See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/294893671 Extracción de Capsaicina asistida por ultrasonidos en Chile habanero fresco Chapter · December 2015 DOI: 10.13140/RG.2.1.1948.9042 CITATIONS READS 0 3,080 5 authors, including: Diego Ramon Briceño-Dominguez Instituto Tecnológico Superior de Felipe Carrillo Puerto 7 PUBLICATIONS 48 CITATIONS SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Seaweed liquid extracts. What are the components responsible of the beneficial effect on plants growth View project All content following this page was uploaded by Diego Ramon Briceño-Dominguez on 18 February 2016. The user has requested enhancement of the downloaded file. Aportaciones al estudio de las Ciencias Biotecnológicas y Alimentarias Dra. Eloísa López Hernández Dra. Angélica A. Ochoa Flores M.T.E. Gregorio Cano Molina M.C.E. Ma. Esther Pavón Jiménez M.C. José Isabel López Naranjo Villahermosa, Tabasco, México. 1° de diciembre de 2015 Aportaciones al estudio de las ciencias biotecnológicas y alimentarias Aportaciones al estudio de las ciencias biotecnológicas y alimentarias Compiladores Eloísa López Hernández Angélica Alejandra Ochoa Flores Gregorio Cano Molina María Esther Pavón Jiménez José Isabel López Naranjo Universidad Juárez Autónoma de Tabasco Dr. José Manuel Piña Gutiérrez Rector Dra. Dora María Frías Márquez Secretaria de Servicios Académicos Dr. Wilfrido Miguel Contreras Sánchez Secretario de Investigación, Posgrado y Vinculación M.A. Rubicel Cruz Romero Secretario de Servicios Administrativos L. C. P. Marina Moreno Tejero Secretaria de Finanzas Aportaciones al estudio de las ciencias biotecnológicas y alimentarias / Editores Eloísa López Hernández… [y otros cuatro]. -- Primera edición. -- Villahermosa, Tabasco: Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, 2015. 440 páginas: Ilustraciones. -- (Colección: Eduardo Caballero y Caballero. Estudios multidisciplinarios). Incluye referencias bibliográficas. ISBN 978-607-606-284-5 1. Alimentos – Investigación - México. \ 2. Nutrición – Investigación – México. \ 3. Alimentos – Biotecnología – Investigación – México. I. López Hernández, Eloísa, Editor. LC TX341 A66 2015 Catalogó: Esmeralda Cobos Jiménez Primera edición, 1° de diciembre de 2015 D. R. © Universidad Juárez Autónoma de Tabasco Av. Universidad s/n, Zona de la Cultura Col. Magisterial, C. P. 86040 Villahermosa, Centro, Tabasco. www.ujat.mx Para su publicación esta obra ha sido dictaminada por el Sistema Académico de “pares ciegos”, de una comisión interinstitucional de evaluadores, así como por el Consejo Editorial Divisional de Ciencias Agropecuarias de la UJAT. Los juicios expresados son responsabilidad de los autores. Queda prohibida su reproducción total sin contar previamente con la autorización expresa y por escrito del titular, en términos de la Ley Federal de Derechos de Autor. Se autoriza su reproducción parcial siempre y cuando se cite a la fuente. ISBN: 978-607-606-284-5 Revisión de la edición: Eloísa López Hernández, Gregorio Cano Molina, Julio Cámara Córdova. Responsable de la edición: Julio Cámara Córdova. Diseño de portada: María Esther Pavón Jiménez Diagramado y compilado en Villahermosa, Tabasco, México. Aportaciones al estudio de las ciencias biotecnológicas y alimentarias ESTUDIO DE LOS EFECTOS DEL ÁCIDO FÓRMICO, DEL ÁCIDO SULFÚRICO Y SUS MEZCLAS EN ENSILAJE DE VÍSCERAS DE CACHAMA BLANCA (Piaractus brachypomus) APLICANDO LA METODOLOGIA DE SUPERFICIES DE RESPUESTA ................................................................................................... 