Extracción de caroteno a partir de materiales naturales, su solubilidad

DESCRIPCION

Procedimiento para la extraccion de colorantes de carotenos a partir de materiales naturales.

El presente invento se reere a un procedimiento para la extraccion de colorantes de carotenos, que

con ayuda de la tecnologa que usa disolventes, mediante la eleccion de apropiadas mezclas de disolventes

as como de correspondientes temperaturas de proceso, hace posible extraer colorantes de carotenos,

especialmente -caroteno, a partir de materiales naturales solidos, secos o secados.

Los colorantes de carotenoides estan ampliamente propagados en la naturaleza y coneren a muchos

materiales naturales, tales como p.ej. zanahorias, pimientos, flores (de Tagetes o claveles de las Indias) o

determinados microorganismos, su coloracion caracterstica desde amarilla hasta roja intensa. Partiendo

de sus diferencias qumicas estructurales, la clase de los carotenoides se clasica en dos subclases: los

carotenos, que son hidrocarburos puros considerados desde el punto de vista qumico, y las xantolas,

que contienen funciones oxigenadas ( -OH, -O-, =O) en la molecula. A causa de sus diferencias en

la estructura qumica, los carotenos y las xantolas, que se presentan en ambos casos como sustancias

acompa~nantes de grasas naturales, presentan un diferente comportamiento de disolucion en disolventes

organicos.

Los compuestos de carotenos en general, pero particularmente el -caroteno, alcanzaron en los ultimos

tiempos una importancia economica constantemente creciente.

Por una parte, el -caroteno se emplea desde hace mucho tiempo en la tecnologa alimentaria como

material aditivo coloreador (colorante) o como agente antioxidante, no estando limitado su sector de

aplicaciones a sistemas de lpidos, sino que por empleo de diferentes tecnologas, tales como p.ej. diversas

encapsulaciones del -caroteno, tambien se ha extendido tambien a sistemas acuosos. Por otra parte, el

-caroteno tiene una importancia especial en la dietetica, puesto que siologicamente le corresponde la

funcion como pro-vitamina A. Especialmente mediante los mas recientes reconocimientos cientcos de

que el -caroteno puede actuar tambien sistemicamente como agente antioxidante y captador de radicales

y ademas de ello puede proporcionar de manera comprobable contribuciones a la prolaxia del cancer

(Erdmann, J.W., Grummer, M.A., Does -Caroteen Consumption lower Cancer Risk? Backgrounder

volumen1, N 1, Vitamin Nutrition Service, EE.UU.,1984) se ha conducido a que este haya pasado a

tener un interes aumentado para un mayor grupo de consumidores.

La demanda, que con ello ha crecido, la intenta satisfacer la industria, por una parte, mediante la preparaci

on de -caroteno sintetico y, por otra parte, mediante la extraccion y la subsiguiente cristalizacion

de -caroteno a partir de fuentes naturales. En tal contexto, los consumidores dan maniestamente la

preferencia al -caroteno natural mas que a los productos sinteticos, correspondiendo a su actual concienciaci

on crtica.

Mientras que todava hace relativamente poco tiempo estaban a disposicion para los procedimientos

de enriquecimiento rentables exclusivamente las fuentes naturales \clasicas" del -caroteno, tales como

p.ej. zanahorias o algas, en los ultimos tiempos mediante esfuerzos innovadores de la biotecnologa se ha

conseguido explotar con metodos de fermentacion una fuente natural incomparablemente mucho mejor

apropiada. Mediante la fermentacion de determinados hongos formadores de reto~nos, se puede conseguir

hoy en da una concentracion de hasta mas de 5% en peso de -caroteno en la biomasa de fermentacion

secada; la concentracion de -caroteno esta situada por consiguiente en valores mas altos por algunas

potencias de diez que en las fuentes naturales hasta ahora disponibles. Especialmente tambien a causa

de estos avances tecnologicos existe por parte de la industria un considerable interes en cuanto a procedimientos

de extraccion, que hagan posible extraer de una manera rentable el -caroteno natural a partir

de la compleja matriz de materiales naturales.

