Tinte de Palta

7/30/2019 Tinte de Palta

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REVISTA Universidad EAFIT. Vol. 41. No. 137| enero, febrero, marzo 200536

Procesopara obtener colorante a partir dela semilla del aguacateJorge Enrique Devia Pineda

Ph. D. Docente del Departamento de Ingeniera de Procesosde la Universidad EAFIT e integrante del Grupo de Investigacin en

Desarrollo y Diseo de procesos en la misma [email protected]

Diego Fernando SaldarriagaIngeniero de Procesos de la Universidad [email protected]

Palabras ClaveAguacateColorante natural

AntocianinasPlanta piloto

Proceso

Key WordsAvocado

Natural dye

Anthocyanins

Pilot plant

Process

ResumenEl Aguacate es una fruta comestible con una semilla muy voluminosa

de la cual se extrae un colorante, una antocianina, que sirve para teir

tejidos naturales y alimentos. En este artculo se describe el proceso deobtencin del colorante y se fijan los parmetros para obtener un buen

rendimiento en una planta piloto. El anlisis econmico preliminar del

proceso sugiere que con una inversin moderada es posible iniciar la

produccin de este colorante natural.

Process to obtain dye from the avocado seed

Abstract

The avocado is an edible fruit that has a very voluminous seed whichcontains a dye, an anthocyanin, which can be extracted and used to dye

natural fibers and foods. The process for the extraction of the colorant is

described in this article and the parameters to obtain a good yield at the

pilot plant level are defined. The preliminary economic analysis of the

process suggests that with a moderate investment it is possible to initiate

the production of this natural colorant.

R e c e p c i n : 2 6 d e j u l i o d e 2 0 0 4 I A c e p t a c i n : 1 5 d e s e p t i e m b r e d e 2 0 0 4

REVISTA Universidad EAFIT

Vol. 41. No. 137. 2005. pp. 36-43


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SIntroduccin

DEVIA P., J. E.; SALDARRIAGA, D. F.| Proceso para obtener colorante a partir de la semilla del aguacate

Seguramente en los prximos aos habruna reduccin considerable del uso delos colorantes sintticos, debido a quealgunos de ellos presentan efectos

nocivos para la salud (Sighthings, 2004). En sureemplazo, aparece un notable inters por el uso delos colorantes naturales, que hasta ahora no requierencertificacin alguna para su empleo y que se puedenobtener a partir de muchas plantas, bien sea de lashojas, de los frutos o de los tallos y races (FDA, 2004).

Una de las frutas ms conocidas es el aguacate,que tiene una voluminosa semilla de la cual, desdetiempos inmemoriales, se obtiene un colorante quese emplea, de manera rudimentaria, para marcar laropa. La semilla del aguacate contiene persena, unmonosacrido de siete tomos de carbono de valor

quimiosistemtico, epicatequina (un flavonoide),taninos condensados, que son formas polimricasderivadas de la epicatequina y una proantocianidinatrimrica (color violeta) (Castro, 1999).

No se tiene mucha informacin de las caractersticasfisicoqumicas del colorante que se extrae de lasemilla del aguacate y en este trabajo, adems dedeterminar algunas de estas caractersticas, se deter-minan los parmetros para el proceso de extraccindel colorante, se propone un proceso para su obten-

cin y se describen algunos de sus usos.

Se pretende contribuir al aprovechamiento de unabiomasa, hasta ahora desechada, aadindole algnvalor agregado. En consecuencia, el objetivo de estetrabajo es disear un proceso para la extraccin delpigmento indeleble de color caf que se halla en lasemilla del Aguacate, determinar los parmetros dediseo para la aplicacin del proceso en una plantapiloto y recomendar algunas aplicaciones (Saldarriaga,2002).

1. Aspectos generales del aguacate

1.1 Aspectos botnicos y agronmicos

El Aguacate (Persea gratissima Goerin - PerseaAmericana Mill)se cultiva ampliamente en toda Amrica,

incluyendo Estados Unidos, Mxico, Guatemala,Colombia y, en el viejo continente, en Espaa.

Se utiliza principalmente como complemento de laalimentacin, en la preparacin de diferentes platos,entre los que se encuentra una amplia variedad deensaladas, salsas, jugos, etc, debido a su alto valoralimenticio (Tabla 1).

Tabla 1. Composicin qumica del Aguacate por 100%

Componente %

Agua 64,5

Protena 1,7

Grasa 26,4

Hidratos de carbono 5,1

Caloras 264

Fuente: Arias Alzate, E. (1968). Plantas medicinales.

