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INTRODUCCIÓN
Ecuador es conocido por ser un país agrícola, es allí donde nace el interés por los pigmentos naturales siendo una alternativa natural en comparación con los colorantes de síntesis; ofreciendo así beneficios en la fabricación de productos farmacéuticos, alimenticios y cosméticos. De acuerdo con (Díaz y Pelayo, 2008) los colorantes naturales son pigmentos coloreados obtenidos de materias primas principalmente de origen animal y vegetal, aunque también los hay de tipo mineral. Según (Vitale y col., 2010) los carotenoides, son comúnmente conocidos por su amplia aplicación en la industria, dando así realce a su valor nutricional, siendo el betacaroteno uno de más abundantes en las frutas, verduras y hortalizas.
Para (Arguedas y col., 2015) la provitamina A más importante es el β-caroteno tanto en términos de bioactividad como de amplia ocurrencia; también menciona que generalmente todas las muestras de alimentos caroteno-génesis de plantas analizados hasta la fecha contienen β-caroteno como constituyente principal o menor. Estructuralmente, la vitamina A es esencialmente la mitad de la molécula de β-caroteno con una molécula adicional de agua en el extremo de la cadena lateral. Así, el β-caroteno es una potente provitamina A, a la que se le asigna un 100% de actividad.
El β-caroteno juega un rol muy importante en la prevención de enfermedades del sistema inmune y otras enfermedades, como el cáncer de mama, próstata, colorrectal y de pulmón; asimismo, para el tratamiento de la osteoporosis, desórdenes cardiovasculares, salud visual y problemas de sensibilidad en la piel (Singh y col., 2015).
El instituto nacional de investigaciones agropecuarias (INIAP), introduce una nueva variedad de camote con código CIP (centro internacional de la papa) 440045, denominado Toquecita, el color predominante de la piel es anaranjado con intensidad intermedia al igual que su pulpa. En Ecuador no se dispone de variedades mejoradas de camote, actualmente el INIAP presenta esta nueva variedad renovada; tanto en vitaminas como minerales, siendo más productivas que las locales, precoz y gran potencial agroindustrial (Cobeña y col., 2017). Mientras que (CIP, 2016) argumenta que; el camote dentro de su composición nutricional posee un alto contenido de betacaroteno, hierro, zinc. Así mismo (Sacón y col., 2016) concluyen en su investigación que la inclusión de harina de camote en la elaboración de pan, permite obtener un producto con propiedades elásticas y mecánicas parecidas al elaborado con harina de trigo.
Para el desarrollo de la investigación se realizó una caracterización del camote anaranjado “Toquecita” dentro de esta caracterización se hizo análisis proximales de humedad, ceniza, proteína, lignina, celulosa, hemicelulosa y azúcares reductores.
En la presente investigación se aplicaron dos tipos de procesos de extracción: Soxhlet y una adaptación de extracción por ultrasonido y centrífuga para un óptimo rendimiento de betacaroteno, basado en estudios realizados por (Leong y Oey, 2012). La importancia de esta investigación radica en promover el consumo de betacaroteno, dado a que posee grandes beneficios para la salud como: propiedades antienvejecimiento, mejora en la visión, mantener la integridad de la membrana de la piel, mejorar la función inmunológica, reducir el riesgo de enfermedades cardiovasculares y suprimir el crecimiento de células malignas, (Mohanraj y Sivansakar, 2014) por lo que se emplea un método de extracción viable que mantenga las propiedades del betacaroteno.
La presente investigación tiene como objetivo extraer betacaroteno a partir de la variedad de camote “Toquecita” (Ipomea batata).
MATERIALES Y MÉTODOS
Los ensayos se realizaron en el laboratorio de Bromatología y Calidad de la Estación Experimental Portoviejo INIAP, coordenadas geográficas (1.1246548, 80.4137515) y el laboratorio de Nutrición y Calidad de la Estación Experimental Santa Catalina del INIAP, Quito, coordenadas geográficas (0.3683737, 78.5550167).
Los métodos experimentales empleados son la técnica extracción sólido - líquido (extracción por Soxhlet y extracción ultrasonido - centrífuga).