275 Vásquez Zuluaga S A*, Zapata Montoya J E EFECTO REOLOGICO DE LA GOMA XANTANA A DIFERENTES CONCENTRACIONES PARA MEJORAR LA ESTABILIDAD DEL MARINADO..... 282 Rosa Esther Esparza Marmolejo, Eloina Gutiérrez Gallegos, Carolina Gallegos Lopez, Rafael Estrada Jauregui. CARACTERIZACIÓN DE ALGUNAS PROPIEDADES TECNOLÓGICAS DE LA HARINA OBTENIDA DE LA CASCARA MANGO Y SU EFECTO SOBRE LAS PROPIEDADES TEXTURALES Y DE ANTIOXIDANTES DE UN MUFFIN ............ 288 SEPÚLVEDA. Jaime1, SALDARRIAGA. Dayana1, GOMEZ. Johana 1. EXTRACCIÓN DE CAPSAICINA ASISTIDA POR ULTRASONIDOS EN CHILE HABANERO FRESCO ........................................................................................... 298 Casanova-Ortiz Joel Salomón1, Yah-Nahuat Pamela Neftaly1, BacabCocom Ruby del Rocío1, Briceño-Domínguez Diego Ramón1, 2 y CruzSantander Ivonne1, 2. ELABORACIÓN DE UN YOGURTH DE CARAMBOLA (Averrhoa carambola) NO CALÓRICO. ........................................................................................................... 305 Rivera-Rivera M., Valencia-Pérez M.P., Tejeda R., Paz-Gamboa E*. PURÉ DE AGUACATE HASS (Persea americana) OBTENIDO MEDIANTE EXPANSIÓN ULTRARRÁPIDA. ............................................................................ 312 Vargas-Ortiz, M.1; Rodríguez-Jimenes, G.1; García-Alvarado, M.1; Pallet, D. 2 ; Reynes, M. 2; Salgado-Cervantes, M.A.1 FISIOLOGIA POSTCOSECHA DEL CHICOZAPOTE (Manilkara zapota (L) P. van Royen) VAR BETAWI SOMETIDO A DIFERENTES TRATAMIENTOS ................. 322 Elizabeth León-García 1*, Hugo Sergio García-Galindo 1, Andrés RebolledoMartinez2, Javier De la Cruz Medina1 Nutrición y Salud SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE FOSFATO DE CALCIO (CaHPO4), ÓXIDO DE HIERRO (-Fe2O3) Y ÓXIDO DE ZINC (ZnO) ESTABILIZADAS CON INULINA DE AGAVE PARA LA FORTIFICACIÓN DE PRODUCTOS LÁCTEOS ...................................................................................... 333 E. Santillán-Urquiza*, J.F. Vélez-Ruíz**, M.A. Mendez-Rojas***. DESARROLLO Y CARACTERIZACIÓN DE UN YOGUR CON ALTO CONTENIDO PROTEICO Y DE INULINA DE AGAVE, ORIENTADO A PERSONAS CON DIABETES ............................................................................................................. 342 D. Morales–Koelliker*, J.F. Vélez-Ruíz* Universidad Juárez Autónoma de Tabasco División Académica de Ciencias Agropecuarias Aportaciones al estudio de las ciencias biotecnológicas y alimentarias EXTRACCIÓN DE CAPSAICINA ASISTIDA POR ULTRASONIDOS EN CHILE HABANERO FRESCO Casanova-Ortiz Joel Salomón1, Yah-Nahuat Pamela Neftaly1, Bacab-Cocom Ruby del Rocío1, Briceño-Domínguez Diego Ramón1, 2 y Cruz-Santander Ivonne1, 2. 1 Instituto Tecnológico Superior de Felipe Carrillo Puerto, Laboratorio de Ciencias Básicas, Felipe Carrillo Puerto, Quintana Roo, 77200, México. 2 Centro de Estudios Biológicos, Medio Ambiente y Recursos Naturales A.C., Felipe Carrillo Puerto, Quintana Roo, 77200, México.; joelcasanovaortiz@gmail.com Resumen. El chile habanero de la península de Yucatán es de los chiles más picantes sin embargo, este picor se ve afectado por el procesamiento industrial. El objetivo del trabajo fue comparar los métodos de extracción asistida por ultrasonidos y de maceración en la extracción de capsaicina en chile habanero fresco y evaluar el efecto de 2 concentraciones de etanol (50 y 80 %) en la extracción. Se usó 10 g de chile habanero y se pusieron a extraer por 50 minutos utilizando los métodos antes descritos, con el método más efectivo se evaluó el efecto de usar etanol al 50 y 80 %. La extracción