APROVECHAMIENTO SUSTENTABLE DE LOS RECURSOS

APROVECHAMIENTO SUSTENTABLE DE LOS RECURSOS NATURALES EN MEXICO PARA LA OBTENCIÓN DE COLORANTES
Barragán Huerta Blanca E., Santillán Hinojosa Karla Y.
Laboratorio de Residuos Peligrosos. Departamento de Ingeniería en Sistemas Ambientales. Escuela Nacional de Ciencias Biológicas. Instituto Politécnico Nacional. Av. Wilfrido Massieu S/N, Unidad Profesional Adolfo López Mateos. México D.F. [email protected]
RESUMEN.
La biodiversidad en nuestro país es tan destacada como la diversidad cultural, expresada entre otros aspectos
por la amplia utilización que hacen los 60 grupos étnicos reconocidos en el país de los recursos naturales con
diversos fines, entre ellos la obtención de colorantes. El aprovechamiento de estos recursos para la obtención
de materiales tintóreas realizado por los pueblos prehispánicos de México entre ellos los aztecas, zapotecas y
mayas sigue aún vigente en nuestro tiempo y representa una fuente de ingresos para algunas comunidades
indígenas. Según datos del INEGI, se exportan un promedio de 8000 toneladas anuales de materias colorantes
de origen natural vendidas como extractos. Las importadoras las purifican o reformulan según las especificaciones y demandas de la industria. Existe un renovado interés por los colorantes naturales, debido a las restricciones en el uso de colorantes sintéticos, por lo cual se hace necesario que dada la gran capacidad de producción de recursos naturales que tenemos se formen grupos de investigación interdisciplinarios que permitan el uso sustentable de esos recursos, lo que conllevara a un conocimiento mas profundo de nuestros recursos naturales con el fin de aplicarlos tecnológicamente y lograr con esto un mayor desarrollo económico. En
este trabajo se describen algunos de los recursos que han sido usados para la obtención de colorantes tradicionalmente y otros bajo investigación por nuestro grupo de trabajo.
Palabras clave.
Colorantes naturales, Peltogyne, Dalbergia, desarrollo sustentable
ABSTRACT
Biodiversity in our country is as outstanding as the cultural diversity, expressed among other aspects by the
ample use that 60 recognized ethnic groups in the country do of natural resources with diverse aims, among
them for obtaining coloring matters. The advantage of these resources for the obtaining of dying materials
realized by the pre-Hispanic towns of Mexico among them Maya, Aztec, Zapotec o Mixtec and persists still
effective up to day and represents a source of income for some indigenous communities. According to INEGI
data, an average of 8000 tons annual of coloring matters of natural origin like extracts are sold and exported
from Mexico. The importers purify or reformulate them according to the specifications and demands of the
industry. Considering our great capacity of natural resources production and the renewed interest by natural
colorants due to the restrictions in the use of synthetic dyes, it is very important to join together interdisciplinary research groups that allow to have a deep knowledge of our natural resources, with the purpose of apply
them technologically and consequently to get the sustainable use for them and a greater economic development. In this work some of the resources that have been traditionally used for obtaining colouring matters and
some other news under investigation by our work group are described.
Key Word: Natural pigment, Peltogyne, Dalbergia, Sustainable development
Aprovechamiento sustentable de los recursos naturales en México para la obtención de colorantes
Colorantes naturales
El uso de materias colorantes ha nacido de la
necesidad sentida desde el hombre prehistórico, de
adornar o embellecer multitud de objetos de uso
corriente, comunicándole colores más o menos
vivos. Para esto se aprovechó de un gran número
de materias colorantes escogidos de los tres reinos
de la naturaleza, modificándolos y creando nuevos
a medida que aumentaba su conocimiento en esta
ciencia.
Los pueblos indígenas que todavía habitan en el
mundo, incluyendo nuestro país (Fig. 1), utilizan
actualmente esos recursos tintóreos (De Avila,
2009).
Barragán y Santillán
conocidos por el hombre en el aspecto de toxicidad y contaminación.
Además, a nivel artesanal, aumenta el costo de la
materia prima y no permite que el producto terminado se considere 100% nacional. (De Avila,
2009).