Caracterización
Contenido de humedad
La técnica para cuantificar el contenido de humedad en una muestra, es la determinación gravimétrica, obtenidas de la Norma INEN - ISO 1666, (2014). La muestra se somete a calentamiento en una estufa a 80°C y luego se mide la pérdida de peso debido a la volatilización del agua. Para la aplicación de la técnica se requieren tiempos prolongados de secado en la estufa, entre 3 y 16 horas, dependiendo de la composición de la matriz y temperatura. Se tara la balanza y se pesa 1g de la muestra, se registra la temperatura, tiempo y peso de la muestra húmeda y seca. Se determina el porcentaje de humedad con la ecuación 2:
Ecuación 1
Contenido de cenizas
En la Tabla 1, se muestran los pesos obtenidos del crisol y de las muestras antes y después de ser sometidas al calor. Para determinar cenizas se realizó con la técnica gravimétrica basados en la (AOAC, 2023) y la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 1118, (1984). Se pesa 1,0 g de la muestra de camote Toquecita y se coloca en un crisol previamente pesado, se ubica el crisol en la estufa a una temperatura de 550°C durante 1 hora a 3 horas, enfriar el crisol y las cenizas en un desecador hasta que este tenga peso constante y se calcula el porcentaje con la ecuación 3:
Contenido de proteína
Para determinar el porcentaje de proteína se utilizó la técnica de la Norma Técnica Ecuatoriana INEN-ISO 20483, (2013) y la (AOAC, 2023), donde se pesa exactamente 1g de la muestra seca de camote anaranjado y se le añada la pastilla más 1 ml de ácido sulfúrico en tubos de ensayos, estos se llevan a digestión por 1 hora hasta que el color de la muestra se torne a un verde claro. Posteriormente se lleva la muestra a un equipo de destilación en el cual se le agrega a la muestra 50 ml de agua. En un vaso Erlenmeyer se agregan 40 ml de ácido bórico al 4 % donde las moléculas de amoníaco quedan atrapadas para luego ser tituladas y comprobar el porcentaje de proteína mediante la ecuación 4:
AG-F=Ácido gastado - blanco
F= factor (obtenido de la normalidad del ácido)
PM= peso de la muestra
Determinación de celulosa
Según (Domínguez y col., 2012) se toma 1,0 g de la muestra, se le añaden 15 ml de ácido acético al 80% de concentración, se añade 1,5 ml de ácido nítrico y se lleva a agitación constante durante 20 minutos. La muestra tratada se filtra y se lava con etanol, se seca en una estufa con temperatura de 100-105 ºC con un tiempo de 3 horas con 30 minutos y se pesa (material A). Se procede a la incineración en una mufla a una temperatura de 540 ºC (material B) se deja secar en un desecador y finalmente se pesa. El cálculo necesario para la determinación de celulosa se lo realiza con la ecuación 5:
Determinación de lignina
Según (Domínguez y col., 2012) se pesa 1,0 g de la muestra, se añaden 70 ml de solución al 1,5 % de ácido sulfúrico y se lleva a agitación constante por 2 h, se filtra y se lava con agua destilada. A este material se le añaden 30 ml de una solución al
Determinación de Holo celulosa/Hemi celulosa
Según el método de (Wise y col., 1946) se toman 2 g de nuestra muestra libre de extractos y se coloca en un matraz de 500 ml, se añaden 160 ml de agua destilada, 1 g de clorito de sodio y 0,2 ml de ácido acético; se introduce en un baño de agua entre 70-80ºC. Pasado 1 h se vuelve añadir 1 g de clorito de sodio y 0,2 ml de ácido acético, se repite este proceso al menos tres veces durante 3 h hasta que la muestra se torne blanca. Se espera 1 h después de la última adición hasta que se enfrié en un baño de hielo hasta que alcance 10ºC, se filtra la muestra y se lava con 500 ml de agua destilada fría, se recoge el residuo y se introduce en un crisol previamente pesado, se procede a secar a 105 ±3 ºC durante 3 h hasta peso constante, el contenido de Holo-celulosa se calcula mediante la ecuación 7:
Sabiendo que es la suma de Hemi-celulosa y celulosa, se despeja Hemi-celulosa.
