UNIVERSIDAD NACIONAL DE FRONTERA – SULLANA

FACULTAD DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS

ALIMENTARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE

INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA OBTENER EL

GRADO ACADÉMICO DE BACHILLER EN:

INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

“SEPARACIÓN DE COMPUESTOS BIOACTIVOS A

PARTIR DE MAÍZ MORADO: UNA REVISIÓN”

Autor:

Juan Diego Neil Espinoza Alvines

Asesor:

Dr. Heber Peleg Cornelio Santiago

Resolución N° 075-2020-UNF-VPAC/FIIA

SULLANA - PERÚ

2021

i

DEDICATORIA

Ha pasado un largo tiempo sin tu

presencia y solo recuerdo las mil

maneras de siempre haberme

brindado lo mejor de ti. Tus

enseñanzas fueron siempre

fundamentales para lograr mis

objetivos. Gracias, por tanto.

Dedicado a mi padre

ii

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por la fortaleza

espiritual en estos tiempos difíciles, a

todas las personas que me han

apoyado y creyeron en mí.

Especialmente a mi madre y mi

hermana por ser apoyo incondicional.

A mi asesor Heber por su

compromiso y ayuda, a toda mi

familia por ser fuente de motivación

y a mis amigos que me acompañaron

en este proceso.

iii

AUTORIDADES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE FRONTERA

Presidente de la Comisión Organizadora:

Dr. Raúl Edgardo Natividad Ferrer

Vicepresidente Académico (e):

Dr. Freddy Rogger Mejía Coico

Vicepresidente de Investigación:

Dr. Freddy Rogger Mejía Coico

Coordinador de la Facultad de Ingeniería de Industrias Alimentarias:

Dr. Wilson Manuel Castro Silupu

iv

VISTO BUENO DEL ASESOR DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÒN

El docente de la Universidad Nacional de Frontera, Dr. HEBER PELEG CORNELIO

SANTIAGO, asesor designado según resolución Nº075-2020-UNF-VPAC/FIIA, hace

constar que ha asesorado el trabajo de investigación titulado “SEPARACIÓN DE

COMPUESTOS BIOACTIVOS A PARTIR DE MAÍZ MORADO: UNA REVISIÓN”,

del estudiante Juan Diego Neil Espinoza Alvines de la Facultad de Ingeniería de Industrias

Alimentarias, Escuela profesional de Ingeniería de Industrias Alimentarias.

El suscrito da el visto bueno del mencionado trabajo de investigación dándole pase para que

el informe del trabajo de investigación perfectamente redactado sea sometido a las siguientes

etapas correspondientes para la obtención de la constancia de aprobación del trabajo de

investigación por parte de las autoridades correspondientes de la Facultad de Ingeniería de

Industrias Alimentaria.

Piura, 11 de mayo de 2021

...........................................................

Dr. Heber Peleg Cornelio Santiago

Asesor

v

DECLARACIÓN JURADA DE NO PLAGIO PLAGIO DE TRABAJO DE

INVESTIGACIÓN PARA LA OBTENCIÓN DE GRADO ACADÉMICO DE

BACHILLER

Yo, JUAN DIEGO NEIL ESPINOZA ALVINES identificado con D.N.I Nº72893756

estudiante de la Escuela Profesional de Ingeniería de Industrias Alimentarias de la Facultad

de Ingeniería de Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional de Frontera (UNF).

Declaro Bajo Juramento

Que:

1. Soy autor del Trabajo de investigación titulado:

“SEPARACIÓN DE COMPUESTOS BIOACTIVOS A PARTIR DE MAÍZ

MORADO: UNA REVISIÓN”. Que presento para obtener el grado académico de

bachiller en: Ingeniería de Industrias Alimentarias.

2. El trabajo de investigación no ha sido plagiado ni total ni parcialmente y para su

realización se ha respetado las normas internacionales de citas y referencias para las

fuentes consultadas.

3. El trabajo presentado no atenta contra los trabajos de terceros.

4. El trabajo de Investigación presentado no ha sido publicado ni presentado

anteriormente para obtener algún grado previo o título profesional.

5. La información presentada es real y no ha sido falsificada, ni duplicada, ni copiada.

Por lo expuesto mediante la presente asumo toda la responsabilidad que pudiera derivarse

por la autoría y originalidad y veracidad del contenido del Trabajo de Investigación, así como

por los derechos sobre la obra y/o invención presentada. Asimismo, por la presente me

comprometo a asumir además todas las cargas pecuniarias que pudieran derivarse para la

UNF en favor de terceros por motivo de acciones reclamaciones o conflictos derivados del

incumplimiento de lo declarado o las que encontrarán causa el contenido del Trabajo de

Investigación.

De identificarse fraude, piratería, plagio, falsificación en el trabajo de investigación haya sido

publicado anteriormente, asumo las consecuencias y acciones civiles y penales que mi acción

se deriven.