Desde el descubrimiento del nuevo mundo, los
vegetales han tenido un papel muy importante en
la economía de las naciones. Latinoamérica fue y
sigue siendo un proveedor de recursos humanos
sin los cuales, la humanidad no hubiera alcanzado
el desarrollo intelectual y económico de nuestra
época.
Con respecto a los recursos forestales, Iberoamérica ha sido la principal abastecedora de maderas,
entre las que destacan las maderas preciosas, como por ejemplo la Caoba (Sweitenia), el Cedro
(Cedrela), Palos de rosa (Dalbergia y Tabebui) y
los Palos de Brasil y de Campeche (Haematoxylon); estos últimos utilizados también en la producción de colorantes ( Martínez, 1990)
Clasificación de los pigmentos
Los pigmentos pueden dividirse en sintéticos y
naturales. Los sintéticos requieren de una certificación: incluyendo sustancias químicas sintetizadas con alto grado de pureza (Badui, 2006).
Dentro de los pigmentos sintéticos los más importantes por mencionar algunos son: azoicos y antraquinonas.
Figura 1. Huipil ceremonial Tzotzil, elaborado
con fibras y colorantes naturales. Sayer, 1985.
En América se tienen hermosos ejemplos en los
textiles encontrados en las tumbas incas y mayas y
en los tejidos que actualmente trabajan los indígenas de América Central. Sin embargo, con el desarrollo de la química a finales del siglo pasado,
toda la tintorería cambió, al sintetizarse nuevas
sustancias colorantes en el laboratorio.
Los nuevos matices fabricados sintéticamente, han
hecho más científico el estudio de las materias
colorantes, conduciendo a un mejor conocimiento
y utilización de muchos tintes y a la síntesis de los
mismos. Pero este desarrollo ha llevado al olvido
las antiguas técnicas de extracción, y la producción artificial crea entonces problemas antes no
Los colorantes azoicos constituyen el grupo más
extenso, de todos los colorantes orgánicos disponibles en el mercado. La estructura química de
este tipo de colorantes, se caracteriza por la presencia del grupo azo –N=N como cromóforo,
asociados a grupos auxocromo de tipo amino o
hidroxilo (AITEX, 2003).
El grupo azo característico de los colorantes azoicos, es susceptible de reducirse, dando lugar a la
formación de aminas aromáticas. Algunas de estas
arilaminas aromáticas, tienen un potencial cancerígeno demostrable (AITEX, 2003).
Dentro de los pigmentos naturales se pueden
agrupar en carotenoides, clorofilas, betalaínas,
pigmentos fenólicos (flavonoides, antocianinas y
taninos) y hemopigmentos.
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Colorantes naturales vs sintéticos
Los pigmentos naturales son sustancias orgánicas
que sintetizan las plantas y se metabolizan por la
luz solar principalmente, en diferentes partes de
las plantas (semillas, frutas, flores, hojas, raíces,
cortezas y ramas). En su interminable proceso de
respiración de los vegetales, los colores sufren
cambios en su tonalidad (Ferreira y Lopes, 2009).
A diferencia de los pigmentos naturales, los sintéticos tienen las siguientes ventajas: firmeza, amplio intervalo de tintes, bajo costo, alta efectividad, homogeneidad y no presentan aromas o sabores, pero muchos de ellos presentan efectos adversos a la salud.
El mercado mundial de pigmentos representa
$1.2 billones por año, los colorantes naturales solo
son el 31% del mercado pero crece un 5% al año,
mientras que los sintéticos crecen 1% (Voith,
2008).
Recursos naturales de origen mexicano como
fuente de pigmentos
La biodiversidad en nuestro país es muy destacada, ya que se han identificado 541 plantas, pertenecientes a 314 géneros y a 104 familias. Los usos
más recurrentes de las maderas son para muebles
(45), instrumentos musicales (55), textiles (58),
cestería (80) y colorantes (CONABIO, 2001).
En general los colorantes provenientes de plantas
y de algunos insectos han tenido una gran aplicación desde hace mucho tiempo, tanto en textiles,
alimentos, papel, etc. Han tenido mucha aceptación porque se les considera menos dañinos que
los sintéticos y eso es lo que ha hecho que se sigan
estudiando colorantes de origen natural (Badui,
2006).
