INDICE GENER.AL INDICE DE CUADROS INDICE DE FIGURAS RESUMEN 1. INTRODUCCION 1 H. REVISION DE LITERATURA 3 2.1. Aspectos generales del maíz morado 3 2.1.1. Origen y relaciones 3 2.1.2. Clasificación botánica del maíz morado 4 2.1.3. Características genéricas del maíz morado 4. 2.1.4. Variedades, época de siembra, cosecha y producción de maíz morado en el Perú 7 2.1.4.1. 2.1.4.2. 2.1.4.3. Variedades Siembra Superficie cultivada y producción 7 9 9 2.2. Composición química del maíz 'tnorado 12.2.3. Usos 13 2.4. Aspectos relacionados con el colorante 14 2.4.1. Antocianinas 14 2.4.1.1.- 2.4.1.2. Estructura química Detección y aislamien to 14 22
'., 2.4.1.2.1. Métodos Cualitativos 22 a) Extracción 22 b) Purificación. 23 e) Iden tificación de An tocianinas 26 2.4.1.1.2. Métodos Cuantitativos. 29 a) Productos frescos. 29 b)productos procesados 30 2.4.1.3. Factores que influyen en la estabilidad de las antocianinas 31 a) ph 32 b ) Oxígeno yacido Ascórbico 34 e) Metales 34 d) Azúcares 35 e) Enzimas 35 f) Temperatura 36 g) Reacciones de Condensación. 37 -. 2.4.1.4. Antocianinas como colorantes de alimentos 38 a) Cáscaras de uva b) Roselle(Hibiscus sabadariffa L.) e) Arán dan os d) La fruta milagro. e) Repollos rojos. 38 38 38 39 39
2.5. Aspectos relacionados con la extracción del colorante 39. 2.5.1. Extracción de la materia colorante 39 2.5.1.1. Factores que influyen en la extracción 40 ~ a) Temperatura 40 b) Tamaño de partícula 41 e) Agitación del solvente 41 d) Tiempo de extracción 41 e) Equilibrio entre el solven te y el soluto 42 f) Número de lavados 42 g) Calidad del solvente 42 2.5.1.2. Métodos de extracción 43 a) Extracción por Maceración 43 b) Extracción por el método de agitación mecánica o difusión 43 e) Extracción por cocciones 43.' d) Lixiviación 43 2.5.2. Purificación 44 2.5.2.1. 2.5.2.2. 2.5.2.3. Precipitación con acetato de plomo Cromatografía en columnas de poliamida Resinas de in tercambio iónico 45 47 48
2.5.3. Concentración 51 2.5.4. Secado 52 2.5.4.!. 2.5.4.2. Secado por rociada o pulverización Mejoradores de secado o microencapsulación 53 55 111.- MATERIALES Y METODOS 56 3.1. Materiales 56 3.1.1 Materia prima 3.1.2 Reactivos, encapsulanjes y resinas 56 56 3.2. Equipos y otros materiales 57 3.3. Métodos de análisis 58 3.3.1. Análisis fisico-químicos 3.3.2. Análisis de an tocianinas 58 59 3.3.2.1. Determinación de antocianinas totales 59.. 3.3.3. Indice de degradación 60 3.3.4. Indices representativos del color: Degradación del color e intensidad del color 61 3.4. Metodología experimental 62
3.4.1. Descripción del flujo de operaciones 62 ~ 3.4.1.1. Selección 62 3.4.1.2. Lavado 62 3.4.1.3. Secado 62 3.4.1.4. Desgranado 64 ~ 3.4.1.5. Molienda 64 3.4.1.6. Extracción 64 3.4.1.7. Filtración 64 3.4.1.8. Purificación 64 3.4.1.9. Con cen tración 65 3.4.1.10 Secado 65 3.4.2. Estudios preliminares 65 3.4.2.1. Evaluación de la materia colorante en el maíz morado 65 3.4.2.2. Análisis químico proximal de la materia prima 66 3.4.2.3. Influencia del tamaño de partícula 66 3.4.3. Estudio de la extracción de an tocianinas 66 3.4.3.1. Influencia del tiempo de maceración 67 3.4.3.2. Relación materia prima/solvente 67 3.4.3.3. Influencia de ácido 67 3.4.3.4. Influencia de la concentración del ácido 68 3.4.3.5. Influencia de la temperatura de maceración 68