Sullana, 11 de mayo del 2021

---------------------------------------

JUAN DIEGO NEIL ESPINOZA ALVINES

DNI:72893756

vi

ÍNDICE

Dedicatoria .......................................................................................................................................... i

Agradecimiento .................................................................................................................................. ii

Autoridades de la Universidad Nacional de Frontera ........................................................................ iii

Visto bueno del asesor del trabajo de invetigación ............................................................................ iv

Declaración jurada de no plagio de trabajo de investigación para la obtención de Grado Académico

de Bachiller ........................................................................................................................................ v

Índice ................................................................................................................................................ vi

Índice de tablas ................................................................................................................................ vii

Índice de figuras .............................................................................................................................. viii

Resumen ........................................................................................................................................... ix

Abstract .............................................................................................................................................. x

I. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1

II. COMPOSICIÓN QUIMICA DEL MAÍZ MORADO (Zea mays L.) ..................................... 3

2.1 Compuestos bioactivos ....................................................................................................... 4

2.2 Compuestos fenólicos......................................................................................................... 5

2.3 Antocianinas ....................................................................................................................... 7

III. SEPARACIÓN DE COMPUESTOS BIOACTIVOS ............................................................. 9

3.1 Métodos convencionales .................................................................................................... 9

3.1.1 Extracción por Soxhlet ............................................................................................... 9

3.1.2 Extracción por maceración ....................................................................................... 10

3.2 Métodos no convencionales ............................................................................................. 11

3.2.1 Extracción asistida por ultrasonido ........................................................................... 11

3.2.2 Extracción asistida por microonda ............................................................................ 12

3.2.3 Extracción con fluidos supercríticos ......................................................................... 13

IV. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 16

V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 17

vii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Resultados de Parámetros Óptimos con scCO2 .................................................................. 14

viii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Mazorcas, tusa y granos de maíz morado (Zea mays L.). ................................................. 3

ix

RESUMEN

En la actualidad el maíz morado es conocido alrededor del mundo como un cereal rico en

compuestos fenólicos sobre todo en antocianinas, es por ello que dentro de la industria

alimentaria ha sido considerada como una alternativa escalable y económica al tinte sintético,

además posee amplios beneficios en la salud por ser una fuente rica en compuestos

bioactivos. En este trabajo, se recabó bibliografía de composición química y separación de

compuestos bioactivos del maíz morado (Zea mays), proporcionando así una revisión de las

diferentes técnicas convencionales y no convencionales que pueden ser utilizadas para la

extracción de dichos compuestos a partir de las diferentes partes del maíz morado (Zea mays).

Los compuestos bioactivos presentes podían ser extraídos con métodos convencionales, pero

estos usaban disolventes como alcohol, agua o una combinación de ambos, presentando

desventajas como el alto consumo de disolventes y pérdida de los compuestos de interés, sin

embargo, al utilizar métodos no convencionales los disolventes mejoraron la calidad y

cantidad de los extractos obtenidos, manteniendo sus propiedades nutricionales y sensoriales.

En la presente revisión se encontró que el compuesto mayormente presentado es 3-O-

glucósido el cual es la encargada de brindar la coloración característica a este cereal.

Palabras claves: 3-O-glucósido, compuestos fenólicos, antocianinas, métodos de

extracción.

x

ABSTRACT

Purple maize is currently known around the world as a cereal rich in phenolic compounds,

especially anthocyanins, which is why within the food industry it has been considered as a

scalable and economical alternative to synthetic dyes, as well as having wide-ranging health

benefits as a rich source of bioactive compounds. In this work, literature on the chemical

composition and separation of bioactive compounds from purple maize (Zea mays) was

collected, providing a review of the different conventional and non-conventional techniques

that can be used for the extraction of these compounds from the different parts of purple

maize (Zea mays). The bioactive compounds present could be extracted with conventional

methods, but these used solvents such as alcohol, water or a combination of both, presenting

disadvantages such as high solvent consumption and loss of the compounds of interest,

however, by using non-conventional methods the solvents improved the quality and quantity

of the extracts obtained, maintaining their nutritional and sensory properties. In the present

review, it was found that the compound most frequently present is 3-O-glucoside, which is

responsible for the characteristic colouring of this cereal

Keywords: 3-O-glucoside, phenolic compounds, anthocyanins, extraction methods.

1

I. INTRODUCCIÓN

El maíz morado (Zea mays L.) es un cereal de origen peruano que sido cultivado desde

tiempos preincaicos a 3000 m.s.n.m y ha formado parte de la alimentación de los nativos

(Castellano‐Hinojosa et al., 2018), este cereal se encuentra formado por granos y tuzas las

cuales representan un 85% y 15% respectivamente del total del cereal (Lao et al., 2017).

En la actualidad el maíz morado es conocido alrededor del mundo y se realizan exportaciones

a mercados de Asia, Estados Unidos y Europa, ya sea el cereal entero, granos, tusas micro

pulverizadas o como extractos a partir de esta última. (Cristianini & Guillén Sánchez, 2020).

Las exportaciones del maíz morado en el Perú fueron de 6.755.647 kilogramos por un valor

FOB de US$ 12.550.179 durante el año 2020, superando los 798.810 kilos por un valor FOB

$ 1.249.588 que fueron exportados en 2019. (Agencia Agraria de Noticias, 2021).

Este cereal es un alimento rico en compuestos fenólicos sobre todo en antocianinas (Monroy

et al., 2016a), sus granos poseen una de las coloraciones más intensas en el reino vegetal

(Lao et al., 2017).

En el Perú su colorante es utilizado para la preparación de bebidas y postres típicos como son

la “Chicha Morada” y “Mazamorra Morada”, así como también es usado para la elaboración

de caramelos y jaleas. (Gullón et al., 2020; Lao et al., 2017; Montilla et al., 2011; Pedreschi

& Cisneros-Zevallos, 2007; Yang & Zhai, 2010a).

