AISLAMIENTO Y CARACTERIZACIÓN
POR ESPECTROSCOPIA VISIBLE E INFRARROJA
DEL COLORANTE DEL ACHIOTE
(Bixa orellana)
ANNATTO (Bixa orellana) COLORING ISOLATION AND
CHARACTERIZATION BY VISIBLE AND INFRARED SPECTROSCOPY
Elga Narváez V.
1
& Cristina Mena P.
1
Palabras claves: achiote, bixina, colorante, espectroscopia, UV/VIS,
infrarrojo.
Keywords: achiote, bixin, dye, spectrophotometry, UV-Vis, infrared.
RESUMEN
Los colorantes han sido ampliamente utilizados desde la antigüedad tanto para
teñir telas como para colorear alimentos. Debido a las reacciones adversas que
se atribuyen a algunos colorantes sintéticos, los consumidores buscan en la ac-
tualidad productos que contengan sustancias de origen natural. Por este motivo,
en esta investigación se extrajo y caracterizó por espectrofotometría visible e
infrarroja el colorante del achiote (Bixa orellana) que se produce y comercializa
en el Ecuador. La extracción del colorante se realizó, utilizando tres solventes:
acetona, hidróxido de potasio acuoso al 2 % y cloroformo, para determinar
53
1 Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Quito, Ecuador,
(cemena@puce.edu.ec
con cuál de ellos se obtiene un mayor porcentaje de rendimiento. Adicional-
mente, se compararon los espectros visible e infrarrojo obtenidos con cada sol-
vente con los espectros obtenidos en la literatura. A los resultados de porcentaje
de colorante obtenidos, se les realizó un análisis de varianza de dos factores,
para determinar si existen diferencias estadísticamente significativas entre las
cuatro muestras obtenidas y de igual manera entre los tres solventes utilizados.
Los resultados muestran que el mejor solvente para la extracción del colorante
es el hidróxido de potasio al 2 % con un promedio de extracción del 9,18 %.
En los espectros visibles obtenidos se aprecian dos picos representativos, a lon-
gitudes de onda de 471 y a 504 nanómetro, mientras que al analizar los espec-
tros infrarrojos se identifican todos los grupos funcionales propios de la bixina,
por lo que se puede concluir que el colorante extraído contiene dicha molé-
cula.
ABSTRACT
Dyes have been widely used for generations to add color to fabrics and food.
Due to adverse reactions attributed to some synthetic dyes, consumers now
seek products containing substances of natural origin. In this research, the dye
from the seeds of “achiote” (Bixa orellana), consumed and commercialized in
Ecuador, was extracted and characterized. Dye extraction was performed using
three solvents: acetone, chloroform and 2% aqueous potassium hydroxide, in
order to find out which one is efficient extraction solvent. Visible and infrared
spectra obtained from the different solvents were compared with the spectra
obtained from literature. The results obtained underwent a two-way analysis of
variance to determine if there is a statistical significance between the four sam-
ples and the three solvents used. Results show that the best solvent for dye ex-
traction is 2 % potassium hydroxide with an average extraction percentage of
9,18 %. In the visible spectra obtained, at 471 and 504 nanometers, two rep-
resentative peaks were observed. In the infrared spectra analysis, all the func-
tional groups for bixin were found. Therefore, it can be concluded that the
extracted dye contains this molecule.
infoANALÍTICA
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El achiote (Bixa orellana) conocido
también como bija, annatto, rocou,
onoto, orellana, urucú, es un arbusto
que crece en el Caribe y Sudamérica
(Villamar, 2011). En el Ecuador se
cultiva achiote principalmente en las
provincias de Pichincha, Manabí, y
Napo (Idrovo, 2006). En las restantes
provincias de la Costa y Oriente
están se encuentran en estado natural
Su fruto es una cápsula como se
aprecia en la Figura 1, que contiene
de 30 a 60 semillas, las mismas que
están recubiertas por una resina de
color que varía entre el rojo y el ana-
ranjado (CNTAF, 2009; FAO, 2006).
Dicho colorante se utiliza en la in-
dustria de derivados lácteos, cárni-
cos, grasas, helados, cosméticos,
condimentos, cerámica, pintura, tin-
tes, jabones, esmaltes, barnices,
lacas, teñido de sedas y en la medi-
cina y la industria farmacéutica (Díaz
y Oyola, 2002).