8 ed. Medelln: Editorial Bedout.

El aguacate puede cultivarse en terrenos de texturaligera, profundos, bien drenados con un pH neutro oligeramente cidos (5,5 a 7), desde 0 hasta los 2.500metros sobre el nivel del mar; sin embargo, serecomienda su cultivo en altitudes entre 800 y 2.500m, para evitar problemas con enfermedades, espe-cialmente en las races. La temperatura y la precipitacinson los dos factores de mayor incidencia en el

desarrollo del cultivo (Infoagro, 2002).

1.2 Aspectos comerciales

El fruto del rbol posee muchos usos, entre los cualesdestacan:

Domstico. Como alimento, ampliamente difun-dido en nuestro pas y en gran parte del mundo.

Industrial. Para la fabricacin de aceite de agua-cate, que contiene una gran cantidad de aceite

fijo, amarillo verdoso, excelente para el cabello,tanto para darle un bonito aspecto como paradetener su cada y hacerlo crecer. Con este aceitetambin se prepara un magnfico jabn de tocadorque mejora el cabello en firmeza y en color. De lasemilla se extrae un jugo que es una tinta indeleble

que sirve para marcar ropa (Arias, 1968).


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Medicinal. El aguacate tambin tiene aplicacionesen la medicina tradicional: la corteza del tallo estil como astringente, la cscara del fruto sirvecomo vermfugo y antidisentrico, los brotes y lashojas cuando ya pasan de color pardo o rosado alverde, tienen la reputacin como excitantes de lavescula biliar, son balsmicos, carminativos, esqui-mticos, vulnerarios, emenagogos, antisifilticos y

enrgico diurticos entre otras aplicaciones (Arias,1968).

2. Extraccin del colorante

Despus de varios ensayos de extraccin slido lquido del colorante de la semilla molida del Aguacate,se encuentra que el solvente ms adecuado es unasolucin diluida de hidrxido de sodio. Se ensayansolventes orgnicos (CCl4, Acetona, ter Etlico) conlos cuales no se obtiene colorante alguno, mientras

que con alcohol etlico, con agua y con agua acidifi-cada con HCl se obtiene una concentracin muy bajadel colorante.

Con base en los resultados de estos ensayos sedisea un mtodo de extraccin que consiste en lavar

las semillas para removerles residuos de la pulpa yla suciedad, para luego pasarlas por un molino dediscos y as obtener un producto de consistenciapastosa, al cual se le determina la humedad promediode 18%.

En la fase de extraccin, la semilla molida se poneen el tanque de extraccin, a una temperatura mode-

rada (menor de 75 C), con una determinada relacinslido-solvente, y por un tiempo definido con agitacin.

En el laboratorio, el extracto obtenido se filtra pormedio de una tela elstica, haciendo un poco depresin, para obtener la solucin de color caf oscuro,libre de slido, y una torta residual.

Finalmente, esta solucin se concentra en el evapo-rador y de este concentrado se saca una muestraque se seca totalmente en una estufa, a una tempera-tura inferior a 75 C, para obtener el porcentaje delproducto extrado de la semilla, con base en lahumedad original de sta. En la Figura 1 aparece elDiagrama de Bloques del Proceso de extraccin,cuyos parmetros se determinan con ayuda delDiseo de Experimentos.

Figura 1. Diagrama de Bloques del Proceso (BFD) de Extraccin del Colorante de la

Semilla del Aguacate


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3. Caractersticas del colorante obtenido

Cromatografa en capa delgada. De los eluentes utilizados todosarrastran el componente parejo con el frente del solvente en lacromatografa, menos el metanol que separa, ligeramente, el coloranteen dos constituyentes: uno en la parte inferior de color caf-rojizo y otroen la parte superior de color caf-amarilloso.

Con base en los resultados de la cromatografa de capa delgada, sehace la cromatografa de columna usando metanol como solvente.

Cromatografa de columna. En la recoleccin de fracciones a medidaque pasa el solvente por la columna se obtienen dos fases de coloresdefinidos a lo largo del recorrido, la primera es de color amarillo claroque se arrastra completamente, de manera que se retira en las primerasfracciones. Las fracciones intermedias son de color amarrillo-anaranjado

y las ltimas fracciones consisten de unamezcla de colores amarillo y caf. De latonalidad ms oscura de la mezcla, se infiere

que la concentracin del color amarillo naranjaes ms alta que la del amarillo claro.

Espectro UV-VIS: Los espectros obtenidospara las diferentes fracciones, absorbanciacontra la longitud de onda, registradas en elespectrofotmetro Spectronic Gnesis 2PC,muestran bandas de absorcin en la reginvisible, en 507 nm, y en la regin ultravioleta,en 267 nm.