El maíz morado (Zea mays L.), dentro de la industria alimentaria es considerada como una

alternativa escalable y económica al tinte sintético, este se debe a una antocianina llamada

cianidina-3-glucósido que se encuentra localizada en la mazorca y en el pericarpio del grano

(Chatham et al., 2019; Cristianini & Guillén Sánchez, 2020), también dentro de la industria

farmacéutica por sus amplios beneficios en la salud y por ser una fuente rica en compuestos

bioactivos como las antocianinas, ácidos fenólicos y/o flavonoides, entre otros compuestos

bioactivos los cuales poseen propiedades beneficiosas al organismo, como antioxidantes,

antiinflamatorias, antimutagénicos, anticancerígenos y antiangiogénicos, previniendo

2

enfermedades de insuficiencia cardíaca, hipertensión, obesidad, cáncer de colon, esófago,

pulmón, hígado, mama, enfermedades vasculares cerebrales, prevención en el crecimiento

de tumores, rotura de aneurismas y lesiones renales (Jing & Giusti, 2005; Lao et al., 2017;

Lao & Giusti, 2018; Mansilla et al., 2020; Monroy et al., 2016a; Serafini et al., 2012; Wang

et al., 2011).

Estos compuestos pueden se extraídos a través de métodos convencionales, tales como el

Soxhlet y por maceración, en los cuales son usados disolventes como alcohol, agua, o una

combinación de ambos, pero dichas técnicas presentan ciertas desventajas como el alto

consumo de disolventes y pérdida de los compuestos de interés. Estas degradaciones también

van a depender de otras variables del sistema de extracción como: la temperatura, tipo y

proporción del solvente y otros factores independientes, como el tipo o acondicionamiento

previo de la matriz. (Essien et al., 2020).

A partir del siglo XX se implementaron los métodos no convencionales los cuales utilizan

una menor cantidad de disolventes mejorando la calidad y cantidad de los extractos

obtenidos, manteniendo sus propiedades nutricionales y sensoriales; algunos de estos

métodos son: extracción asistida por ultrasonido, extracción asistida por microondas y

extracción con fluidos supercríticos. La mayoría de los compuestos extraídos se realizaron

utilizando métodos convencionales y fueron provenientes de la tusa del maíz morado (Zea

mays L.) debido a que en esta parte del cereal se biosintetiza nitrógeno, y se acumula en

forma de ácidos fenólicos y antocianinas, necesarios para el desarrollo y crecimiento de los

granos. (Cristianini & Guillén Sánchez, 2020; Zia et al., 2020).

El objetivo de este trabajo de investigación es recabar información acerca de la composición

química y separación de compuestos bioactivos del maíz morado (Zea mays),

proporcionando una revisión de las diferentes técnicas convencionales y no convencionales

que pueden ser utilizadas para la extracción de dichos compuestos a partir de las diferentes

partes del maíz morado (Zea mays).

3

II. COMPOSICIÓN QUIMICA DEL MAÍZ MORADO (Zea mays L.)

El maíz morado (Zea mays L.) es un cereal cuyo cultivo se ha dado en los andes del Perú a

3000 metros sobre el nivel medio del mar (Castellano‐Hinojosa et al., 2018), lo cual le

permite una producción óptima, la planta llega a medir aproximadamente 165 cm de altura y

en esta se desarrollan tres mazorcas, las mismas que se componen de tusas y granos (Figura

1). La tusa alcanza un tamaño aproximado entre 15 cm a 20 cm de largo y los granos entre

11 mm a 13 mm de largo y 5.6 mm a 6.2 mm de ancho (Cristianini & Guillén Sánchez, 2020).

Figura 1. Mazorcas, tusa y granos de maíz morado (Zea mays L.).

Fuente: Propia

La composición estructural de un grano entero de maíz morado es similar a la del maíz

amarillo y consta de cuatro partes distintas: endospermo (82% a 84% de la masa del grano

entero, base seca (db), germen (10% a 12%, db), salvado (5% a 6%, db) y la capa de la punta

(1%, db), (Ai & Jane, 2016). Se han realizado estudios en muestras de granos de maíz morado

en polvo en donde se analizó y obtuvo datos de una humedad aproximada de 10.00 g/100 g,

ceniza 1.71 g/100 g, proteína 9.10 g/100g, grasa 1.8 g/100g, fibra 11.20 g/100g, almidón

57.70 g/100g, amilosa 27.10 g/100g, además de minerales como cobre 0.16 mg/kg,

4

manganeso 0.57 mg/kg, hierro 2.78 mg/kg, zinc 2.54 mg/kg, magnesio 118 mg/kg, fósforo

291 mg/kg, potasio 458 mg/kg (Nascimento et al., 2014)

2.1 Compuestos bioactivos

Los compuestos bioactivos como las antocianinas, ácidos fenólicos y/o flavonoides se

pueden producir sintéticamente o se obtienen de manera natural de alimentos, algas y plantas

(Essien et al., 2020), por lo que podemos afirmar que se encuentran de manera amplia en el

reino vegetal, estos pueden agruparse por su estructura química en vitaminas, antioxidantes,

polifenoles, derivados terpénicos, compuestos azufrados, fitoestrógenos, minerales, ácidos

grasos poliinsaturados, fibra dietética y ácido fítico (Barba et al., 2014).

A estos compuestos se les ha atribuido una amplia gama de beneficios antioxidantes que está

correlacionada a la cantidad albergada de compuestos bioactivos en el material vegetal,

siendo una buena opción de sustitución de antioxidantes (Lao et al., 2017; Monroy et al.,

2016a).

