanos

Ácido salicílico µg/g 13.6 Puede ayudar a reducir el riesgo de coagulos en la sangre y enfermedades cardiovasculares

Selenio µg/g 0.007 Antioxidante, protege a la Vitamina E

Silicon µg/g 10 – 270 Puede ser importante en la estructura y crecimiento de los huesos

Tiamina µg/g 0.2 Necesaria para liberar la energía de los alimentos y funcionamiento del sistema nervioso

Treonina µg/g 190 AA esencial

Triptofano µg/g 70 AA esencial

Valina µg/g 180 AA esencial

Vitamina B6 µg/g 0.6 Importante en el metabolismo de proteínas y grasas

Zinc µg/g 0.33 Importante en la síntesis de proteínas, cicatrización y crecimiento.

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2.2 Fenoles

Los fenoles engloban a todas aquellas sustancias que poseen varias funciones fenol (nombre popular del hidroxibenceno), unidas a estructuras aromáticas o alifáticas. Únicamente, algunos compuestos fenólicos de la familia de los ácidos fenoles no son polifenoles, sino monofenoles. Los compuestos fenólicos tienen su origen en el mundo vegetal. (Rojas, 2010)

Son unos de los principales metabolitos secundarios de las plantas y su presencia en el reino animal se debe a la ingestión de éstas. Los fenoles son sintetizados de novo por las plantas y son regulados genéticamente, tanto a nivel cualitativo como cuantitativo, aunque a este nivel también existen factores ambientales, Además, actúan como fitoalexinas (las plantas heridas secretan fenoles para defenderse de posibles ataques fúngicos o bacterianos) y contribuyen a la pigmentación de muchas partes de la plantas. Por otro lado, cuando son oxidados, dan lugar a las quinonas que dan un color pardo que muchas veces es indeseable. La fresa contiene un aproximado de 35-79 µg/g de componentes fenólicos (Rojas, 2010).

Se pueden clasificar de distintas maneras a los polifenoles, generalmente se dividen en: Ácidos fenoles, flavonoides, curcuminoides, gingeroles, capsaicina, entre otros. Dentro de los flavonoides se encuentra flavonas, flavanoles, flavonovas, flavanololes, chalconas, isoflavonoines, antociano (antocianidinas y antocianosidos), catequinas o catecoles, leucoantocianidinas, tanidos condensados o proantocianidinas (PACs) (Creus, 2004) (Itturrioz, 2013).

2.3 Antocianinas

Las antocianinas son un grupo de pigmentos de color rojo, hidrosolubles, ampliamente distribuidos en el reino vegetal (Fig. 1). Químicamente las antocianinas son glucósidos de las antocianidinas, es decir, están constituidas por una molécula de antocianidina, que es la aglicona, a la que se le une un azúcar por medio de un enlace β-glucosídico. La estructura química básica de estas agliconas es el ión flavilio, también llado 2-fenil-benzopirilio, que consta con dos grupos aromáticos. (Aquilera Ortíz et al., 2011).

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Figura 4.- Estructura básica de una antocianina

Las antocianinas estan presentes en diferentes órganos de las plantas, tales como frutas, flores, tallos, hojas y raíces. Estos pigmentos son normalmente encontrados disueltos uniformemente en la solucion vacuolar de células epidermicas. Sin embargo, en ciertas especies son localizadas en regiernes discretas de la vacuola celular, llamadas antocianoplastos, sin embargo, la principal fuente de antocianinas son frutas rojas, principalmente bayas y uvas rojas, cereales (principalmente maiz morado), vegetales y vino rojo en las bebidas. (Aquilera Ortíz et al., 2011).