Las antocianinas sufren cambios estructuralesreversibles a medida que se cambia el pH de

la solucin, lo cual se manifiesta por los cambios de color, tal comoocurre con el producto obtenido de la semilla del aguacate. Por otrolado, es caracterstico de estos compuestos mostrar dos bandas deabsorcin, una en la regin UV (260 280) y otra en la regin visible (490a 550) (Giusti, 2000).

4. Parmetros del proceso de extraccin

Con base en los resultados obtenidos en los diferentes ensayos, sehizo un Diseo Experimental de Superficie de Respuesta, especfica-mente el de Box-Behnken, con el fin de optimizar estadsticamente el

rendimiento de la extraccin teniendo en cuenta las siguientes variables(Montgomery, 1991):

Relacin slido-solvente: 0.2, 0.125 y 0.05 (peso de slido a volumen desolvente)

Concentracin de NaOH en el solvente: 0.5% P/V (peso de NaOH /

volumen de agua) (pH 13)



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Temperaturas de extraccin: 50 C, 75 C y 100 C.

Tiempo de extraccin: 30 min, 75 min y 120 min

Tamao de partcula: mayor a malla # 20 (600 mm)

Temperatura de evaporacin: 75 C al vaco.

Este Diseo de Experimentos se selecciona porquepresenta el mismo nivel de confiabilidad del Diseo

Factorial (incluyendo las interacciones entre las varia-bles), pero con mucho menor nmero de ensayos, loque permite hacer rplicas de cada uno para eliminarincertidumbres, y disminuir los costos de tiempo ydinero invertidos en ellos. As resultan 15 experimen-tos, variando tiempo, temperatura y relacin slido/solvente, a partir de los cuales se obtiene la cantidadde pigmento extrado y el porcentaje de extraccin.

El intervalo de temperatura se selecciona de acuerdocon ensayos realizados en trabajos anteriores (Pifferi,1979; Warmi, 2002) y tanto el anlisis de los resul-

tados como el diseo experimental se hacen medianteel software Statgraphics-Plus V 5.0.

A partir del Diseo de Experimentos se encuentraque la mejores condiciones para la extraccin delcolorante del aguacate se logran usando comosolvente una solucin acuosa de hidrxido de sodioal 0.5% (5 g de NaOH en un litro de agua), con un pHde 13, velocidad de agitacin 150 rpm , temperaturade extraccin de 75 C, durante dos horas y con unarelacin peso de slido a volumen de solvente de 0.05,se obtienen rendimientos en la extraccin del coloranteseco entre 46 y 48%.

5. Diseo del proceso de extraccin

Los resultados obtenidos en el diseo experi-mental y la optimizacin de la respuesta permitenestablecer los siguientes parmetros para cadauna de las variables significativas del proceso y seplantea el Diagrama de Flujo (PFD) del proceso(Figura 2):

Relacin slido-solvente: 0.05 (peso de slido /

volumen de solvente)

Concentracin de NaOH: 5 g/Lt.

Temperatura de extraccin: 75 C

Tiempo de extraccin: 120 minutos

Temperatura de evaporacin: 75 C

Como criterio de diseo para el procesos se establecen

3 lotes de produccin por da cada uno con 10 Kg de

semilla que, de acuerdo con los parmetros selec-cionados, se estima un rendimiento de 47.22%, para

producir 10.97 L de solucin del colorante al 45%por lote, o 32.93 Litros por da, que trabajando durante

360 das al ao producen 11880 L /ao de solucin

del colorante. Con base en estos parmetros se

calculan los diferentes equipos necesarios para elproceso (Tabla 2).

Tanque de almacenamiento NaOH 0.5% (TK-101).

Para los 10 Kg de semilla en cada lote se requieren0.2 m3 de solucin acuosa de NaOH al 0.5% P/V,

con lo cual a la semana sern 3 m3 de solucin, quees la capacidad del tanque vertical de fibra de vidrio

(Turton, 1998).

Tanque extractor (V-201). Para el proceso de

extraccin de un lote de produccin de 10.97 L decolorante se requieren 0.2 m3 de solucin acuosa de

NaOH al 0.5%, para lo cual se disea un tanque deacero inoxidable de 800 mm de dimetro y 800 mmde altura, con un espesor de 67 mm, con su respecti-

va paleta y quemador para el calentamiento a 75 C.

