ES2265787B1 - Procedimiento para la preparacion de un pigmento a partir de oleorresinas naturales ricas en esteres de xantofilas. - Google Patents
Procedimiento para la preparacion de un pigmento a partir de oleorresinas naturales ricas en esteres de xantofilas. Download PDFInfo
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Abstract
La presente invención trata de un proceso para la preparación de concentrados estables de xantofilas en forma no esterificada partiendo de oleorresinas ricas en ésteres de xantofilas. Dicho proceso consiste en la saponificación durante un período corto de tiempo y a alta temperatura, seguido por un proceso de secado-enfriamiento en una torre de esprayado.
Description
Procedimiento para la preparación de un pigmento
a partir de oleorresinas naturales ricas en ésteres de
xantofilas.
Los carotenoides son moléculas que tienen una
estructura química estrechamente relacionada con el
\beta-caroteno. Están ampliamente presentes en los
organismos vivos y tienen una elevada importancia en alimentación
tanto animal como humana.
La importancia de este tipo de productos deriva
de un conjunto de propiedades que en esencia son: a) presentar una
coloración intensa que va desde el amarillo al rojo púrpura; b)
presentar acción antioxidante; c) algunos son precursores de
vitamina A; d) proteger los tejidos vivos de los efectos de los
rayos UV, e) en algunos casos se les ha asignado efectos
anticancerígenos.
La biosíntesis de los carotenoides es debida al
metabolismo secundario de plantas verdes, algas, algunos
microorganismos y zooplancton. Sin embargo, aunque los animales no
tienen la capacidad de sintetizarlos, si los absorben de los
alimentos de su dieta.
Una parte de los carotenoides absorbidos los
depositan en algunos de sus tejidos. Por ejemplo la coloración
amarilla de la yema de los huevos y la piel de los pollos es debida
fundamentalmente a la luteína y la zeaxantina, la coloración rosada
de la carne del salmón es debida a la astaxantina.
En alimentación animal se han venido usando
concentrados de xantofilas con el fin de compensar el déficit de
carotenoides que se pudiera producir en la formulación de las
dietas.
Muchos de estos concentrados tienen origen
natural y se obtienen a partir de extractos grasos de vegetales que
tienen un contenido elevado en carotenoides. Concretamente los
extractos grasos más utilizados son los de Tagetes erecta y
de Capsicum annuum. El primero contiene fundamentalmente
luteína y, en menor proporción, zeaxantina (ambas xantofilas
amarillas) y el segundo, además de muchos otros carotenoides,
contiene en proporción importante una xantofila de color rojo: la
capsantina.
Ambos extractos tienen la particularidad de que
las xantofilas se encuentran esterificadas, es decir, presentan
enlaces químicos tipo éster entre grupos hidroxílicos propios de
las xantofilas con ácidos grasos.
Es sabido que la absorción intestinal de las
xantofilas es más pobre cuando éstas se encuentran esterificadas.
Es por ello que en el procesado industrial de los concentrados
naturales de carotenoides, también conocidos como oleorresinas,
incluye una reacción química de saponificación, que libera las
xantofilas de los enlaces ésteres mejorando así su
biodisponibili-
dad.
dad.
Dicha saponificación se realiza mediante la
reacción de la oleorresina con un álcali, normalmente hidróxido
sódico o hidróxido potásico, en unas condiciones de temperatura
entre 50 y 110ºC y durante un tiempo entre 30 y 600 minutos.
Aunque la saponificación de las oleorresinas
conduce al incremento de biodisponibilidad de las xantofilas,
también reporta unos problemas tecnológicos importantes los cuales,
a su vez, que son causa de la disminución de la biodisponibilidad:
se incrementa la inestabilidad y provoca la aparición de cristales
de xantofilas debido a su elevada insolubilidad incluso en medio
graso.
En esta patente se propone, pues, un nuevo
método de saponificación a partir del cual se forma un producto que
no presente los inconvenientes anteriormente indicados.