El maíz morado (Zea mays L.) contiene un importante contenido de vitaminas (A, B, E, y K),

fibra dietética, carotenoides, flavonoides (antocianinas) y ácidos fenólicos (ácido ferúlico,

ácido cumárico y ácido siríngico), además de fitoesteroles que se encuentran en menor

cantidad y que inciden en la reducción del colesterol y prevención de arterosclerosis (Siyuan

et al., 2018).

En estudios realizados se lograron identificar alrededor de 130 compuestos químicos

pertenecientes al maíz morado, de los cuales 12 son de mayor importancia debido a que son

ampliamente usados dentro de la industria alimentaria, entre estos tenemos a los compuestos

orgánicos (tiotropium, bisoplolol, ácido glicocólico), hidroxicumarina (4–

metilumbeliferona), flavonoide (luteolina), antocianina (cianidina 3-O-glucósido), alcaloide

(codeína, sinomenina), cetonas fenólicas (6-gingerol), éster (ciclandelato). (Lee et al., 2021)

5

Fossen et al. (2001) tras su estudió demostró que la administración vía oral de un extracto a

partir del maíz morado con un total de 20.5% de concentración de antocianinas durante un

periodo de 36 semanas generan efectos positivos en la inhibición de carcinogénesis

colorrectal. Magni et al. (2018) evaluó la acción antialodínica del extracto de maíz morado

durante 14 días dando como conclusión que la administración de dichos extractos es una

alternativa económica y fácil para la reducción de los dolores vinculados con el nervio

trigeminal en distintas patologías.

Debido a estos beneficios estudiados de estos compuestos es de suma importancia conocer

que métodos son los más convenientes para su obtención (Azmir et al., 2013), asimismo

identificarlos y caracterizarlos de manera detallada puede permitir una mayor valorización

económica de los residuos de este cereal y su industrialización, aumentando sosteniblemente

el cuidado ambiental. (Gullón et al., 2020).

2.2 Compuestos fenólicos

Los compuestos fenólicos son aquellos cuya estructura consta de al menos un grupo hidroxilo

fenólico (Lao et al., 2017), estos cumplen un rol importante en la deterioración de radicales

libres en los organismos, realizando acciones antioxidantes, en este grupo se incluyen las

gliconas o glucósidos (monómeros o altamente polimerizados), que son un grupo relevante

de los compuestos bioactivos encontrados en el maíz morado (Essien et al., 2020; Lee et al.,

2021). Dentro de los compuestos fenólicos se encuentra los ácidos fenólicos y los

flavonoides.

Entre los flavonoides tenemos a la cianidina 3-O-glucósido (18.84 mg /kg muestra de grano

seco, 183.3 mg /100 g de peso de mazorca seca) (Hu et al., 2020; Yang & Zhai, 2010b), es

el mayor compuesto encontrado en el maíz morado el cual es el encargado de brindar la

coloración característica a este cereal y de las propiedades antioxidantes, antidiabéticas y

antiinflamatorias (Chen et al., 2018; Ongkowijoyo et al., 2018).

6

En estudios realizados en la seda de maíz se ha identificado derivados de la luteolina, como

la maysina [rhamnosil-6-C-(4ketofucosil)-5,7,3,4-tetrahidroxiflavona] y el derivado de su

análogo metoxi. En las muestras de sedas de los híbridos púrpura y verde (ZP Exp, ZP 555)

se mostraron 1,5 veces más los contenidos de flavonoides que en la seda del híbrido amarillo

(ZP 366) y se mostró una alta correlación entre el contenido de derivados de luteolina y ácido

clorogénico (3-CQA) en estas muestras. (Slaana Žilić et al., 2012).

Gullón et al. (2020) a partir de extractos de mazorcas de maíz morado (Zea mays L.) en polvo

detectó alrededor de 15 compuestos fenólicos con valores máximos de contenido total de

flavonoides de 22,8 mg RE/g PCC y Monroy et al., (2016c) muestra el contenido de

flavonoides totales (TF) con un valor de 93,7 mg equivalentes de catequina, además (Monroy

et al., 2016c) reportó la concentración más alta de cianidin3-glicósido con valores de 26 a 38

mg por gramo de extracto.

Ramos-Escudero et al. (2012) tras un estudio de perfiles de compuestos fenólicos presenta

picos elevados en flavonoide Kaempferol; ácidos fenólicos, como el ácido protocatéquico, el

ácido p-cumárico, cafeico, ácido ferúlico y ácido vinílico y las antocianinas más prevalentes

fueron los derivados de la cianidina.

El mayor contenido fue el del compuesto Kaempferol con 2240 mg/kg de muestra, de este

compuesto se ha descrito su capacidad antioxidante que sirve para controlar los radicales

libres, lo que contribuye a la inhibición del crecimiento de las células cancerosas, la

angiogénesis y apoptosis en enfermedades crónicas de cáncer (A. Y. Chen & Chen, 2013)

Dentro de los ácidos fenólicos, se encuentran los ácidos ferúlicos quienes se encuentran

localizados mayormente en el pericarpio de la capa de aleurona, se determinó en muestras de

maíz mexicano pigmentado con 2 mg/100 g de ácido ferúlico. (Lopez-Martinez et al., 2009),

se halló 1,69 g acido ferúlico/kg en mazorcas de maíz morado, este compuesto está

relacionado ampliamente en la prevención de la diabetes, enfermedades cardiovasculares,

cáncer y neurodegenerativas (Lau et al., 2020),

7

Sladana Žilić et al. (2016) detectó a la seda de maíz, como una fuente rica de ácidos

clorogénicos, como la 3-O-cafeoilquínico (3-CQA) y 4-O-cafeoilquínico (4-CQA) con rango

de variación amplia de 932.7 a 1840.8 mg/100 g y 186.9 a 426.6 mg 3-CQAE/100g. La seda

amarilla (ZP 366) tuvo 2 veces menos contenido de estos compuestos a comparación de las

sedas de los híbridos púrpuras (ZP Exp) y verde (ZP 555), también se identificaron

contenidos de ácido 5-O-cafeilquínico (5-CQA) y ácido p-cumaroilquínico (p-CQA), pero

con valores inferiores a 100 mg 3-CQAE / 100 g.

