Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingenier ía

Centro de Investigaciones de Ingeniería Seccion de Química Industrial

CONCw Planta Piloto de Extracción y Destilación

OBTENCION DEL EXTRACTO COLORANTE ACUOSO, A PARTIR DE LOS RECHAZOS DE EXPORTACION DE LA PRODUCCION

NACIONAL DE DOS VARIEDADES DE PITAHAYA, A NIVEL DE PLANTA PILOTO

Por: José Eduardo Caldertin García

Investigador Principal

Informe Final PROYECTO 13-99, Línea FODECYT

Gu:iternala, Febrcro de l 2U01

Investigador Principal: Ing. José Eduardo Calderón Garcia Investigador Asociado: Ing. Ran iro Augusto San tizo ~ o n z h l e z

Asistente de Iuvestigacibii: Otto Javier Cerezo Quezada Asistente de Investigación : Nora Lissette Prado Guzmán

Asistente de Investigación: M ilton Orlando Quexel Marroquin

TIEMPO DE EJECUCI~N DEL PROYECTO

a) Periodo inicial de diez m eses según contrato del 3 de abril de 2000 (inicio de actividades 3 de abril de 2000, finalizacibn 31 de enero dcl 2001)

Universidad de San Carlos de Guatemala

CENTRO DE INVESTIGACIONES DE INGENIERIA -. . FACULTAD DE INGENIERIA 111

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

Guatemala 13 de febrero de 2001

Licenciado Carlos Luna Villacorta Coordinador Nacional de Ciencia y Tecnología CONCYT Ciudad

Estimado Luna Villacorta:

Atentamente me dirijo a usted para informarle que he tenido a la vista el i dome M del proyecto 13-99 titulado 'OBTENCION DEL EXTRACTO COLORANTE ACUOSO, A PARTIR DE LOS RECHAZOS DE EXPORTACION DE LA PRODUCCION NACIONAL DE DOS VARlEDADES DE PITAHAYA, A NIVEL DE PLANTA PILOTO', para lo cual doy el aval instituciond correapondiente.

Sin otro particular y deseáadole dxitos en s w actividades, le d u d o con I ~ B mueetrae de mi comideración y eetima.

-ID Y E N S ~ A D A TODOS'

ing, h-aocieco Javier ~ui6ones de la Cruz Director Centro de Investigaciones de In niería

.6. t A(!€?

4 .

I:Acur:rAD [)ti INC;I:NIEKIA - USAC Wifirio'i-5, Ciud;itl Univcrsitana zoria 12

TclflOno dirccro: 476-3992. Planta: 476-0790 al 4 Ext. 372. 1:AX: 476-3W3 1:-Mail: inge.ren. irivcstC~iisac.edu.gt.

RESUMEN

El presente trabajo se realizó en la Planta Piloto de Extracción-Destilación de la Sección de Qulmica Industrial del Centro de Investigaciones de Ingenierla, de la Universidad de San Carlos de Guatemala, contó con la colaboración de PROFRUTA, Km 22 ruta al Pacifico Edificio La Ceiba, telt5fonos 6364397/6361941 quienes proporcionaron la materia prima utilizada en el proyecto. Se trabajó con frutos de Pitaliaya, los cuales soii productos de rechazo de exportación (35% de la producción nacional estimada en 672,000 libras) de dos variedades de pitahaya (Hylocerus undatus), constituyentes en los clones JC PROFRUTA 01- 94 y JC PROFRUTA 03-94. Se determinó que anibos clones contieiieii la misma tonalidad de color rojo y como el clon, JC PROFRUTA 01-94 fue el de mayor producción agrlcola en el año 1999, segíin información de PROFRUTA, institución que donó los h t o s de pitahaya para el proyecto, sólo se trabajó con el clon JC PROFRUTA 01-94. El objetivo general del proyecto es aprovechar el potencial económico de la producción nacional de pitahaya, brindando una alternativa mediante la obtención de color natural rojo, puesto que los colorantes n a t d e s se& los únicos permitidos para consumo huinano a partir del año 2,000 (Organización mundial de la Salud), con lo que desplazará a los colorantes artificiales existentes en le mercado, fomentando asf el desarrollo agroindustrial del país y la generación de productos para la industria alimenticia, farmaceutica, cosmetica, tanto nacional como exlran$era

El proceso utilizado para la extracción de colorante acuosos fue por concentración al vaclo. Se trabajaon con lotes de 5 Kg , el lote con las variables optirnizadas fue el 2P, el ciial proporcionó un rendimiento de 66.98 gKg, el tiempo de extracción fue de 80 minutos, a una teniperatura de 25-30 O C, a una presión de vacfo de 0.1733 bar absolutos (-0.84 bar manoni~tricos), ademb el tieiiipo de niaceración óptimo fue de 24 horas para cada rigotaniiento. La preparación de materia consistió en moler la pulpa y macerarla en agua a 7 O C, con dos agotamientos, el primero con una relación de solvente h t o de 2 litros de agua por 1 kilogramo de pulpa y el segundo de 1 1 iiro de agua por 1 kilogramo de pulpa

Se realizó una comparación, con respecto a la loiigitud de onda de niáxima absorbaiicia, del extracto de colorante acuoso obteiiido de Ia pulpa de la pitahaya y los colorantes sintbticos, el colorante naturd se semejó al colorante sintdtico No. 3 (el cual cuenta con caracterfsticas FD & C, especificado para alimentos, cosm4ticos y farmac~uticos), por lo que indica que el coloraiite iiaiiir:il obteiiido sustituye a diclio colorante siiitético.

Coii respecto a la cáscara de la pitatiaya, durante el desarrollo del p-oyecto, se determino que el rendiniiento del colorante rojo fue muy bajo como para poderse industrializar. (Ver resultado 5, Pág. 18). Este colorante se seineja con el colorante rojo sintbtico FD & C No. 40.

1211 !)ase n las v:iriaI~les (Icl pi-occso ohtcitid;ts. se cleleniiirií~ el coslo de pi-odiicción a iiivel de ~>lwiin ~~iloio. sieiitlo de (? 652.471 KR, costo qiie piiede reducirse eii un 30% en iiiia planta industrial. Este costo es reldivmeiite inas bajo qrie el del rojo sintbtico 17D & C No. 3. el cual en el riiercado iiaciorial es de Q 710.00~Kg. Por lo que se establecib que si es Gctible su iiidi~strializacióii. 'rariibi6i.i se estini6 el precio de wia planta iiidiistrial con la cal~acidacl de 800 &:gi~iieb: de exliacio cle coloi-aile aciiosos de pilaliaya, el cm1 resultó ser de Q. 2,752,134.00

RESUMEN INDICE

11. ANTECEDENTES

111. OBJETIVOS 3.1 Objetivos Generales 3.2 Objetivos Especlficos

v. METODOLOGÍA hfCtodo de iiivestigacibn Localizacibn Material y Equipo Metodologla Experimental

VI. RESULTADOS 6.1 Variables optimizadas para la extracción de colorane acuoso de

pitahaya 6.2 Materia Prima 6.3 Comparación de espectro visible de difereiites riiluciories de

extracto acuoso de pitahaya de la pulpa y de la cáscara con diluciones de colorantes artificiales Kojo No. 2, Kojo No. 3 y Rojo No. 40,(todos I;D&C)

6.4 Reiidiiiiiento de extracto de colorante acuoso de la pulpa de pitahaya

6.5 Rendimiento de exli-acto de colorante acuoso de la cáscara de pitahaya

6.6 Propiedades fisicoqulniicos del extracto colorante de pitdiaya 6.7 Costo del extracto del colorante de pitahaya 6.8 Costo de uti equipo industrial para la producción de extracto de

colorante de pitahaya 6.9 Propiedades del extracto colormite de pitahaya 6.10 Separacibn del coriipueslo coloranle de pitdiaya del

extracto acuoso 6.1 1 Deterrninacióri de la concenli-acióri recoiiieridaúa del

colorante de pitdiaya

P ágin a 1

vii

VII . DISCUSION DE RESULTADOS

VIII . CONCLUSIONES

Ix. RECOMENDACIONES

XI. ANEXOS Anexo A: Ejecución Financiera de los Recursos Solicitados

al - FONACYT - Monto autorizado Detal le documento de abono Detalle de caja chica

Anexo B: Financiamiento de Contrapartida y Otras Fuentes 36

Anexo C: Especificaciones de Equipo Adquirido (Lámpara Ultravioleta y Refiactórnetro) 3 8

Anexo D: Glosario 5 3

Anexo E: Resumen de varialbes optirnizadaa 5 6

Anexo F: Informe de anáiisis de laboratorio de la Uiiidad de Anáiisis Instrurnentd, Faciiltad de Ciencias Químicas y Farmacia USAC 5 9

INDICE DE CUADROS

CUADRO No. TITULO Página

Variables Optimizadas para la Extracción de colorante acuoso de pitaliaya

14

Comparación de Espectro Visible de Diferentes Diluciones de Extracto Acuoso de Pitahaya de la Pulpa y de la Cáscara con Diluciones de Colorantes Artificiales

16

Rojo No. 2, Rojo No. 3 y Rojo No. 40 (Todos FD&C) Reiidiniiento de Extracto de Colorante Acuoso 17 de la Pulpa de Pitahaya Rendimiento de Extracto de Colorante Acuoso 18 de la Cáscara de Pitahaya Propietlades Fisicoquimicas Del Extracto Colorarite De Pitahaya Propiedades Del ExtractoColorante Acuoso De 19 Pitahaya Determiiiaci6ii De La Coiiceiitración Recoinendada Del Colorante

22 De Pitahaya Resumen Variables Optimizadas 24 Resumen Variables Optimizadns Resultados Experimentales 57

Resumen De Resultados De Análisis De Laboratorio 58

El proyecto tiene como principal objetivo, aprovechar el potencial económico que representa para el país, los rechazos de la producción nacional de pitdiaya, mediante la extracción del colorante rojo como concentrado acuoso.