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Bixa orellana
)
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INTRODUCCIÓN
Figura 1 Achiote (Bixa orellana) – 1. rama con flor; 2. flor; 3. fruto;
4. Fruto (PROTA Foundation, 2005)
Uno de los principales pigmentos
que se encuentran en el pericarpio de
las semillas es el carotenoide bixina,
de fórmula molecular C
25
H
30
O
4
(Ávila, 1983) y constituye uno de los
principales colorantes naturales de
gran interés comercial debido a que
su uso está exento de certificación y
puede ser empleado nacionalmente
e internacionalmente en la industria
de alimentos, de cosméticos y farma-
céutica (FDA, 2013; European Com-
mission, 2014). Químicamente es el
éster monometílico del ácido dicar-
boxílico norbixina, que es otro pig-
mento importante que se encuentra
en las semillas de achiote, como se
observa en la Figura 2.
Los estudios realizados sobre el
achiote demuestran gran conoci-
miento de los aspectos agronómicos
de la planta y sobre algunos métodos
de extracción del colorante, unos
muy rudimentarios, otros más tecni-
ficados. Entre los diferentes métodos
de extracción del pigmento a escala
industrial se encuentran la extracción
por solventes orgánicos (cloroformo,
dicloroetano, acetona, entre otros) y
con soluciones acuosas alcalinas, (Ja-
ramillo y Muñoz, 1992).
infoANALÍTICA
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Figura 2 Estructura química de los principales pigmentos
de la Bixa orellana (FAO/WHO, 2006)
La demanda creciente que ha adqui-
rido el colorante natural del achiote
en el mercado agroindustrial, tanto
nacional como internacional, ha des-
pertado el interés para desarrollar el
cultivo comercialmente, logrando un
cupo en la canasta de productos no
tradicionales con fines exportables
(Revista El Agro, 2013). Teniendo en
cuenta que la mayor parte de la pro-
ducción ecuatoriana se comercializa
en forma de semilla, se vio la necesi-
dad de reportar datos de la extrac-
ción del colorante del achiote en
polvo, así como también generar in-
formación de la caracterización por
espectrometría visible e infrarroja de
dicho pigmento.
AISLAMIENTO Y CARACTERIZACIÓN POR ESPECTROSCOPIA VISIBLE E INFRARROJA
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Bixa orellana
)
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MATERIALES Y MÉTODOS
Extracción del colorante
Se seleccionaron cuatro muestras,
tres obtenidas en la provincia de Pi-
chincha y una en la provincia de
Santo Domingo de los Tsáchilas
(Ecuador).
A cada muestra se le realizó la extrac-
ción del pigmento utilizando los sol-
ventes: acetona, hidróxido de potasio
acuoso al 2 % y cloroformo. En un
vaso de precipitación de 250 mL se
pesaron 10 g de muestra en la balan -
za analítica Mettler Toledo
®
AB204,
se
agregaron 40 mL de solvente y se
dejó en reposo durante 3 horas. La so-
lución coloreada se separó y a las se-
millas se les agregó 10 mL más de
solvente y se agitó. Se recolectaron
las soluciones coloreadas en un balón
de base redonda de 100 mL previa-
mente pesado y se eliminó el solvente
en un rotavapor Yamato
®
BM-200. Se
secó el residuo en la estufa Mem-
mert
®
UNB 500 a 55 °C, y una vez
frío el balón se pesó. Se colocó el co-
lorante seco en un mortero y se molió
hasta obtener un polvo fino.
En el caso de la extracción con hidró-
xido de potasio al 2 %, después de
juntar las soluciones coloreadas, se
ajustó el pH a 2 con ácido sulfúrico
diluido, luego se filtró la solución
acidificada en un equipo de filtración
al vacío. El residuo obtenido fue se-
cado y molido en mortero al igual
que las muestras obtenidas con los
otros solventes.
Se realizó el análisis de varianza, más
conocido como ANOVA para deter-
minar si existen diferencias significa-
tivas entre las muestras y los
diferentes solventes utilizados. La hi-
pótesis que se pone a prueba en el
ANOVA es que las medias poblacio-
nales son iguales, si las medias son
iguales significa que los grupos no di-
fieren entre sí.
