2- Colorante natural para la industria alimenticia

 

La calidad de un alimento depende, en primer lugar, de su valor nutritivo, pero es evidente que las características organolépticas también desempeñan un papel importante, cuando no primordial. El consumidor establece un primer contacto con los alimentos a través de su aspecto, forma y color, y luego con su textura y sabor. El color proporciona información sensorial, que puede interactuar con las propiedades gustativas, olfatorias y de textura, que determinan la aceptabilidad del producto. Entonces, el color de los alimentos es un factor no menor, es más, numerosos estudios ponen de manifiesto que muchos individuos tienen dificultad en apreciar el sabor de los alimentos cuando no están coloreados en forma adecuada.

Los colorantes son, entre los aditivos alimentarios, los que desde los años setenta han suscitado por parte de los consumidores una mayor oposición. Sin duda, esto es debido a que muchos de ellos son productos de síntesis química, la imagen misma de los aditivos “artificiales”. De hecho, se han prohibido varios colorantes sintéticos derivados del carbón debido a su toxicidad.

Las restricciones en el uso de los colorantes artificiales en el rubro alimenticio ha originado una atención preferencial de parte de los investigadores e industriales por los colorantes naturales. Estos colorantes naturales deben competir en costos de producción con los colorantes artificiales y además deben proporcionar coloraciones intensas y regulares (Muñoz, 2003).

Así los de origen vegetal aparecen como los más adecuados para reemplazar a los artificiales en la industria alimenticia. Por su naturaleza, ciertos pigmentos naturales, además de sus características cromóforas, poseen propiedades vitamínicas.

Específicamente, en la sustitución de colorantes artificiales la atención se ha centrado principalmente en los antocianos. Los antocianos son un grupo de pigmentos de color rojo, hidrosolubles, ampliamente distribuidos en el reino vegetal. Muchas frutas, hortalizas y flores deben su atractiva coloración a estas sustancias que existen en el jugo celular, entre ellas especies nativas como el Maqui, Calafate y Michay.

Dichos pigmentos aparecen como los de mayores perspectivas futuras, por presentar las siguientes ventajas:

­          abundantes fuentes naturales

­          fácil extracción

­          han sido consumidos por el hombre sin aparentes efectos adversos para la salud

­          son de colores brillantes, especialmente en la zona del rojo

­          son solubles en agua, lo que simplifica su incorporación a sistemas acuosos de alimentos 

 

Hasta ahora, los hollejos de uva han constituido la principal fuente industrial de colorantes antociánicos, siendo Italia el principal proveedor.

En cuanto a las especies nativas chilenas, al compararlas con otras especies, como muestra la tabla 1, las mayores concentraciones de compuestos antociánicos se encuentran en el Maqui  y el Calafate.

 

Tabla 1. Comparación de compuestos antociánicos entre distintas especies (INIA, 1998)

Especie	° Brix	Color 520 nm
Frambuesa	65	0,586
Calafate	65	2,92
Maqui	65	2,22
Sauco	65	0,414

 

En Aysén existen antecedentes de explotación comercial del Maqui como materia prima para la fabricación de colorantes alimenticios orgánicos muy demandados por los mercados europeos. Durante 1997, se cosecharon más de 90.000 kilos de Maqui, que posteriormente fueron procesados para obtener un concentrado o “pulpa de Maqui” que se exportó a Alemania, donde se trató para obtener el colorante, de color rojo, soluble en agua. Sin embargo a partir de 1999 esta actividad exportadora cesó totalmente dado que el precio de la pulpa de Maqui bajó bruscamente por la competencia de productos con mayor valor agregado como colorantes naturales purificados de antocianos.

 

2.1- Algunas maquinarias utilizadas en Chile para el procesamiento inicial del Maqui post-cosecha

 

Existen variables de condiciones de cosecha y zona de recolección, que hace determinante el contenido de antocianos en la materia prima. Se ha observado que esta fluctúa en su contenido inicial de pigmento dependiendo de la fecha de cosecha, estado del fruto al momento de cosechar y zona de recolección.