Monroy et al. (2016a) muestra contenidos de compuestos fenólicos de 296 mg de ácido

gálico/g de extracto de maíz morado liofilizado y (Monroy et al., 2016c) informa contenidos

de fenoles totales de 389 mg equivalentes de ácido gálico por gramo de extracto, mientras en

otro trabajo a partir de extractos de mazorcas de maíz morado se obtuvieron valores máximos

del total de compuestos fenólicos con 18.6 mg GAE/g PCC (Gullón et al., 2020), y el

contenido fenólico total (TPC) en extractos acuosos ricos en antocianinas a partir del

pericarpio de granos de maíz morado varió de 69.1 a 225.1 mg GAE /g DW (Zhang et al.,

2019).

2.3 Antocianinas

Las antocianinas son una clase de compuestos fenólicos solubles en agua con propiedades

promotoras de la salud (He & Monica Giusti, 2010; Khoo et al., 2017), son pigmentos que

se encuentran ampliamente en las plantas y poseen actividad antioxidante (Hosoda et al.,

2012), en el maíz morado se encargan de dar la coloración rojo púrpura oscuro, las seis

principales antocianinas presentes en este cereal incluyen cianidin-3-glucósido (Cy-3-glu),

pelargonidin-3-glucósido (Pg3-glu), peonidin-3-glucósido (Pn-3-glu) y su ácido malónico

derivados unidos a la posición C-6 ’’ del resto de glucosa, estos se almacenan mayormente

en la capa de aleurona y pericarpio del grano y aumentan su capacidad conforme el grano

madura (20 a 36 días después de la polinización), en el verano el contenido de antocianinas

podía llegar hasta los 1242.3 mg/kg de peso seco. (De Pascual-Teresa et al., 2002; Hong et

al., 2020; Lao et al., 2017; Lao & Giusti, 2016; Monroy et al., 2016b; Pedreschi & Cisneros-

Zevallos, 2007; Slaana Žilić et al., 2012).

8

Monroy et al. (2016a) obtuvo a partir de extractos liofilizados de la mazorca un contenido de

antocianinas de 54.6 mg de cianidina 3 glucósido/g de extracto, igualmente Monroy et al.

(2016c) reporta un contenido de antocianinas monoméricas totales (TMA) de 64 mg de

cianidin-3-glucósido por gramo de extracto, sin embargo Gullón et al. (2020) en su estudio

reporta valores máximos de antocianinas de 14 mg CGE/g PCC, del mismo modo otro autor

halló un contenido total de antocianinas en mazorcas de maíz morado (Zea mays L.) con un

valor de 185.1 mg/100g y asimismo pudo identificar compuestos como cianidina-3-

glucósido, pelargonidina-3-glucósido, peonidina-3-glucósido y sus homólogos malonados

(Yang & Zhai, 2010b), por otro lado se reportaron contenidos de antocianina (TAC) de 12.8

a 93.5 mg de equivalentes de C3G/g DW. (Zhang et al., 2019)

Ramos-Escudero et al. (2012) considera al maíz morado como una fuente de pigmento

natural debido a alto contenido de antocianinas, que informamos en el rango de 0.86 a 2.87

g / kg de muestra en todos los diferentes sistemas de extracción. Paucar-Menacho et al. (2017)

las detalla como una las clases fenólicas más abundantes presentes en el maíz morado, con

alrededor del 92% en semillas y el 89% los demás brotes del maíz morado, en su trabajo

identificó 21 pigmentos de antocianinas, entre ellas Cy 3,5-diglucosa, Cy 3-glucósido, Pg 3-

glucósido, Pn 3-glucósido y delfinidina 3-glucósido, la actividad antioxidante total de la

muestra fue de 4837.06 mg TE /100 g de muestra.

Pedreschi & Cisneros-Zevallos. (2007) realizó una cuantificación de las antocianinas en

fracciones acuosas presentes informando al cianidin-3-glucósido como uno de los más altos

encontrados en muestras de maíz morado (Zea mays L.) con un 44% del total de antocianinas

(15.43 mg/g de fracción acuosa), seguido de su forma acilada con el 26.8% (10.37 mg/g de

fracción acuosa), el peonidin-3-glucósido y su forma acilada con el 9,9% (4.44 mg/g de

fracción acuosa) y el 11% (4.85 mg/g de fracción acuosa), respectivamente, el pelargonidin-

3-glucósido y su forma acilada con cantidades mínimas del 3% (2.33 mg/g de fracción

acuosa) y 4,6% (2.83 mg/g de fracción acuosa) respectivamente.