El 35 % de la producción iiacioiial de pitahaya que representa 106.67 TWaflo o su equivalente a 235,200 Ib/aflo, es rechazado por cuestiones de apariencia y morfologfa del hito, que son independientes de la cdidad del fruto en cuanto a características cle coloración.

El colorante acuoso obtenido de la pitahaya, se clasifica como un colorante natural, que, de acuerdo a una caracterización de propiedades fisicoquimicas, se detenninó que el componente que le da la coloración característica a la pitahaya, es una betaciariiiia, perteneciente d grupo de las betalaínas. Tarnbibn se hizo una comparación del extracto colorante, con colorantes rojos sintbticos, dando como resultado que el extracto acuoso rojo de la pitahaya es similar al colorante sintbtico rojo F'D&C No. 03, especificado para productos alimenticios y farmacbuticos.

Para la obtención del extracto de colorante acuoso se realizaron ciiatro pruebas de extracción con diferentes mbtodos. La pmeba en la que se obtubo el mejor rendimiento, que fue de 66.98 g /kg, fue la que se seleccionó como mbtodo recomendado para la extracción

Se llegó a determinar que si se puede obtener un extracto acuso a partir delos rechazos de exportacibn de pitatiaya y a partir del análisis económico, se detenninó que es factible industrializarlo. Además el costo ya a nivel iiidustrial puede disminuir en un 30%.

11. ANTECEDENTES Guatemala siendo un país eminentemente agrícola, esta eii la vía cie desarrollar

alternativas industriales que permitan el total aprovechamiento de sus recursos y de valor agregado a los mismos, con el objeto de fomentar la exportación de productos no tradicionales.

El cultivo de pitahaya, es una industria ya establecida de una ñ-uta exótica de gran denirinda internacional y que cuenta con el apoyo de una iiistitucióii estalal conio PROFRUTA, además presenta un recliazo del 35% de la producción nacional por defectos en características simplemente estéticas, ya que es fruto destinado a la exportación. Con antecedentes de estudios realizados sobre extracción de colorantes y ante la necesidad de usar colorantes naturales a partir del año 2000 par disposición de la Organización Mundial de la Salud, se puede iiiferir que el estudio de factibilidad p x a industrializacióii del extracto colorante líquido de pitaliaya en sus variedades JC PROFRUTA 01-94 y 03-94, es uiia alterniitiva sólida y de interés nacional.

Los estudios a nivel laboratorio proporcionari resultados cualitativos acerca de la obteiición de coloraiites, sin einbargo el estudio a iiivel Planta Piloto permite deteriiiiriar y optiriiizar las variables involucradas en el proceso de extraccióii, es decir que se obtiene información sobre disefío de proceso, esta información es la antesala para el disefio a escala industrial en caso de ser rentable. En Centro Ambricano se tiene la cultura del ensayo a nivel planta piloto cuyo objetivo es hacer a pequefía escala, ensayos de extracción para cometer errores en pequeílo y enmendarlos para que rio se traduzcan en problenias sei-ios en una planta industrid. La planta piloto proporciona ademhs, información sobre costo de iiistalación y costo del proceso.

Una vez obtenido el colorante para cada con-ida en el proceso de optimizacióii, se realizan análisis fisicoquímicos, croriiatográficos y riiicrobiológicos coi1 el objeto de deterniinar la calidad del producto obteiiido para coiiipararlo con esthidares inteiriacionales, lo que permite realizar inferencias en cuanto a su valor comercial.

El proceso se lleva hasta el extracto liquido, ya que el proceso de secado hace necesario el uso de un SprayDryer (secador por atomizaci6n), que es muy costoso y que es una operación unitaria que solo siive para da l e la preseritación sólida d extracto, cuya obtención ya ha sido optiinizada por el manejo de variables.

Las principales variables iiivolucradas eri el proceso de extracción son: relación de solvente respecto al taniaño del lote, tiempo de extraccibn, consistencia y adecuación de la niateria prima, tiempo de rnaceración o percolacibii, agitacibii, teiiiperatura, concentración o fiaccionaniiento por destilación seguii los resultados c r ~ m a t o g r ~ c o s , costos. Por medio de corridas y ariálisis estadístico se optiniizan cada una de las variables anteriores.

coiiliiiiiricióii ge ilustra la siluacibii de coiisumo promedio en los Estados Unidos de coloi-:iiiles I J H I I I I ~ R I ~ ~ , a tiiirilen (le In tlécada de Iw oclienta:

Beta coroteno Cantrurantina Extracto de Achiote Yaprika Oleoresina de Paprika Turmerica Oleoresina de Turmbrica M g n Extracto de cochinilla Extracto de cáscaras de Uvas Polvo du Remolacha Aceite de Zanahoria

En loa últimoe afíos a traves de investigaciones, capacitaciones y manejo de plankioiiea en el czuiipo, Iia sido posible desarrollru y valida un paquete tecnol6gico que se transfiera a los distintos agrícultores involucdos en el cultivo, obtenibndose a la fecha muy buenos resultados repecto a tipo de euelos, siembras, cosecha, etc. Fuente: PROFRUTA.

La pitahaya contribuye d mejoramiento de la calidad de vida de las comunidades que se dedican R m cultivo, por la capacidad de geiierar eiiipleo teinporal y pemianente.

"Esle cultivo tiene relevancia para el país por su capacidad de generar divisas (S6,OOOíhr) qie supera, en mucho La capacidad %eneradora de divisas de los cultivos que coniyiten coi) el niisino, por ejeiiiplo, la pina que genera $400/ba. Por otra parte, la pitahayn tiene una alta capacidad de generación de empleo (750 jornales por halaño). El tlpico tipo de beneficiario es el mediano agricultor quien poeee iniciativa y ofiecs apertura para adoptar los cmnbios tecnol6gicoa que se le proponen. lo que no excluye a cualquier otro tipo de agricultor, adenida de ser apropiado para pequeflos qricultoree que no poseeii grandes extensiones de tierna y que si se manejan en gtupo se pueden producir vollimenes i m p o ~ t e s de producto beneficiándose directamente con los ingresos percibidos". Fnente: PROFRUTA.

Precisame~ite los usuarios de proyecto que atiende PROFRUTA en la actualidad, responden a ese perfil de productor y son personas abiertas a los cambios tecnol6gicos que les propone el proyecto. POFRUTA, además de dotar a los usuarios del proyecto con servicios de generacibn y transferencia de tecnología, los apoya en sspectos de comercializaci6n realizando contactos con empresas agoexportadoras y promocionando la fruta en el h b i t o de la industria nacional.

Por otra parte, el país cuenta con un cierto acervo tecnológico que le ha permitido mejorar notablemente la produccibn por unidad de área, si lo comparamos con el sistema tradicional de cultivo, habibndoee logrado cuadriplicar la productividad Tmnbibn se tiene la capacidad de adoptar y adaptar tecnología de punta

PROFRUTA conociendo de las oportunidades que ee le presentan con esta especie, durante el afío de 1994 sb dio a la tarea de geiierrir información mediante un trubajo de caracterización, cuyos resultados se encuentran en el documento "Exploreclbn, colecta y caracterlzaclbn preHmlnar de pitahayas en Gnatemahv', a raíz del resultado de este trabajo surgieron coneideraciones e informaci6n importante, que permite realizar inferencias sobre el potencial de este cultivo, a continuación se describen las inferenciae de mayor importancia

En pitahaya es relativamente poco lo que ee conoce obre antecedentes de experiencias para evaluar la adaptacibn de distintas condiciones climáticas, aspectos tecnol6gicos, manejo post-cosechay las expectativas del mercado de lañ-uta

La posición geogrática de Guatemala y eu fisiop-afia la hacen presentar una gaii

varinbilidad biológica, por cuanto posee una diversidad de especies, un acervo genbtico adaptado a liis coiidicioiies prevalecientes dentro de su regibn clinihtica En pitahaya existe una diversidad de f i que sugiere la posibilidad de cultivarla en variedadea y regiones del país, desde el nivel del iuar hasta 2,500 n1.s.n.m. con una gama amplia de h t a para ofertar, con coloraciones de pulpa que vati del rojo, blanco, púrpura y sorferino.