Determinación de azúcares reductores
Según la norma INEN 1707, (2012), se pesan 4 g de muestra y se disuelven con 50 ml de agua destilada agitando con una varilla de vidrio, luego se agregan 16 ml de EDTA al 4% y se transfiere la mezcla a un matraz de 250 ml aforándolo con agua destilada. Cuando el material es muy viscoso se calienta previamente en un baño de maría a 50°C por 6 horas. Luego se toman 100 ml de la muestra preparada, tomar con la pipeta 5 ml de la solución Fehling A y 5 ml de solución Fehling B en un matraz Erlenmeyer, añadir un poco de piedra pómez y 5 gotas de parafina líquida. Con la bureta adicionar 15 ml de la solución muestra a la solución de Fehling, se calienta la mezcla hasta alcanzar la ebullición si el color no ha sido reducido se vuelve a adicionar 5 ml de la solución de Fehling hasta que el color original del reactivo se desaparezca. Luego se titula añadiendo de 3 a 4 gotas de azul de metileno hasta que el indicador esté completamente decolorado.
Para obtener el porcentaje de azúcares reductores se utiliza la ecuación 9:
Extracción de Beta-caroteno
Método de Soxhlet
Para la obtención del betacaroteno se seleccionaron aproximadamente 5 kilos de camote anaranjado “Toquecita”, al cual se le eliminan las impurezas para luego proceder a la fase de trituración, posterior a esto se lleva a secar la muestra a una estufa con una temperatura de 40°C a 60°C por 8 horas continuas, porque según (Camacho y col., 2004) la elevación de la temperatura ocasiona un bajo rendimiento de carotenoides, los mismos que son sensibles a temperaturas altas y la luz. El camote libre de humedad se lleva a triturar y por último a tamizar obteniendo una muestra fina parecido al almidón.
Para la extracción se utilizó el método de (Ortiz y Mamani, 2015) extracción continua mediante un equipo extractor Soxhlet, en la cual se pesaron 50 g de la muestra seca y tamizada que se ubican en el cilindro con peso conocido. Los solventes a utilizar son hexano, acetona y metanol realizando el mismo procedimiento con los tres tipos de solvente ya mencionados. El cilindro se llenó con 250 ml de solvente (la mitad de la capacidad del balón) y colocado en la manta de calefacción, se realiza la extracción continua hasta observar que el solvente que cae del sifón sea de un color cristalino (cortar la extracción) aproximadamente se realizan de 12 a 20 sifonadas.
El extracto obtenido en el balón se lleva a una destilación sencilla para recuperar el solvente empleado, el extracto natural obtenido es de 30 ml aproximados el mismo que es depositado en un envase de vidrio color ámbar para protegerlo de la luz. En la Figura 1 se muestra el proceso sobre la extracción del betacaroteno por Soxhlet.
Método de extracción ultrasonido-centrífuga
Según (Alcívar y col., 2021) el ultrasonido es un método para la obtención de extractos a los aplicados convencionalmente en las técnicas de extracción, procesamiento y conservación y que ofrece ventajas en términos de productividad, rendimiento y selectividad ya que generan mejores tiempos de procesos. Para la extracción se basa en el método de (Leong y Oey, 2012) al cual se le realiza algunas modificaciones recomendadas por el laboratorio de nutrición y calidad de la estación experimental Santa Catalina, Quito. Se pesó aproximadamente 0,2 g de muestra liofilizada en un tubo de vidrio para centrífuga protegida de la luz, se adicionan 5 ml de solución extractora (mezcla de 50% hexano, 25% etanol, 25% acetona y 0,1% BHT (v/v)) y colocar una bola de cerámica. Se llevó las muestras al equipo FastPrep por un minuto a una velocidad de 6,5 m/s, sonificar en un ultrasonido por 10 minutos y centrifugar por 10 minutos más, luego se traslada la fase orgánica a un balón ámbar de 25 ml, en el mismo tubo se añaden nuevamente 5ml de solución extractora y se repite todo el proceso desde la agitación, se realizan los ciclos hasta que la extracción se observe completamente incolora. Una vez terminado el proceso se afora con solución extractora el balón de 25 ml, que contiene la muestra, se mide en un espectrofotómetro UV - visible Shimadzu a 450 nm. Los resultados obtenidos se expresan en
Identificación del betacaroteno
Análisis cualitativo
Se puede observar que el extracto natural obtenido posee características similares que la muestra de beta-caroteno patrón CAS RN: 7235-40-7 de la marca TCI (Tokyo Chemical Industry CO., LTD). En la Tabla 2, se describe el análisis cualitativo del betacaroteno como; olor, color, sabor y textura obtenido por los dos métodos de extracción empleados.