2.3.1 Principales antocianinas presentes en la fresa

Las antocianinas identificadas en las fresas incluyen los 3-glucósidos y 3-rutinosidos de cianidina y pelargonidina y dos derivados acilados de pelargonina: 3-(malonil)-glucósido y 3-(6-acetil)-glucósido, y posiblemente pelargonina-3-diglucósido. También se han identificado 2 compuestos acilados adicionales: cianidina-3-(succinoil)-glucósido y pelargonidina-3-(succinoil)-glucósido. Se han reportado que las fresas contienen pequeñas cantidades de 4 complejos flavonol-antocianina, compuestos de pelargonina-3-glucósido conectado a catequina, epicatequina, afzelequina y epiafzelequina, vía enlaces α 4 8. La aglicona nueva 5-carboxipiranopelargonidina también ha sido aislada en pequeñas cantidades del fruto. El tálamo de la fresa contiene niveles elevados de pelargonidina-3-glucósido y pelargodinida-4-rutidoso que los aquenios (Ugaz, 1997) (Edid, 2011) (Muñoz et al, 2003).

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2.4 Factores que afectan la estabilidad de las antocianinas

Las antocianinas son solubles en un medios acuoso, inestables frente a la luz, se degradan durante el almacenamiento, cambiando de color cuanto mas elevada sea la temperatura, en cambio, presentan buena estabilidad en medio acido. El conocimiento de la química de las antocianinas se puede utilizar para minimizar su degradacion mediante la adecuada selección de los procesos y por selección de los pigmentos antocianicos que sean adecuadas para la aplicación que se desea. Debido a la deficiencia electrónica del núcleo flavilio las antocianidinas tienden a reacionar de manera que su estructura es alterada. Su estabilidad se incrementa a mayor número de grupos metóxilos en el anillo B y decrece a mayor cantidad de grupos hidroxilos en la molécula (Cano Lasso, 2011).

Figura 5 Estructura de Chalcona incolora (Balbás, 2010)

2.4.1 Temperatura

Los tratamiento térmicos influyen significativamente en la destrucción de las antocianinas; en las fresas se presenta una relacion logaritmica entre la pérdida de color y la temperatura. Un incremento logaritmico en la destruccion de la antocianina ocurre con un incremento en la temperatura, Timberlake (1980) mencionado por Hernandez (2004), observo que el equilibrio entre las estructuras es endotérmico, en una dirección de izquierda a derecha:

Base quinoidal Cation flavilio Pseudobase carbitol Chalcona(Fig. 4).

A altas temperaturas y mayor tiempo de exposicion el equilibrio cambia hacia chalconas. El retorno de chalcones a flavilio es lento. (Hernandez, 2004). Las antocianinas resisten bien los procesos térmicos alta temperatura – corto tiempo (Martínez, 2003). Incrementos de temperatura resultan en pérdida del azúcar glicosilante en la posición 3 de la molécula y apertura de anillo con la consecuente producción de chalconas incoloras (Fig. 3) (Garzón, 2008) (Balbás, 2010).

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Figura 6 Efecto de la temperatura sobre las antocianinas (Hernandez, 2004)

2.4.2 Efecto del ph

Los antocianos experimentan trasformaciones estructurales en funcion del pH del medio. En medio ácido presentan color rojo pues la forma predominante es la del ión flavilio, adquieren color violeta al acercarse al pH neutro, decreciendo la intensidad del color a medida que aumenta el pH. Y, bajo condiciones de pH muy elevados, se destruyen de forma irreversible por escisión del anillo central, este hecho contiene aplicación en la caracterización de pingmentos antocianicos (hidrólisis ácida) (Hernandez, 2004).

