LA QUÍMICA DE LOS COLORES - Sección I

“Azul loco y verde loco del lino en rama y en flor.
Mareando de oleadas baila el lindo azuleador.
Cuando el azul se deshoja, sigue el verde danzador: verde-trébol, verde-oliva y el gayo verde- limón.
¡Vaya hermosura! ¡Vaya el color!”

Gabriela Mistral

¿Qué son los pigmentos vegetales y dónde se encuentran?

El ojo humano puede percibir determinados colores, y a cada color le corresponde una medida, la cual se denomina longitud de onda. Estas longitudes de onda van desde 400 a 700 nm (nanómetros), y se les denomina luz visible.

Los pigmentos son biomoléculas capaces de absorber luz selectivamente y de reflejar un color determinado. El color verde característico de las plantas, es debido a la clorofila, que absorbe todos los colores pero refleja el verde.

Los pigmentos vegetales constituyen el sustrato fisicoquímico que inicia elproceso fotosintético. En las células eucariotas, que son aquellas que presentan un núcleo verdadero, estos pigmentos se encuentran en el interior de una organela llamadacloroplasto. Los cloroplastos son plástidosque almacenan pigmentos clorofílicos, siendo los principales la clorofila a y laclorofila b. Asociados a las clorofilas aparecen también dos pigmentos de la familia de loscarotenoides: las xantófilas (amarillas) y los carotenos (amarillo-anaranjados).

Otro pigmento que le confiere coloraciones rojizo-violeta a las células vegetales son lasantocianinas, que se encuentran en células epidérmicas de las plantas superiores.

En las plantas cumplen una función que deviene de su estructura.

Las clorofilas son fotorreceptores: tienen por función captar la luz solar para la conversión de la energía lumínica en energía química aprovechable por las plantas (fotosíntesis). Presentan una estructura compleja formada por un núcleo tetrapirrólico (Figura 1), que incluye en el centro a un ión magnesio (II), coordinado con cuatro átomos de nitrógenos de dicho núcleo. Esto hace a la clorofila un complejo extraordinariamente estable. Una cadena de fitol (alcohol de 20 átomos de carbono), completa la molécula.

Los carotenoides actúan como pigmentos accesorios que captan luz de una longitud de onda distinta a la captada por la clorofila.

Figura 1: Estructura química de la clorofila a y b, estructuras de carotenoides naturales.

Los carotenoides son moléculas hidrocarbonadas de gran longitud, con numerosos dobles enlaces alternados (polienos), que comunican la mayoría de los colores amarillo y rojo de los frutos y flores y aportando el tono otoñal cuando las moléculas de clorofila se degradan y los carotenoides se destacan. Las xantófilas tienen una estructura similar a los carotenos con incorporación de oxígeno.

Las clorofilas como los carotenoides son insolubles en agua y solubles ensolventes orgánicos.

Las antocianinas son pigmentos hidrosolubles. Estructuralmente poseen anillos fenólicos y suelen unirse a azúcares (Figura 2). Pertenecen a la familia de los flavonoides.Se encuentran en las vacuolas y dan color a los pétalos de las flores para atrer a insectos polinizadores.

Figura 2: Antocianinas de importancia en alimentos.

¿Por qué su consumo es importante para nuestra salud?

Las frutas y hortalizas frescas son componentes vitales de la dieta, ya que además de aportar color, aroma y sabor a las preparaciones culinarias, satisfacen importantes necesidades nutricionales por ser valiosas fuentes de vitaminas, minerales, fibras y otros componentes bioactivos. Los compuestos bioactivos, previenen el envejecimiento celular, además en el caso de loscarotenoides los mismos son precursores de la vitamina A, que tiene múltiples beneficios para la salud como participar activamente en la formación y el mantenimiento de dientes, de tejidos blandos y óseos, como así también de las membranas mucosas y de la piel. Otras funciones de la vitamina A están relacionadas con la mejora de la visión nocturna y con el fortalecimiento del sistema inmunitario. La incorporación de las antocianinas como colorantes alimenticios, constituye un beneficio para la salud, en cuanto tiene acciones vasoprotectoras, antidiabéticas y de mejora en la visión.

¿Se puede extraer pigmentos de especies vegetales?

Como vimos en párrafos anteriores, los pigmentos vegetales presentan diferentes solubilidades en los diversos solventes como el agua, el alcohol etílico y la acetona. La mayoría soninsolubles en agua, excepto las antocianinas. A los solventes que permiten extraer simultáneamente a todos los pigmentos de las hojas se les llama solventes extractantes, en cambio a los solventes que presentan afinidad selectiva por algunos pigmentos, se los llamaseparadores, como por ejemplo el éter de petróleo y el tetracloruro de carbono.