Como ya se ha indicado las operaciones clásicas
de saponificación se realizan dentro de un rango de temperaturas
situado entre los 50 y 110ºC. Esto es así puesto que los
carotenoides son moléculas lábiles que se deterioran por reacciones
de oxidación y/o isomerización. En ambos casos la temperatura es un
factor que acelera estos procesos.
Según la patente americana 3,535,426
perteneciente a Eastman Kodak Company se describe un proceso de
estabilización de xantofilas provenientes de extractos naturales
vegetales que comprende saponificación de la harina de marigold
usando elevadas cantidades de hidróxido potásico, etanol y agua. El
proceso de saponificación se realizaba bajo atmósfera de nitrógeno
y duraba dos horas. Una vez finalizada la saponificación se
neutralizaba, se le añadía una grasa saturada y finalmente se secaba
para obtener un polvo seco.
En la patente americana 3,997,679 perteneciente
a CPC Internacional, se describe un proceso de preparación de un
concentrado estable de xantofilas que consiste en la saponificación
parcial de oleorresinas de Tagetes erecta mediante una
solución metabólica de KOH en condiciones de atmósfera de nitrógeno
y durante dos horas. Posterior a la saponificación se añade al
crudo de reacción ácido esteárico y cloruro de metileno.
Posteriormente se absorbe sobre un silicato cálcico y se seca al
vacío para obtener un producto en forma de polvo fluido.
Más recientemente se han publicado patentes que
incluyen la saponificación de oleorresinas ricas en esteres de
xantofilas en las que éste proceso forma parte de la obtención no
ya de una formulación apta para la producción de pigmentos sino con
otros fines como es el caso de las siguientes patentes:
En la PCT/US95/15242 perteneciente a Kemin
Foods, se describe un proceso de saponificación de oleorresinas de
marigold para, posteriormente, purificar los cristales de luteína
producidos. Esta saponificación se realiza con hidróxido potásico en
medio acuoso y con propilenglicol a una temperatura de 70ºC y
durante 10 h.
En la patente americana 6,376,722 se describe un
proceso para isomerizar luteína a zeaxantina que consiste en una
primera fase de saponificación de la oleorresina de marigold usando
una solución acuosa de hidróxido sódico o hidróxido potásico en
presencia de surfactantes con un índice HLB entre 1 y 14 en un rango
preferente de temperaturas entre 110 y 120ºC seguido por un periodo
de maduración de entre 60 y 90 minutos a una temperatura entre 70 y
140ºC.
La novedad de esta patente consiste en producir
la reacción de saponificación en tiempos muy cortos, lo cual
implica trabajar a una temperatura mucho más elevada, entre 140 y
220ºC, pero en condiciones de ausencia de oxígeno.
Éste método es aplicable a cualquier composición
de ingredientes de saponificación que como ejemplo, aunque no se
limita a ella, podría ser: una fase oleosa compuesta por la
oleorresina (Tagetes erecta, Capsicum annuum, o
cualquier otro extracto graso) junto con uno o varios antioxidantes
(como etoxiquín, BHA, BHT, etc.) y una fase acuosa compuesta por
una disolución de un álcali (por ejemplo, KOH, NaOH, etc.) y
opcionalmente la presencia de agentes emulgentes y/o humectantes
como glicoles, alcoholes.
La proporción de álcali a utilizar se
determinará de acuerdo al índice de saponificación de la
oleorresina pudiendo añadir incluso proporciones superiores para
asegurar una saponificación total. La proporción de emulgentes
dependerá de las condiciones de saponificación y de la dureza de la
partícula final, pero en líneas generales se puede establecer
dentro de un rango entre el 1 y el 20% respecto a la cantidad de
oleorresina a saponificar.
El procedimiento de saponificación consistiría
en la realización en batch o en continuo de una premezcla de la
fase oleosa con la fase acuosa en las proporciones necesarias para
efectuar la saponificación y a una temperatura entre 10 y 60ºC,
preferentemente entre 40 y 50ºC.
A continuación la mezcla se calienta hasta una
temperatura entre 140 y 220ºC, preferentemente entre 150 y 190ºC.