Se ha podido demostrar que, en medio ácido, los antocianos se encuentran en equilibrio. Conociendo esto, las antocianinas tienen su máxima expresion de color a pH ácidos y su forma incolora se produce a pH neutros o alcalinos, debido a esta caracteristica se utilizan a las antocianinas a pH ácido o ligeramente neutro en la industria alimentiia. (Elejalde Carvaca, 1999)

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2.4.3 Oxígeno y acído ascórbico

El efecto degradativo del oxígeno y el ácido ascórbico sobre la estabilidad de las antocianinas esta relacionado. Se ha reportado que las condiciones que favorecen la oxidación aeróbica del ácido ascórbico en jugo de fresa y en sistemas modelo que contenian pelargo-nidina-3-glucósido proveniente de la fresa causaban grandes pérdidas de antocianinas, pero cuando el oxígeno era excluido del sistema no se observaba deterioro del color. Este efecto del ácido ascórbico sobre la estabilidad de las antocianinas se debe posiblemente a una reacción de condensacion entre el ácido y los pigmentos. (Garzón, 2008)

2.4.4 Otros

Las antocianinas cambian de color cuando forman complejos, quelatos o sales con iones de sodio, potasio, calcio, magnesio, estaño, hierro o aluminio. La adicion de Fe3+ y Al3+ mejora la estabilidad de antocianinas en algunas frutas. (Cano Lasso, 2011)

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2.5 Metodos de extracción de antocianinas

Los métodos de separación de los componentes valiosos encontrados en las muestras, toman ventaja de la variación de la solubilidad de las fracciones en un solvente en particular. Ya que la solubilidad depende de la temperatura, esta debe ser controlada.

Los métodos fríos tienen la ventaja de ser lentos y requerir más trabajo, sin embargo, necesita un equipo simple y poca energía. Por otro lado, el proceso caliente tiene la ventaja de ser mucho más rápido, no obstante, requiere mayores cantidades de energía y equipo más sofisticado para su operación, sobre todo en el control de temperatura, parámetro determinante para la extracción adecuada de los compuestos deseados (Bonilla, 2008).

El método más utilizado para la extracción de antocianinas, es la maceración de la muestra en un disolvente polar acidificado, el ácido desnaturaliza a la membrana del tejido celular mientras las antocianinas se disuelven en el disolvente. Según Satajilata y Singhal (2006), mencionados por Bonilla (2008), exisen diferentes disolventes utilizados para extraer antocianinas, entre los más utilizados se pueden mencionar a los alcoholes, acetona, agua y dimetil sulfoxido, cada uno con una tasa de recuperación diferente. Por otro lado se encontro que la extracción con metanol es 20% mas efectiva que con etanol y 73% mas eficiente que el agua para la extraccion de antocianinas. Sin embargo cuando el extracto es requerido para su uso en alimentos debe evitarse lautilizacion de metanol debido a su toxicidad (Bonilla, 2008).

2.6 Factores que intervienen en la extracción de antocianinas

Existen diversos factores que se deben considerar durante el proceso de

extracción, sin importar el método que se elija, para no afectar la calidad y la

cantidad de las antocianinas extraídas. Para esto los más importantes son:

2.6.1 Temperatura

El calor facilita el pasaje de agua a través de las membranas

semipermeables de las células vegetales. Esta deberá ser lo suficientemente alta

para que permita una buena solubilidad del pigmento, sin llegar al extremo de

hidrolizar al pigmento ni de solubilizar. Se recomienda usar temperaturas entre los

60 y los 90°C (Regalado, 2012).

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2.6.2 Tamaño de partícula

La reducción del tamaño facilita la extracción de un constituyente deseado,

contenido en una estructura compuesta, por lo tanto, para obtener una buena

difusión del soluto en el solvente es necesario determinar el grado de molienda o

fineza del producto. Así cuando más pequeña sean las partículas mucho mayor es

el área interferencial entre el sólido y el líquido (Regalado, 2012).

2.6.3 Tiempo de extracción

El tiempo de extracción o difusión está en función inversa a los factores de

temperatura y agitación. Pero generalmente se da el tiempo suficiente, como para

lograr un buen contacto del sólido con el solvente (Regalado, 2012).

2.6.4 Número de lavados

Zapata (1978) citado por Regalado (2012), menciona que es necesario

determinar el número de lavados a que debe ser sometida la materia prima, para

obtener un extracto con un grado de concentración lo suficientemente alto y, así

mismo, tratar de agotar completamente el soluto.