Entre los eventos que han generado que se incremente el uso de colorantes naturales, están la
eliminación de los rojos #2 y #6 grado FD&C
(Food, Drug and Cosmetics), por la agencia FDA
(Food and Drug Administration) de los Estados
Unidos de América.
Los resultados de estudios recientes atribuyen a
los colorantes naturales beneficios farmacológicos
y confirman la asociación que muchos consumidores hacen entre “pigmentos sintéticos” y “enfermedad” (Bridle, 1997).
Fuentes de pigmentos naturales de uso tradicional en México
En México algunos colorantes de fuentes naturales y comúnmente conocidos son la cochinilla
(carmín), hematoxilina, el pigmento púrpura del
caracol, por mencionar los más importantes.
Cochinilla( Coccus cacti)
México cuenta aproximadamente con 60% de su
territorio Nacional conformado por zonas áridas y
semiáridas. El nopal Opuntia spp, tiene una amplia distribución en estas zonas y llega a presentar
ciertas plagas que la acompañan en su ciclo de
vida, es el caso de la grana-cochinilla, plaga que al
cultivarse de forma adecuada ofrece grandes beneficios (Castillo, 2011).
La grana cochinilla es un insecto que se alimenta
exclusivamente de los nopales.
Desde la antigüedad, la gente de las tierras altas
del sur de México domesticaron a la planta hospedadera como alimento y domesticó también a la
plaga del nopal porque produce un rojo intenso
color sangre (Figura 2). Se sabe que la grana
cochinilla era llamada nocheztli por los Aztecas,
quiere decir sangre de tunas (Castillo, 2011).
Europa tiene actualmente 13 pigmentos permitidos derivados de fuentes naturales que pueden ser
utilizados en la coloración de alimentos (Bridle,
1997). Ellos son curcumina (curcuminoide), luteína (xantofila), -caroteno, norbixia/bixina, capsantina/capsorubina (carotenoides), betanina (betalaìnas), ácido carmínico y carmín, (antraquinonas), azúcar caramelizada y extractos de malta
(melanoidinas), clorofila y clorofilina (porfirinas),
y antocianinas (flavonoides).
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Aprovechamiento sustentable de los recursos naturales en México para la obtención de colorantes
Barragán y Santillán
de dichos insectos, extrayendo sus cuerpos secos
con agua o alcohol.
Figura 3. Estructura del ácido carmínico.
Se ha utilizado en la industria de los alimentos
como colorante de la gama de los rojos de conformidad con la ley Europea E-120 (Medina et al.,
2006).
Fig 2. Cultivo de cochinilla. De Alzate y Ramírez.
Las regiones y grupos relacionados con el cultivo
del insecto en nuestro país comprendían: la Mixteca Alta; Zapoteca, Náhuatl y Mixteca de la Costa; la Zapoteca de Miahuatlán, la Zapoteca – Mixteca del Valle de Oaxaca; los Cuicatecos y Chinantecos en la región de la Cañada y los Popolocas en Tuxtepec; la zona de Cholula y Huejotzingo en el Estado de Puebla, y “Huaxtepec y Cuahnahuac (Cuernavaca) en el Estado de Morelos”
(Castillo, 2011).
Era comúnmente utilizado por los Toltecas y
Teotihuacanos en la pintura de esculturas, edificios públicos y religiosos, así como para colorear
telas y elaborar panes ceremoniales (Macgregor,
1976).
Actualmente es utilizado ampliamente como un
agente colorante, por ejemplo, en los productos
farmacéuticos y alimentos, se deriva de la materia
colorante roja que se presenta en los cuerpos de
los insectos hembras de Coccus cacti L., que crece
sobre Nopalea coccinellifera y otras plantas de la
familia Cactaceae, que se cultiva en las áreas
desérticas de México y de América Central y del
Sur. Como tal, el tinte (Fig. 3) se recupera a partir
El carmín no es tóxico. Es completamente inofensivo. Puede ser ingerido por el organismo humano o estar en contacto prolongado con la piel, sin
producir el menor efecto tóxico. Por esta importantísima propiedad, este colorante natural está
incluido en la mayoría de las farmacopeas oficiales para el teñido de los preparados galénicos
como también admitido en las legislaciones de
todos los países del mundo, para ser utilizado en
los productos alimenticios y cosméticos que lo
requieran.