Tanque evaporador (V-301). Paraconcentrar hastaun 45%. la solucin coloreada ya filtrada. Bsica-

mente tiene los mismos parmetros que el tanqueextractor. Slo se adiciona una conexin al vaco,

por medio de la cual se disminuye el punto de

ebullicin del agua, para facilitar la evaporacinsin degradar el colorante (McCabe, 1999; Turton,

1998).

Molino (CR-101). Para procesar la cantidad desemilla por lote 10 Kg, se requiere un molino elctrico

de disco giratorio, que cumple fundamentalmente la

funcin de aumentar el rea de contacto entre lasemilla y la solucin de NaOH. Su capacidad es de

10 Kg/min, con una potencia de motor de HP(Ulrich, 1984).

Separadores. La solucin coloreada proveniente del

tanque extractor se separa en dos fases una slida,

y otra lquida que es la solucin coloreada. Debeposeer la capacidad de filtrar todo el contenido de un

lote en menos de dos horas y materiales resistentesa los productos a ser separados.


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41DEVIA P., J. E.; SALDARRIAGA, D. F.| Proceso para obtener colorante a partir de la semilla del aguacate

Tabla 2. Nomenclatura de equipos y corrientes del proceso

Figura 2. Diagrama de Flujo (PFD) para el Proceso de Extraccin del colorante de la

semilla del Aguacate

Separacin primaria. Se selecciona la separacin por percolacin, debido al sistema de proceso por lotes,a la poca concentracin de slidos en suspensin y a la posibilidad de limpiar el medio filtrante continua yfcilmente. El separador de acero inoxidable tiene una capacidad de 150 Kg de slidos en 100 L/hr de lquido,y una malla filtrante # 20, para obtener un lquido clarificado libre de partculas gruesas (McCabe, 1999; Ulrich,1984; Wakeman, 1999).


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Separacin secundaria. Posterior a la primaria, dela cual llega la solucin libre de partculas mayoresde 600 mm, por lo cual se requiere un sistema defiltracin de mayor capacidad. As un filtro de arenaes bastante adecuado debido a su alta capacidad ysu moderado costo; debe retener partculas mayoresa malla # 100 (147 mm) con lo cual la solucin colo-reada queda bastante clarificada (Ulrich, 1984).

Sistema de vaco. Este vaco tiene como funcindisminuir el punto de ebullicin de la solucin acuosa,en el tanque evaporador. Se selecciona una trompade agua que produce un vaco cerca de 0.5 psia, quesatisface las necesidades del sistema y permite lareutilizacin del agua. Su costo inicial y manteni-miento son menores al de una bomba de aceite.

Anlisis Preliminar de Costos

Como complemento de este trabajo se realiz unanlisis preliminar de los costos de este proyecto yse encontr que con base en precios del ao 2002,

los resultados econmicos del montaje de la plantapiloto son: tasa interna de retorno del proyecto (TIR)20%, valor presente neto del flujo de caja con unatasa mnima de retorno (TMR) del 10.7% igual a$7250.000, y utilidades netas slo a partir del tercerao de operacin (Saldarriaga, 2002).

6. Aplicaciones del colorante de lasemilla del aguacate

Como tinte

El colorante obtenido a partir de la semilla delaguacate se emplea para teir fibras textiles depoliamida y de algodn, usando mordientes vegetales,con resultados que satisfacen las Normas Icontecpara textiles (Cruz, 2004).

Como colorante en alimentos

Se ensayan varios alimentos y bases de alimentosbastante comunes para determinar la estabilidad yel grado de suspensin del colorante, los cuales son:

Leche y sus derivados. Se colorea leche con elpigmento y se obtiene una completa estabilidad yuna buena suspensin del colorante. En quesos la

respuesta es similar, luego de colorear la leche, lasuspensin comienza a precipitar en conjunto conel colorante, y el resultado es un queso de colorparejo. Es de subrayar que el colorante no afecta elsabor del queso.

Harinas. Se colorea la masa a partir de harina detrigo para obtener productos de panadera, conestabilidad y buen color.

Para obtener el colorante apropiado para usar enalimentos se disuelve en etanol el producto obtenidocon la solucin diluida de KOH, y luego se filtra paraobtener un producto en polvo por evaporacin delsolvente.

Otros usos

Colorante para tizas y crayones: El colorante puedeagregarse a tizas y a cera para obtener tiza y crayo-nes coloreados, aprovechando las cualidades de estecolorante natural (Eck, 1991).

Cosmticos y medicina. El colorante se puedeaadir a cosmticos, mezclado con las cremasapropiadas. Y en cuanto a medicina los efectos

teraputicos de los componentes pueden ser rete-nidos por el colorante, procurando as la apropiadareunin de los regmenes medicinales (Eck, 1991).