25

III. ESTUDIO TÉCNICO

3.1 Caracterización de horno de microondas

Se caracterizó un equipo de microondas (modelo NN-S955WM, Panasonic, hecho en México) a fin de conocer su potencia de salida real.

Los vasos de precipitados fueron pesados antes de iniciar el experimento (Mc), a continuación se le agregaron 100 g de agua (Mw) a cada vaso, a continuación le fue tomada la temperatura inicial al agua (Ts), una vez hecho esto los vasos fueron introducidos uno a uno en el horno de microondas a distinta potencia por un tiempo de 60 segundos (t), al finalizar el tiempo la temperatura fue tomada nuevamente (Tf), dentro del horno para evitar fluctuaciones en la misma por el tiempo que se necesita para retirar el vaso del interior del horno. Para poder realizar los cálculos, fue necesario monitorear la temperatura ambiente (T0). (Delgado, 2009) (García Zaragoza, 2009)

Mediante la siguiente formula, se obtuvo la potencia real del horno de microondas:

( )

Dónde:

P0 = Potencia de salida (Watts)

4.187 = Calor específico del agua (J g-1 °C-1)

MW = Masa de agua (g)

Mc = Masa del contenedor usado en la prueba (g)

T0 = Temperatura ambiente

Tf = Temperatura final del agua (°C)

Ts = Temperatura inicial del agua (°C)

t = Tiempo de calentamiento (s)

0.876 = Cp del vidrio Pyrex (J g-1 °C-1)

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Tabla 2. Datos para cálculo de potencia en horno de microondas y resultados obtenidos (Primera experimentación).

Tiempo (s) 60

Vaso (g)

Potencia real % DE POTENCIA

Potencia (watts)

Ti (°C)

Tf (°C)

10% 26.3 33.2 112 59.43338 4.7546704

20% 26.2 40.3 110 120.8785 9.67028

30% 27 48.1 113 183.2084733 14.65667787

40% 26.9 56.3 111 253.781 20.30248

50% 25.5 75.3 101 419.7764 33.582112

60% 25.6 85.6 112 515.66736 41.2533888

70% 25.6 88.6 112 541.50796 43.3206368

80% 27.1 92.5 112 564.63324 45.1706592

90% 27.1 96.8 110 599.6128333 47.96902667

100% 27 98.3 113 616.3407667 49.30726133

Tabla 3. Datos para cálculo de potencia en horno de microondas y resultados obtenidos (Segunda experimentación).

Tiempo (s) 60

Vaso (g)

Potencia real % DE POTENCIA

Potencia (watts)

Ti (°C)

Tf (°C)

10% 27.5 34 112 55.17036667 4.413629333

20% 27.4 42.1 110 125.2261 10.018088

30% 27.5 50.3 111 195.24538 15.6196304

40% 27.5 58.1 110 261.8776 20.950208

50% 27.5 73 101 383.8711667 30.70969333

60% 27.8 79.9 112 448.4380467 35.87504373

70% 27.5 85.7 111 499.64762 39.9718096

80% 27.6 91.6 112 550.6120533 44.04896427

90% 27.2 96.4 111 593.7497067 47.49997653

100% 27.2 95 112 582.6894 46.615152

27

Con estos datos se puede calcular la eficiencia del horno de microondas con

la siguiente formula:

Tabla 4. Datos para cálculo de potencia en horno de microondas y resultados obtenidos (Tercera experimentación).