Tabla 2 Características cualitativas de los extractos obtenidos en el laboratorio
| Extracción Soxhlet | Extracción ultrasonido - centrífuga | Extracción Soxhlet de Ortiz y Mamani, (2015) |
|---|---|---|
| Olor: característico | Olor: característico | Olor: característico |
| Sabor: característico | Sabor: característico | Sabor: característico |
| Color: anaranjado rojizo | Color: amarillo intenso | Color: rojo intenso |
| Textura: líquido aceitoso | Textura: líquida | Textura: líquido aceitoso |
Análisis cuantitativo
Para el análisis cuantitativo de ambos métodos se utilizó el espectrofotómetro UV-2600 de la marca SHIMADZU, para esto se pesaron 5 mg de betacaroteno patrón y se disolvieron en 50 ml de solvente hexano. Se tomó 0,1 ml de la solución madre y se aforó a 5 ml de hexano. Se prepararon 6 disoluciones con concentraciones de 0,25; 0,50; 0,75; 1; 1,25 y 1,50 (ppm) y se llevan al espectrofotómetro en un rango de longitud de 450 nm, según la Norma INEN 275, (2013). En Microsoft Excel se graficó la curva de calibración con un R2 de 0,998.
Se realizaron tres disoluciones del extracto de betacaroteno obtenido del camote por triplicado las cuales fueron llevadas al espectrofotómetro para medir la absorbancia de cada una y mediante el Microsoft Excel se obtiene la concentración de betacaroteno obtenido en unidades de
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Tabla 3, se reportan los resultados de los porcentajes obtenidos de humedad, cenizas, proteína, celulosa, lignina, azúcares reductores y hemicelulosa que se le realizó al camote crudo y se realiza la comparación con resultados obtenidos por otros autores, debido a que la normativa ecuatoriana vigente solo indica técnicas más no resultados.
Tabla 3 Análisis proximales obtenidos al camote anaranjado Toquecita
| Análisis | Porcentajes obtenidos | Porcentajes teóricos según autores |
|---|---|---|
| Humedad | 75,49 % | 75,39% |
| Cenizas | 2,45% | 3,69% |
| Proteína | 1,32% | 1,57% |
| Celulosa | 5,66% | 7% |
| Lignina | 4,71% | 7% |
| Azúcares reductores | 1,19% | 7,7% |
| Hemicelulosa | 1,06% | 7% |
Según los datos de (Cobeña y col., 2017), la humedad del camote es de 75,39%, mientras que, los datos obtenidos por en la presente investigación son de 75,4783 % dando lugar a resultados verificados. El camote morado conocido usualmente en Ecuador presenta una humedad de 67,99%, permaneciendo así dentro de los rangos bibliográficos y experimentales, Triviño (2021).
Los valores obtenidos en el análisis de cenizas fueron de 2,4969 % siendo similares al manual técnico del cultivo de camote de la estación experimental INIAP con un porcentaje de 3,69 %. El porcentaje de celulosa obtenido es de 2,0922 %, asimismo el valor obtenido de hemicelulosa es de 1,0560% encontrándose dentro del rango del 7% establecido por Guzmán (2021), en donde afirma que esta fibra está constituida principalmente de celulosa, hemicelulosa, pectina y en menor medida de lignina. De igual manera, la lignina bajo una serie triplicada de muestra obtuvo un promedio de 0,4254 %. En los análisis de proteína, se obtuvo 1,32%, siendo un valor estándar dentro de los parámetros bibliográficos. Según Aldaz (2015), el porcentaje de proteína en camote es de 1,57%.