Conclusiones

A partir de la semilla del Aguacate se puede extraer un colorante, que es una antocianina, con unasolucin diluida de hidrxido de sodio y una vez procesado este extracto se obtiene un polvo, soluble enagua y parcialmente soluble en alcohol etlico, que puede usarse para darle color a fibras naturales usandomordientes naturales como los taninos de la corteza de eucalipto. Tambin se puede adicionar a alimentos

lcteos y de panadera para modificar su apariencia, una vez purificado por disolucin el etanol.Los parmetros del proceso se definen por medio de un Diseo de Experimentos de Superficie de Respuesta:dos horas de extraccin, con agitacin a 150 rpm y a una temperatura de 75 C, con una solucin acuosade NaOH al 0.5% y con una relacin de slido a solvente de 0.05.

Un anlisis econmico preliminar del proceso indica que puede ser empleado en una pequea industria, ycon una inversin relativamente baja comenzar a generar utilidades netas a partir del tercer ao.


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Bibliografa


Arias Alzate, E. (1968). Plantas Medicinales. 8

Ed. Medelln: Editorial Bedout.

Castro, O. et al. (1999). Neutralizacin del efecto

hemorrgico inducido por veneno de Bothrops

asper (Serpentes: Viperidae) por extractos de

plantas tropicales. En: Revista de Biologa

Tropical. Vol. 47. No. 3. pp. 605-616.

Cruz, D. y Palomino, C. (2004). Seleccin de un

mtodo para teir textiles con solocrantes de

las semillas del Achiote y del Aguacate.

Trabajo de Grado. Ingeniera de Procesos.

Medelln: Universidad EAFIT.

Eck, G. (1991). Process for producing lumi-

nescent dyestuffs from plant materials.

Patente US 5,042,989 (27/8/1991).

FDA. Food and Drugs administration. (2004). Aditi-

vos en alimentos. [Consultado 13/3/2004]

URL: http://vm.cfsan.fda.gov/~mow/sfoodadd.

html

_________ (2004). Summary of color additives

listed for use United Estates in food, drugs,

cosmetic, and medical devices. [Consultado:

13/03/2004]. URL: http://www.cfsan.fda.gov/~dms/opa-col2.html

Giusti, M.M. & Wrolstad, R. E. (2000). Characteri-

zation and Measurement of Anthocyanins by

UV-Visible Spectroscopy. [Consultado:09/04/

2003] http://www.does.org/masterli/facsample.

htm.

Infoagro (2002). El cultivo del aguacate. [Consul-

tado: 24/01/2002] URL: http://www.infoagro.

com/frutas/frutas_tropicales/aguacate.asp

Macreperu. (2002). Teido con tintes naturales.

[Consultado: 26/03/2002] URL:http://www.

macreperu.com/Productos/Tintes_Naturales/

tinte_natural.htm

McCabe, W. L. (1999). Operaciones unitarias en

ingeniera qumica: Agitacin y mezcla de

lquidos. 4 ed. Madrid: McGraw Hill.

Montgomery, D. C. (1991). Diseo y anlisis de

experimentos. Madrid: Editorial Iberoamericana.

PifferI, Pier G. (1979). Process for obtaining a

dye substance of vegetal origin. Patente US

4,156,077 (15/07/2004).

Saldarriaga, D. F. (2002). Diseo del Proceso de

Extraccin Industrial del Colorante de la

Semilla del Aguacate. Trabajo de Grado

Ingeniera de Procesos. Medelln: Universidad

EAFIT.

Sastre C, M. 1996. Manual de tintes naturales

para seda. Bogot: Editorial C.D.I.S.

Sighthings. (2004). EU prepares to ban clothes:

Dyes Due To Cancer Risk. [Consultado: 15/

07/2004] URL: http://www.rense.com/politics2/

eu.htm.

Riojalta (2002). Colorantes de la uva. [Consultado:

10/4/2002] URL: http://www.riojalta.com/libro/

rio409.htm

Turton, R. (1998).Analysis synthesis and design

of chemical processes. New Jersey: Prentice

Hall.

Ulrich G. D. (1984).A guide to chemical engineering

process design and economics: Flow sheet

preparation. New York: Editorial John Wiley &

Son.

Warmi (2002). Tintes naturales. Teido y morden-

tado. [Consultado: 15/03/2002] URL: http://warmi.hypermart.net/warmi.htm

Wakeman, R. J. (1999). Filtration: Equipment

selection modeling and process simulation.

Oxford: Editorial Elsevier.

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