Para la extraccion del -caroteno a partir de materiales naturales solidos ya se conocen numerosos

procedimientos. Como se describe p.ej. en el documento de patente de los Estados Unidos de America

US 2.170.872, con frecuencia para ello la matriz de materiales naturales se somete a tratamiento con una

solucion (leja) de un hidroxido de un metal alcalino, para conseguir de esta manera una disgregacion de

las celulas y la saponicacion de los gliceridos. A continuacion, las celulas disgregadas se extraen con eter

de petroleo, heptano o disolventes similares. El extracto - liberado de materiales brosos - se somete a

una destilacion con vapor de agua; a continuacion, el residuo acuoso se extrae con un aceite vegetal, en

el que el -caroteno posee una solubilidad relativamente alta.

De acuerdo con un procedimiento, que ha sido descrito en el documento de publicacion de solicitud

de patente alemana DE-OS 43 42 798, se pueden extraer carotenoides a partir de algas directamente a

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partir de un cultivo de salmuera salina muy concentrada con grandes cantidades de un aceite alimentario,

favoreciendose el traspaso de sustancias mediante un molino de coloides. Por devolucion del aceite

cargado con extracto se puede enriquecer el material valioso, que o bien puede ser el aceite que contiene

-caroteno, o sino el -caroteno debe ser todava precipitado primeramente desde el aceite por cristalizaci

on. De acuerdo con la experiencia, sin embargo, la cristalizacion del -caroteno a partir de un

aceite con aprovechamiento de las diferencias de solubilidad condicionadas por la temperatura no carece

de problemas, puesto que la formacion de cristales se efectua solo con mucha lentitud y el aceite posee

tambien a bajas temperaturas una solubilidad restante todava relativamente alta para el -caroteno, por

lo que los rendimientos de cristalizacion son solamente peque~nos.

La induccion de la cristalizacion del -caroteno mediante la adicion de disolventes conduce por el contrario

a rendimientos fundamentalmente mas altos, pero se necesita la adicion de elevadas cantidades de

disolvente, tal como se describe p.ej. en el documento US 1.988.031 para el n-propanol, para obtener un

correspondiente resultado en cuanto al rendimiento. Al realizar la extraccion a partir de materiales naturales

con disolventes organicos, tales como p.ej. eter de petroleo (comparense los documentos US 1.967.1

21 y 1.998.031) se plantea en terminos generales el problema de que, a causa de la peque~na solubilidad

del -caroteno, y particularmente en el caso de altas concentraciones de -caroteno, se debe escoger una

cantidad extremadamente grande de disolvente, que sin embargo empeora de nuevo considerablemente el

rendimiento espacio-temporal.

Hace poco tiempo se han descrito algunos procedimientos, en los que la extraccion del -caroteno a

partir de materiales naturales se lleva a cabo con dioxido de carbono hipercrtico a presiones muy altas

del proceso (vease el documento US 4.400.398). A pesar de los buenos resultados de la extraccion, la

desventaja generalmente vigente de estos procedimientos de extraccion con un gas ha de ser vista en la

costosa conversion tecnica de la alta presion que se necesita, que generalmente tiene mayores costos que

los procedimientos que trabajan a presion normal.

Dentro del marco de la unicacion de la legislacion referente al sector alimentario dentro de la Union

Europea se presento en Enero de 1995 un proyecto de una reglamentacion de la comision para el establecimiento

de criterios de pureza especcos para colorantes, que se pueden utilizar en alimentos. Para la

extraccion de carotenoides naturales se proponen en tal caso los disolventes acetona, metil-etil-cetona, metanol,

etanol, propan-2-ol, hexano, diclorometano y dioxido de carbono. Con excepcion del diclorometano

estos disolventes, sin embargo, a causa de su peque~na capacidad de disolucion frente al -caroteno, son

poco apropiados para una extraccion rentable a partir de materiales naturales, en los cuales el -caroteno

se presenta en altas concentraciones. Por el otro lado, por causa de aspectos ecologicos y referidos a los

consumidores, se prescinde de la utilizacion de diclorometano en la industria alimentaria orientada hacia

el futuro.

La mision del presente invento fue, por consiguiente, desarrollar un procedimiento lo mas rentable

que sea posible para la obtencion de colorantes de carotenos, especialmente de -caroteno, a partir de

materiales naturales, particularmente a partir de materiales naturales solidos con un agente de extraccion

lquido, que evite las desventajas de los procedimientos conocidos. En tal caso, el procedimiento, despues

de la extraccion propiamente dicha, debera hacer posible un buen rendimiento de cristalizacion, sobre

todo

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