asistida por ultrasonidos fue el más efectivo con un contenido total de capsaicina de 26.74 mg/g base húmeda y un rendimiento de la extracción de 34.33 mg/g base húmeda. La variación en la concentración de etanol no mostró diferencias significativas en la extracción de capsaicina. Palabras clave. Capsaicina, Extracción Asistida por Ultrasonidos, chile habanero. INTRODUCCIÓN El chile habanero (Capsicum chínense Jacq.), es una de las especies más picantes del género Capsicum, pudiendo contener alrededor de 200 000 a 300 000 unidades Scoville (López-Puc et al, 2009). El picor de los chiles se debe a la presencia de capsaicinoides, que son amidas ácidas que resultan de la unión de la vanillilamina y ácidos grasos de 8 a 13 átomos de carbono (Fernández-Barbero, 2007), de estos compuestos la capsaicina y la dihidrocapsaicina representan el 90 % de los capsaicinoides totales. La capsaicina pura presenta efectos benéficos en la salud como antioxidante, antitumoral y anti obesidad (Xiu-Ju et al, 2011). En forma de oleorresina es económicamente importante dentro de la industria alimentaria, ya que 1 kg de oleorresina puede sustituir a 100 kg del producto deshidratado (Restrepo-Gallego, 2007) y su precio puede alcanzar los 400 USD por kilogramos (Pacho et al, 2002). El contenido de capsaicinoides y por ende el picor de los chiles está determinado por la genética de la planta y por su interacción con el ambiente (Ruiz-Lau et al, 2011). Lo cual supone diferencias en el nivel de picor de una misma especie de chiles dependiendo del lugar en que se cultiva. Esta característica fue el punto de partida para que en el 2012 se obtuviera la denominación de origen para el chile habanero de la península de Yucatán, los cuales presentan un nivel de picor de 201,000 Unidades Scoville (Diario Oficial de La Federación, 2012). El elevado picor que presenta los chiles habaneros de la península de Yucatán los hace diferentes a los chiles cultivados en los demás estados de la República Mexicana. Sin embargo, esta característica se pudiera ver afectado por los diferentes procesos a los cuales son sometidos dentro de la industria alimentaria (Tabla. 1) Universidad Juárez Autónoma de Tabasco División Académica de Ciencias Agropecuarias 298 Aportaciones al estudio de las ciencias biotecnológicas y alimentarias Tabla 2 Comparación del contenido de Capsaicina y Dihidrocapsaicina en chiles frescos y procesados. Tipo chile de Contenido Capsaicina Chiles frescos de Contenido de Dihidrocapsaicina Tipo de proceso Chiles procesados Contenido de Contenido de Capsaicina Dihidrocapsaicina Referencia Chile habanero 25. 6 mg/g 4.574 mg/g Salsa 0.717 mg/g 0. 135 mg/g Peña-Álvarez et al (2009) Chile jalapeño 657 mg/kg B.S. 725 mg/kg B.S. Secado en frio 579 mg/kg B.S. 634 mg/kg B.S. Topuz et al (2011) Chile jalapeño 657 mg/kg B.S. 725 mg/kg B.S. Secado al horno 549 mg/kg B.S 597 mg/kg B.S. Topuz et al (2011) Cocción 903.6 µg/g B.H. 756.9 Ornelas-Paz et al (2010) Chile habanero 913.8 µg/g B.H. 756.9 µg/g B.H. B.H. = Base Húmeda B.S.