9

III. SEPARACIÓN DE COMPUESTOS BIOACTIVOS

3.1 Métodos convencionales

3.1.1 Extracción por Soxhlet

El método de extracción Soxhlet ha sido utilizado de manera extensa para la obtención de

compuestos bioactivos de distintos materiales vegetales, y en la actualidad también es usado

para ser comparado frente a nuevas tecnologías de extracción, este método consiste en

colocar cantidades pequeñas de muestras secas en un cartucho, el cual se coloca en un matraz

de destilación con disolventes de interés (inorgánicos u orgánicos), cabe destacar que la

eficiencia de la extracción también depende del poder del disolvente y de la polaridad de los

compuestos, luego de haber alcanzado un nivel de desbordamiento, la solución del dedal se

aspira mediante un sifón el cual descarga la solución nuevamente en el matraz, esta transporta

los solutos extraídos al líquido a granel y el soluto contenido en el matraz de destilación junto

con el disolvente pasan nuevamente al lecho sólido de la planta. El proceso se repite hasta

que se completa la extracción. (Azmir et al., 2013).

En un trabajo realizado por Gorriti et al. (2009) en extracción de antocianinas en tusas de

maíz morado en solución etanólica al 20%, pH 2, con factores de temperatura de extracción

en 25, 60, 75 y 90 ºC, tiempos de extracción de 30, 60, 120 y 240 min, con una relación

sólido:líquido de 1:80, obtuvo una mejor extracción en contenidos de antocianinas de 37.127

mg de cianidina 3 glucósido/g de muestra (75°C,240 min.) y de compuestos fenólico 76.962

mg de ácido gálico/g de muestra (90°C,120 min).

Rafael, E. (2017) determinó la concentración de antocianinas a partir de la tusa de maíz

morado utilizando etanol al 20 % y agua destilada como solventes, relación de solido: liquido

(1:20), a tiempos de extracción de 30 y 60 minutos y temperaturas de 50 y 70 °C y

concentraciones posteriores a 30°C, mostrando resultados de antocianinas para la utilización

de agua destilada, a temperatura 70°C y 60 min valores de 7.43 mg de cianidina 3 glucósido/g

de muestra, sin embargo la extracción con etanol al 20 % a 50°C en un tiempo de 60 min

10

presenció mayor cantidad de concentración de antocianinas con valores de 8.74 mg de

cianidina 3 glucósido/g de muestra.

3.1.2 Extracción por maceración

El método de maceración trata sobre la sumersión de la muestra en un tanque contenido con

el disolvente y mantenerlo en reposo a temperatura ambiente durante cierto tiempo, previo a

la sumersión estas muestras se pueden someter a molienda para convertirlas en partículas

más pequeñas y aumentar la superficie de contacto con el disolvente y de esa manera romper

sus paredes celulares y liberar de manera más fácil los compuestos bioactivos. (Azmir et al.,

2013; Cristianini & Guillén Sánchez, 2020)

Alarcon, C. (2015) realizó la aplicación del método de maceración optimizando criterios de

extracción de antocianinas utilizando como muestra al maíz morado (Zea mayz L.), se usó

disolvente etanol: agua al 80% y pH=3 a 70 °C durante 50 min con una relación sólido-

líquido (1:3) a y agitación constante, obteniendo como resultados en contenidos de

antocianinas el 27.82 mg de cianidina 3 glucósido/g de muestra en extractos de mazorca de

maíz morado.

Ccaccya Ccaccya et al. (2018) evaluó la cantidad de compuestos bioactivos presentes en

coronta de maíz morado (Zea mays L.), se extrajo con una relación solido líquido de 1:100

(p/v) con etanol (20%), pH=2, a temperatura de 70°C durante 30 minutos, obteniendo

contenido de flavonoides entre valores de 3.1 a 4.4 µg/mg expresado como equivalente de

quercetina, polifenoles totales entre 67.9 a 94.1 µg/mg expresado como equivalente de ácido

gálico, antocianinas totales de 24.4 a 42.6 mg/g y compuesto de cianidina-3-glucósido tuvo

valores entre 9.5 a 18.5 mg/g, en el presente trabajo se presentaron valores amplios en

muestra de maíz morado Limeño con cianidina-3-glucósido (18.5 mg/g), antocianinas totales

(42.6 mg/g), flavonoides (4.4 µg Equivalente de quercetina/mg) y polifenoles (94.1 µg

Equivalente de ácido gálico/mg).

11

3.2 Métodos no convencionales

3.2.1 Extracción asistida por ultrasonido

El método del ultrasonido basado en estudios de extracción de compuestos bioactivos ha

demostrado efectos significativos en tiempo y calidad. La extracción por este método

consiste en emitir ondas de bajas (16 a 100 kHz) y altas frecuencias (80 a 200 W) que

permiten la extracción de los compuestos de interés (Soria & Villamiel, 2010), estás ondas

chocan con la superficie del material vegetal generando burbujas de cavitación que mediante

los cambios de presión rompe las paredes celulares incrementando la transferencia de masas

y facilitan la penetración de los disolventes en la matriz, que es irradiada por el ultrasonido,

liberando los compuestos en un corto período de tiempo. (Chemat et al., 2011).