Tiempo (s) 30

Vaso (g)

Potencia real % DE POTENCIA

Potencia (watts)

Ti (°C)

Tf (°C)

10% 26.2 30.6 112 65.33381333 5.226705067

20% 26.4 33.9 110 119.129 9.53032

30% 26.6 37.8 111 183.5407467 14.68325973

40% 26.7 40.6 110 229.9720667 18.39776533

50% 26.5 49 101 371.82932 29.7463456

60% 26.4 52.5 112 439.81524 35.1852192

70% 26.4 54.8 111 478.6958133 38.29566507

80% 26.3 59.2 112 556.6322533 44.53058027

90% 26.7 63.9 110 630.002 50.40016

100% 26.6 67.9 112 702.3207333 56.18565867

28

3.2 Método de extracción asistido por microondas (EAM)

Se pesaron 5 g de muestra, la cual fue triturada con ayuda del mortero hasta adquirir una consistencia gelatinosa (tamiz.). La muestra triturada fue puesta en un cartucho de papel filtro.

Se utilizaron 2 distintas soluciones de acuerdo a la tabla 5.

El cartucho de papel filtro fue puesto dentro de un vaso de precipitados junto con la solución de metanol – agua. El vaso de precipitados fue introducido al horno de microondas y fue irradiado con microondas a un 10% de potencia por 10 segundos hasta cumplir un total de 120 segundos.

Finalizado el tiempo de extracción el contenido del vaso se filtró para evitar que cualquier impureza se trasfiriera al liquito final, este mismo fue puesto en un vaso de precipitados cubierto para evitar el daño de la luz en las antocianinas posiblemente extraídas. Los vasos con las muestras se guardaron en refrigeración para evitar el daño por la temperatura.

Tabla 5. Soluciones utilizadas en la extracción EAM

TRATAMIENTO METANOL AGUA HCl

1M (50:50:0) 50 mL 50 mL 0 mL

2M (70:30:0) 70 mL 30 mL 0 mL

Figura 7 Horno de microondas utilizado para la extracción

29

3.3 Extracción por método soxhlet

Se pesaron 5 g de muestra, la cual fue triturada con ayuda del mortero hasta adquirir una consistencia gelatinosa (tamiz.). La muestra triturada fue puesta en un cartucho de papel filtro, para evitar que la muestra triturada saliera y el experimento se viera afectado.

Se utilizaron 2 distintas soluciones de acuerdo a la tabla 5.

El matraz cubierto con el papel aluminio fue pesado y posteriormente introducido en la estufa a 150°C hasta obtener un peso constante. Posteriormente al matraz se le introdujo la solución y fue puesto sobre el termoagitador; con ayuda de las pinzas y el soporte universal se mantuvo fijo. Dentro del extractor se introdujo el cartucho con la muestra y posteriormente fue acoplado al matraz, por último el condensador se ubicó en la parte superior del extractor; con las mangueras se comenzó a hacer circular el enfriador para carros a través del condensador manteniéndolo siempre frio, el termoagitador se accionó solo en calor, en un nivel 5. Se contaron el número de recirculaciones y el tiempo en que la solución tardaba en recircular (Fig. 10).

Al finalizar el tiempo de extracción el contenido del matraz fue filtrado y guardado en matraces Erlenmeyer, los cuales se encontraban recubiertos, ofreciendo así una protección a la luz. Los vasos con las muestras se guardaron en refrigeración para evitar el daño por la temperatura.

Tabla 6. Soluciones utilizadas en la extracción por método soxhlet

TRATAMIENTO METANOL AGUA HCl

1S (50:50:0) 100 mL 100 mL 0 mL

2S (70:30:0) 140 mL 60 mL 0mL

30

3.4 Soluciones usadas para las extracciones

Para las extracciones se utilizaron disoluciones de metanol y agua en

distintas concentraciones, esto para arrastrar tanto a las antocianinas polares

como las no polares. Las concentraciones de las disoluciones se tomaron de

procedimientos parecidos como los de Bonilla (2008), los cuales reportan

extracciones favorables con dichas concentraciones.

3.5 Evaporación del solvente

Una vez terminadas las extracciones en necesario volatilizar el solvente

usado, esto para concentrar los antioxidante que se hallan arrastrado durante la

extracción. En este caso se realizó calentando a baño maría los matraces en

donde se encontraban contenidos los líquidos resultantes de la extracción, a una

temperatura entre los 65 y los 75°C (Temperatura de ebullición del metanol).