Se observa un acelerado crecimiento del mercado Europeo, debido al interbe del país en conservar la economía, mediante operaciones de comercio internacional y la posicibn privilegiada respecto a la cercanla de mercados importantes.

PROFRUTA coneciente de la riqueza genetica de que es poseedora el país, y las oportunidades que se le presentan al país, durante el año de 1994 se dio a la tarea de generar información que se encuentra documentada en el trabajo antes mencionado "Exploraci6n, colecta y csracterizaci6n preliminar de pitahayas en Ciuatemala" donde se concluye que Guatemala es un país niuy rico en germoplaama de pitaya, la especie h e encontrada en estado silvestre, tiene un habito trepador, se le encuentra sobre rocas, &boles y tejadoe, en casi la totalidad de los departamentos del país en un amplio rango altitudinal desde el nivel del mar a los 2,200 metros eobre el nivel del mar.

A raíz del resultado de este trabajo, fueron seleccionados sobre la base de sus cwsicterfsticas morfolbgicm, de coloracibn y de a~pectos de adaptñcibn al clima, cinco materiales promisorios.

A partir de 1,994, se iniciaron trabajos de domesticación de esos materiales, Ilevhdolos del estado silvestre en que fueron encontrados a la condición domesticada y tecnificado de una plarita sembrada directaniente al suelo y sometida a manejo. Estos trabajos se llevaon a cabo en calidad de ensayo en el h b i t o comercial con la cooperación de varios agricultores interesados, quienes sembraron en plantaciones de 1.5 Ha* El resultado del ensayo indica que los materiales utilizados han mostrado un comportamiento sobresalienteg durante el ciclo coiiiprendido de la sieinbra a la coseclia

La estrategia para desarrollar este cultivo se basa en completar la información tecnológica necesaria para lanzar un plan de fomento ordeiiado. La investigación o h c e la posibilidad de resolver lae limitantes, si se orienta a los siguientes aspectos:

- Definir zonas de producción a travbs del estudio de aqectos clim&ticos como la precipitación, para tener la época de cosecha para un mismo material. - Inducción floral haciendo uso de riego y productos qufmicos. - Estudios en aspectos post-cosecha: conio el tema de la atrnbsfera controlada, para prolongar la vida post-cosehca de la h t a y poder asf accesa a mercados máa lejanos por la vla marftima - Aspectos de manejo: tutores, control de plagas. - Definir un sistema de tratamiento eficaz que satisfaga un nivel de seguridad cuarentenaria que requieren los niercados de USA y Japbn. Estacionalidd de la cosecha: el período de cosecha en el país va de mayo a septiembre, mientras que los principales competidores con ñuta, un tanto diferente, son Colombia que oEiece una fiuta de pulpa blanca con cáscara amarilla permanece en el niercado dos teniporadas, entre enero y abril y de junio a septiembre. Nicaragua que ofiece una fiuta de pulpa roja, tiene un periodo de cosecha que va de mayo a septiembre. Aunque se tiene poco conocimiento del comportamiento de la ñuta en el mercado nacional e internacional.

Dado a que el objetivo de este proyecto es la obtención de un colorante natural a partir de la pitahaya, es importante hacer mención de algunos aspectos sobre el color y el colorante.

El color es la primera sensación que se percibe de un alimento y la que determina el primer juicio sobre su cdidrid. Ea tainbibn uii factor importante dentro del conjunto de sensaciones que aporta el alimento y tiende a veces. a modificar subjetivamente otras aerisaciones coiiio el sabor y el olor. Es posible, por ejeinplo, confundir a un panel de catadores coloreando productos conio los helados con uii color que no corresponda con el del aroma utilizado. Los dimentos naturales tienen su propio color, por lo que en principio, parecería como ideal su manteiimiento a lo largo del proceso de tmm&ormación. Sin embargo, los consumidores prefieren en determinados alimentos un color constante, que no varie entre los diferentes lotes de fabricación de un producto. La variabilidad natural de las materias primas hace que este color normalizado solo pueda obtenerse modificdndolo de

forma artificial. Por otra parte, muchas sustmcias colormtes naturales de los alinieritos, so11 iiiiiy sen~ihles a los tratariiieritos utilizados en el procesado (calor, acidez, luz, conservantes, etc.), des(niy6ndose, por lo que debeii substituirse por o t ra más estables. Otros alimentos, como los caramelos, o como los productos de alta tecnologia aparecidos recientemente en el mercado como imitaciones de mariscos, no tienen ningún color propio y para hacerlos más atractivos, deben colorearse artificialmente. El coloreado tambi6n contribuye a la ideiitificación visual del producto por parte del consumidor, y en muchos casos, un buen proceso de coloreado puede condicionar el bxito o fi-acaso comercial de un producto. La pdctica de colorear los alimentos tiene una larga tradición, ya que algunos productos naturales como el a z d h o la cochinilla eran ya conocidos por lae civilizaciones antiguas. Tambikn es de antiguo, el uso incorrecto de substancias colorantes perjudiciales pma la salud y su denuncia pública Ya en 1820, F. Accum publicb en Londres un libro denunciando el uso de compueetos de cobre, plomo y arrtdnico, muy tóxicos, para colorea íiaudulentamente los alimentos. Actualmente, las regulaciones legales han hecho desaparecer muchos de los colorantes utilizados anteriormente. Por otra parte, existe una cierta tendencia a utilizar cuando, es posible, colorantes naturales en lugar de colorantes sinteticos, motivada por la presión de un sector importante de loe consumidores. Analizado objetivamente. el coloreado de los alimentos es una actividad "com~tica", que no contribuye a mejorar su conservación o calidad nuhitiva, por lo que el nivel de riesgo aceptable para un beneficio pequeño, ha de ser forzosamente muy bajo.

La distinción entre natural y artificial, tdrrninos muy utilizadoe en las poldmicas sobre la salubridad de los alimentos, es de difícil aplicacibn cuando se quiere hablar con propiedad de los colorantes alimenticios. En sentido estticto, solo seria natural el color que un alimento tiene por sí mismo. Eato puede generalizarse a los cola-antes presentes de forma espontánea en otros alimentos y extraíbles de ellos, pero puede hacer confusa la situaci6n de aquellas substancias totalmente identicas pero obtenidas por síntesis química Tambibn la de colorantes obtenidos de materiales biol6gicos no alimenticios, insectos, por ejemplo, y la de aquellos que pueden bien Wadirse o bien formarse espontáneameiite al calentar un alimento, como es el caso del caamelo.

Los colorantes naturales son considerados en general, como inocuos y consecuentemente las limitaciones específicas en su utilización son menores que las que afectan a los colorantes artificiales. Uno de las armas m b importantes para el químico de colorantes, es la crornatografia en capa fina (Thin Layer Chrornatographyl, TLC). TLC es siinple y rápida, usa equipo que no es caro, proporcionando interpretación de color. Este colorista sabe que las fibras teñidas deben juzgarse en la luz correcta

Los h t o s , de la familia de los cactos. contienen colorante natural, perteneciente al grupo de las betalaíim, aproxiniadarnente de 70 pigmentos hidrosolubres, con estructuras de giucósidos, derivados de la 1,7-diazoheptametina, y que se han dividido en dos graode clases: los rojos o betacianinas, y los amarillos o betaxantinas. Las betaninas pueden trandormame y perder su coloración bajo la iduencia de factores como el pH, las temperahaas altas, el oxigeno, la luz y la actividad acuosa En general, su estabilidad al calor está en función de la acidez y del oxígeno disuelto del medio. los valores de pH de 4 a 6 son favorables y resisten los tratamientos tbrmicos en ausencia de oxigeno.

Se preeeiitan ciertaa características fíeicoquimicas de las betacinaninae: poseen color rojo, rojo pardo y violeta, es soluble en agua e ineoluble en etanol abeoluto, mi tambi6n tiene un maximo de absorbancia a una longitud de onda de 530 nm

111. OBJETIVOS

3.2 Objetivos General: Aprovecliar el potencial econ6mico de la produccibn nacional de pitahaya, brindando una alternativa ablida mediante la obtención de colorantes naturales (rojo y sorferino) que serán loa únicos permitidos para consumo humano en el año 2,000 (Organizaci6n Mundial de la Salud) y desplazarsin a los colorantes artificiales existentes en el inercado, fomentando así el desarrollo Agroindustrial del país y la generacibn de productos pnra la iiidustria alimenticia farmacéutica y cosmética tmito nacional como extranjera

3.2 Objetivos Específicos: 3.2.1 Determinw las condiciones optimas para la extracci6n de los colorantes acuosos (rojo y sorferino) de pitahaya (Hylocerus undatus JC PROFRUTA 01-94 Y JC PROFRUTA 03-94) a nivel Plmita Piloto para su eacalonamiento a nivel industrial. por iiiedio de operacioiies básicas de Iiigeniería Qultnica

3.2.2 Establecer la ca l ih l del extracto, factibilidad de industrialización y costos de producción de los colorantes rojo v sorferino a partir de las vaiedades de pitahaya miba niencioiiadas.

3.2.3 Determinar la capacidad de conipetencia del colorante natural de pitahaya, respecto a loa colorantes de remolacha y achiote, actualmente de amplio y creciente uso en U.S.A.