El contenido de azúcares reductores es de 1,19%; según los valores obtenidos en la presente investigación se encuentran dentro del rango emitido según un estudio realizado por Aliaga y Nieto, (2009).
Los datos de los análisis proximales realizados al camote anaranjado “Toquecita” crudo (Ipomoea batata L.) se presenta en la tabla 3, los cuales son similares a los que reporta en el libro Manual Técnico del Cultivo de Camote (Cobeña y col., 2017) y también otros autores según lo citado en la bibliografía, demostrando así características y valores nutricionales que complementan el estudio del betacaroteno en el camote “Toquecita”, ya que están directamente relacionados con los beneficios que este camote presenta.
Antes de realizar la parte experimental se tuvo en cuenta que, los carotenoides son por naturaleza altamente inestables, porque son termolábiles y foto lábiles, así mismo tienden a oxidarse con la luz y la atmósfera, es por esto que, las muestras fueron sometidas a liofilización por 8 días laborables, para el proceso de extracción adaptado (ultrasonido-centrífuga) emitido por (Leong y Oey, 2012), obteniendo así una menor cantidad de fitoquímicos, mientras que, las muestras que se utilizaron para la extracción Soxhlet fueron sometidas a estufa a temperatura de 60°C durante dos semanas, luego extracción del betacaroteno y destilación del solvente según lo indicado por (Ortiz y Mamani, 2015).
Según la investigación realizada por Van y col., (2006), el camote “Toquecita” presentó valores de betacaroteno que se encuentran dentro de los rangos de 132 a 194
En la Tabla 4, se describe el contenido de betacaroteno obtenidos por (Carpio y col., 2017) según el tratamiento de cocción que se empleó.
Tabla 4 Contenido de betacaroteno según la cocción del camote
| Tratamiento de cocción | Contenido de betacaroteno (mg/100g pf) | ||
|---|---|---|---|
| Valor mínimo | Valor máximo | ||
| Crudo | 11,38 | 24,72 | |
| Ebullición | 10,29 | 20,52 | |
| Horneado | 9,12 | 19,68 | |
En la Figura 3 se graficó una curva de calibración elaborada en Microsoft Excel luego de varias pruebas de estandarización en el espectrofotómetro UV-2600, los puntos se ajustan a un R2 = 0,998.
En la tabla 5, se aprecia los resultados de
Tabla 5 Valores obtenidos de ug/g de betacaroteno
| Método | Solvente | ug/g betacaroteno |
|---|---|---|
| Soxhlet | Acetona | 3,962 |
| Metanol | 2,452 | |
| Hexano | 6,830 | |
| Ultrasonido-Centrífuga | Solución Extractora | 131,285 |
En la Tabla 6, se muestran los valores de betacaroteno obtenidos por varios autores en
Tabla 6 Valores obtenidos de ug/g de betacaroteno por otros autores
| Referencias Bibliográficas | ug/g betacaroteno |
|---|---|
| Van y col., (2006) | 132-194 |
| Carpio y col., (2017) | 76,2-176,9 |
| CIP (2016) | 10-260 |
CONCLUSIONES
La cuantificación de betacaroteno en el camote anaranjado de variedad “Toquecita” realizado mediante la extracción por dos métodos demuestra que:
Los valores obtenidos de betacaroteno en el camote “Toquecita” mediante el método de extracción soxhlet no fueron los esperados, debido a la degradación de carotenoides a causa de la temperatura empleada en el método, debido a que, son foto lábiles como termolábiles y tienden a oxidarse si no se protegen de la luz y atmósfera.
Los resultados de la extracción de betacaroteno mediante el método adaptado fueron favorables ya que el camote no fue expuesto a fuentes de calor ni a la luz, permitiendo así un mejor rendimiento con valores de 135,776
El consumo del camote “Toquecita” es favorable para el ser humano debido a que este posee dentro de sus nutrientes betacaroteno, el cual es un carotenoide de vital importancia siendo el precursor de la vitamina A.