En estas condiciones la saponificación es muy rápida. El tiempo
medio de permanencia en el reactor de las xantofilas está entre 0.1
y 500 segundos, preferiblemente entre 1 y 60 segundos. La mejor
opción técnica para conseguir estos cambios rápidos de temperatura
es la de utilizar un reactor en continuo de tipo tubular.
Posteriormente el jabón se enfría rápidamente
mediante una técnica adecuada al tipo de producto final.
Si se desea obtener un producto final sólido en
forma de polvo, se espraya en una torre de atomización con una
corriente de aire a temperatura ambiente o previamente tratado para
enfriarlo y/o disminuir su contenido en humedad. Para este proceso
es opcional la adición de coadyuvantes como óxido de sílice
precipitado, estearato magnésico o almidón
hidrófobo.
hidrófobo.
Si se desea obtener un producto final líquido,
el jabón se mezcla con agua agitándose hasta obtener una fina
emulsión.
El procedimiento que aquí se describe supone
importantes mejoras frente a todo lo descrito o reivindicado
anteriormente.
El tratamiento a elevada temperatura permite
realizar un proceso de saponificación muy eficaz en un periodo de
tiempo extraordinariamente muy corto.
Tal como se ha indicado anteriormente, en la
descripción del proceso, esta combinación de elevada temperatura y
cortos periodos de tiempo, permite reducir considerablemente la
degradación de las xantofilas que suelen acompañar a los procesos
de saponificación.
Otra ventaja de especial importancia es que,
como consecuencia de las condiciones en la reacción descritas en la
presenta memoria, se reducen sensiblemente los tamaños de cristales
de carotenoides que se generan durante la saponificación.
Efectivamente, si mediante las saponificaciones
tradicionales se generan cristales que pueden alcanzar valores de
40 \mu, la saponificación propuesta en la presente invención
produce xantofilas que en su mayoría se encuentra en forma de
cristales con un tamaño inferior a 1 \mu.
Adicionalmente cabe mencionar que debido a la
elevada temperatura en la que se forman las partículas de
xantofilas, éstas adoptan una disposición esencialmente amorfa en
lugar de la disposición cristalina, siendo la primera más
biodisponible tal y como se indica en la patente de Danochemo WO
94/19411.
Finalmente, puesto que el producto final en
polvo se puede formular sin necesidad de incluir excipientes
absorbentes se consiguen otras dos ventajas: a) incremento de la
estabilidad debido a la disminución de la superficie de contacto de
la partícula con el oxígeno atmosférico y b) obtener productos
finales con una elevada concentración en xantofilas que, según la
riqueza de la oleorresina de partida, puede ser hasta del 10%.
100 g de oleorresina de Tagetes erecta
con un contenido en carotenoides totales de 120 mg/g se mezclan con
4 g de etoxiquín y 38 g de una disolución acuosa de hidróxido
potásico a una temperatura de 50ºC. Esta mezcla se bombea a un
reactor tubular termostatizado a 170ºC. Se fija el tiempo medio de
residencia de las xantofilas en el interior del reactor en 15
segundos. La salida del reactor se conecta a un atomizador de
laboratorio sometido a una corriente de aire atmosférico. El jabón
solidifica en forma de pequeñas partículas esféricas de un tamaño
situado entre 20 y 70 \mu de diámetro y con un contenido en
carotenoides totales de 89, 8 mg/g.
100 g de oleorresina de Tagetes erecta
con un contenido en carotenoides totales de 120 mg/g se mezclan con
4 g de etoxiquín, 5 g de propilenglicol y 26 g de una disolución
acuosa de hidróxido sódico a una temperatura de 50ºC. Esta mezcla se
bombea a un reactor tubular termostatizado a 180ºC. Se fija el
tiempo medio de residencia de las xantofilas en el interior del
reactor en 12 segundos. La salida del reactor se conecta a un
atomizador de laboratorio sometido a una corriente de aire
atmosférico. El jabón solidifica en forma de pequeñas partículas
esféricas de un tamaño situado entre 20 y 70 \mu de diámetro y
con un contenido en carotenoides totales de 92.5 mg/g.