Caracterización del colorante
Espectroscopia visible
Se disolvieron 10 mg del colorante
obtenido y se aforó en un balón de
100 mL con cloroformo. Con una pi-
peta volumétrica se tomó una alí-
cuota de 10 mL de la solución y se
aforó con cloroformo en un balón de
50 mL. Se colocó la solución en una
celda de cuarzo y se realizó un ba-
rrido entre 350 y 550 nm en el espec-
trofotómetro visible Thermo Electric®
Genesys 10vis.
Espectroscopia Infrarroja
En Espectrofotómetro FT-IR Perkin
Elmer
®
Spectrum BX con ATR Miracle
Pike; se colocó una pequeña canti-
dad de pigmento y se realizaron 10
barridos bajo las siguientes condicio-
nes: resolución de 4 cm
-1
, en el rango
de 4400 a 520 cm
-1
y a un intervalo
de 2 cm
-1
. Una vez obtenido el res-
pectivo espectro y con ayuda del soft-
ware Spectrum se realizó la correc-
ción de la línea base, normalización,
corrección de la reflectancia total
atenuada (ATR, por sus siglas en in-
glés) y suavizado automático.
infoANALÍTICA
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RESULTADOS
Extracción del colorante
En la Tabla 1 se presentan los porcen-
tajes de colorante sin purificar obte-
nido en con cada solvente. Se puede
observar que tanto con los solventes
orgánicos cloroformo y acetona, y
con el hidróxido de potasio acuoso
al 2% se logran extraer cantidades si-
milares de materia colorante.
El ANOVA de dos factores se realizó
para tener una visión clara de la re-
lación entre muestras y solventes; y
determinar si existen diferencias sig-
nificativas entre las muestras y los di-
ferentes solventes utilizados (Tabla 2).
Tabla 1 Promedio de las extracciones del colorante del achiote
Porcentaje de
Método de extracción colorante en
materia seca (%)
Acetona 7,6 ± 0,2
Hidróxido de Potasio 9,2 ± 0,7
acuoso al 2 %
Cloroformo 8,1 ± 0,4
Tabla 2 ANOVA de dos factores
Origen Variación Variación Grados F F Criterio
Libertad crítico
Filas (Solventes) 9,98 2 152,26 3,89 H
0
(1)
Columnas (Muestras) 1,69 3 17,18 3,49 H
0
(2)
Interacción 3,17 6 16,09 3,00 H
0
(3)
Residual 0,39 12
Total 15,23 23
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Bixa orellana
)
59
Entre los factores básicos (filas y co-
lumnas), vemos que H
0
(3)
ha sido re-
chazada por lo que quiere decir que
las interacciones entre solventes y
muestras son considerablemente
grandes. El F para las filas es 152,26
puesto que el Fcrítico es 3,89 pode-
mos rechazar la hipótesis H
0
(1)
de
que las filas tienen medias iguales.
Esto es equivalente a decir que los
solventes no son igualmente efecti-
vos. Para 3 y 12 grados de libertad el
Fcrítico es 3,49. Por lo tanto el F cal-
culado para las columnas es 17,18 se
rechaza la hipótesis H
0
(2)
de que las
columnas tengan medias iguales. Lo
que significa que existen diferencias
significativas entre las muestras.
Espectroscopia visible
El espectro visible de los carotenoi-
des es bastante característico en el
rango de 400 a 500 nanómetros. Se
observa un máximo alrededor de 450
nanómetros y generalmente se en-
cuentran dos bandas con alta inten-
sidad a cada lado.
En la Figura 3 se muestra el espectro
visible de una de las muestras del co-
lorante extraído con los tres solven-
tes, encontrándose semejanzas con
el espectro bibliográfico de la bixina,
que como en todas las muestras los
puntos máximos se encontraron en
471 y 504 nanómetros respectiva-
mente.
infoANALÍTICA
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Figura 2. Espectros visibles del colorante del achiote
con los diferentes solventes
Tomando en cuenta los datos obteni-
dos en la extracción, el espectro ob-
tenido usando hidróxido de potasio
al 2% confirma una alta concentra-
ción de bixina, y entre los dos solven-
tes orgánicos acetona y cloroformo,
la absorbancia más alta se obtiene
con cloroformo.