= Base Seca µg/g B.H. En la tabla 1, se puede observar cómo el procesamiento de los chiles reduce su contenido de capsaicina y dihidrocapsaicina y por ende su picor. Debido a que los chiles habaneros de la península de Yucatán contienen un nivel de picor elevado, es necesario conservar esta característica incluso en los productos procesados. Una opción para evitar la pérdida del picor del chile habanero sería la realización de una etapa de extracción de capsaicina antes de su procesado y reincorporarlo al final del proceso. Sin embargo, las técnicas de extracción de capsaicina convencionales implican la utilización de solventes tóxicos como acetona, diclorometano, éter de petróleo y hexano, utilizando el chile deshidratado y molido. A la harina resultante de dicha extracción, se le elimina los restos de solventes y se destina para la alimentación animal (Fernández-Trujillo, 2007). Para poder utilizar el chile en la alimentación humana, después de la extracción, se necesita realizar la extracción en chiles frescos y la utilización de solventes menos tóxicos que los usados convencionalmente. En la extracción convencional de capsaicina es necesario que el chile esté seco, ya que en el proceso de secado se rompe la pared celular del chile lo cual permite que el disolvente ataque directamente al soluto que se necesita extraer. Para poder llevar a cabo la extracción de capsaicina en el chile habanero en estado fresco se necesita de un método de extracción que incremente la penetración del solvente hacia el chile habanero sin necesidad de deshidratarlo. Una de las técnicas de extracción de compuestos que presenta estas características, es la Extracción Asistida por Ultrasonidos (E.A.U.). Esta técnica se basa en el uso de sonidos de alta frecuencia inaudibles para el humano (1- 16 KHz) dentro de un líquido, generando burbujas (cavitación) que colapsan fuertemente con el material vegetal incrementando la penetración del solvente, facilitando la liberación de compuestos en el material vegetal y aumentando la transferencia de masa mediante la ruptura de la pared celular (Londoño-Londoño, 2011; Chemat et al, 2011). OBJETIVOS Objetivo general Comparar dos métodos de extracción de capsaicina en chiles habaneros frescos y evaluar el efecto de dos concentraciones de etanol en el rendimiento de capsaicina. Objetivos específicos 1. Evaluar el rendimiento de la extracción de capsaicina en chile habanero fresco empleando dos métodos de extracción. Universidad Juárez Autónoma de Tabasco División Académica de Ciencias Agropecuarias 299 Aportaciones al estudio de las ciencias biotecnológicas y alimentarias 2. Determinar el efecto de la concentración de solvente en el rendimiento de capsaicina de chile habanero fresco, usando el método que mejor resultados obtenga del objetivo anterior. MATERIALES Y MÉTODOS El trabajo se realizó en dos etapas, la primera etapa consistió en la comparación de dos métodos de extracción de capsaicina en chiles habaneros frescos, el método más efectivo en la primera etapa será utilizado en la segunda etapa, la cual consistió en evaluar el efecto de dos concentraciones de etanol (50 y 80 %) en el rendimiento de capsaicina en la extracción. Los chiles habaneros usados en los experimentos fueron adquiridos en el mercado municipal de la localidad de Felipe Carrillo Puerto, Quintana Roo; los métodos de extracción evaluados fueron E.A.U. y el método de maceración con agitación, cada uno de los análisis se realizó por triplicado. Comparación de los métodos de extracción. Se determinó la cinética de extracción de capsaicina sobre el tiempo y el rendimiento de extracción (mg de extracto/ g de base húmeda) de cada método de extracción. La E.A.U. se realizó en un baño sónico, para lo cual se pesó 10 g de chile habanero fresco, se cortó en rodajas y se transfirió a un matraz de Erlenmeyer de 250 ml y se le adicionó 150 ml de etanol al 95 %, el tiempo de extracción fue de 50 minutos, durante el transcurso del experimento se tomaron alícuotas de 5 mL cada 10 minutos a estas muestras se le determinaron el contenido de capsaicina. El