En el procesamiento del Maqui post-cosecha se han utilizado algunas maquinarias como desgranadoras a motor. A continuación se presentan dos tipos de desgranadoras utilizadas para el Maqui.

En el modelo 1, por la parte superior de la estructura entran las ramas de Maqui con los frutos pasando a través de un sistema vertical de rodillos con cerdas plásticas. Luego los frutos junto con otros residuos, como trozos pequeños de ramas y hojas resultantes de la primera etapa, caen a un tamiz que tiene por objeto separar totalmente el fruto de cualquier otro elemento de la planta.

Foto 3. Desgranadora de Maqui (modelo 1)

 

En el modelo 2 las ramas con frutos pasan por un sistema inclinado de varios rodillos con cerdas plásticas. En este caso al igual que en el primer modelo los rodillos son accionados por un pequeño motor.

Ambas desgranadoras tienen como objetivo el separar completamente el fruto de cualquier otro residuo de la planta.

Foto 4. Desgranadora de Maqui (modelo 2)

 

2.2- Producción de Colorantes naturales

Foto 5. Colorantes naturales

 

Colorantes naturales en polvo de origen vegetal

En cuanto a la extracción de colorante natural purificado a partir del fruto del Maqui, se registra una interesante experiencia llevada a cabo por una empresa de la XI región a través de un proyecto Fontec/Corfo finalizado el año 2003.

Como parte de los resultados del proyecto se logró implementar un proceso de extracción y purificación de antocianinas a partir del fruto de Maqui a escala de laboratorio. Se evaluaron diferentes soluciones extractantes. Además se escaló el proceso de extracción, purificación y concentración a nivel piloto-industrial.

Otro aspecto interesante del proyecto fueron los estudios de estabilidad y posibles usos del colorante. Fueron analizados los usos en alimentos como bebidas, jugos de fantasía y yogurt. Incluso se analizó el uso en la industria textil, para el teñido natural de algodón y lana.

Los resultados fueron muy auspiciosos para su uso como colorante natural en bebidas de fantasía.

El proyecto también contempló actividades exploratorias a nivel de mercados. Se enviaron muestras para Europa y Japón, a clientes del área alimentos y también se realizaron incipientes aproximaciones al rubro textil.

Los dos grandes impactos del proyecto fueron: El aumento de calidad del producto obtenido, que está al mismo nivel de la de colorantes antociánicos del mercado; El aumento de rendimiento, que permite bajar los costos de materia prima/Kg de colorante.

Foto 6. Colorante natural de Maqui en bebidas de fantasía (fuente: www.fontec.cl)

 

La concentración de antocianos totales obtenido para el colorante natural purificado líquido de Maqui, es de 30 - 34 mg de antocianos por 100g de colorante. En términos porcentuales en contenido de antocianinas fluctuó entre 2,7 - 3,3 %.

En el siguiente diagrama se muestra en forma general el proceso para la obtención de un concentrado colorante natural de antocianos de Maqui.

 

Esquema de Extracción de Colorante

 

Proceso general para la obtención de colorante natural de Maqui

El escaldado de la fruta se realiza a 70° C por 3 minutos. La fruta escaldada luego es molida.

La fruta molida es sometida a la etapa de extracción. Para la extracción se utilizan soluciones extractantes (solventes) como mezclas de etanol o agua y ácidos.

Producto del prensado se produce un extracto líquido y un “queque” residual. El extracto líquido es posteriormente centrifugado y filtrado, produciéndose un extracto purificado. La purificación del extracto puede además incluir otras técnicas o combinaciones de ellas como aplicación de temperatura y clarificación con enzimas (como pectinazas).

Con la evaporación del extracto purificado finalmente se obtiene el Concentrado Colorante.

Las experiencias llevadas a cabo, hasta ahora, para la obtención de Colorante Natural de Maqui han sido a nivel de laboratorio y a nivel piloto-industrial. Sin embargo estas han puesto en evidencia el interés por el producto de mercados externos como Europa y Japón.