IV. HIPOTESIS: Se puede industrial izar y hacer rentable la extracción de colorantes rojo y sorferino

de pitaya (Hylocems undatus, variedades JC PROFRUTA 01-94 Y JC PROFRUTA 03-94), y fomentar el desarrollo agroindustrial del país con productos de vanguardia guerdando normas internacionales.

V. METODOLOGIA

La parte experimental de la investigación se llevó a cabo en los siguientes lugares: 1. Planta Piloto de Extracción-Destilación de Aceites Esenciales, ubicado en el

edificio T5 de lasección de QuImica Industrial, del Centro de Investigaciones de la Facultad de Ingenierla de la Universidad de San Carlos de Guatemala

2. Laboratorio de Química Industrial, ubicado en el Centro de Investigaciones de Ingenierla, Facultad de Ingeniería, Uiiiversidad de San Carlos de Guatemala

3. Laboratorio de Análisis Instniiiierital del Centro de Investigacioiies, Facultad de Ciencias Quimicas y Farmacia, Uiiiversidad de San Carlos de Guatemala

MATBRIAL Y EQUIPO:

Cristalería de Laboratorio: 4 Balón & destilación 4 Tubos o Balones aforados o Estisa electrica + Condensador 9 Micropipeta 4 Soportes de meíai a Beackere o Probetas @uadas 9 Tubos de Vidrio en U

Tubos de ensayo o Recipientes parg b a o de maria

h i v o de Laboratorio 4 Potenciómetro + Refi-actómetro o Cromatógrafo de gases 4 Picnómetro

-4 Nivel de Planta Piloto + Exbactor + Condensador o Ampolla de decantación 4 Calderín 9 Tome empacada 4 Tanque de almacenamiento 9 Vaso florentino + Caldera o Molino de Discos o Pelador de clbricos 4 Chiller

METODOLOCM EXPERIMENTAL:

DiseAo de Tratamientos:

Para la obterición del extracto color-aiite acuoso, se efectuarori lau siguientes pruebas:

Preparacióii de la niateria pririia

Se cortó a la rnitad y desprilpó, el h t o de la pitdiaya, para deteriiiinpi- el riiétodo 111th

apropiado de prepai-acióii. a nivel de plmita piloto. Los iii6todos utilizados. coiisistierón en riioler la piilpa y eii iitilim la pulpa a la r i i i t ~ r l eii forriia directa despubs de Iial>ei-se despulpado. El mejor nibtodo se deterniinó rnediante el ariálisis de la concentración del colorante a proporciories lijas de solverite, eri irri tienipo determinado.

Se realizaron anéilisis de la solución solvente-hito, para determinar el solvente a iitilizar y la cai-actei-islica del colorante. Es iiii~)orl~ite sefíalar que la relacióri solvente-fiuto depeiide tatnbiéii dc la capacidad de Rer bonibeado el solverite (recirculado) y procesado segur1 la cayncidacl instalada de la planta, en este puiito se perlilaroii las cualidades qiie debe teiier la solucióri para su adecuado proceso, a escda iridustrid.

Urin vez deterniiiinda la ndecuadn preparncióii de la ninterin priiiia se procedió n In optimización de variables de extraccióii.

Optimización del proceso de exlracci6n.

Se manejaron las siguientes variables: tiempo de exlraccióii taiiaño de lote t.emperatrrra de extraccióii relncióii solverite-fruto

m tierripo de rriaceracióri

La relación solverite h i t o fiie de 3 litros de agua por kilogramo de pulpa, iitilizmdo 2 litros eri iiii pririier agotarriiento de la iiiateria yririia y 1 litro en el posterior apjolarniento. Se evaluó el lieriipo de niaceracióri siendo este de 1, 2 y 3 dlccs, a una teniperatura de 25°C y TC, dando niejores resultados la iiiaceracióii eri 1 dla y a iina teinl>eratura de 7°C. Se uti1izai.011 lote^ de un tariiaíío de 5 ):.Q y 10 ECp_ de Guta

Para el íuiálisis dc cada iina de estas variables se efectuaroii 3 corridas hacieiido variar la variable eii cuestióii y dejaiitlo las tleiiiás fijrie, detenriiii;uitlose las coiidiciones bptirnris de extraccióii.

Las coiidiciones óptinias eii cuanto obtericióii de colormite se realizaron mediante el mlilisis de res-actometria, poleiicionietría y piciiortietrlri.

Concsntraci6n del extracto.

Se (raneiirió el extracto a la unidad de concentración, se filtró con dos tamices en serie, con níimeros mesh de 10 y 16 los siguientes. Las variables analizadas íberon:

Tiempo de concentración Teniperatura de concentración (evitando la degradación térmica del colorante). Presión de vacío necesaria en la unidad.

Por último se efectuaron los mailisis fisicoqulmicos necesarios para tipificar y evaluar la calidad del extracto.

Manejo del Experimento.

La inateria vegetal fue proporcionada de distintos productores del país con el apoyo de PROFRUTA, guardando las características de homogeneidad bbicas:

Regi6n de colecta Especie. Tiempo de cosecha Grado de maduración.

La materia fue recibida, almacenada y reseleccionada en las instalaciones de la Plamta Piloto del Cenho de Investigaciones de Ingeniería, ,donde se sometió a las condiciones de preparación antes mencionadas.

Una vez obtenido el extracto colorante acuoso concenírado, con las variables & proceso registradas y Bus costos de producción, se procede a determinar laa propiedades coligativaa de solución, sus propiedades cualitativas y cuantitativas mediante los metodos antee mencionadoe, lo que permite a si1 vez realizar inferencia respecto a lo8 estandares y requerimientos internacionales mediante los andisis c r o m a t o ~ ~ c o s , fisicoqulmicos y microbiológicos.

El producto y sus caracteristicas son registrados, clasificados y almacenados bajo condiciones asbpticas.

VI. RESULTADOS

VARIABLES OPTIMIZADAS PARA LA EXTRACCIÓN DE COLORANTE ACUOSO DE PI'TAHAYA

Ciiadro No. 1

: Teinnerat~ira de Coticent racioii 1 Tariiailo --- del Lote j Presión de Vacio

1 Grado de hladuracion ! Pi'eparacioii de la Materia Priina l

- - -

! Tieiiipo - de Maceracióii

5 Kg 0.1733 bar absolutos iiiaiioinétricos) - A

Fruto conipletainente iiiaduro 1 Pulpa molida y macerada en agiia a 7°C. con 2 ngotaotaliiieiitos' de iristeria pritiia. el primero 1 coi1 uria relacioii solvente friito de 2 litros de 1 agita por I kilograiiio de pulpa y el segindo ) de 1 litro de agia por I kilogatno de pulpa. -- 24 .. . Iioras .. . .... - para .- --. cada agotaiiiieiito. . - -~ ... - . .. ~

- l Agolainiento: corisiste en redticir la concentración de un conipuesto presente en un sólido, cuyo conipuesto es soluble en un sol\.enie. para el caso de la pitatiaya el colorante es el compuesto que se encuentra en la pulpa del fruio y este se disuelve en agua

2. - MATBRIA PRIMA: Clones de Pitahaya

La extracción de colorante de pitahaya, tiene contemplada la utilización de dos vmiedadm de pitahaya, lae cuales consisten en el clon JC PROFRUTA 01-94 y el clon JC PROFRUTA 03-94. Se determin6 que ambos clones contienen la misma tonalidad de color rojo, por lo que se utiliz6 el clon JC PROFRUTA 01-94 en la optimización de lae variables de proceso, ya que este clon fue el de mayor producción agrícola del año 1999, de acuerdo a información de PROFüTA, institución que don6 la materia prima

COMPARACI~N DE ESPECTRO VISIBLE DE DIFERENTES DILUCIONES DE EXTRACTO ACUOSO DE PITAHAYA DE LA PULPA Y DE LA CÁSCARA

CON DILUCIONES DE COLORANTES ARTIFICIALES ROJO No. 2, ROJO No. 3 Y ROJO No. 40 (TODOS FD&C')

Cuadro No. 2

Mediante análisis de espectrofotoinetria se detenninó que el coloratite acuoso de la pulpa de pitaliaya, se asemeja mas al colorante sintético rojo FD&C No. 3. por lo que se puede usar en sustitución de éste. E1 extracto de cáscara de pitaliaya, se asemeja al colorante siritético rojo FD&C No. 40, por lo que se puede usar en sustitucióii de éste.

COLORANTE - Rojo No. 2 ~. . - . . - . ... .~ - . . . . . - - - . - ..

- - Rojo No. 3

... . . Rojo . . No. . . . - 40 Extracto de pÚlpi- -

. . Exirnc~o de Cjiscara -

SorTerino (rojo pardo obscuro)

I Las siglas FD&C, significaii colorantes especificados, mundialmente, para uso esclusivo en alimentos. cosmeticos y Iarmacéuticos (drogas).

LONGITUDDEONDAMAXI M A A,,, ("m) 5 16 .-. -. . . .~~.. ~. . . ...