3.4.3.6. Influencia del número de etapas de extracción 69 3.4.3.7. Influencia de -la temperatura y tiempo de extracción por calentamiento 69 3.4.4. Purificación ~, 71 3.4.4.1. 3.4.4.2. Precipitación con acetato de plomo 71 Cromatografía de intercambio de iones 72 3.4.5. Secado 73 IV. RESULTADOS Y DISCUSION 75 4.1. Estudios preliminares 75 4.1.1. Evaluación de la materia colorante en el maíz morado 75 4.1.2. Análisis químico proximal de la coron ta del maíz morado 77 4.1.3. Influencia del tamañode partícula 77 4.2. Extracción de antocianinas 79 4.2.1. Influencia del tiempo de maceración 79 4.2.2. Influencia de la relación materia prima /solvente de extracción 81 4.2.3. Influencia del ácido 85 4.2.4. Influencia de la concentración del ácido sulfúrico 88
4.2.5. Influencia de la temperatura de maceración 90 4.2.6. Influencia del número de etapas de extracción 91 4.2.7. Influencia del tiempo y temperatura de calentamiento en la extracción 93 4.3. Purificación 98 4.3.1. Purificación por precipitación con acetato plomo 99 4.3.2. Purificación por cromatografía de intercambio iónico 102 4.4. Secado por atomización 111 VI. CONCLUSIONES 115 VI. RECOMENDACIONES 116 VII. BIBLIOGRAFIA 117
lndice DE CUADROS Cuadros Pág. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Superficie cultivada de maíz morado, Volumen de ingreso (kg) de maíz morado por departamentos al mercado mayorista de Lima Metropolitana Composición química del maíz morado y de la chicha morada (Contenido en 100 g de la parte comestible) Composición química del maíz morado I Substitución en el catión de la estructura del flavilium para producir las antocianinas principales Antocianinas comunes en frutas y vegetales Esquema experimental para evaluar la temperatura y tiempo... de extracción de antocianinas de coronta de maíz morado Extracción de antocianinas a partir del grano y coronta de maíz morado Análisis químico proximal de la coronta del maíz morado Influencia del tamaño de partícula en la extracción de antocianinas de la coronta del maíz morado Influencia del tiempo de maceración en la extracción de antocianinas Influencia de la relación materia primal solven te de maceración en la extracción de an tocianinas Influencia de la relación materia prima I solvente de -, maceración en la extracción de an tocianinas en dos etapas Influencia de la relación materia prima I solvente de maceración y extracción de antocianinas a diferentes temperaturas Influencia del ácido empleado en la maceración para la 10 11 12 13 16 17 71 76 77 78 80 81 82 84 extracción de an tocianinas 85
16. Influencia del solvente y del ph utilizado en la maceración para la extracción de antocianinas 87 17. Influencia de la concentración de ácido en la extracción de antocianinas por maceración 89 18. Influencia de la temperatura de maceración en la. extracción de antocianinas 91 19. Influencia del número de etapas en la extracción de antocianinas 92 20. Influencia del tiempo y temperatura de calentamiento en la extracción de an tocianinas (expresados en mg AcyT /100 g) 93 21. Influencia del tiempo y temperatura de calentamiento en el contenido de sólidos totales del extracto 94 22. Influencia del tiempo y temperatura de calentamiento en la degradación del color (De) e.intensidad de color (le) 95 23. Precipitación de antocianinas con acetato de Plomo básico a diferentes valores de ph 100 24. Recuperación de antocianinas en diferentes resinas de intercambio iónico 110 25. Algunas características de las an tocianinas secadas por atomización a dos temperaturas 112
