Resumen

La extracción de color es una actividad que se ha realizado desde los inicios de la humanidad, en esta investigación se busca conocer cómo se realiza esta extracción de color en las plantas, a través de la realización de una investigación documental sobre el tema, una entrevista a un especialista y la técnica de cromatografía que nos permiten separar los compuestos de una mezcla con base en la solubilidad, peso molecular y la atracción de las moléculas. Como resultado observamos como las plantas contienen pigmentos con los cuales pueden elaborarse colorantes; los cuales pueden clasificarse según su solubilidad y origen y obtenerse mediante diversas técnicas en materia vegetal, animal o mineral. Esta investigación me ha permitido conocer cómo se realiza la extracción de color, su papel como un aditivo importante en la industria alimenticia y cómo conocer sobre el tema además puede ayudar a nuestra salud.

Color extraction is an activity that has been carried out since the beginning of humanity, in this research it is sought to know how this color extraction is carried out in plants, through the realization of documentary investigation on the topic, an interview with a specialist and the chromatography technique that allow us to separate the compounds of a mixture based on solubility, molecular weight and the attraction of molecules.

As a result, we observe how plants contain pigments with which dyes can be made; which can be classified according to their solubility and origin and obtained by some techniques in vegetable, animal or mineral matter.

This investigation has allowed me to learn how color extraction is performed, its role as an important additive in the food industry and how knowing about the subject can also help our health.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Los alimentos que consumimos suelen tener colorantes, muchos de ellos sintéticos, los cuales pueden causar problemas de salud o alterar el comportamiento de las personas; por lo que generar y utilizar pigmentos naturales para crear colorantes podría evitarlo y promover consumos sanos y amigables con nuestro planeta.

Adicionalmente, es de muchos conocido que la industria textil genera una gran contaminación con la utilización de colorantes sintéticos, algunos de ellos tóxicos, cuyo impacto ecológico podría disminuir si utilizáramos colorantes extraídos directamente de las plantas.

Por mencionar un ejemplo de ello, de acuerdo a un artículo publicado por Greenpeace (2012), la industria de la moda requiere entre 16 y 20 litros de agua para pintar una camiseta, de esos el 80% del color se queda en la camiseta, mientras el resto se desecha. Lo que genera que la industria global de textiles, es decir, quienes elaboran la ropa que usamos, desecha entre 40,000 y 50,000 mil toneladas de tintes en los sistemas de agua del mundo.

Antecedentes

Las primeras evidencias del uso de colorantes naturales se localizaron en China en el año 2600 A.C. Después en Egipto en la tumba del Rey Tutankhamon se encontraron pigmentos de colores.

En la época de los Romanos, la barcaza  de Cleopatra y  Julio César, era púrpura, así como Alejandro Magno, emperador, llevaban vestimentas del mismo color, por lo que algunos colorantes como éste eran considerados un lujo, ya que eran difíciles de producir y simbolizaban poder.

Por lo tanto desde los inicios de la humanidad, los colorantes naturales se han utilizado en una variedad de actividades, desde la pintura como expresión artística, la alfarería y el teñido de telas, pieles y lanas, o como aditivos a los alimentos.

Dentro de las actividades artísticas, en México durante la época prehispánica ya se conocía el uso de los pigmentos naturales, muestra de ello son los múltiples códices que mostraban la visión del mundo de los pueblos indígenas.

Estos códices estaban elaborados con colorantes a base de plantas, animales y minerales. Ejemplos de algunos de ellos son: el códice Fejérváry – Mayer, los manuscritos prehispánicos del Grupo Borgia, o el Códice Laud.

No se conoce con exactitud quién los elaboró pero en ellos se plasmaron elementos de la cultura nahua del altiplano, nahua – cholulteca, mixteca y maya.

Fig. 1. Códice Borgia

Fig. 2. Códice Fejérváry – Mayer

También existen rastros de su uso en vasijas, murales, figurillas y restos varios de las culturas prehispánicas.

Se han utilizado como aditivo en los alimentos, para que se vean mejor.

Un aditivo alimentario  es una sustancia que se agrega a los alimentos para conservarlo o hacerlo más atractivo cambiando su color, olor o sabor.

