Efecto de las condiciones de secado por aspersión en la obtención de un colorante natural a partir de extractos líquidos de cúrcuma (Curcuma longa L)

Abstract

Resumen: La curcumina es un colorante natural que se obtiene de los rizomas de la planta Curcuma longa L, la cual proporciona un color amarillo naranja; se emplea en la industria farmacéutica, textil y alimentaria, para brindar color a sopas, helados, quesos y para el conocido curry en polvo, además como reemplazante principal de la tartrazina. La tecnología del secado por aspersión corresponde a una técnica mediante la cual se evapora agua de una fase líquida o semilíquida para su conversión a una fase sólida (producto seco) de un bajo contenido de humedad, siendo empleada universalmente en el área agroalimentaria con el fin de mejorar la conservación, estabilidad, almacenamiento, transporte, entre otras características de esta clase de productos. En esta técnica, el producto líquido (emulsión, solución o dispersión) es atomizado mediante el contacto con aire caliente (u otro gas) para obtener un producto deshidratado. Para realizar este proceso, es necesario emplear agentes encapsulantes o coadyuvantes que faciliten el proceso y protejan al compuesto de la degradación. El objetivo de esta investigación fue evaluar las condiciones del proceso de secado por aspersión para obtener curcumina en polvo a partir de extracto de cúrcuma mezclado con maltodextrina. Se empleó un diseño central compuesto que consideró la influencia de dos factores: temperatura del aire de entrada (140 - 160ºC), temperatura del aire de salida (75-95ºC) y velocidad de atomización constante en 28000 RPM. El proceso de secado se optimizó mediante la metodología de superficies de respuesta y los resultados mostraron que las condiciones óptimas para el proceso de secado fueron: temperatura del aire a la entrada y salida de 149ºC y 75ºC, respectivamente, para las cuales se obtuvieron los siguientes resultados: rendimiento (80,45%), material adherido (2,48%), humedad (2,63±0,02% b.h), actividad de agua (0,175±0,00), solubilidad (98,15±0,02%), parámetros de color para el polvo: L (53,93±0,31)y h0 (62,87±0,26), para el polvo en solución diluida al 0,1%: L (45,96±1,67) y h0 (98,23±0,04) y para el polvo en solución diluida al 0,01%: L (50,98±0,46) y h0 (117,88±0,36), higroscopicidad (11,71%±0,03) y concentración de curcumina (9,03 ±0,44mg/g). Adicionalmente para el punto óptimo del colorante en polvo obtenido se evaluaron las isotermas de sorción, temperatura de transición vítrea mediante calorimétrica diferencial de barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA) y propiedades térmicas (difusividad, conductividad térmica y calor específico). Los resultados mostraron un comportamiento con efecto significativo de la temperatura de almacenamiento, el modelo que se ajustó mejor fue el modelo de GAB para el cual el contenido de humedad en la monocapa estuvo entre 3,7% y 4,25% (b.s), las isotermas presentaron forma sigmoidal correspondiente al tipo III. Según el análisis por calorimetría diferencial de barrido (DSC), se encontró un punto de desolvatación o pérdida de volátiles a 178,07ºC, la temperatura de transición vítrea encontrada fue de 65,35ºC, la cual debe ser alta para incrementar la vida útil del producto. El análisis de TGA mostró una pérdida de masa a partir de los 193ºC, indicando degradación del producto. Las propiedades térmicas mostraron un valor de Cp de 2,45 J/g ºC, conductividad térmica de 0,164 ±0,001 W/mK y difusividad térmica de 8,7*10-8m² ±0,000 m2/s.

Abstract: Curcumin is a natural dye obtained from the rhizomes of Curcuma longa L plant which provides an orange yellow color. This product is used in the pharmaceutical, textile and food industry to provide color to soups, ice cream, cheese and for curry powder, also as the primary replacement for tartrazine. The spray drying process is a continuous operation in which almost any pumpable liquid can be converted into a free flowing powder with a low moisture content being universally employed in agrifoods products to improve conservation, stability, storage, transportation and other quality features. To perform this process, it is necessary to use encapsulants or carriers which facilitate the process and protect the compound from degradation, oxidation among other factors. The objective of this study was to evaluate the operating conditions of spray drying to obtain a curcumin powder from turmeric extract mixed with maltodextrin. A central composite design considered the influence of two factors was used: Inlet air temperature (160-140ºC) and outlet air temperature of the spray dryer (75-95ºC) with a constant atomization speed of 28000 RPM. The drying process was optimized using the response surfaces methodology and the results showed that the optimal operating conditions are given by an inlet air temperature of 149ºC and outlet air temperature of 75ºC for which is obtained the following results: solids recovery (80.45% ), adhered material (2.48%), moisture content (2.63 ± 0.02% w.b), water activity (0.175 ± 0.00), solubility (98.15 ± 0.02%), color parameters of powder: L (53.93 ± 0.31) and h0 (62.87 ± 0.26), powder in dilute solution (0.1%): L (45.96 ± 1.67) and h0 (98.23 ± 0.04), powder in dilute solution (0.01%): L (50.98 ± 0.46) and h0 (117.88 ± 0.36), hygroscopicity (11.71 ± 0.03%) and concentration of curcumin (9.03 ± 0,44mg/g). Additionally at the optimal point the sorption isotherms, glass transition temperature (DSC), thermal gravimetric analysis (TGA), and thermal properties (diffusivity, thermal conductivity and heat capacity) of the dye powder were evaluated. The results of sorption study showed a significant effect of the temperature where the GAB model was the best model fitted to the experimental data for which the moisture content in the monolayer varied between 3.7% and 4.25% (d.b), corresponding to isotherms type III. According the analysis by differential scanning calorimetry (DSC) a desolvation/dehydration point was found at 178.07ºC and glass transition temperature of 67.35ºC, which must be high to increase product shelf life. TGA analysis indicated a weight loss from 193°C specifying degradation of the product. The thermal properties showed a Cp value of 2.45 J/gºC, thermal conductivity and diffusivity of 0.164 ±0.001 W/m K and 8.7*10-8 ±0.000 m2/s, respectively.