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Microondas y ultrasonido revelan lo mejor de la vainilla

Las vainas “en verde” no tienen el olor ni sabor característicos a vainilla. Foto: IBUNAM Gerardo Salazar

29-03-2012

Por Paula Buzo Zarzosa, DGDC-UNAM

Los aztecas añadían un poquito de tlilxóchitl, la “flor negra” de la región del Totonacapan, para aromatizar su bebida xocolatl. Hoy, el sabor que proviene de esta flor mexicana es uno de los más reconocidos en el planeta y es el saborizante (artificial) más utilizado en la preparación de alimentos; además de la producción de perfumes, tabacos y fármacos. 

Por sus características organolépticas, aquellas que percibimos con los cinco sentidos, la vainilla natural es la segunda especia más cara en el mercado después del azafrán. Más de 200 compuestos químicos son los responsables de su inigualable aroma y sabor, que se desarrollan después de la cosecha de la flor. Entre ellos, la vainillina es la sustancia principal y se encuentra en mayor proporción comparada con otros compuestos como el ácido vainíllico, p-hidroxibenzaldehído, alcoholes y ésteres.

De acuerdo a los niveles de concentración de los compuestos en un extracto de vainilla, se puede conocer su nivel de calidad, así como las condiciones de cultivo, beneficio y desarrollo de la planta. La relación entre la cantidad de vainillina y p-hidroxibenzaldehído, de cinco a veinte veces más vainillina, es un parámetro inicial para conocer la calidad de la vainilla y además poder identificar su procedencia.

Hoy se buscan desarrollar métodos más simples que permitan la extracción, separación y cuantificación de los compuestos de la vainilla. Una alternativa es la aplicación de energías de microondas y ultrasonido para obtener los extractos y determinar la presencia de estos compuestos, principalmente la vainillina, que sustentan el alto nivel de calidad que posee la vainilla mexicana.

El secreto del aroma y el sabor

Esta planta nativa de Veracruz es la única orquídea, entre más de 35 mil especies conocidas, que produce frutos y que se comercializa para su consumo. Para cultivarla se requieren condiciones y cuidados especiales, un método minucioso de polinización manual a ciertas horas del día y un largo proceso de beneficio o curado.

A la hora de la cosecha se cortan las vainas “en verde” que no tienen el color, el olor ni el sabor característicos de la vainilla. Se requiere de todo un proceso de marchitado y beneficio de las vainas, que son sumergidas en agua hirviendo y secadas al sol por varios días, mientras ocurren las transformaciones bioquímicas necesarias para liberar los compuestos que le darán sus propiedades a la vainilla.

Los totonacas fueron los primeros en domesticar la xanath, “flor recóndita”, y durante los siglos XVIII y XIX México fue el más grande productor de vainilla en el mundo, pues la flor sólo crecía de manera natural dentro de nuestro territorio. Actualmente entre los mayores productores están Indonesia, Madagascar, China y pequeños países intertropicales que la exportan principalmente hacia Estados Unidos y Francia.

La especie más cultivada es la Vanilla planifolia; sus vainas beneficiadas se venden enteras, en polvo o como extracto líquido para usarlo como saborizante. Sin embargo, su producción aún es limitada, costosa y no logra satisfacer por completo la demanda mundial; lo cual ha llevado a la industria a acudir a alternativas como la producción, mucho más barata, de extractos artificiales de vainilla.

Inigualable vainilla

Tradicionalmente la vainilla se usó para aliviar los problemas digestivos, también como un afrodisíaco, por sus capacidades estimulantes y para tratar la fiebre o picaduras de insectos. Del compuesto vainillina se han estudiado sus propiedades antiinflamatorias, antimicrobianas y antioxidantes; que se pueden aprovechar para el desarrollo de medicamentos y tienen un uso potencial en la conservación de alimentos. 

Pero debido a la escasez y alto costo de los extractos naturales, en el mundo predomina la producción y consumo de vainilla sintética. El compuesto vainillina se obtiene a partir de otras sustancias como el eugenol que es extraído del clavo de olor, la lignina que se encuentra en la madera y es un subproducto de la industria del papel, el nejayote que se obtiene en el proceso de producción de la masa de maíz, o del guayacol de la industria petroquímica. Investigadores buscan opciones más naturales como la biotransformación a partir de células o de microorganismos como una alternativa a la vainilla natural.

Aunque contienen el agente principal, que es la vainillina, los extractos artificiales no pueden igualar las propiedades que a la vainilla le confieren sus demás compuestos. Por ejemplo, los extractos naturales se distinguen porque tienen un aroma más discreto y delicado; aunque estamos acostumbrados al sabor más intenso y dulce de los extractos artificiales. Por ello se busca desarrollar métodos de extracción, separación y cuantificación de los compuestos de la vainilla para verificar la autenticidad de los extractos y sustentar su calidad.

Obtener lo mejor de las vainas

Para hacer un mejor análisis, al mismo tiempo que se obtienen los extractos, es conveniente contar con métodos más simples, rápidos y económicos. Las técnicas asistidas por microondas y ultrasonido permiten mejorar la eficiencia de extracción, no sólo acelerando el proceso, sino que también se obtienen los compuestos de la vainilla en mayores cantidades.

“Principalmente los trabajos que habíamos hecho en el laboratorio con microondas y ultrasonido, eran con fines de análisis. Nuestro objetivo era ver qué cantidad de vainillina y p-hidroxibenzaldehído, los dos parámetros más importantes, había en las vainas mexicanas para avalar químicamente la calidad y categoría que tiene la vainilla mexicana”, explicó la doctora María del Pilar Cañizares Macías, investigadora de la Facultad de Química de la UNAM.