En lo que respecta a su inocuidad, el carmín no
ha podido aún ser desplazado por los colorantes
sintéticos, a pesar de los gigantescos adelantos de
la química moderna. El carmín es utilizado como
pigmento o como colorante. Cuando se emplea
como pigmento (líquido) su método de coloración
es directamente proporcional a su pureza. En
cambio, cuando se le emplea como colorante
(sólido) su método de coloración es por dispersión
(distribución del color a lo largo de todo el material a ser coloreado) y la fuerza de coloración no
es proporcional a su pureza.
Perú es el primer productor mundial de cochinilla,
abastece aproximadamente el 84% de la demanda
mundial, lo que corresponde a 1500 t/anuales.
Otras zonas productoras son: Las Islas Canarias
con el 8%, Chile con el 6%, Bolivia con el 2% y
México (Francis, 1987).
Palo de tinte (Haematoxylum campechianum )
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Otro colorante natural es el que se extrae de los
tintales, como comúnmente se les llamaba y llama
a los bosques de palo de tinte, se encontraban en
las regiones tropicales más húmedas y cenagosas.
En México existían abundantes tintales en Tabasco, Oaxaca, Chiapas. Guerrero, Campeche, Yucatán y Quintana Roo, al igual que en Belice y
algunas regiones de Centroamérica.
Este arbol científicamente denominado Haematoxylum campechianum (Fig. 4), es comúnmente
conocido también con el nombre de palo de Campeche. En las zonas productoras de Yucatán,
Campeche y Tabasco se le llamaba palo negro,
ek´, tinto y de Campeche. En el siglo XVIII en la
península de Yucatán, los mayas prehispánicos
utilizaron el palo de pinte para pitarse el rostro de
negro y el cuerpo para sus rituales. Asimismo, lo
empleaban para pintar los hilos con que trenzaban
sus cabellos y para teñir algunas ropas. Durante la
colonia lo emplearon para teñir naguas y guayapiles (Cordero, 2011).
narse con iones metálicos, especialmente las sales
de hierro (III) o aluminio (II), que actúan como
mordientes.
Si bien la hematoxilina es una sal neutra, suele ser
denominada como un colorante básico, ya que el
componente cromógeno reside en el complejo
catiónico (básico) de la misma (Fig. 5). Es de
notar que la tinción histológica por hematoxilina
no indica tanto la constitución química de los
componentes celulares, sino la densidad de cargas
eléctricas negativas de los mismos (Smith, 2002).
Figura 5. Estructura Hematoxilina.
En la actualidad se sabe que los mayores productores de hematoxilina son Jamaica, México, Estados Unidos, Honduras y Santo Domingo (ordenados por nivel de producción de mayor a menor).
Caracol púrpura (Plicopurpura patula pansa)
Figura 4. Haematoxylum campechianum.
La hematoxilina es el compuesto que se obtiene
de Haematoxylum campechianum L.,, mediante la
evaporación de un extracto en etanol del duramen,
se oxida fácilmente a un material rojo-café (hemateína) (Smith, 2002; Nasirizadeh, 2011).
Se utiliza en histología para teñir los componentes
aniónicos (ácidos) de los tejidos, a los que da una
coloración violeta. Tiñe intensamente los núcleos
de las células, dado que estos contienen ácidos
nucleicos ricos en radicales ácidos.
Tal como se obtiene de la planta e incluso luego
de sufrir el proceso de oxidación, su capacidad de
tinción es muy limitada. Por lo tanto, debe combi-
Las etnias mixtecas, nahuas, chontales y huaves
de México, tienen aprecio, veneración y respeto
por una especie particular de caracol: el caracol
púrpura, el cual se distribuye a lo largo de las
costas de Oaxaca, Michoacán, Colima y Jalisco.
Este particular caracol secreta un fluido blanquecino, espumoso y lechoso, que cambia gradualmente de color cuando se expulsa al exterior (Cupul, 2009).