526.4

~. ~ ~ . . ~ 502.5 534

, . . . . . . 501 - . . .. . . . ~

ausente Fuente: Informe de análisis de laboratorio, de la Unidad de Análisis Insirumental, Facultad de Ciencias Químicas y FarmaciaIUSAC.

RENDIMIENTO DE EXTRACTO DE COLORANTE ACUOSO DE L A PLILPA DE PITAHAYA

Cuadro No. 3

El reiidiiiiieiito esta expresado en gramos de s6lidos disuelíos eii el extracto por kilogratno de tiiateria priiiia y coino gamos de conceiitrado colorante acuoso por kilograino de inaieria priina.

Lote - Rendimiento Sólidos Disueltos ( Extracto Colorante 4

RENDIMIENTO DE EXTRACTO DE COLORANTE ACUOSO DE LA CASCAM DE P I T A ~ ~ A Y A

Cuadro No. 4

Lote t Reiidiiiiieiito Sólidos Disueltos Extracto Colorante

Fiic~iic: Rcsiiliados obiciudos csperiiricr11alinctiic cii la Planta Pilolo.

El rendimiento está expresado en granos de sólidos disueltos eii el extracto por kilograiiio de materia priiiia y coiiio graiiios de extracto colorante aciioso por kilogamo de materia prima.

De acuerdo al cuadro anterior y del cuadro No.3 (Pagina No. ), el extracto colorante de la cáscara de pitahaya preseiitó bajo reiidiiiiiento en coinparación con el de la piilpa, por lo que iio se optiniizaron las variables de extraccibn de la cáscara. Adeiiiás el colorante de la cáscara presentó pectinas eii suspensióti y degradación rhpida del extracto por accióii de iiiicroorganismos.

PROPIEDADES FISICOQU~M ICAS DEL EXTRACTO COLORANTE DE PITAHAYA

Cuadro No. 5

1

I L o te 1 Densidad(g1mL) 1 Grados Brix j n d i - 1

Los Grados Brix para los lotes de cáscara son considerablemente menores que para los lotes de pulpa de pitahaya, lo que quiere decir que en las muestras de extracto de cáscara hay tiienos sblidos disueltos y por lo tanto, tiay rnenos colorante presente.

1 r ! 1 P

2P 3 P

--A - 4 P -- -

, 1C 7 2C Fuente: andisis de laboratorio efectuados en el laboratorio dela planta

1.2136 1.2028 --- \ .O796 1 .O753 1.0508 1.0316

2 5 45 30 15

Refraccibn 1 1.420 1.405 1.380 1.380

8 6

1.340 1.460

COSTO DEL EXTRACTO DEL COLORANTE DE PiI'AHAYA

1. Costo general de producción en la planta piloto para un mes3 (no incluye materia prima)

Salario del supervisor Saiario del Investigador Asociado Salario de asistentee de investigación Aniilisis de Laboratorio4 Uso de equipo5 Diesel. elechicidad, agua (caldera? 'r'OTAL

2. Costo por gramos de colorante

600 Kg de Materia Primdmee (Q. 9.20/IrL8 de MP) Q. 5,520.00 Costo General de produccióii 0. 20.700.80 TOTAL Q. 26,220.80

Rendimiento: 66.98 g de exb-acto de colorante por Kg de Pitaliaya

600 Kg hfP * 66.98 g de Exh-acto de Colorante = 40,186.86 g de extracto de colorante K!3

40.186 Kg. de Extracto Colorante

0. 26,220.80 = Q. 0.65/g de extracto de colorante 40.186.88 g

Q. 652.47 /Kg de extracto de colorante

3 15 Eadracciones al mes, con una dn-acidn de 3 horas cada extraccidn. 4 Comparacidn de colorante de pitahaya y columtea sintétima por especto Fctmniatia 5 P a uso de la planta piloto y la caldera. s e e n la descripción de cobros por extracciones v i m e

(Q 5OO.O(Kexiraccidn~ 5 3equn el c6lculo realizado por el Inq. Carlos Esquivel. pera el uso de la caldera de 10 hp, es Q

16.00 por haa

COSTO DE U N EQUIPO INDUSTRIAL PARA LA PRODUCCION DE EXTRACTO DE COLORANTE DE PITAHAYA

Basados en una producción de aproximadamente 800 Kg/mes de extracto de colorante de Pitahaya por mes, a partir de 12,000 Kg de MP, por el metodo de Williams, p a n la eatiiiiación del costo del equipo se obtiene que:

Costo del equipo utilizado en la investigacióii:

Planta ~iloto': Caldera TOTAL

Costo del equipo industrial

Cn: Costo de la planta nueva C: Costo de la planta piloto. a: Razón de la capacidad nueva a la anterior x: 0.6

El equipo industrial para el año 2001. tiene un costo de Q 2,752.134.00

1 lrcilcr cbtendio a partir de los lndices de Mmf~iil & Swiíl para el 2000 (.1089.0), seqijn el valor propwcionado por la fhbrica Tournaire para la planta piloto en 1989 (895 en Fecha de Compra), de Q. 284437.37

PROPlEDADES DEL EXTRACTO COLORANTE ACUOSO DE PITAHAYA

Cuadro No. 6

Solidez al ama Positivo

PRUEBA Absorcióii de aceite

I Solidezalácido 1 Positivo I

KESIJ LTADO Negativo

r ~ o l i d e z a los álcalis ¡ Negativo

El lenniiio solidez indica que el extracto colorante acuoso 110 pierde las características de coloracióii del iiiisiiio, por lo que se puede utilizar eii inedios ligeraniente ácidos y aciiosos.

SEPAKACIÓN DEL COMPUESTO COLORANTE DE LA PITAHAYA DEL EXTRACTO ACUOSO

Mediante la longitud de onda de máxima absorbancia de 534 nm y la insolubilidad del cola-arite en etaiiol absoluto, se deteriniiió que el compuesto qulniico, respoiisable de darle el color a la pitahaya, pertenece al subgrupo de Ins betacianinas del grupo de las betalainas.

La separación se basó en la insolubilidad del extracto colorante, para separar en forma sblida, el colorante de la pitahaya, puesto que éste es soluble en agua Dicha separación se logró al inezclarse en proporci6n de 10 mililitros de etanol absoluto con 1 inililitro de extracto colorante acrioso de pitahaya, para precipitar el colorante, separándose por centñfugación y decantación, el precipitado sólido. El sólido se expuso a una evaporación de las trazas de etanol o teiiiperatwa ambiente.

Se deteniiiiió que el poi'ceiitaje de colorante sólido eii iiiasa coi1 respecto al extracto colorante acuoso es del 5%.

DETEHMINACIÓN DE LA CONCENTRACI~N RECOMENDADA DEL COLORANTE DE PITAHAYA

Cuadro No. 7

-____T--

Muestra 1 Masa De Lu ! Mililitros Del r O/O En Masa Del 1 .% En Masa Del 1

a Colorante sólido de la pitahaya (belaciaiiinas) 9 Jarabe al 65% en niasa de ar.ucnr

Helado .. . ._ . . _ . .. _ Yogtirt arab be'

Fuenie: Pruebas de coloración. realizadas en el laboratorio de la Planta Piloto.

Muestra Concentrado . .. . . . .. 20.0g . _ . . . . .. _ 1 , . . . . 1.0 - ._ inL . _ . _

67.2 g 0.5 inL 50.0 g 1.4 niL - I

Concentrado . - 4.03 _ % _. __

0.8 % 3.0 %

olido' 0.27 % S

0.04 % 0.15 '%

VII. DISCUSION DE RESULTADOS

El desarrollo del proyecto consistió en obtener el extracto de colorante acuoso a partir de pitahaya (Hylocerus undatus). Este extracto se obtuvo de la pulpa de la pitahaya, no se trabajó con la cáscara ya que el rendimiento de las misma es muy bajo comparado con el rendimiento de la pulpa del íi-uto. (ver sección de rcaultdos, cuadros No. 3 y 4, P@. 17 y 18), adeniáa el extracto de la cáscara de pitahaya, es susceptible a degradación rnicrobiológica en uri periodo corto de tiempo, también presenta un gran porcentaje de pectinas y sólidos no disueltos. Por otro lado, no se trabajó con mezcla de extracto de cáscara y extracto de pulpa, por tener ambas partes del í h to de la pitahaya, diferentes tonalidades de color (ver sección de resultados, cuadro No. 2, Phg 16).

En cuanto al método de preparación de materia prima, se evaluaron dos técnicas. Ambas presentaron en común, la separación del h t o en pulpa y cáscara, consistiendo en cortar transversalniente el fruto.(ver nietodologia, Pág. 12).

La proporción de solvente extractor, siendo Cste agua, con respecto a la proporción eii masa de pulpa, se evalúo previamente, en el laboratorio de la planta piloto, determinando cualitativamente, mediante comparación de coloración de la pulpa, que la proporción Rdecuada es de 2 litros de agua por 1 kilogramo de pulpa, eri uiia primera niaceración por tiempo de 24 horas y para una segunda maceración la proporción adecuada es de 1 litro de agua por 1 kilogramo de pulpa coi1 una duracióii de 24 lloras. También se evaluó en esta parte el efecto de la teniperahira en la extracción, macerando a temperatura ambiente de 25" C y 7" C, mosirando mejores resultados la rnaceración a 7" C a la proporción de solvente y pulpa descritos anteriormente.