Para realizar este análisis, primero se deben obtener muestras de los extractos de las vainas. Regularmente, como lo indica la Norma Oficial Mexicana, en una solución de alcohol y agua se deja macerar la vainilla por más de tres días para obtener su extracto líquido. Con el alcohol se obtienen los compuestos principales que le dan el aroma y sabor, y con el agua, los compuestos que le dan el color café característico. Otros métodos que también se usan comercialmente pueden tardar de 8 a 24 horas.

Para aumentar la eficiencia de extracción, con los métodos propuestos en esta investigación, la irradiación de energía se hizo de forma directa. Con el equipo de laboratorio las microondas pueden ser focalizadas, en lugar de rebotar contra las paredes de un horno convencional, y el ultrasonido se emite con una pequeña sonda dentro del mismo contenedor donde están las vainas en la solución de alcohol y agua.

El método con microondas focalizadas permitió obtener los extractos en 70 minutos y con un incremento de la concentración de vainillina y p-hidroxibenzaldehído en un 50% y 41%, respectivamente, comparado con el método oficial. Con la aplicación de ultrasonido, la concentración de vainillina fue 72% mayor y los extractos se obtuvieron en 80 minutos.

Energías que aceleran el proceso

Las energías aplicadas para la extracción de los compuestos provocan fenómenos similares debido a que, tanto las ondas electromagnéticas como las sonoras, con sus altísimas frecuencias inducen el rápido movimiento de las moléculas, haciendo que se acelere todo el proceso.

La irradiación de las microondas y el calor que se genera contribuyen a que haya una rápida transferencia de energía de las vainas sólidas hacia la solución. El ultrasonido no tiene un calentamiento tan eficiente, pero acelera las moléculas al generarse un proceso de cavitación en el que se forman burbujas micrométricas, que crecen hasta colapsar liberando tanta energía que facilita el paso de los compuestos para el extracto.

Factores como la potencia, ciclos de irradiación y de descanso, el tiempo o la cantidad de solución afectan el proceso de extracción. Para mejorar su eficiencia se realizan pruebas combinando estos factores hasta conocer cuáles son las condiciones óptimas para obtener una mayor concentración de los compuestos en menos tiempo. 

El uso de microondas y ultrasonido en el laboratorio se ha extendido a otras aplicaciones porque estas energías resultan ser más eficientes y limpias debido a que aceleran diferentes pasos del proceso analítico, son más precisas, no alteran las propiedades químicas de las sustancias, reducen los costos y las cantidades de reactivos que se utilizan.

Determinar la calidad de la vainilla

Como objetivo principal de esta investigación, el análisis de los compuestos en la vainilla permite verificar la calidad del extracto obtenido y al mismo tiempo controlar que las energías aplicadas no provoquen la degradación o descomposición de las moléculas. 

Existen diversos métodos analíticos para medir la cantidad de vainillina como parámetro de calidad de la vainilla. Con muchas de estas técnicas también se puede medir la concentración de los demás compuestos, pero se requieren mayores tiempos de análisis, instrumentos y el uso de otras sustancias para tratar las muestras.

Con la idea de poder hacer un análisis de rutina simultáneo a la extracción, para verificar que se mantenga su calidad, se propuso un sistema para la detección en línea por el que pasan automáticamente las muestras de los extractos para llevarlas a análisis. Este tipo de técnicas simplifican el proceso usando menores cantidades de la muestra y reduciendo el tiempo.

Extractos con hornos caseros

En nuestro país la vainilla se cultiva principalmente en Veracruz y algunas regiones de Puebla, Oaxaca, Chiapas y la península de Yucatán. Los campesinos suelen tener cultivos muy pequeños y poco productivos, por lo que sólo les queda vender las vainas en verde a las grandes empresas que se dedican a beneficiarla para su comercialización. 

Últimamente con el apoyo de los gobiernos se ha extendido la práctica de los cultivos de traspatio, a pequeña escala, y se buscan métodos para que los mismos agricultores puedan beneficiar la vainilla que cosechan y darle un valor añadido a su producción. Así surgió un acercamiento con los productores de Ayotoxco de Guerrero en la Sierra Norte de Puebla, principalmente con las mujeres, que cosechaban vainas de baja calidad, rotas o muy pequeñas y no las aprovechaban para obtener los extractos.

 “Una vez que demostramos que las microondas eran adecuadas para hacer las extracciones, vimos cómo aplicarlo para hacer un extracto con un horno convencional”, explicó la doctora Cañizares. Quienes cultivan la vainilla pueden elegir entre el método manual o el horno de microondas para mejorar su producción.

Los hornos de microondas caseros son una tecnología accesible y permiten controlar la potencia y el tiempo para hacer la extracción. Sin embargo, como las microondas no son focalizadas como en el laboratorio, la obtención del extracto tarda un poco más, casi lo mismo que toma el método manual. 

Pero está comprobado que con microondas se obtienen mayores cantidades de vainillina y por lo tanto, una mejor calidad del extracto. “Además no tienen ningún efecto sobre las moléculas. Hay extractos que hicimos hace un año y siguen conservando sus características”, comentó.

El uso de estos métodos en el laboratorio, a nivel industrial o con los pequeños productores permite que se puedan obtener los extractos con procesos más eficientes, sin alterar las propiedades químicas de los compuestos y con la posibilidad de demostrar que la vainilla mexicana es de muy buena calidad.

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