En contacto con el aire, este fluido adquiere tonalidades que varían del amarillo al azul verde hasta
que, finalmente, logra su estabilización en un
bello e intenso tono púrpura. El color púrpura del
tinte brinda su nombre al caracol llamado científicamente Plicopurpura patula pansa (Figura 6) y
es el responsable de su utilización por el hombre
prehispánico para teñir sus vestimentas, por ser
este matiz un símbolo de grandeza y poder (Cupul, 2009).
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Aprovechamiento sustentable de los recursos naturales en México para la obtención de colorantes
Barragán y Santillán
Este tipo de caracoles genera el pigmento púrpura
para depredar a otros animales marinos, El caracol
Lymnaea stagnalis L. es cultivado en Oaxaca para
extraer su colorante. (Benjamin et Walker, 2002)
Figura 7. Proceso de tinción de fibras con caracoles.
Figura 6. Phyllonotus trunculus
La cantidad de tinte que secreta cada molusco es
tan pequeña que se requiere gran esfuerzo y paciencia para teñir un poco de hilo. Por ello siempre ha sido el más apreciado y el más caro lo los
colorantes naturales.
Una manera sustentable de obtener este colorante
es llevar las fibras hasta la playa para desprender
los caracoles de las rocas y dejar que secreten
sobre los hilos y después devolverlos a sus guaridas para que produzcan más tinte (De Ávila,
2009)
En la región de Oaxaca en México desde la época
precolombina hasta la actualidad, el caracol marino púrpura pansa ha sido utilizado por indígenas y
tintoreros mixtecos para teñir sus prendas.
El Plicopurpura pansa pertenece al mismo género
murex con el que se elaboraba el púrpura de Tiro.
Este caracol es una especie protegida en el Parque
Nacional Huatulco. El caracol púrpura pansa segrega el tinte en situaciones de stress o peligro de
ser devorado.
Los artesanos "ordeñan" a los caracoles una vez
cada 30 días, entre octubre y marzo, evitando la
época de reproducción del caracol. Actualmente
es una tradición que realizan unos 20 artesanos
que recorren largas distancias para teñir sus madejas (Figura 7) (Torrentera , 2009).
Para el pueblo mixteco este proceso es una tradición y actividad económica. Al igual que el púrpura de Tiro la dificultad para la obtención del tinte
hace que las prendas de algodón teñidas se usen
para vestir en ceremonias rituales o de gran importancia para la comunidad. Las mujeres creen
que unas enaguas teñidas de púrpura les protegen
contra la esterilidad. Se debe a que el color
púrpura tiene un significado simbólico relacionado con la fertilidad, la fuerza, el poder y la muerte
en esta cultura (Torrentera, 2009).
En general los colorantes naturales tienen propiedades anti-radicales libres se dirigen fundamentalmente hacia los radicales hidroxilo y superóxido, especies altamente reactivas implicadas en el
inicio de la cadena de peroxidación lipídica y se
ha descrito su capacidad de modificar la síntesis
de eicosanoides (con respuesta anti-inflamatoria),
de prevenir la agregación plaquetaria (efectos
antitrombóticos) y de proteger a las lipoproteínas
de baja densidad de la oxidación (prevención de la
placa de ateroma) 5, 8-10 (Javanovic, et al.,
1998).
Nuevos colorantes a partir de residuos forestales: Aprovechamiento de residuos.
La madera que es un material complejo que contiene además de la lignina y la celulosa, en donde
se encuentran varias inclusiones (principalmente
orgánicas), llamadas extraíbles o extractivos (en
proporciones del 1 al 20%, en donde se localizan
los colorantes), el término se refiere a los materiales que pueden obtenerse por un tratamiento de
extracción de la madera con agua fría o caliente o
solventes orgánicos como benceno, acetona, éter,
etc. (Tsoumis,1991).
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El estudio de plantas con importancia económica
con el fin de proponer nuevas aplicaciones es de
gran utilidad, obteniéndose con esto un mayor
aprovechamiento de nuestros recursos. Como
ejemplo se tiene al árbol del género Peltogyne
que se utiliza para la elaboración de artesanías y
muebles hasta el momento.