La variacióri de las técnicas utilizadas para la preparación de la materia prima, consistió en moler el íi-uto y en agregar el í h to partido a lamitad directamente con agua Con la información obtenida de los análisis de laboratorio, se procedió a optimizar en la planta piloto los rendimientos de extracción del colorante acuoso. Se utilizaron lotes de 5 Kg para evduar la pulpa niolida y la pulpa partida a la iiiitad, presentando mejor rendimiento, la extracción con la pulpa molido, al presentar un mayor porcentaje de sólidos disueltos, correspondierido éste al lote 2P. El lote 4P, corisistió en el lote de 10 Kg, presentando un mayor tiempo de concentracióri, dando un concentrado más diluido, por haber obtenido sólidos disueltos en menor concentracióii con respecto al lote 2P (ver sección de resultados, cuadros No. 3 y 4, Pág. 17 y 18). Las condiciones de proceso adecuadas, se obtuvieroii, tomando como base el rendimiento en la extracción, siendo Cstas las siguientes: presión e vacío 0.1733 bar absolutos (-0.84 bar mmom6tricos), tiempo de concentración de 80 minutos y un rango de temperatura de ebullición de la solución de 25" C y 30" C.

El proyecto, contemplaba la extraccióii de colormite de dos variedades de pitahaya, siendo éstas, los clones JC PROFRUTA 01-94 y JC PROFRUTA 03-94. Se determinó que los dos clones poseen la misma tonalidad de color, por lo que se utilizó el clon JC

PROFRUTA 01-94 en la optimización de las variables de proceso, por ser el clon de mayor producción en el aflo 1999, de acuerdo a inforinación proporcionada por PROFRUTA, institución que donó la materia prima

Se realizó una comparación del extracto colorante acuoso de la pulpa y la cáscara de pitaiiaya con colorantes attificiales rojo FD&C No. 2, rojo FD&C No. 3 y rojo FD&C No. 40 (ver sección de resultados, cuadro No. 2, Pág. 16), con lo que se determinó que el colorante acuoso de la pulpa de pitaiiaya, se seineja al colorante artificial rojo FD&C No. 3 y puede sustituirlo. Por otro lado el extracto de cáscara de pitahaya, se semeja al colorante artificid rojo FD&C No. 40, al que podía sustituir. Sin embargo, no se recomienda su utilización por el bajo rtndimieiito que proporcionq el cual no es rentable ecoiiómicamente a nivel industrial.

El costo de producción del exti-acto colorante acuoso de la pulpa de pitahaya, en la planta piloto, es de Q 0.65 por granio de extracto y por consiguiente el precio por kilogramo de extracto es de Q 652.47 (ver resultado 7, Pág. 20). Este precio puede reducirse en un 30% en producciones a nivel industrial. Al comparar el costo por kilogramo del colorante de la pulpa, coi1 el precio de venta del colorante artificial rojo FD&C No. 3, que oscila alrededor de Q 710.00 por kilogramo, se concluye que el extracto de colorante rojo de la pulpa de pitahaya puede competir en el iiiercado, para su utilizacióii en la industria aliiiieiiticia, fmiacbutica y cosmCtica Coino consecuencia de producir en el país, el colorante de pitahaya, se evitarla la fuga de divisas, puesto que los colormites artificiales son importados y distribuidos en la industria nacional.

Coiisiderando el reiidiiiiieiito y el costo del extracto en una planta piloto, se plantea uii escalonaniiento industrial, para una planta de procesamiento de pitahaya El costo del equipo industrial estimado para el afío 2001, que procese 12,000 Kg de materia prima y tenga una. prodiicción de extracto colorante acuoso de pitahaya cle 800 Kg al mes, es de Q 2,752.134.00 (ver resultado 8, PBg. 21.).

Al colorante obtenido se le efectuó una prueba de propiedades, por lo que dio como resultado que el extracto, puede usarse en medios acuosos y ligeramente hcidos (ver resultado 9, Pág. 22). Esta prueba evideiició que dicho extracto, no puede usarse en medios aicalinos y eii niedios oleosos, porque el color del extracto se degrada o no cuiiiple su fución coino colorante. El colornrite tampoco se puede usar en condiciones de procesoi donde implique alta temperatiu-a, debido qiie a tina feniperntura rriayore de 40°C. el color del extracto se degrada

Se realizó uiia serie de ensayos de laboratorio para deteiriiinar, que coriipuestos o grupo de conipuestos son los responsables, de proporcionar el color propio del h t o de la pitahaya Eri base a dos propiedades fisicoqulmicas, siendo Bstas la longitud de onda y la solubilidad del extracto, las propiedades que confirmaron el grupo al cual pertenece, el compuesto qulniico que le da color a la pitaliaya, comportándose Bste como una betacianina, grupo al cual pertenece el colorante de la remolacha, Iri betanina, puesto que las betacianinas tienen un pico de absorcióii iiihxinio en uii rango de 530 a 535 ii11i y son iiisolubles eii etanol absoluto (99%), presentando el colorante de la pitahaya, estas características pues presentó un pico de absorción ináxima de 534 rirri, siendo además insoluble en etatiol absoluto.

Se realizaron pruebas de coloración del extracto obtenido, con yogurt, helado y un jarabe, coti lo que se determinó una conceiitracióti a utilizar del extracto, en terminos de porcentaje del extracto colormite de pitdiaya con respecto a la iiiasa del producto coloreado y como porcentaje en masa de betacianinañ con respecto a la niasa del producto coloreado en particular, reconiendando las sigiiierites coiicentraciones de extracto colorante de pitahaya: 4.03% eii masa pnra un helado crenioso, 0.8% en rnasa de yogurt y 3% en niaya pnra un jarabe (ver resultado 11, Pág. 24).

VIII. CONCLUSIONES

1. Se determinó que el potencial econóniico de la producción iiacional de pitahaya, se puede aprovechar como una alternativa sólida para la producción local de colorante natural rojo, con caracteristicas FD& C (especificado para alimentos, cosméticos y farmacéuticos) y que puede desplazar al correspoiidieiite colorante rojo sintético. Con ello se estarti fomentando el desarrollo agroindustrid del país.

2. La cáscara de la pitahaya iio constituye un potencial económico para su industrialización en la obtención del colorante acuoso rojo. (ver resultado 4 y 5, Pág. 17 y 18)

3. La pitahaya no contiene color sorferino (rojo pardo obscuro). (ver resultado 3, Pág. 16)

4. Se determinó que lm condiciones óptimas para prodiicir el colorante rojo acuoso de pitahaya se dan al utilizar un lote de 5 kilogramos de materia prima, un tiempo de concentración de 80 minutos, a una temperatura entre 25 y 30 " C, con lo que se obtieiie un volumen de concentrado de 348 mililitros, condiciones que son las del lote 2P, que fue con el que se obtuvo mejor rendimiento (ver cuadro No.3, 17).

5. El extracto colorante acuoso de la pitahaya se puede industrializar, obteniéndose un costo a nivel de planta piloto de Q. 652.47/ kg. , el cud puede reducirse en un 30% en una planta industrial

6. Se determinó que el coloi-ante acuoso rojo del h t o de pitahaya es comparable con el colorante rojo m)&C No.3 por lo que lo puede sustituir (ver resiiltado 3, Pág, 16). Por otro lado el colorante acuoso rojo de la cáscwa de la pitaliaya es comparable al colorante FD&C rojo No. 40.

7. Al producir localmente el colorante rojo acuoso de pitahaya a partir de los rechazos de exportación, se estarzi evitando fugas de divisas ya que el colorante sintético rojo F'D&C No. 3, que es el que se sustituye, se compra en el extranjero.

8. Se determiiió que el conipuesto que le da color a la yitaliaya, perteiiece al subgrupo de las betacianinas, del grupo de las betalaínas. (ver resultado 10, Pág. 23)

9. El colorante de pitahava, puede usarse en medios de pH entre S y 6. No puede usarse en coiidiciones alcalinas ; en iiiedios oleosos. (ver resultado 9, Phg. 22)

10. En procesos donde se tenga que calentar wriba de 4VC, el colorarite de pitahaya debe de agregarse despubs de la etapa de calentamiento.

11. Se estableció que las caritidades recomendadas para la coloración de productos alimenticios y Farmacéuticos tales como, jarabes, helados, yogurt, eniulsiones, suspenciones, etc., están eritre 0.8 y 4.03 % en masa de concentrado, para tondidades pastel.

M. RECOMENDACIONES

1. Dar a conocer a la iiidustria nacional la inipoitancicr de aprovecliar los productos de desecho de exportación puesto que a partir de dicha materia prinia pueden obteneree otros productos de utilidad. dándoseles valor agregado y evitar as4 la íiga de divisas.

2. Concientizar a la industria nacional con respecto a optar por la fabricación de colorantes naturales, ya que a partir del año 2000 son los únicos aceptados por la organización mundial de la salud.