Pero no debemos pensar que la coloración de alimentos es algo nuevo, ya que se practicaba en tiempos de los romanos y de los egipcios.

Durante la Edad Media, para variar la apariencia de su alimentación, se añadían colorantes naturales como el ocre, los extractos de acelgas, de zanahorias o de hierbas.

A principios del siglo XIX, con la creciente evolución de la Química, los alimentos eran coloreados con cromato de plomo, sulfito de mercurio, arseniato de cobre o brea de hulla. (Voss, et al, 2006), los cuales fueron prohibidos en 1887 con la primera ley de los colorantes, ya que se probó sus efectos tóxicos.

Fue después, en la segunda mitad del siglo XIX, cuando fueron descubiertos los colorantes sintéticos azoicos de tintes luminosos, que en un principio fueron utilizados para la coloración de los productos textiles y que, posteriormente, se introdujeron en los alimentos.

Estos son fáciles de ubicar en las etiquetas de los alimentos procesados ya que debido a su importancia se han tenido que crear leyes que eviten el uso de aditivos tóxicos.

En México, la dependencia encargada de regular los compuestos como aditivos alimentarios es la COFEPRIS.

Las  principales normas que rigen el uso aditivos alimentarios en nuestro país son:

• Codex Alimentarius. El Codex Alimentarius (del latín, «legislación alimentaria» o «código alimentario») reúne una serie de normas alimentarias de aceptación internacional.
• Acuerdo por el que se determinan los aditivos y coadyuvantes en alimentos, bebidas y suplementos alimenticios, su uso y disposiciones sanitarias.
• Norma Oficial Mexicana – NOM-251-SSA1-2009. Prácticas de higiene para el proceso de alimentos, bebidas o suplementos alimenticios.
• Reglamento de control sanitario de productos y servicios. Título Vigésimo Tercero.

Objetivo

Extraer el pigmento de las plantas y saber por qué tienen esos colores.

Justificación

Elegí este tema porque desde que era muy pequeño me gustaba mojar hojas y flores con agua para sacarles color, quiero saber si es posible extraer colorantes de ellos y si se pueden utilizar en algo.

Hipótesis

Si se logra extraer colores de las plantas, entonces se podrá disminuir el consumo de colorantes artificiales.

Método (materiales y procedimiento)

Para aprender sobre la extracción de color realicé tres tipos de investigación, una de tipo documental en artículos y videos sobre el tema,  otra de campo, acercándome a un especialista dedicado a su estudio y, finalmente, la investigación de tipo experimental en la aplicación de las diversas técnicas de extracción de pigmentos vegetales y la cromatografía para evidenciar la concentración de los mismos en las diferentes frutas y verduras en las que probé la extracción.

Investigación Documental.

Un colorante es una sustancia que al aplicarse a un sustrato (tela, cuero, papel o alimento) le brinda color.

Los pigmentos son las moléculas encargadas en absorber luz y reflejan una parte de ella de color especifico (el que percibimos o vemos), dando lugar a una gran variedad de colores; por lo que son las sustancias con las que son hechos los colorantes, suelen clasificarse de diversas formas.

Los pigmentos pueden ser:

• naturales, si son extraídos de una sustancia vegetal, animal o mineral, o
• sintéticos, si son productos modificados química o físicamente.

Los pigmentos sintéticos presentan algunas ventajas frente a los naturales como bajo costo, gran actuación y alta disponibilidad; sin embargo, presentan alta toxicidad y baja biodegradabilidad, ya que provienen del petróleo.

Según su origen, los pigmentos pueden clasificarse en:

• orgánicos, es decir, aquellos que provienen de plantas y animales. E,
• inorgánicos, aquellos que se obtienen de las tierras y minerales.

Los pigmentos orgánicos a su vez se clasifican según las células que le dan origen en:

• vegetales: provenientes de las plantas, se obtienen de raíces, flores, hojas y frutos.
• animales, aquellos que provienen de animales tales como insectos o moluscos.

Para mi investigación me concentré en los pigmentos de origen vegetal.

Los pigmentos en las plantas tienen varias funciones, una de las principales es el permitir la realización de la fotosíntesis, es decir ayudar a las plantas a alimentarse al capturar la luz del sol y transformarla en las sustancias que necesitan para vivir, otra es encargarse de la fotoprotección, es decir, cambiar su color para atraer o alejar insectos y  alentar o acelerar la polinización.