100 g de oleorresina de Tagetes erecta
con un contenido en carotenoides totales de 110 mg/g se mezclan con
4 g de etoxiquín, 5 g de propilenglicol y 36 g de una disolución
acuosa de hidróxido potásico a una temperatura de 50ºC. Esta mezcla
se bombea a un reactor tubular termostatizado a 180ºC. Se fija el
tiempo medio de residencia de las xantofilas en el interior del
reactor en 12 segundos. La salida del reactor se conecta a un
depósito conteniendo 540 g de agua a temperatura de 15ºC en
agitación. De este modo se forma una emulsión con un contenido en
carotenoides totales de 15.2 mg/g y en la que el tamaño de cristal
se encuentra en un 95% por debajo de 0.5 \mu analizado mediante un
analizador de tamaño de partículas de la marca Coulter.
100 g de oleorresina de Capsicum annuum
con un contenido en carotenoides totales de 55 mg/g se mezclan con
4 g de etoxiquín, 3 g de propilenglicol y 34 g de una disolución
acuosa de hidróxido potásico a una temperatura de 35ºC. Esta mezcla
se bombea a un reactor tubular termostatizado a 170ºC. Se fija el
tiempo medio de residencia de las xantofilas en el interior del
reactor en 12 segundos. La salida del reactor se conecta a un
atomizador de laboratorio sometido a una corriente de aire a 10ºC y
una humedad relativa del 20% con partículas de estearato cálcico en
suspensión. El jabón solidifica en forma de pequeñas partículas
esféricas de un tamaño situado entre 20 y 70 \mu de diámetro y
con un contenido en carotenoides totales de 40.2 mg/g.
Claims (11)
1. Procedimiento de saponificación de
oleorresinas naturales con elevado contenido en carotenoides que
comprende las siguientes fases:
- a.
- Mezcla de la oleorresina con un reactivo alcalino seleccionado entre hidróxidos alcalinos o alcalinotérreos o una mezcla de ellos y alcóxidos alcalinos o alcalino-térreos o una mezcla e ellos a una temperatura entre 10 y 60ºC.
- b.
- Tratamiento de la mezcla durante un periodo de tiempo inferior a 500 segundos a una temperatura superior a los 140ºC.
- c.
- Enfriamiento rápido y opcionalmente, mezclado con excipientes.
2. Proceso de saponificación de acuerdo con la
reivindicación nº 1 donde la oleorresina rica en carotenoides es el
extracto graso de Tagetes erecta o el extracto graso de
Capsicum annuum o una mezcla de ellos.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y
2, donde la temperatura de reacción se mantiene entre 140 y 220ºC,
preferentemente entre 150 y 190ºC.
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
3 donde el tiempo de reacción está entre 0.1 y 500 segundos,
preferiblemente entre 1 y 60 segundos.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
4 donde la reacción se verifica en ausencia de oxígeno.
6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
5 donde el enfriamiento se produce mediante esprayado en una torre
de atomización.
7. Procedimiento según la reivindicación 6 donde
se añade a la corriente de aire utilizado en el esprayado
partículas en suspensión de óxido de sílice coloidal, estearato
cálcico, estearato magnésico, almidón hidrófobo o una mezcla de
todos o de algunos de ellos.
8. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
5 donde el enfriamiento se produce mediante mezclado en agua para
obtener una emulsión líquida de carotenoides.
9. Un producto pigmentante en polvo producido
según la reivindicación 7.
10. Un producto pigmentante en polvo producido
según la reivindicación 6.
11. Un producto pigmentante líquido producido
según reivindicación 8.
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2005
- 2005-08-09 ES ES200502053A patent/ES2265787B1/es active Active
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ES2327888A1 (es) * | 2007-04-07 | 2009-11-04 | Investigaciones Quimicas Y Farmaceuticas, S.A. | Procedimiento para la mejora de la actividad de concentrados de xantofilas de origen natural. |
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