Espectroscopia Infrarroja
En la Figura 4 se observa uno de los
espectros infrarrojos obtenidos, en
este se pueden identificar las bandas
en 1700 a 1750 cm
-1
y en 1160 cm
-1
correspondientes a los grupos funcio-
nales más representativos de la bixina
como son el ácido carboxílico y el
éster respectivamente.
Dependiendo del solvente utilizado
para la extracción del colorante se
obtiene un producto distinto en
cuanto a calidad, al que las industrias
le dan diferentes usos. El extracto hi-
drosoluble, obtenido con solución de
hidróxido de potasio, se utiliza en la
fabricación de productos con fase
acuosa como quesos duros y produc-
tos de panadería. El extracto liposolu-
ble, obtenido con solventes orgáni-
cos, se utiliza en productos con alto
contenido de grasas como margarinas
y aderezos para ensaladas (Toledo De
Oliveira et al., 2004).
Como lo señalan varios autores, el
empleo de hidróxido de potasio
como solvente cuando se necesita ex-
traer el colorante de la semilla del
achiote es el predilecto por algunas
empresas extranjeras que se dedican
a la comercialización del pigmento
en polvo, pues lo catalogan como el
solvente más apropiado porque se
puede obtener bixina y norbixina en
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Bixa orellana
)
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Figura 3 Espectro infrarrojo del colorante del achiote
extraído con KOH acuoso al 2 %
DISCUSIÓN
forma simultánea, ya que cuando la
bixina entra en contacto con la solu-
ción de álcali forma una molécula de
metanol y una sal dipotásica que, por
acidificación, produce el ácido dibá-
sico norbixina (Pineda y Saldarriaga,
2003). A este factor se suma además
que el empleo de solvente orgánicos
aunque dan buenos resultados como
se evidencia con el cloroformo y la
acetona, presentan inconvenientes
por todos los procesos adicionales y
los gastos económicos que resultan al
tener que recuperar el solvente. Cabe
señalar que aunque con el hidróxido
de potasio al 2% se obtuvo una
mayor variabilidad, esto puede ate-
nuarse al controlar las variables del
proceso extractivo.
Al determinar si existen interacciones
significativas entre los factores bási-
cos (solventes y muestras) vemos que
en todos los casos el F calculado es
mayor que el Fcrítico, lo que significa
que los solventes no son igualmente
efectivos y que existen diferencias
significativas entre las muestras.
El espectro UV-VIS muestra que la
máxima absorbancia se encuentra en
un rango de 450 a 500 nanómetros,
lo que se corrobora con lo encon-
trado en la literatura, que a 480 na-
nómetros se presenta la mayor
absorbancia para el colorante del
achiote (Britton et.al, 2004; Jaramillo
y Muñoz, 1992). Se aprecian ade-
más intensidades diferentes, debido
a la presencia de impurezas, puesto
que no se realizó un proceso de pu-
rificación del colorante.
El espectro infrarrojo obtenido mues-
tra un pico sobresaliente aproxima-
damente a los 1600 cm
-1
repre-
sentativo de grupos carbonilo. Entre
1700 cm
-1
y 1800 cm
-1
se presenta
una serie de picos consecutivos que,
aunque no son muy sobresalientes,
son representativos de los dobles en-
laces, todos los cuales son caracterís-
ticos de la estructura química de los
carotenoides presentes en los pig-
mentos aislados.
infoANALÍTICA
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62
Para la extracción de colorante, el
achiote es una especie vegetal muy
versátil, ya que con sólo variar el sol-
vente de extracción se tiene la posi-
bilidad de obtener colorantes solu bles
en agua (hidrosolubles) o solubles en
aceite (liposolubles).
El solvente más apropiado para la ex-
tracción del colorante sin purificar
por las ventajas económicas y ecoló-
gicas es el hidróxido de potasio
acuoso al 2 %.
En los espectros visible e infrarrojo de
los productos obtenidos se identificó
la presencia de bixina, principal
componente del colorante de la se-
milla del achiote.
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(
Bixa orellana
)
63
CONCLUSIONES
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infoANALÍTICA
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