¿En qué consiste una técnica de extracción con solventes?

Extracción:es la operación mediante la cual se transfiere una sustancia desde el material líquido o sólido que la contiene, a un solvente que tenga afinidad con dicho material. La extracción es muy utilizada para separar un producto orgánico de una mezcla de reacción o aislarlo de sus fuentes naturales. Así, por extracción se aíslan y purifican numerosos productos naturales, como: vitaminas, alcaloides, hormonas, pigmentos, etc.

Existen diferentes tipos de técnicas extractivas, dependiendo el tipo de material, las distintas fases que entran en contacto en el proceso y los fundamentos de los principios de separación. Así tenemos: extracciones líquido – líquido, sólido – líquido, extracción ácido -base, por citar algunos ejemplos.

Para el caso de la extracción de pigmentos a partir de una especie vegetal, podemos realizar una extracción sólido – líquido. Las técnicas de extracción sólido-líquido, básicamente, ponen en contacto íntimo el sólido (en el que se halla contenido el compuesto a extraer) y el solvente extractor adecuado. Éste disuelve selectivamente el compuesto de interés formando una solución que puede separarse del sólido residual (insoluble en ese solvente) mediantefiltración. Esto es factible solo si el compuesto a extraer resulta muy soluble en el solvente extractor y no existen problemas para llegar hasta la intimidad del material sólido en donde se halla el compuesto a extraer. Existen algunas ligeras variantes en las formas en las que se contactan el sólido y el solvente: disolución, maceración, digestión, infusión, decocción, lixiviación, etc.

Para la extracción de pigmentos, podemos utilizar la maceración, un proceso de disolución por el cual el sólido y el solvente, a temperatura ambiente, se dejan en contacto un tiempo prolongado. Al cabo de ese tiempo se obtiene el sólido residual y el extractode la sustancia buscada. La maceración se favorece, en general, agitando frecuentemente el recipiente cerrado que contiene la mezcla.

¿Podemos extraer pigmentos vegetales con los materiales de la caja?

En esta práctica realizaremos una extracción directa con solvente de los pigmentos contenidos en diversas especies vegetales, por ejemplo: achicoria, acelga, espinaca, repollo colorado y zanahoria. Para ello necesitaremos utilizar como materiales: mortero y pilón, vaso de precipitado, embudo de vidrio, varilla de vidrio, papel de filtro, hojas frescas de los vegetales seleccionados y alcohol etílico como solvente extractante. Podemos resumir los pasos de la técnica del siguiente modo:

1- Lavar las hojas de espinaca o acelga frescas, retirar las nervaduras y trozarlas con la mano o con ayuda de una tijera.

2- Colocarlas en un mortero junto con el solvente extractante (alcohol etílico) (Figura 3).

3- Triturar con ayuda del pilón las hojas, tratando de que entren en íntimo contacto con el solvente extractor. Esta operación debe realizarse hasta obtener un extracto bastante concentrado de la solución que contiene los pigmentos a estudiar. Durante este procedimiento comenzaremos a ver cómo se van decolorando gradualmente las hojas y la solución resultante comienza a colorearse.

Figura 3: Obtención del extracto.

4- Observar el color que adquiere la solución resultante (extracto).

5- Una vez esté bien coloreada la solución, pasar la misma con cuidado a un vaso de precipitado.

6- Filtrar la solución contenida en el vaso de precipitado utilizando un embudo de vidrio conteniendo un embudo de papel de filtro. De ser necesario, ayudarse con varilla de vidrio (Figura 4).

7- El filtrado se recoge en otro vaso de precipitado o recipiente adecuado.

Figura 4: Filtración del extracto.

Conclusión:En este primer paso de extracción logramos obtener una solución concentrada (extracto) de los pigmentos presentes en las especies vegetales seleccionadas, es importante observar la coloración obtenida luego del procedimiento. Surgen algunos interrogantes:

· ¿Podemos distinguir los distintos tipos de pigmentos presentes en el extracto?

• ¿Hay algún color que prevalece en la solución?

· ¿Crees que es necesario realizar otra experiencia para lograr separar los pigmentos presentes en el extracto?

→Te proponemos que investigues alguna metodología que permita analizar los diferentes pigmentos presentes en el extracto obtenido.

BIBLIOGRAFÍA

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• · Mancilla, C. G. E.; Castrejón, C. R.; Rosas, T. M.; Blanco, E. Z. y Pérez, S. l. J. (2012). Extracción y separación de pigmentos vegetales. Universidad del Valle de México.