Los pigmentos vegetales también pueden clasificarse en:

• hidrosolubles, es decir que se puede disolver en agua, tales como: la curcumina, la riboflavina, la betaína y la antocianina.
• liposolubles o solubles en la grasa, como las clorofilas y los carotenoides.

Pigmentos Naturales Hidrosolubles

Dentro de los pigmentos vegetales que pueden disolverse con agua, encontramos:

• La Curcumina: es un pigmento de color naranja amarillento, que es extraído de la raíz de la cúrcuma y obtenido por maceración o fermentación con ayuda de bacterias.

Fig. 3. Raíz de la cúrcuma.

Fig. 4. Molécula de la curcumina.

Los colorantes de curcumina podemos encontrarla en refrescos, mermeladas, mantequillas, quesos, productos de pastelería y panadería, curry, té, salchichas y platos preparados a base de arroz. No presenta toxicidad, a menos que quien lo consuma tenga una  predisposición alérgica.

• Riboflavina, lactoflavina o vitamina B2: brinda un color amarillo tirando a fluorescente, con un ligero olor. Es la vitamina B2. Se obtiene de la levadura de cerveza, del orégano, yerba mate, entre otros.

Fig. 5 Alimentos ricos en Riboflavina.

Fig. 6 Molécula de la Riboflavina

Pigmentos como este los podemos encontrar en el hígado, verduras, sopas, salsas, pasta, productos lácteos y también es producida por la flora intestinal. Se considera inocuo, es decir, no es dañino a la salud.

• Betanina o betalaína rojo de betabel: color rojo oscuro. Se obtiene por prensado y extracción del betabel o remolacha.

Fig. 7. Betabel

Fig. 8 Molécula de la betanina

Es un pigmento que está presente en productos de pastelería, chicle, yogur, salsas, postres. Se considera inocuo y recientemente en algunos estudios se ha constatado acción anticancerígena.

• La Antocianina se encuentran los colores vegetales: rojo, púrpura y azul a violeta azulado. Se  extrae por maceración de moras, fresas, grosellas, uvas, frambuesas, maíz negro.

Fig. 9 Alimentos ricos en antocianina

Fig. 10 Molécula de la antocianina

El pigmento lo encontramos en bebidas, queso, confituras, helados y productos lácteos aromatizados. Sin efectos secundarios.

Pigmentos Naturales Liposolubles

Dentro de los pigmentos vegetales que pueden disolverse con agua, encontramos:

• Las Clorofilas son el pigmento principal de las plantas, les brinda su color verde. Se extrae de las plantas verdes, por maceración o ebullición. Todas las plantas y algas verdes poseen este pigmento.

Fig. 11 La clorofila presente en las células vegetales.

Fig. 12 Molécula de la clorofila.

La clorofila es utilizada en productos como chicles, dulces, verduras, confituras, licores, entre otros. Se considera inocuo.

• Los Carotenoides color naranja amarillento obtenido a partir de extractos vegetales como la zanahoria, algas.

Fig. 13 Molécula de la Carotenoides.

Fig. 14 Molécula de la Carotenoides.

Los carotenos se convierten en nuestro cuerpo en vitamina A. Se estabilizan mediante el ácido ascórbico, o mejor conocido vitamina C, presente en los cítricos y son antioxidantes.

Aparece en mantequillas, margarinas, queso, mahonesa, helados, postres, mazapán. Sin efectos secundarios.

Como podemos identificar, los pigmentos son frecuentemente utilizados como aditivo en los alimentos; para recuperar su color, perdido tras un procesado industrial o para acentuar el color original o darle un color más atractivo.

Investigación de campo.

Para conocer más sobre el tema realicé una entrevista a la Ingeniera Química Mariana Pérez Montoya quien me apoyó contestando las siguientes preguntas:

Fig. 15. Entrevista

• ¿Qué técnicas existen para extraer el color?