Para un escalamiento definitivo hacia una producción industrial, ya sea a nivel de mediana o gran empresa, será crucial el adecuado abastecimiento y explotación sostenible de la materia prima. Por lo tanto la escala de producción de una planta industrial dependerá de la demanda del mercado por el producto y de la disponibilidad sostenible de materia prima. Es muy probable que una planta de producción de colorantes naturales deba abastecerse de otras materias primas como por ejemplo hollejo de uva.

A continuación se detallan algunos aspectos técnicos y económicos sobre la factibilidad de implementar una industria destinada a la producción de colorante natural purificado de Maqui.

Aspectos técnicos y económicos generales referidos al desarrollo de una planta productora de colorante natural de Maqui para alimentación

 

Inversiones

En una planta de colorantes naturales para la alimentación, algunos de los principales equipos requeridos son (CORFO, 1995) :

-          Cancha de recepción de materias primas

-          Tolva de almacenamiento del extractor (almacenamiento previo a la extracción)

-          Extractores (para la carga de la materia prima y solvente)

-          Prensa de sólidos

-          Concentrador o evaporador (para concentrar con temperatura y vacío el líquido rico en colorante proveniente del prensado)

-          Secador atomizador (en el caso de producir colorante en polvo)

-          Envasadora de sólidos con su tolva (en el caso de producir colorante en polvo)

-          Envasadora de líquidos con su estanque

-          Sistema de agua

-          Sistema de alcohol

-          Equipo de vacío (para el evaporador)

-          Destilador de alcohol y condensador (hace posible rectificar las mezclas agua-etanol provenientes del extractor y el condensado que se produce en el evaporador a vacío)

 

El envasado final puede ser envasado líquido y/o envasado sólido.

Estos equipos representan aproximadamente el 90% del costo total en equipos de una planta de colorantes naturales para la alimentación. El secador atomizador y la envasadora de sólidos con su tolva, se utilizan en el caso de producir colorante en polvo y ambos representan alrededor del 33% del costo total en equipos.

Los equipos más costosos son el concentrador y el secador atomizador, que en conjunto representan cerca del 61% del costo total en equipos.

En el siguiente cuadro se presenta un resumen de estimaciones del orden de magnitud en monto de inversión requerida para una planta de colorantes naturales para alimentación, obtenidas a partir de estudios de prefactibilidad que utilizaban en conjunto materias primas como betarraga, hollejo de uva y repollo morado.

 

Tabla 2. Orden de magnitud en inversión (en US$), estimada para una capacidad de procesamiento de materia prima  de 5 toneladas/día, en una planta de colorantes naturales para alimentación

Envasado final del producto	Costo total inversión en equipos (sin terreno)	* Costo total inversión en equipos e instalación (sin terreno)
Envasado en polvo y líquido	600.000	1.332.000
Envasado líquido	380.000	843.600

* El costo de instalación incluye componentes tales como: fletes, fundaciones, soportes, conexiones eléctricas y cañerías, instrumentación, aislaciones, edificios, control del medio ambiente, servicios, gastos de ingeniería, cargos del constructor, contingencias, etc.

 

Materia prima

Con una capacidad de procesamiento de materia prima de 5 ton/día, si se procesa Maqui por 3 meses al año (60 días), se requieren por lo tanto 300 ton/año de Maqui fresco.

En cuanto al potencial de producción de antocianos, referencias para hollejo de uva tintórea arrojan valores en la extracción de 0,403 ton de antociano puro por 100 ton de hollejo de uva en base húmeda.

Si se utiliza como valor base referencial de cálculo para el Maqui de 0,5 ton de antociano puro por 100 ton de Maqui verde, se obtiene para 300 ton/año de Maqui fresco una producción de 1,5 toneladas (1500 kg) de antociano puro al año. Si se considera el producto final como colorante natural líquido de Maqui en una concentración al 5% de antociano, implica para 300 ton/año de Maqui fresco una producción anual de 30 toneladas (30.000 kg) de colorante natural líquido de Maqui en una concentración al 5% de antociano puro (1500 kg). Esta concentración ha sido utilizada para efectos prácticos de cálculo, sin embargo los colorantes líquidos de Maqui obtenidos a escala-laboratorio poseen una concentración de 2,7 a 3,3 % de antociano puro.