Usando este método de extracción Piyapanrungrueang et al. (2016), los autores obtuvieron

el mayor contenido de antocianinas totales (382.7 mg equivalente de cianindina‐3‐glucósido

(ECG)/por 100 g tusa seca de maíz morado KPSC 901 de Tailandia), cuyas condiciones

fueron: temperatura de 80 °C, tiempo de 5 min, proporción solido-líquido de 1:20 y

frecuencia de 37 KHz usando agua como solvente, con muestras de maíz ceroso (Zea mays

L. var. Ceratina) extrajeron antocianinas donde las condiciones óptimas se mostraron en una

relación de disolvente del 50% de agua-etanol, amplitud del 50% mostrando contenidos de

compuestos fenólicos y de antocianinas de 27.662 mg de ácido gálico/g de muestra seca y

240.161 μg de cianidina-3-glucósido/g de muestra seca respectivamente, se mostró que las

amplitudes usadas tenían efectos significativos a mayor amplitud, mayor cavitación y

recuperación de compuestos. (Muangrat et al., 2018)

Chen et al. (2018) en su estudio determinaron las condiciones para extraer compuestos

bioactivos del salvado de maíz con la asistencia por ultrasonido el cual se procesó, en un

baño de agua reciprocante a 40 °C, tiempo de extracción de 20, 35, 50, 65 y 80 minutos,

respectivamente, la potencia ultrasónica la fijaron en 100, 200, 300, 400 y 500 W. El tiempo

de ultrasonido fue de 4 s, el tiempo de intervalo de 8 s, y los tiempos de ultrasonidos fueron

12

0, 30, 50, 70, 90, 110 y 130 respectivamente los compuestos fueron recogidos

satisfactoriamente en condiciones óptimas: tiempo de extracción 35 minutos, tiempos de

ultrasonidos de 90, relación sólido-líquido de 1:8 y potencia de los ultrasonidos de 400 W

siendo el contenido total de antocianinas 3,625 g.kg/1, y el rendimiento de la extracción fue

del 92,45%.

Jiang et al. (2018) utilizó un equipo de extracción por ultrasonidos en contracorriente de una

frecuencia de 59 kHz, máxima potencia de 2200 W, utilizaron 380 gr de polvo de maíz

morado para ampliar el proceso de extracción y el transductor de ultrasonidos consistía en

un tipo cilíndrico de 20 mm de diámetro cuyo volumen de trabajo era de 10 L; el contenido

más alto de antocianina fue de 0.45g/kg de maíz morado, se obtuvieron con potencia de

ultrasonido de 105 W, tiempo de extracción 90 min, concentración de etanol (74%), relación

líquido-sólido (26:1) y temperatura (70 ºC). Un baño de ultrasonidos fue realizado en la

extracción de antocianinas en maíz morado con una frecuencia de 37 KHz en modo de pulso

siendo los factores estudiados temperatura de extracción (60, 70, 80°C) y el tiempo de

extracción (5, 10, 15 min) para la extracción asistida por ultrasonidos las condiciones elegidas

fueron una temperatura y un tiempo de extracción de 80°C y 5 min, respectivamente

obteniendo 382.7 mg/100 g de polvo de mazorca de maíz. (Piyapanrungrueang et al., 2016)

3.2.2 Extracción asistida por microonda

Este método de extracción consiste en la emisión de ondas electromagnéticas no ionizantes

con frecuencias de 300 MHz a 300 GHz y longitudes de onda entre 1.0 mm a 1.0 m.

(Rattanadecho & Makul, 2016). Este método utiliza solventes verdes siendo considerado un

método de extracción factible, usa agua o alcoholes a presiones controladas y temperaturas

elevadas para la extracción, el agua es uno de los solventes que pueden ser empleados debido

a una elevada polaridad manteniendo un alta constante dialéctica a estas condiciones debido

a la gran cantidad de enlaces de hidrógeno. (Alupului et al., 2012)

Se utilizaron aproximadamente 5 g de polvo de mazorca de maíz como muestra para realizar

la extracción las cuales se pusieron en un matraz de doble cuello de 50 ml con un sistema de

13

refrigeración donde el contenido total de antociaininas (TAC) de la mazorca de maíz morado

reportó 185.1 mg /100 g, este resultado se obtuvo en un tiempo de extracción de 19 min, una

relación sólido-líquido de 1:20 y una potencia de irradiación de microondas de 555 W. (Yang

& Zhai, 2010b)

La extracción de antocianinas en maíz morado la ejecutaron con muestras de granos de

aproximadamente 1.0 g añadió la disolvente acetona/agua y los recipientes se cerraron y

colocaron dentro del sistema MAE, los recipientes se calentaron a la temperatura deseada

durante el MAE para un tiempo y energía determinados en el caso de los extractos se

acidificaron con HCl 2.0 N hasta alcanzar un pH de 1 y se concentraron bajo una corriente

de nitrógeno, la combinación de 70 ◦C, 300 W y 10 min en MAE fue la más eficaz para

extraer antocianinas del maíz morado obteniendo un total de antocianinas 751.1 μg/g db

(Abdel-Aal et al., 2014), así mismo en una extracción asistida por microondas

Piyapanrungrueang et al. (2016) usaron un horno de microondas de 2.45 GHz, 700 W , el

único factor que estudiaron fue el tiempo (1.0, 1.5, 2.0, 2.5 minutos), comprobando que el

tiempo de extracción tenía un efecto sobre el TAC así al aumentar el tiempo de extracción

de 1 a 2.0 min, el TAC les aumentó a 397.1, 11.6 mg/100 g.