Claro que sí, existen varias técnicas dependiendo el uso o la aplicación que tú quieras, las técnicas más sencillas se basa en obtener las plantas. el betabel, o la zanahoria, la planta  lo que tú quieras y primero lo vas a vas a reducir su tamaño, ya sea que rompas las hojas que tú cortes o piques los vegetales, y una vez que los tengas puedes ponerlos a hervir, entonces en el agua queda el color; otra técnica es que, después de reducirlo lo puedes poner en un mortero para macerarlo, es decir, lo puedes reducir en forma de polvo o como pasta, a la cual  le puedes poner un poco de alcohol, el actuara como solvente, permitiendo la extracción del pigmento de las plantas. Después de eso tienes dos opciones dejarlo reposar o colocar en una jeringa la solución, esperar a que exista una separación de fases; una de ellas será tu colorante.

• ¿Cómo se determina la concentración de un colorante?

 Para ello hay una técnica muy sencilla, llamada cromatografía, una vez que has macerado las plantas en las que has realizado la extracción, le vas a poner  alcohol y con una hoja de opalina o papel filtro vas a cortar un triángulo o tiras, lo vas a colocar dentro de la solución, vas a ver como el color se empieza a subir por el papel y notaras cuál es la tonalidad o la fuerza que tiene el color esa es una formación de medir su concentración; en otra, utilizando una jeringa, absorbes la solución y una vez que se asienta quitas el alcohol, dejando únicamente fase de color, eso te permitirá conocer los milímetros que tú tienes eso es otra forma de saber cuánta cantidad de color tienes.

• ¿En qué y cómo se emplean los colorantes?

Los colorantes los puedes emplear en la industria cosmética, por ejemplo como agregados para maquillajes, cremas, champú, etcétera. También la puedes usar en la industria de los alimentos. Por ejemplo, ¿tú sabías que el salmón no es rosita? es blanco, sin embargo le agregan colorante para que se vea rojito y a nosotros nos guste. Tú podrías darle color a tus alimentos, como hacer tortillas de colores.

• ¿Cuál es la diferencia físico – química de los colorantes?

La diferencia entre los colorantes es su composición química, ya que a pesar de que todos tienen el mismo origen, es decir, provienen de vegetales, su molécula química es diferente y como su composición química es diferente, la concentración a la cual la podemos obtener a través de solventes también lo será.

Investigación experimental

Una vez que conocí sobre los pigmentos que tienen las plantas y las técnicas que podía utilizar para extraerlos, quise realizar una extracción.

Para ello utilicé los siguientes MATERIALES:
• Mortero y pistilo
• Tubos de ensayo
• Rejilla
• Probeta
• Pipeta
• Bascula gramera
• Tabla para picar
• Alcohol
• Agua
• Círculos de papel filtro
• Tiras de papel filtro de 1 cm de ancho x 20 cm de largo.

Fig. 16 Materiales de laboratorio

• Vegetales varios: zanahoria, betabel, espinaca, col morada, rosas, cúrcuma, mora

Fig. 17 Frutas, verduras, raíces y flores para la extracción.

Para la extracción de pigmentos en las plantas, sea a través de sus hojas, flores, raíces o frutos, utilicé dos métodos:

• la maceración y
• el punto de ebullición, es decir, hervir el producto.

Para poder observar la distribución y concentración de los pigmentos, utilicé adicionalmente una técnica llamada CROMATOGRAFÍA que permiten separar los compuestos de una mezcla con base en la solubilidad, peso molecular y la atracción de las moléculas.

Los pigmentos se extraen fácilmente con disolventes como el alcohol y la acetona. Algunos incluso solo con agua.

PROCEDIMIENTO:

Para la extracción de los pigmentos primero pesé los materiales orgánicos a utilizar, utilizando de 10 a 15 g. de cada uno para valorar de cuál sustrato se obtiene más pigmento.

Fig. 18 Pesado de material

– Extracción por MACERACIÓN

1. Para cualquiera de los dos métodos de extracción el primer paso a realizar es la reducción del sustrato, es decir, deshojando, rompiendo o picando el material en pequeñas piezas.

Fig. 19. Piqué la espinaca

2. Después, colocamos el material reducido en el mortero para tritúralas, a este proceso le llamamos

Fig. 20 Triturado o macerado  de espinaca

3. Posteriormente genere una solución,1 a 3, de agua y alcohol, es decir, por cada 10 ml de alcohol se integró 30 ml. de agua. Esto para ayudar a la maceración.

