Composición y propiedades del ácido carmínico

El ácido carmínico es una materia colorante natural contenida en la cochinilla y probablemente en otros insectos de la familia dastiloidea y en las flores de la Nonarda Dydina.

Las dudas y contradicciones acerca del ácido carmínico ha sucedido durante mucho tiempo, luego de numerosos trabajos de investigación, se conoce su composición porcentual y probable fórmula estructural, pero aún no se ha establecido si este colorante de la cochinilla se encuentra libre en el cuerpo del insecto o formando algún glucósido.

El ácido carmínico es un derivado de la antraquinona. Schunck y Marchlewski sometieron al ácido a un minucioso proceso de purificación y luego de cuidadosos análisis obtuvieron que dicho compuesto respondía a la fórmula C₁₁H₁₂O₅   aproximadamente.

Warren de la Rue después de realizar su análisis encontró como composición media para el ácido carmínico lo siguiente:

Carbono                     54,13%

Hidrógeno                   4,60%

Oxígeno                      41,25%

De donde después dedujo la fórmula C₁₄H₇O₈.

En 1894 SHUNCK y MARCHLEWSKI luego de efectuar numerosos análisis y cálculos pensaron que la conformación era: C₁₁H₁₂O₅. Los trabajos de Hlaziewtz y Gravereski indican que el ácido carmínico es un glucósido C₁₁H₁₈O₁₀.

Lieberman, Hairng y Wiederman de sus análisis dedujeron como posible fórmula del ácido carmínico: C₂₂H₂₂O₁₃, Dimiroth le atribuye una composición compleja con un núcleo naftalénico-Quinónico.

Estructura química del ácido carmínico 

Químicamente se lee como: Ácido – 3; 5; 6; 8 – tetrahidroxi – 7 ribofuranosa – 9; 10 – antraquinona.

Esta parece ser la fórmula más aceptable para el ácido carmínico, en la que aparece perfectamente definido por átomos de carbono del anillo bencénico, en la que se han verificado las diferentes sustituciones.

           

Composición del Carmín

El carmín es una laca producto de la combinación del ácido carmínico de la cochinilla con diferentes sales metálicas hidrolizables, de acuerdo a las cuales adquieren diversos colores:

Aluminio y Estaño                              Escarlata

Bario                                                   Violeta Mate

Alumbre (Sulfato Al y K)                    Carmesí

Cromo                                                Púrpura

Fierro                                                             Rojo Grisáceo

Plomo                                                            Rojo Pardusco

Magnesio                                           Rosado

Mercurio                                             Escarlata

Uranio                                                Verde

Zinc                                                    Carmesí

El color más hermoso del carmín es el obtenido con estaño pero es inocuo. Lieberman, ha publicado el siguiente análisis del carmín de cochinilla:

Materia colorante                               56%

Materia Nitrogenda                            20 %

Humedad                                           17%

Cenizas                                              7%

Cera                                                   Indicios

Para las cenizas:

Sn O₂                                        0,67%

Al₂O₃                                      43,47%

CaO                                       44,85%

MagO                                     1,02%

Na₂O                                      3,23%

K₂O                                        3,56%

P₂O₅                                       3,20%

Según esta composición se puede establecer que el carmín es una combinación aluminio-caliza-albuminoidea del ácido carmínico. Allen’s indica que el carmín comercial contiene:

Materia Colorante                  30%  a  65%

Aluminio y calcio                    3%  a  12%

Humedad                               2%  a  20 %

Nitrógeno                               casi constante  3,75%

Propiedades

Propiedades Físicas del ácido carmínico

Es un ácido insípido e inodoro, cristaliza en forma de prisma de color rojo brillante, truncados oblicuamente, que observados por transparencia parecen tener un color rojo anaranjado. Estos cristales son difícilmente solubles en agua fría, es soluble en agua un gramo por ml. Soluble en alcohol y ácido sulfúrico concentrado, ligeramente soluble en éter. Fácilmente soluble en los álcalis cáusticos dando un color rojo carmín, insoluble en benceno y cloroformo.

No se ha podido determinar el punto de fusión del ácido carmínico por no ser constante. A 130°C se oscurece, a 140°C pierde su solubilidad en el agua y a 250°C se ennegrece.

Propiedades Químicas del ácido carmínico

 a)     Con los metales pesados forma sales insolubles llamados carminatos:

b)     Se oxida con agua oxigenada, en presencia de Sulfato de cobalto como catalizador y en medio alcalino produciendo el ácido: 8 metil, z-6 Dihidroxi, 1,4 Naftoquinon, 3-5 Dicarboxilico. Polvo amarillo e Giroscópico.

c)     Se oxida con Permanganato de Potasio en medio de Acido Sulfurico para dar el Ácido 8 metil, 2-3-6, Trihidroxi, 1-4 Naftoquinon, 5 carboxílico denominado comúnmente carzarina, que cristaliza en agujas de color rojo granate.

d)     Realizada la oxidación con Ácido Nítrico, se obtiene el Ácido Nitrococúsico.

e)     El bromo y el Yodo lo atacan rápidamente dando diferentes productos el alfa Bromo carmín y el beta Bromo carmín.

a)     Es de carácter dextrógiro.

b)   Cambia de color del rojo al violeta en un rango de pH de 4,8 – 6,2, lo que fundamente su aplicación como indicador.

Propiedades Físicas y Químicas del Carmín

Como una laca del ácido carmínico recibe el nombre de carmín. Es un polvo de color rojo y vivo, lustroso; insoluble en el agua, líquidos orgánicos y ácidos diluidos. Enteramente soluble en amoniaco y álcalis cáusticos (disolución color Carmesí), soluble también en ácidos minerales fuertes (disolución color rojo amarillenta): arde desprendiendo olor a sustancias nitrogenadas y dejando pocas cenizas no más del 9% que por lo general se compone de alúmina y cal.

Autor: Ing. Jorge Durand Flores - UNJBG

El ácido carmínico y sus métodos de producción actuales

El ácido carmínico, E-120, es una sustancia química compleja, utilizada como rojo, extraído de la cochinilla (Dactylopius coccus) u otros insectos. Se utiliza como colorante en cosméticos (pintalabios, emtre otros) y como E-120 en la industria alimenticia para dar un color rojo a los alimentos, aunque se sustituye cada vez más por colorantes sintéticos más baratos. Un sustituto ampliamente utilizado es el rojo cochinille A, un colorante diazoico con el número E124. El nombre deriva de la palabra árabe-persa kermes, que es el nombre de una baya roja.

En Europa se utiliza el ácido carmínico obtenido a partir de insectos autóctonos al menos desde la Edad de Hierro, y se han descubierto restos, por ejemplo, en tumbas de la cultura de Hallstadt.

Estructura química del Ácido Carmínico 

El carmín es una materia colorante de origen animal, El carmín o simplemente carmín (E120) es un pigmento de un color rojo vivo cuya estructura está propuesta por un complejo de ácido Carmínico-Aluminio-Calcio, esta estructura esta propuesta en base a investigaciones químicas y espectroscópicas y es expresado por:

Métodos de producción actuales de ácido carmínico

Se conocen los siguientes métodos: Alemán, Cenette, Francés, Carre, Inglés, Thorpe, Japonés y otros;  todos ellos tienen la misma fase primaria de preparación de la cochinilla para extraer el ácido carmínico y ello incluye: secado de Materia Prima, separación mecánica, molienda, extracción de grasas y ceras; diferenciándose en la extracción de grasas y ceras; y en la extracción del ácido carmínico  que es la siguiente etapa y luego su continuación con la precipitación del carmín, reposo, filtración y secado del carmín.

La descripción de los métodos antes mencionados referido a laboratorio se hará a partir de la cochinilla exenta de grasas y ceras y en forma sucinta, ya que la fase primaria es semejante para todos los métodos y su descripción se dará cuando se describe en forma integral el método seleccionado.

Método Alemán

La cochinilla (1 Kg) exenta de grasas y ceras es introducida al tanque de extracción de ácido carmínico y se le añade gotita de agua destilada, sometiéndolo a ebullición por 15 minutos y posteriormente se le lleva a reposo por dos horas , luego de la cual se filtra y a la solución obtenida se le agrega alumbre (160 g), llevándolo entonces a ebullición por 15 minutos y posterior reposo de dos horas, luego de lo cual se filtra a 48°C – 50°C, se seca el carmín y se envasa. Este proceso lleva a un rendimiento de 17,73%.

Método Cenette

La cochinilla exenta de grasa y cera se pasa al tanque se extracción del ácido carmínico por lixiviación, se añade 60 litros de agua destilada por cada kilogramo de cochinilla, luego se lleva a ebullición por 15 minutos (mediante serpentín), se añade entonces 25 gramos de nitrato de potasio por kilogramo de cochinilla. Se calienta a ebullición por cinco minutos y se deja en reposo por dos horas, mediante filtración se separa la solución obtenida y se la pasa al tanque de precipitación  donde se le añade  50 gramos de tetraoxalato de potasio por kilogramo de cochinilla, se le licúa a ebullición por cinco minutos. Se deja en reposo por dos horas y a la solución se le agrega 160 gramos de alumbre, se vuelve a llevar a ebullición por cinco minutos, se deja en reposos por dos horas, se filtra el carmín a una temperatura de 50 - 60°C. El carmín obtenido pasa a secado a 40°C y posteriormente al envasado. El rendimiento del proceso es de 10,54%.

Método Francés

La cochinilla seca sin grasa y ceras pasa a la operación de extracción del ácido carmínico que se realiza en un tanque de extracción que posee serpentín de calefacción por vapor, aquí es introducida la cochinilla se le añade 60 litros de agua destilada y se lleva a ebullición por quince minutos, luego se hace una filtración en caliente a fin de eliminar los residuos de cochinilla. A la solución obtenida se le añade 40 gramos de tartrato ácido de potasio por cada kilogramo de cochinilla y nuevamente se lleva a ebullición por cinco minutos se enfría y se añade 100 gramos de alumbre por cada kilogramo de cochinilla, se lleva otra vez a ebullición por diez minutos y posteriormente se le deja en reposo por dos horas y se procede a filtrar; el producto obtenido se lleva a secado en oscuridad tipo túnel a temperatura de 40°C. El producto seco es envasado se alcanza un rendimiento de 11,61%.

Método Carré

En el tanque de extracción se añade setecientos cincuenta gramos de carbonato de sodio, trescientos cincuenta gramos de ácido cítrico y veinticinco litros de agua destilada por cada kilogramo de cochinilla, se lleva a ebullición por quince minutos y se le añade la cochinilla en polvo, después de dos horas de reposo, se filtra para eliminar los residuos de la cochinilla y a la solución obtenida en el tanque de clarificación se le añade carbón activado (cuarenta gramos de carbón por kilogramo de cochinilla) se deja en reposo por media hora y se filtra para separar el carbón y la solución pasa al tanque de precipitación donde se le añade cuatrocientos gramos de alumbre por kilogramo de cochinilla y se lleva a ebullición mediante vapor a través de serpentín, se deja en reposo por dos horas y se filtra, el carmín obtenido es lavado con novecientos mililitros de agua y luego se pasa el carmín al secado en secador tipo túnel a 40 °C y en ambiente oscuro.

El carmín luego es envasado. Se alcanza un rendimiento del 9%.

Método Inglés

En este método, en el tanque de extracción se pone cuarenta gramos de carbonato de sodio, sesenta litros de agua por cada kilogramo de cochinilla, se lleva a ebullición por quince minutos y se añade cien gramos de alumbre, se lleva a ebullición por quince minutos y luego de precipitar el carmín se lleva a media hora de reposo, para posteriormente ser secado en la oscuridad a 40 – 50 °C y luego es pesado y envasado. Se obtiene un rendimiento del 6%.

Método Thorpe

La cochinilla (1kg) sin grasas ni ceras pasa a la operación de extracción del ácido carmínico, el cual se extrae únicamente con agua, para lo cual la cochinilla es tratada en un tanque con circulación de vapor para licuar el agua (60 litros) hasta ebullición por un tiempo de diez minutos, con agitación constante; de esta forma se obtiene el ácido carmínico en solución que se separa de los sólidos mediante filtración con carbón activado, se separa el carbón por filtración y el líquido se recibe en el tanque de precipitación donde se lleva hasta ebullición por quince minutos y con continua agitación se le añade alumbre (160 gramos), obtenido el carmín se separa por filtración y luego se le seca a 40°C en ambiente oscuro.

Posteriormente el carmín es secado y pesado. El rendimiento logrado es del 18,78%.

Método Japonés

En este método  se procede primero a la extracción con los siguientes insumos: agua desionizada (1 500 ml), ácido tartárico (1 g), gelatina (0,2 g), cochinilla molida (100 g) previamente pasada por malla N° 20 y 8% de humedad. Luego en autoclave calentar a 150 °C y 16 lb de presión durante 10 minutos. Dejamos reposar. Continuamos con la separación del extracto decantando el líquido y filtrando el remanente. Finalmente la solución obtenida destilamos a presión reducida para obtener un extracto concentrado que contenga un alto porcentaje de ácido carmínico.