Si consideramos que el 15% de la materia prima se pierde como desecho se requerirían cerca de 353 ton/año de Maqui fresco para suplir las necesidades de materia prima que una planta de la dimensión antes descrita requiere. Según los ensayos de producción de Maqui llevados a cabo en el marco de este proyecto y dada a la superficie actual de la especie, este nivel de demanda de materia prima es perfectamente posible de abastecer de manera sustentable, y por lo tanto sin sobre explotar el recurso. 

En cuanto al costo de la materia prima, se estima en $ 550/kg. Una demanda industrial de 353 ton/año de Maqui fresco implicaría ingresos brutos anuales para los productores de Maqui del orden de $ 195 millones de pesos. 

 

Ingresos

Se estima que los precios internacionales para colorantes de semejantes características al colorante natural de Maqui fluctúan entre los FOB US$ 15/kg y FOB US$ 79/kg. Por lo tanto si se toma un valor conservador de US$ 35/kg para colorante natural líquido de Maqui al 5% de antociano, los ingresos al año por la venta de 30 toneladas (30.000 kg) de este producto serían del orden de US$ 1.050.000.

 

Aspectos financieros generales

A continuación de presentan, a modo de ejemplo, aspectos generales del flujo de caja y rentabilidad de una planta productora de colorante natural de Maqui para alimentación, de las características anteriormente descritas.

Tabla 3. Flujo caja general - Planta productora de colorante natural envasado líquido de Maqui para alimentación

(capacidad de procesamiento de materia prima de 5 ton/día)

Itemes	Inversiones	Año 1	Año 2	Año 3	Año 4	Año 5	Año 6	Año 7	Año 8	Año 9	Año 10
Maqui fresco (ton)		118	235	353	353	353	353	353	353	353	353
Colorante líquido (ton)		10	20	30	30	30	30	30	30	30	30
* Ingresos		213.500.000	427.000.000	640.500.000	640.500.000	640.500.000	640.500.000	640.500.000	640.500.000	640.500.000	640.500.000
** Costo materia prima		-64.705.882	-129.411.765	-194.117.647	-194.117.647	-194.117.647	-194.117.647	-194.117.647	-194.117.647	-194.117.647	-194.117.647
*** Otros costos		-32.025.000	-64.050.000	-96.075.000	-96.075.000	-96.075.000	-96.075.000	-96.075.000	-96.075.000	-96.075.000	-96.075.000
Depreciación		-51.459.600	-51.459.600	-51.459.600	-51.459.600	-51.459.600	-51.459.600	-51.459.600	-51.459.600	-51.459.600	-51.459.600
Utilidad antes impuesto		65.309.518	182.078.635	298.847.753	298.847.753	298.847.753	298.847.753	298.847.753	298.847.753	298.847.753	298.847.753
Impuesto (17 %)		-11.102.618	-30.953.368	-50.804.118	-50.804.118	-50.804.118	-50.804.118	-50.804.118	-50.804.118	-50.804.118	-50.804.118
Utilidad después impuesto		54.206.900	151.125.267	248.043.635	248.043.635	248.043.635	248.043.635	248.043.635	248.043.635	248.043.635	248.043.635
Depreciación		51.459.600	51.459.600	51.459.600	51.459.600	51.459.600	51.459.600	51.459.600	51.459.600	51.459.600	51.459.600
**** Equipos e instalaciones	-514.596.000
Capital de trabajo	-53.375.000										53.375.000
Flujo caja	-567.971.000	105.666.500	202.584.867	299.503.235	299.503.235	299.503.235	299.503.235	299.503.235	299.503.235	299.503.235	352.878.235
VAN	706.522.030
TIR	38%

Valor referencia del dólar = 610.

*        Precio venta colorante líquido: US$ 35/kg.

**      El costo de la materia prima se estima en $ 550/kg de Maqui fresco.

***    Corresponden a costo laboral, costo de otros insumos (ej. alcohol), costo servicios (ej. agua, vapor, electricidad).

****  Equivale a US$ 843.600. Costo total inversión en equipos e instalación (sin terreno) para producir solo colorante envasado líquido como producto final. Valor 0 al año 10.