3.2.3 Extracción con fluidos supercríticos

Un fluido supercrítico se da cuando la presión y la temperatura se encuentran por encima del

punto crítico, lo que genera que el fluido tenga propiedades intermedias entre los gases y los

líquidos, y de esta manera facilitar la extracción de compuestos y controlar el poder de

solvatación del fluido alterando la temperatura y la presión, otra de las ventajas es de que una

vez finalizada la extracción podemos eliminar el CO2 despresurizando el sistema, ya que este

es un gas volátil a temperatura ambiente. (Essien et al., 2020; Mena-García et al., 2019). El

CO2 es un compuesto seguro (GRAS) por lo que garantiza su seguridad en el uso dentro de

la industria de alimentos, como disolvente es considerado sostenible debido a sus amplias

ventajas, dentro de ellas el no ser inflamable, ser accesible ya que se encuentra de manera

abundante en la naturaleza, ser mínimamente costoso y de baja toxicidad. (Cornelio-Santiago

et al., 2017)

14

Este método de extracción desempeña una mejor recuperación de compuestos obtenidos a

partir de sistemas biológicos debido que se genera una mejor cinética de extracción (Ameer

et al., 2017), resultando una técnica económica y eficiente, y que, realizada de manera

individual, secuencial o en combinación con otros métodos no altera en dichos compuestos

sus propiedades nutricionales o de beneficios a la salud. La extracción con CO2 supercrítico

(scCO2) es un proceso amigable con el medio ambiente, y no altera significativamente las

propiedades de los compuestos obtenidos, la extracción crítica suave que se da a 31.1 °C, y

el medio no oxidativo favorece la extracción de compuestos inestables al calor y de fácil

oxidación (Essien et al., 2020), Monroy et al. (2016a) realizó una extracción secuencial en

un extractor de lecho fijo a 50 ° C y 400 bar el primer disolvente que usaron fue scCO2 con

caudal medio de 1.65 g/min., en el segundo paso, tomaron el residuo de la primera

extracción sometiéndolo a una nueva extracción sin alterar las condiciones operativas,

usaron etanol a un caudal de 0.5 mL/min. (0.395 g/min). El residuo de las anteriores

extracciones se sometió a una tercera extracción con agua a un caudal de 0.5 mL/min (0.5

g/min) estas extracciones fueron interrumpidas cuando la masa del extracto no mostraba

significancia. Los autores apoyándose en las curvas de rendimiento realizaron nuevas curvas

de extracción (por triplicado) de las mazorcas en el primer paso con scCO2; lo definieron en

90 minutos, estanol y agua, durante 150 min obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 1. Resultados de Parámetros Óptimos con scCO2

Trabajados en 90 minutos, con estanol y agua, en el lapso de 150 min

Antocianinas Fenoles Totales Flavonoides Totales

Disolvente

Rendimiento

(mg/g

extracto)

Recuperación

(mg/g cob)

Rendimiento

(mg/g

extracto)

Recuperación

(mg/g cob)

Rendimiento

(mg/g

extracto)

Recuperación

(mg/g cob)

Etanol 63.8 6.17 235 22.7 80 7.4

Agua 54.6 6.54 296 35.5 93 11.3

Fuente: Monroy et al. (2016a)

15

Monroy et al. (2016b) realizó una extracción con scCO2 utilizando EtOH al 70% como

codisolvente la cual se destacó con mayor rendimiento de extracción de compuestos

bioactivos en mazorca de maíz. Las muestras se sometieron una extracción de lecho fijo a

50 ° C y 400 bar, utilizaron scCO2 como disolvente, y etanol (EtOH), agua (H2O), y mezcla

de EtOH / H2O como codisolventes, donde (CE) es 70% CO2 + 30% EtOH, (CW) 65% CO2+

35% H2O; (EC50) es 66% CO2+ 34% de (50% EtOH + 50% H2O) y (CE70) es 68% CO2+

32% de (70% EtOH /H2O 30%); los compuestos obtenidos por los solventes y cosolventes

ya mencionados como el mejor rendimiento son: 9.6 y 16 mg de C3G para antocianinas

totales; 42.3 a 71.0 mg de GAE de fenoles totales y 15.3 a 29 mg de CE por gramo de mazorca

de flavonoides totales.

Una extracción secuencial de tres pasos en lecho fijo fue realizada donde la muestra fue de

5.0 g de polvo seco y molido; los parámetros del procedimiento fueron 90 minutos para el

primer paso con scCO2 (caudal medio de disolvente de 1.65 g / min), y 150 min para el

segundo y tercer paso con etanol (caudal 0.395 g / min) y agua (caudal 0,5 g/min)

respectivamente los mejores resultados fueron: contenido de antocianinas monoméricas

totales de 64 mg de cianidin-3-glucósido por gramo de extracto en el segundo paso a 45 ° C

y 420 bar; flavonoides totales de 93.7 mg equivalentes de catequina por gramo de extracto

obtenido en el 3er paso a 50 ° C y 400 bar; fenólicos totales de 389 mg equivalentes de ácido

gálico por gramo de extracto, y actividad antioxidante (EC50 / DPPH) de 21 g / mL en el 2do

paso a 65 °C y 450 bar. (Monroy et al., 2016c)

16

IV. CONCLUSIONES

En la presente revisión bibliográfica se pudo describir que los métodos no convencionales

para la extracción de compuestos bioactivos a partir de distintas partes del maíz morado (Zea

mays) superan a los compuestos obtenidos mediante extracciones con métodos

convencionales, mostrando una mayor eficiencia en tiempo, uso de disolventes y calidad de

extractos logrando abrir posibilidades de mayor estudio y avances que permitan un mejor

aprovechamiento y valorización de estos compuestos bioactivos.

De las tecnologías mencionadas en esta revisión, los métodos de fluidos supercríticos y

microondas muestran notables ventajas, siendo un factor importante en la extracción, pero

también depende de la calidad de la muestra y de su estado de maduración al momento de su

análisis.

17

V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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