otro método consistió en poner la misma cantidad de muestra en un matraz Erlenmeyer de 250 mL, adicionando 150 ml de etanol al 95 % y se puso a extraer en un agitador magnético durante 50 minutos, cada 10 minutos se tomaron alícuotas de 5 mL y se determinó el contenido de capsaicina. La determinación de capsaicina se realizó por la técnica espectrofotométrica descrita por López-Hernández et al (2011) para lo cual se realizó una curva de calibración a concentraciones de capsaicina de 0, 50, 100,150, 200 y 250 ppm, la lectura se realizó a una longitud de onda de 280 nm, para la determinación de capsaicina en los extractos, se leyó la absorbancia de las muestras a 280 nm y se extrapoló con la ecuación obtenida en la curva de calibración. Al finalizar el tiempo de la extracción se concentró el solvente por rota vapor y el extracto concentrado se traspasó a un vial y se secó en un horno a 40 ° C, y luego se determinó el rendimiento de la extracción. Evaluación del efecto del etanol a 50 y 80 % en el rendimiento de la extracción. Se determinó el efecto de dos concentración de etanol al 50 % y 80 % en la capsaicina, extraída de chile habanero fresco. Se pesó 10 g de chile habanero fresco cortado en rodajas y se transfirió a un matraz Erlenmeyer de 250 mL y se le adicionó 150 mL de etanol al 50 % y en otro matraz con 10 g de chile habanero en rodajas fue adicionado 150 mL de etanol al 80 %, ambos matraces fueron puestos en extracción durante 50 minutos, al final se determinó el contenido de capsaicina en los extractos. El contenido de capsaicina se determinó con la misma técnica que en la etapa anterior. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. Comparación de los métodos de extracción. Los valores de capsaicina reportados en este trabajo se obtuvieron por la extrapolación de la ecuación de la curva de calibración (y = 0.0034x + 0.0117) con una R² = 0.998. En la figura 1. Se presenta la cinética de extracción de ambos métodos, donde podemos observar que la extracción asistida por ultrasonidos extrae mayor cantidad de capsaicina (26.74 mg/g base húmeda) que el método de maceración con agitación (3.48 mg/g base húmeda) al final de la extracción. La eficacia del método de extracción asistida por ultrasonidos radica en que a los Universidad Juárez Autónoma de Tabasco División Académica de Ciencias Agropecuarias 300 Aportaciones al estudio de las ciencias biotecnológicas y alimentarias primeros 5 minutos de la extracción se logra extraer más de la mitad (63 %) de la capsaicina total extraída que por el método de maceración (50 %). Figura 1. Comparación de la cinética de extracción de capsaicina en chile habanero fresco, de dos métodos de extracción usando etanol al 95%. Se presentan los valores promedios de 3 réplicas. Estos resultados son similares a los reportados por Boonkird et al (2008), para la E.A.U. de capsaicinoides en Capsicum frutescens quienes reportan que a los 5 minutos de la extracción se recupera más del 60 % de los capsaicinoides totales. La extracción asistida por ultrasonidos no solo extrae mayor cantidad de capsaicina, también tiene un mayor rendimiento de extracción (34.33 mg g-1 base húmeda) que el método de maceración (28.08 mg g-1 base húmeda), que representa un 22.2% superior. (Figura 2.) Figura 2. Rendimiento de la extracción de capsaicina usando etanol al 95 % como solvente. Las diferencias observadas entre el contenido de capsaicina y el rendimiento de la extracción se deben principalmente a la selectividad del método de E.A.U y a que en este trabajo solo se determinó el