INDICE DE FIGURAS 1. Estructura del flaviliun común para todas las antocianinas 16 2. Reacción de la antocianina con un álcali (KOH) 21 3. Reacciones de las antocianinas en productos alimenticios 33 4.,Flujo general de operaciones para la obtención de antocianinas del maíz morado 63 5. Esquema experimental seguido para estudiar la influencia del número de etapas en la extracción de antocianinas de maíz morado 70 I 6. Influencia de la relación materia prima/solvente de maceración en la extracción de an tocianinas en dos etapas 83 7. Influencia de la temperatura de extracción de antocianinas en la degradación del color 96 8. Influencia de la temperatura de extracción de antocianinas en la intensidad de color 97 9. Porcentaje de antocianinas recuperadas después de precipitar con acetato de plomo a diferentes valores de ph 102 10. Perfil de elución de sólidos solubles y de antocianinas de un extracto obtenido de coronta de maíz morado, en una columna de Ambe rlitaw IRe-50 104 11. Perfil de elución de sólidos solubles y de an tocianinas de un extracto obtenido de coronta de maíz morado, en una columna Amberfitaé CG-50 106 12. Perfil de elución de sólidos solubles y de antocianinas de un extracto obtenido de coronta de maíz morado, en una columna Tulsion T -42 107 13. Perfil de elución de sólidos solubles y de antocianinas de un extracto obtenido de coronta de maíz morado, en una columna Tulsion T -42. Elución con Acetona-HCI 109 14. Efecto de la temperatura de secado en la degradación del pigmento 114
RESUMEN CENTR j i o \ 'ia -":\' CJ;. [j 'I!::!T 'el)~ J En una primera etapa se estudió la influencia de los parámetros de maceración de la coronta y la combinación de maceración y calentamiento en el rendimiento de la extracción de antocianinas. Las condiciones óptimas para la extracción de antocianinas de la coronta fueron: tamaño de partícula 2 mm, solvente de maceración agua con 0.1 % de H 2 SO. (ph = 2), relación materia prima/solvente de maceración 1/ 12, 12 horas de maceración a 20 ºC y extracción en tres I etapas a 80 ºC por 30 minu tos cada una de ellas. En una segunda etapa, se estudió la purificación del extracto, mediante precipitación con acetato de plomo básico y resinas de,- intercambio iónico: Ambe rlitae IRe-50 y CG-50 (intercambiadores catiónicos débiles) y Tulsion's T -42 (intercambiador catiónico fuerte). Se obtuvieron buenos resultados mediante la precipitación con acetato de plomo básico a ph 6.0, recuperándose 90 % de antocianinas; cuando la precipitación se realizó a ph ácido (2 a 4) los rendimientos fueron bajos mientras que a ph alcalino (7 a 9) éstos fueron altos pero con índices de degradación elevados. 10 En la purificación con resinas de intercambio iónico se obtuvieron mejores resultados con in tercambiadores fuertes (Tulsionw T -42), recuperándose 95 % de an tocianinas, pero, con la desventaja de que se obtiene un producto muy diluido. Los intercambiadores débiles no fueron adecuados, ya que las antocianinas se separaron en dos picos, constituyendo uno de ellos parte de la fracción contaminante. El extracto fue concentrado al vacío a una temperatura de 40 ºC hasta alcanzar alrededor de 10 % de sólidos totales.
Finalmente se estudió el secado por atomización del extracto purificado y concentrado. Se evaluó dos temperaturas de secado. (Tº entrada/tº salida; 200/100 Y 175/90 ºC). En cada uno de estos casos se evaluó el uso de dos encapsulantes: Maltodextrina (ED = 10) Y Demex CM 91 (ED = 6). A mayor temperatura de secado se observó un mayor índice de degradación y de otra parte, con el uso de encapsulantes se mejoró significativamente el rendimiento de secado obteniéndose entre 87% y 92%.