Palo morado (Peltogyne mexicana)
Éste género tiene una distribución geográfica que
corresponde principalmente a América del Sur
Tropical, Centroamérica (Panamá), Venezuela,
Brasil hasta Bolivia y también México (Erfurth y
Rusche, 1976).Con el fin de utilizar los residuos
que se generan por el uso de esta madera, en nuestro Instituto estamos realizando estudios sobre la
caracterización del colorante presente en esos
residuos y sobre aplicaciones del mismo (Santillán
K, 2011).
El árbol Palo Morado, pertenece a la familia de
Caesalpinceae (Figura 8) y es conocido científicamente como Peltogyne mexicana Martínez
(Navarro et al., 2005). Se caracteriza por ser un
árbol de gran tamaño ya que es una especie de
hasta 50m de altura con diámetros de tronco de
hasta 1.5m (Vílchez y Rocha, 2005). Se han realizado algunos estudios sobre la caracterización
tecnológica de la madera de la madera del palo
morado (Navarro et al, 2005).
En México solo se encuentra una especie de las
23 existentes, específicamente en el Estado de
Guerrero (Tierra Caliente); no se tienen datos de
que esta especie crezca en algún otro estado, por
tal motivo no es muy conocida.
Los peltoginoides (I) , son compuestos tipo flavonoides que se encuentran presentes en la fruta,
corteza, raíces o partes aéreas de algunas leguminosas y el color del duramen de algunos árboles
de los géneros Peltogyne, Acacia, Caesalpinia y
Cassine se atribuye a la presencia de esos compuestos. En el palo morado no se han realizado
estudios acerca de los componentes presentes en
su madera, pero dada la relación taxonómica que
tiene con otros géneros, se espera que el pigmento de Peltogyne mexicana esté estructuralmente
relacionado con alguno de los peltoginoides reportados para otras especies (Bodig y Jayne, 1982).
Figura 8. Árbol Peltogyne mexicana (Palo morado).
R
R
H
R
D
O
A
B
C
O
HO
H
Figura 9. Estructura general de un peltoginiide.
Campincerán (Dalbergia congestiflora).
El campincerán es un árbol endémico de México
que pertenece a la familia Leguminosae y a la
subfamilia Papilonoideae, crece en la selva baja
caducifolia principalmente en el estado de Guerrero y su uso es maderable. También se encuentra
en Puebla y se utiliza para elaborar violines. En el
estado de Michoacán se le utiliza en la elaboración
de artesanías y guitarras (Guridi-Gómez y García),
1997).
A partir del duramen de D. congestiflora hemos
aislado y caracterizado un nuevo colorante púrpura de naturaleza isoneoflavonoide (Barragán et al,
2004), de nombre Neocandenatona (Figura 10),
con gran estabilidad a la temperatura, al pH y a la
presencia de metales.
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Aprovechamiento sustentable de los recursos naturales en México para la obtención de colorantes
Barragán y Santillán
los recursos que conllevará también a un mayor
desarrollo económico.
O
HO
OMe
O
O
OH
Agradecimientos.
OMe
Fig 10. Estructura química de la neocandenatona
A la Maestra Lidia Guridi Gómez, al Dr José
Rutiaga Quiñones y al Laudero Abel García por
proporcionar la madera de campincerán para el
estudio de la Neocandenatona. A la Dra. Borja de
la Rosa por proporcionar la madera de Palo morado. Al IPN por el apoyo a través del Proyecto SIP
20110775.
Bibliografía
En la tinción de fibras, se comprobó que tiene
buen poder de fijación en lana, algodón seda y
poliéster tanto en tinción directa como en la utilización de mordentes. El uso de esta madera es
económicamente importante en muchas regiones
habitadas por población indígena, sin embargo ese
uso indiscriminado está llevando al agotamiento
del recurso y a la su consecuente declaración
como especie en peligro de extinción. Hemos
observado que la reproducción de D congestiflora
por estacas puede ser un método viable para el
rescate de esta especie (Figura 11).
Fig. 11. Cultivo del campincerán por estacas.
La tendencia actual hacia un mayor consumo de
productos naturales, hace necesario que países en
desarrollo como el nuestro con una gran biodiversidad y la capacidad de producción de recursos
naturales, formen grupos interdisciplinarios de
investigación que permitan el uso sustentable de
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