Figura 8 Matraz recubierto para evitar deterioro de antioxidantes.

31

0

200

400

600

800

1000

1200

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Po

ten

cia

real

(W)

Potencia nominal (%)

Potencia de salida

Lineal (Potencia de salida)

IV. CONCLUSIONES Los resultados obtenidos en la caracterización de un equipo de microondas

(modelo NN-S955WM, Panasonic, hecho en México) se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 7. Relación de potencia nominal y potencia de salida real en horno de microondas

Potencia nominal (%) Potencia de salida real (W)

10% 59.31

20% 121.74

30% 187.35

40% 248.54

50% 391.82

60% 467.96

70% 506.61

80% 557.29

90% 607.78

100% 633.78

En la figura 9, se representa en escala el % de potencia real obtenido a partir de los cálculos realizados.

Figura 9 Grafica de potencia real de salida del horno de microondas.

32

Con los datos anteriores se obtuvo la potencia real generada por el horno de microondas en watts, dependiendo del porcentaje de potencia nominal que se programa en el equipo, al mismo tiempo estos datos nos permitieron conocer el porcentaje de eficiencia, la cual fue de 30.25%; esto, resultado de la antigüedad del equipo, su constante uso y el desgaste del magnetrón. Tomando en cuenta que Delgado (2009) en su estudio obtuvo una eficiencia del 80% en un equipo nuevo de caracteristicas similares, se podria decir que la eficiencia del equipo utilizado aun es aceptable (Delgado, 2009).

Con estos datos fue posible calcular la temperatura maxima posible a alcanzar al momento de realizar la extracción y asi controlar la misma, como ya se ha mensionado antes, la temperatura es un factor importante al momento de extraer las antocianinas.

Figura 10 Extracción con horno de microondas

Con el metodo soxleht la temperatura se controlo gracias al termo-agitador, en este caso no solo la temperatura fue un factor importante, asi lo fue tambien el numero de recirculaciones o numero de lavados de la muestra con el solvente utilizado(Fig 11) . Es importante mencionar que entre mas recirculaciones se realicen en este proceso el arrastre de componentes sera mayor.

El metodo EAM, requiere un menor numero de solvente para extraer la misma cantidad de muestra, asi mismo, un menor tiempo, pues, mientras que para la extraccion con el metodo soxhlet se requiere un minimo de volumen de 150 mL y un tiempo de 4 a 6 horas para una correcta extraccion, la EAM requiere de un minimo de 50 a 100 mL y un tiempo de extraccion minimo, en esta caso se utilizaron dos minutos a la minima potencia, con lo cual se logro, al menos a nivel visual, una mayor extraccion de los antioxidantes puesto que se observo un deterioro del color de la muestra y un color mas intenso en el solvente.

La separacion para una correcta identificacion no se pudo llevar a cabo de la manera en que era requerida por una falta de reactivos y equipo necesario para dichas pruebas.

33

V. RECOMENDACIONES

Es necesario contar con el material, equipo y reactivos necesarios para

seguir estudiando a mayor detalle la extracción de las antocianinas, esto para

seguir mejorando el proceso aquí realizado y así poder aprovechar la materia

prima que la misma institución se encontrara produciendo.

Se recomienda seguir utilizando refrigerante para automóviles recirculándolo

para así evitar el desperdicio de agua. Durante la experimentación se vio que el

refrigerante (o anticongelante) conserva más tiempo el frio, y de contar con una

cantidad suficiente (cerca de 3L) se puede mantener una circulación constante y

así mantener frío el condensador del equipo soxhlet, haciendo que exista mínima

o nula la perdida de metanol.

Es necesario continuar con la experimentación, probando diferentes niveles

de pH en las mezclas de metanol y agua, probando con agua y metanol

acidificados.

34

VI. Bibliografía

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