Fig. 21 Disolvente.

4. Agregué la solución de alcohol / agua y continué moliendo, hasta obtener una consistencia de polvo o pasta.

Fig. 22 Agregué el disolvente

5. Una vez que el material tuvo consistencia de pasta, con cuidado y con ayuda de mi mamá, lo filtré usando un círculo elaborado en papel filtro. Así logré separar la pasta del líquido obtenido con el solvente.

Fig. 23 Filtré el material macerado.

6. De la sustancia obtenida, tome 15 ml, con el uso de una pipeta y lo coloque en un tubo de ensayo.

Fig. 24 Se colocó en el tubo de ensayo.

7. Posteriormente, para elaborar la técnica de cromatografía corté tiras de papel filtro de punto medio y sumergí la parte inferior en el líquido que filtré.

Fig. 25 Realicé las tiras de papel filtro.

8. Finalmente observamos lo sucedido.

Fig. 26 Esperamos a que las tiras absorbieran los pigmentos.

– Extracción por EBULLICIÓN

1. Al igual que en el método de extracción por maceración, el primer paso a realizar es la reducción del sustrato, es decir, deshojar, romper o picar el material en pequeñas piezas.

Fig. 27 Picamos el material para reducirlo

2. Después, colocamos el material reducido en una olla con agua, para colocarlas al fuego lento hasta que ésta haga ebullición.

Fig. 28 Esperamos a que las tiras absorbieran los pigmentos.

3. Dejamos enfriar el agua y lo filtré usando un círculo elaborado en papel filtro. Así logré separar la pasta del líquido obtenido con el solvente.

4. De la sustancia obtenida, tome 15 ml, con el uso de una pipeta y lo coloque en un tubo de ensayo.

5. Posteriormente, para elaborar la técnica de cromatografía corté tiras de papel bond y sumergí la parte inferior en el líquido que filtré. Para, finalmente observar lo sucedido.

Fig. 29 Esperamos a que las tiras absorbieran los pigmentos.

Realicé el procedimiento con diversos vegetales, flores y f

Fig. 30 Extracción en moras

Fig. 31 Extracción con rosas secas.

Galería Método

Resultados

Resultados.

Después de realizar la extracción con diversos materiales vegetales, pude obtener pigmentos de mora, rosas, zanahorias, espinaca, cúrcuma, betabel y col morada, obtuve material suficiente para realizar una cromatografía de los mismos.

Fig. 32 Cromatogafía

En función a lo elaborado, los pigmentos con mayor concentración en las tiras de papel filtro fueron: el betabel y la cúrcuma, es decir, la betalaína y la curcumina. Obteniendo coloraciones rojo y amarillo intenso, tanto que los guantes que usaba quedaron manchados.

Además, la espinaca nos dejó ver que tiene diversos pigmentos.

Fig. 33. Filtros posterior al filtrado

Tal como me dijo la IQ Mariana Pérez, al dejar reposar las mezclas se veía claramente la separación de fases, dejando el alcohol en la parte superior y el pigmento en la parte inferior. Separé los pigmentos y los coloque en unos botecitos, los cuales probé como colorantes realizando un dibujo.

Obtuve un indicador de cambio de PH con la col morada que sufre cambios  en presencia de sustancias alcalinas, los cuales hace evidentes cambiado de color obteniendo colores rosa con vinagre, verde esmeralda con bicarbonato y un azul con jugo de limón.

Galería Resultados

Discusión

Durante el procedimiento de extracción pude notar que en algunos materiales como las flores, las rosas, es mejor dejar secar para una mejor maceración o en su defecto deshidratar, ya que a menor presencia de agua es más fácil de manejar.

Algunos vegetales requieren una mayor cantidad de material para extraer pigmento concentrado como las zanahorias, mientras otros son altamente generadores de pigmento como el betabel y la cúrcuma.

Noté que al intentar macerar las zanahorias, era tan duras que no podía reducir para hacer pasta, por lo que busqué otra opción para obtener su pigmento: utilizar agua caliente, moler en la licuadora o hervir.