contenido de capsaicina. El contenido total de capsaicinoides Universidad Juárez Autónoma de Tabasco División Académica de Ciencias Agropecuarias 301 Aportaciones al estudio de las ciencias biotecnológicas y alimentarias para el chile habanero varía de 41.8 y 65.9 mg/g fruta seca (Pino et al, 2007), CisnerosPineda et al (2007) reporta contenidos de capsaicina para el chile habanero (pericarpio y placenta) de 66,800 µg/fruta seca (66.8 mg/fruta seca). Evaluación del efecto del etanol a 50 y 80 % en el rendimiento de la extracción. El método de extracción con el que fueron evaluadas las dos concentraciones de etanol (50 % y 80 %) fue el método de extracción asistida por ultrasonidos, que fue el método que presentó los mejores resultados en la etapa anterior. En la figura 3, se presentan los resultados obtenidos en la etapa 2, donde se observa que usando etanol al 80 % se logra una concentración de capsaicina en el extracto de 13.23 ± 1.35 mg/g base húmeda lo cual resultó ligeramente superior al obtenido a la extracción con etanol al 50 % (11.69 ± 2.34 mg/g base húmeda de capsaicina), sin embargo, no se encontraron diferencias significativas (p=0.3787, α=0.05). Cano-Morales et al (2002), obtuvieron resultados similares en la extracción de capsaicina en chile habanero fresco usando etanol al 70 y al 95 % (1.2924 y 1.8673 % de capsaicina, respectivamente ). El uso del etanol puro en la extracción de capsaicina en chile habanero fresco ha demostrado tener rendimientos similares al uso de acetonitrilo, aproximadamente 19 mg/g fruta seca (Chinn et al, 2011). La adición de agua en pequeñas cantidades al solvente ayuda a un mayor rendimiento de capsaicina en la extracción, aunque en este trabajo no se encontraron diferencias significativas, Fernández-Barbero et al (2005) reportan que la adición del 10 % de agua al etanol en la extracción de capsaicinoides en pimientos mediante fluidos presurizados, incrementa la cantidad de capsaicina extraída de 390 a 400 µmol/Kg. Fernández-Barbero et al (2006 ), indican que es indistinto el uso de metanol, etanol y acetona para la extracción de capsaicina, ya que con ellos obtuvieron resultados similares. Aunque en el caso particular de la extracción asistida por ultrasonidos es recomendable usar metanol como solvente (Fernández-Barbero et al 2008). En este trabajo se optó por usar etanol como solvente debido a que es menos toxico que el metanol, además que los costos de producción son más bajos. Figura 3. Capsaicina extraída usando como solvente etanol al 80 y al 50 %, mediante E.A.U. Se presenta el valor promedio de 3 réplicas ± error estándar. CONCLUSIONES. La técnica que da mejores resultados para la extracción de capsaicina en chile habanero fresco es la por medio de Extracción Asistida por Ultrasonidos, los resultados sugieren que la concentración de etanol no tiene efecto significativo en el rendimiento de Universidad Juárez Autónoma de Tabasco División Académica de Ciencias Agropecuarias 302 Aportaciones al estudio de las ciencias biotecnológicas y alimentarias capsaicina, por lo tanto, es posible utilizar un etanol al 50% para obtener buenos rendimientos de capsaicina. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Boonkird, S., Phisalaphong, C., y Phisalaphong, M. (2008). Ultrasound-assisted extraction of capsaicinoids from Capsicum frutescens on a lab- and pilot-plant scale. Ultrasonics Sonochemistry. 15(1), 1075–1079. Cano-Morales, T.M., Piedrasanta-Batz, R.B., Benites-Pacheco, I.L. y López-Orizabal, M.C. (2002). 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