3. Se recomienda promover la investigación en cuanto a mejorar el procedimiento de la obtención del colorante. para tener un proceso factible en la separación de betacianinas, sieiido el grupo de conipuestos qulniicos, responsables de lxindarle el color a la pitahaya

4. Se recomienda usar el extracto de colomte en medios acuosos y de pH enh-e S y 6, no ael en medios aicaiinos y en medios oleosos. porque el colcir del exú-acto se degrada o no cumple su función como colorante, tampoco es recomendable usar el colorante en condiciones de proceso, donde implique alta temperatura, debido que a una temperatura mayor de 40°C: el color del extracto se degrada

5. Se recomienda utilizar la concentración del extracto, en términos de porcentaje del extrado colorante de pitaliaya con respecto a la masa del producto coloreado y como porcentaje en masa de betacianinas con respecto a la masa del producto coloreado.

6. Se recomienda utilizar las siguientes concentraciones de extracto colorante de pitahaya: 4.03% en masa pwa rin helado cremoso, 0.8'?/0 en mwa de yogurt y 3% en masa para un jarabe.

1. Auatiri, George T. Manual de Procesos Químicos en la Industria, Quiiita edicióli eii iiiglCs, primera edición, editorial McGraw-Hill, tomo 11, traducción Matilde Eva Espinoza, México, 1988.

2. De. Ratbls, W, Ayroccchamicato Industrial de los Productos Atricolas, primera edicióti, editores SALVAT S. A. Barcelona, 198 1.

3. Harripel. C/Hawley O. T he Encyclopedia of C hemestry. Third edition. Van Nostrand. Rcinhol ¿'o. New Yoi-k, 1973.

J. Hiscox, a. D./Hopkiiis A.A. Gran Enciclopedia de Recetas lndustrlales y Fórmulas DomCsticas. Ediciones austavo Gili S. A. De CV. se~unda edición. tomo 5. a(l/Mbxico. 1992.

5 . Peny & Chilton, Manual del Ingeniero Químico, Mtxico, editorial McGRaw-Hill, sexta edici6n, 199 1.

6. Solis Xicxa, Ciribriel Martir, 'Elaboracibn de los manuales de seguridad, operación y mantenimiento del equipo de la Planta Piloto de Extracción, Destilación de aceites esenciales de plantas medicinales instalado en la escuela de ingenierla Química de la Universidad de San Carlos de Guattmala". Tesis de higeiiiero Quiiiiico, octubre de 1991. Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería

7. Ulricti. G. Procesos de Ingcnieria Qulmica. Editorial McGRaw-Hill, eelgunda edición. Mbxico 1991.

8. Joiiit Sympouium, Scallng-Up of C hemical Plant and Processes. Church House. London. 1957. SWI.

9. Exploración, colecta y caracterhaci6n preliminar de pitahayas en Guatemala. PROFRUTA. 1997-1998.

10. Sing de Uzgas, Olga COLORANTE S NATURALES. Pointificia Universidad Cat61ica del Perú, Perii 1997.

1l.NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-119SSA 1-1994, BIENES Y SERVICIOS, MATERIAS PRIMAS PARA ALIMENTOS, PRODUCTOS DE P E R F U M E R ~ Y BELLEZA. COLORANTES ORGANICOS NATURALES. ESPECIFICACIONES SANiT ARIAS. h~p://www.ssanob.nix/nom/l19ssal4.html.

XI. ANEXOS

ANEXO A: Ejecución Financiera de los Recursos Solicitados al PO NACYT

LINEA FODECYT

NOMBRE DEL PROYJSCITC): Obtencldn del extracto colorante acuoro, para N cornerclallzncldn, a partlr de los rechpzor de emportncldn de la produccl6n nrclonal de Inr vnrhdnder de pluhnyn Hilocemr rp. JC proIhitP 01-94 de hllocenu rp. JC profruta 03-94 a nloel de p1int.a plloto

íNVESTiGADOR PRINCiPAL: 1% Qco. Jost Eduerdo Calder6n GmIa MONTO AUTORIZADO: Q 1 1,320.00

NO. DE PROYECTO: 13-99 TER& CONVOCATORIA

1 Saldo Real 1 19~3199j

LINEA FODECYT

DETALLE DOCUMENTOS DE ABONO No. DE PROYECTOS: 13-99

'IERCERA CONVOCATORIA

I I I I

TOTALES: ( 23,002.461 22,562911 439%

LINEA FODECYT D ~ A L L E DE GASTOS D n PROYECTO NO. 13-99

INVESTIGADOR PRINCIPAL: Ing. Quim. Jose Eduardo Calderon Garda TERCERA CONVOCATORIA

ANEXO B: Financiamitnto de Contrapartida y Otras futnttr

FiNANCIAMIENTO DE CONTRAPARTIDA Y OTRAS FUENTES

El financiamiento de la contrapartida fue de setecientos tres mil seiscientos cincuenta quetzales (Q 718,237.00), distribuidos en los siguientes mbros:

Tiempo del inveetigador principal dedicado al proyecto In6aestructura: edificios, energía elCctrica, agua y telCfono. Uso de la planta piloto de extracci6n-destilacih Uso de la caldera de 10 hp para suministro del vapor de la planta piloto. Uso del suavizador del agua de la caldera de 10 hp Uso del inolitio de martillos de la planta piloto Uso de las instdaciones del laboratorio fisicoquímico de la planta piloto URO de las instalaciones del laboratorio de Quimica Iiidustríd. Uso del pick-up del Centro de Investigaciones Servicios secretariales Artículos y útiles de oficina Uso de equipo de computación Uso de fotocopiadora

2. Otras Fuentes

Coiiio otras fueiites, particiy6 eii el proyecto PROFRUTA, ubicada en Barcenas, VillaNueva, tel. 6364211 y 3634397. El financiamiento de otras fuentes fue de 0. 6,001) distribuidos en los siguientes mbros:

4 hlateria Prima: Frutos de Pitatiaya 9 Transporte de la materia prima de los lugares de cosecha a la platita piloto. 4 Información biblio~gtica o Asesoria sobre insriejo y h-atamiento de la materia prinia

ANEXO C

Especificnciones del Equipo Adquirido (Lríinparn ultravioleta y Refractómetro)

uio3.au ! ( o J ~ ~ ~ ~ s ' M M M 6S8P-CCC-9 1s :xed 0b8P-CCC-9 1-i :!al

epeue3 pue -s-n ap!slnO 8989-16P-008 :xed 0 8888-PLZ-008 :la1

065 1 1 YJoA MaN ' AJnqlsa~ C8P xo9 'O'd 'peotl MolloH VsnJt3 9S6

Congratulations on choosing a Spectrolinee E-Series UV lamp. Spectronics Corporation has designed and built this lamp to pro- vide the most desirable features, the best performance and. when used properly, years of trouble-free operation. PIease read the instructions in this manual carefully before using the unit.

UNPACKING AND INSPECTION 1. Carefully unpack and lnspect the lamp for posible damage in

shipment. If any damage is noted. immediately notify the comer and supplier before attempting to use the lamp.

2. Save the shipping carton and packing materials for future storing and shipping of the lamp.

3. Check the lamp's electrical performance as soon as posible according to the GENERAL FUNCTIONAL CHECKS outlined in the "OPERATION" section of this manual.

OPERATION This section of the manual provides information required to operate the E-Series lamp in a safe ond proper manner.

WARNING Spectroline E-Series lamps produce ultraviolet radiation that can be hazardous to the eyes and skin. Therefore, use of Spectroline UV-absorbing protective eye and face wear is recommended (¡.e.. UVS30 spectacles, UVG-50 goggles or UVF-80 face shield). This eye and face wear also improves con- trast between the fluorescent area and the background and eliminates "blue haze" interference. In addition, protective clothing should be used when skin is exposed to shori wave UV.

GENERAL FUNCTIONAL CHECKS

l 1. Connect the plug to a power outlet that complies with the elec-

trical requiremenis specified on the lamp's label. The E-Series lamps are available ln 120V/óOHz 230VI50Hz or 100V/50dOHz versions.

2. To turn on the 120V 1 OOV and 230V F models. depress and hold the large POWER ON switch (white or block) for approximutely 5 seconds. To turn on the 230V FE and FBE models, pres the rocker

switch to the ON (1) position. The 230V FE and FBE models designed to produce two wavelengths have a 3-position power switch. The tube(s) should become energized and emit a steady glow of Ilght. The light may lnitially flicker. especlally if the lamp is cold, .

but should stabilize after a few seconds. 3. To turn off the 120V. 1 OOV and 230V F models. depres the red

POWER OFF switch. Pres the rocker switch to the OFF (O) position on the 230V FE and FBE models.

NOTE: For even greater comfori and convenience. the Spectroline CH-180 carrying handle is available. Or. for hands-free operafion, the SE-140 lamp stand is available. Any E-Series lamp may be eas- ily slipped into and out of this stand. To increase fluorescent contrast. al1 4; 5, and bwatt E-Series lamps may be used with Spectroline CM-Series UV viewing cabinets.

OPERATOR SERVlClNG The following servicing instructions are intended for limited main- tenance of the lamp. Do not perform any servicing other than that contained in these instnictions. Return the lamp to the factory for maintenance not covered in this section.

WARNING To avoid the risk of electrical shock always unplug the lamp from iis power source before cleaning or servicing.

HOUSING AND FILTER MAINTENANCE The aluminum lamp housing is designed for protection of the interna1 paris. Using a soft cloth, immediately clean spills from the housing with water and a mild d-etergent and wipe dry. Take care not to allow any liquids to leak into electrical components. Periodically clean the filter wlth a glass cleaner and a s0ft cloth.

TUBE AND REFLECTOR MAINTENANCE To clean the tubes and/or reflectors, remove the tubes accordlng to the Instructions outlined in the "TUBE REPLACEMENT" Sectia below. Using a soft cloth, the reflectors may be cleaned wlth a glas cleaner. while the tubes may be cleaned with a mild detergent solutlon. Wipe dry with a soft cloth.

I iüBE REPLACEMENT If a tube fails to operate correctty, revlew the procedures outilned In the "OPERATION" section. If the problem persists and It is found necessary to replace a tube, unplug the lamp from its power source before proceeding. 1. Lay the lamp housing on a flat, level surface. 2. Remove the 2 screwr that secure the endcap opposite the 1

power cordset. For lamps wmiout a filtec proceed to Step #4. 3. Slide the filter assembly off the lamp housing's open end, and set

aslde. 1

4. Grasp the tube by the metal bases located at each end. Applying even pressure, gentty rotate the tube a quarter of a turn uniil it loosens. The tube may now be easiiy removed from tts sockets.

5. lnstall the new tube by reversing the above procedure. 6. Where applicable, replace the filter assembly by reversing the

procedure in Step #3. 7. Replace the endcap removed in Step #2 and test the function

of the new tube. 8. If installaiion of the new tube fails to yield correct lamp opera-

tion. check to make sure the two pins at each end of the tube are properiy connected with the two copper contacts in each socket.

NOTE: The tubes in the EA-240 are wired in series. Therefore, if one tube fails the other tube will not light, even though it may be in good operating condition.

If it is necessary to replace the filter assembly, follow Step #3 in the "TUBE REPLACEMENT" section to remove the old fllter. lnstall the new filter by reversing this procedure.

- ENVIRONMENTAL CONDmONS The E-Series UV lamps are designed to be safe under the following conditions: l Indoor use; aAltirtude up to 2.000 m (6,562 ft.); aTemperature 5°C to 40°C (41°F to 104°F); aMaximum relative humidity 80% for temperatures up to 31°C (88°F) decreosing linearly to 50% relath/e humidity at 40°C (104°F); l Mains suppiy voltage fluctudons not to exceed i 10% of the nominal voltage;

*Installation Category II; aPollution Degree 2.

WARRANTY The warranty policy for the E-Series lamps is providekfon the Ceriifi- cate of ümited Warranty enclosed separateiy with-kch unR.

NOTE: For assistance of any kind, lncluding heip wlth'a lamp under warranty, contact the Customer Service ~épartment '@ Spectronics Corporation. In the U.S. and Canada;"call toll-free 1-800-274-8888. Give full details of the difficulty and include the model and serial numbers of the unit and date of pLÍíchase.

If return of the lamp to the factory 1s deemed nec&Óiy,-shipping lnstnictions will be provided. If an estimate of ch?i@ds-for non- warranty. work or other service work'k required, a "q te H/ill -be furnished upon evaluation of the unit. Out-of-wan;a5~'&4ce work will not be performed without customer approval.

'

SHlPPlNG Carefully pack the lamp in the original shlppi-hg ~Óntafn'er a@ packing materials. Ship it prepald to the factory and f8 insure it for full value.

ELECTRICAL SPEClFlCATiONS MODEL WAVELENGTH TUBE. REPLACEMEM VOUS HZ AMPS EA-1601F; /FB W-A BLE-2íQ8 230 50 0.17 a

EN-1 40IF; /F B W-A M-270W 230 50 0.17 EN- t 4WF; /FB W-A BE-270W 230 50 0.17 EA-260/F; /F B W-A TWO BLE-22B 230 50 0.17 EA-1 WF; F E W-A BLESOH 230 50 0.17 EA-160/F; /FB UVA BLE-4808 230 50 0.17 EN-1 60F; /FB W-A BEdT365 230 50 0.17 EN- t 60UF; /F B W-A BE41345 230 50 0.17 EA- 1 N/F; /F B UVA BE-7600 230 50 0.17 EN-1 NIF; /FB UV-A BE-8T365 230 50 0.17 EN-18WF; /FB UV-A BLE-8T365 230 50 0.17 EN-280VF; /FB W-A TWO BLE-81365 230 50 0.34 EE160C/F; /FB UV-B BE4T3 1 2 230 50 0.17 EB- 1 E / F ; /FB W-B BE-8T312 230 5u 0.17 EE280CIF; /FB UV-B Two BLE-813 12 230 50 0.34 EF-100CIF: /FB UVC BE-2537s 230 50 0.17 EF-160Cff; /FB W-C BLE4254S 230 50 0.17 EF-180CIF; /FB UVC BE-8T254 230 50 0.17 EF-260CIF; /FB W C Two BLE4254S 230 50 0.34 EF-280CIF; /FB UV-C TWO BLE-8T254 230 50 0.34 ENF-240C/F; /FB UV-A & UVC W-A: BE-270W 230 50 0.17

UV-C: BE-2537s 230 50 0.17 ENF-260C/F; /FB UV-A & W-C UV-A: BE41365 230 50 0.17

UV-C: BE425PS 230 50 0.17 ENF-280CIF; /FB UV-A & UVC UV-A: BLE-81365 230 50 0.17

UV-C: BLE-8T254 230 50 0.17 ENE260CIF; /FB UV-A & UV-B UV-A: BE41365 230 50 0.17

W-B: BE41312 230 50 0.17 ENE280CIF; /FB UV-A & UV-B UVA: BLE-81365 230 50 0.17

UV-8: BLE-81312 230 50 0.17 EBF-260CIF: IFB W-B & UVC W-8: BLE4T312 230 50 0.17

UVC: BLE4254S 230 50 0.17 EBF-280C/F; /FB UV-B & W-C UV-0: BLE-81312 230 50 0.17

UVC: BLE-81254 230 50 0.17 EF-1 601F; /FB UV-C BE-2537s 230 50 0.17 EF-160/F; /FB UVC BE425PS 230 50 0.17 EF- lN/F: /FE UV-C BE-8T254 230 50 0.17

Long Wove (UV-A): 365nm Medlum Wave (UV-0): 312nm Short Wave (UVC): 25417177

NOTE: ihe suffix E at the end of the model number denotes the unit conforfns to CE dandards.

REPLACEMENT PARTS MODEL WAVELENCTH 1 EA-10 UV-A EN-140 UV-A ' EN-140L UV-A 1 EA-240 UV-A EA-150 UV-A 1 EA-160 UV-A EN-160 UV-A EN- 1 60L UV-A EA- 1 80 UV-A EN-180 UV-A EN- 1 80L UV-A ' EN-280L UV-A EB- 160C UV-B ' EB- 1 80C UV-B EB-280C UV-B EF- 1 40C UV-C EF- 1 60C UV-C EF- 1 80C UV-C EF-260C UV-C EF-280C UV-C ENF-240C UV-A & UV-C

ENF-260C UV-A & UV-C

ENF-280C UV-A & UV-C

ENB-260C UV-A & UV-B

ENB-280C UV-A & UV-B

EBF-260C UV-B & UV-C

EBF-280C UV-B & UV-C

EF-140 UV-C EF-160 UV-C EF-180 UV-C Long Wave (UV-A): 365nm Medi

TUBE, REPLACEMENT FILTER, REPLACEMENT BLE-220B BLE-270W BLE-270W 2F003

TWO BLE-220B BLE-50H BLE-4806 BLE-6T365 BLE-6T365 2F005 BLE-760B BLE-8T365 BLE-8T365 2F082

TWO BLE-8T365 2F082 BLE-6T3 12 2F006 BLE-8T3 1 2 2F018

TWO BLE-8T3 12 2FO 18 BLE-2537s 2F00 1 BLE-62% 2F006 BLE-8T254 2F018

Two BLE-6254s 2F006 TWO BLE-8T254 2F018

UV-A: BLE-270W 2FíXi 1 UV-C: BLE-2537s UV-A: BLE-6T365 2F006 UV-C: BLE-62% UV-A: BLE-8T365 2F018 UV-C: BLE-8T254 UV-A: BLE-6T365 2F006 UV-B: BLE-6T3 12 UV-A: BLE-8T365 2F018 UV-B: BLE-8T3 12 UV-B: BLE-6T3 12 2F006 UV-C: BLE-6254S UV-8: BLE-8T312 2F018 UV-C: BLE-8T254

BLE-2537s BLE-6254s BLE-8T254

um Wave (UV-8): 31 2nm Short Wove (UV-C): 25dnm