Además pude notar que la col morada no solo brinda un pigmento, sino que debido a los cambios que puede sufrir en presencia de sustancias alcalinas, es un indicador ideal para los cambios de PH, los cuales hace evidentes cambiado de color.

Entiendo además la importancia de saber que algunos pigmentos en nuestro cuerpo se convierten en nutrientes como la vitamina A o B₂; haciendo importante la ingesta de alimentos de diversos colores.

He logrado la extracción de pigmentos para crear colorantes por lo que lo planteado en mi hipótesis es  posible pero necesito saber cómo estabilizarlos para usarlos en algo más que en actividades artísticas y que esto genere el impacto en el medio ambiente que quiero.

Hay empresas en México y en el mundo explorando ya esas posibilidades.

Conclusiones

Después de la revisión de la información y mi experimentación, aprendí que:

• Existe una gran variedad de pigmentos naturales vegetales que pueden obtenerse de las flores, hojas, raíces o frutos de las plantas.

• La diversidad de pigmentos vegetales está relacionada con la manera en que éstos absorben el sol en la planta, que algunos son responsables de su fotosíntesis y la foto protección.
• El color del pigmento extraído depende de la sustancia que prevalece en la planta.

• Puedo obtener colorantes de estos pigmentos para pintar, pero que requiero estabilizarlos para usarlos en otros materiales.

• Los colores en los alimentos de origen vegetal nos pueden sugerir los nutrientes que contienen si se conoce sobre ellos, conociendo la importancia de una ingesta de alimentos con colores diversos.

Bibliografía

• Buitron, V. (2015) Breve historia de los tintes naturales. [Blog] Suspiro Handwoven. Publicado el 8 de Noviembre de 2015. Consultado en: https://www.shopsuspiro.com/stories/archives/08-2015
• Dománico, R.H. et al. (2013) Un método de obtención de colorantes naturales en polvo, los colorantes así obtenidos y sus aplicaciones. Instituto Nacional de Tecnología Industrial, Buenos Aires, Argentina. Consultado en: https://patentimages.storage.googleapis.com/d4/8c/03/ba40548ceb7b5f/ES2396531B1.pdf
• Greenpeace (2012) Toxic Threads: The Big Fashion Stitch – Up [Blog] Green Peace International. Publicado el 20 de Noviembre de 2012. Consultado en: https://www.greenpeace.org/international/publication/6889/toxic-threads-the-big-fashion-stitch-up/
• Jácome Pilco, C. R., Aucatoma Chico, K. B., Agualongo Sinchipa, S. A., Callan Chela, C. R., & Montero Silva, V. D. (2023). Biotecnología para la extracción de pigmentos vegetales, para uso industrial: Biotechnology for the extraction of plant pigments, for industrial use. LATAM Revista Latinoamericana De Ciencias Sociales Y Humanidades, 4(1), 1475–1488. Consultado en: https://doi.org/10.56712/latam.v4i1.353
• Khan Academy (s.f.) Luz y pigmentos fotosintéticos. Propiedades de la luz. Cómo absorben la luz las clorofilas y otros pigmentos. https://es.khanacademy.org/science/biology/photosynthesis-in-plants/the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis/a/light-and-photosynthetic-pigments
• Sánchez Juan, Rocío LA QUÍMICA DEL COLOR EN LOS ALIMENTOS Química Viva, vol. 12, núm. 3, Diciembre, 2013, pp. 234-246 Universidad de Buenos Aires Buenos Aires, Argentina
• FIQ – UNL (2016) Colores a la carta. Cultura Científica. Proyecto de Extensión de Interés Social de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Litoral. Consultado en: https://www.fiq.unl.edu.ar/culturacientifica/extension-fiq/colores-a-la-carta-2/
• Rosalinda Pineda [Hacienda es Patrimonio Cultural]. (2021 Mayo 4). Laboratorio de extracción de pigmentos naturales, Sesión 1 a 9. [Video]. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=ZGsJp_ZpfDw
• Speer, B.R. (9 de julio de 1997) Photosynthetic pigments (Pigmentos fotosintéticos). En Glosario Ucmp. Extraído de http://www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/pigments.html.
• oss, C., Blanco, A., González, G., coord. (2006) ¿Veneno en su plato? usos y riesgos de los aditivos alimen

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography