Estudio del perfil de compuestos volátiles de los rizomas de Curcuma longa l.

Cultivada en el departamento del Quindío - Colombia

Evaluation of the volatile profile of the rhyzomes of curcuma longa l. Crops in Quindio-Colombia

Recibido: Agosto 21 de 2008Aceptado: Septiembre 22 de 2008

Eunice Ríos V.*, Germán A. Giraldo G.**, David F. León R.*, Angélica Moreno B.*

RESUMEN

La extracción de los compuestos volátiles por hidrodestilación simple (HD) y asistida por microondas (MWHD) y su caracterización por cromatografía de gases acoplada a masas (CG-MS) de los rizomas de cúrcuma (Curcuma longa L.) cultivados en la región del Quindío, fue usada para identificar por el método de normalización de áreas un total de 42 constituyentes del aceite. Los compuestos terpenoides le dan el aroma impacto a los rizomas siendo los sesquiterpenoides cetonicos los mayoritarios; la ar-turmerona fue el compuesto más abundante (36.9%), seguido de sus isómeros turmeronas (19.0% para b y 13.6% para α) y una mezcla de sesquiterpenos con un anillo ciclopentilo característico no reportados para esta planta (6.1%). Los extractos obtenidos en un tiempo de 4 horas por el método de MWHD (2.6%) fueron la base para los análisis cromatográficos por su mayor rendimiento con respecto a la HD (2.1%). Comparado con otros reportes se confirma que el aceite de cúrcuma de la región del Quindío es diferente en su composición dándole valor como objeto de estudio en futuras investigaciones con respecto a sus propiedades para ser utilizado en la industria alimentaría.Palabras claves: Aceite Esencial, Cromatografía de Gases (CG), Curcuma longa L., Espectrometría de Masas (MS).

ABSTRACT

The extraction of volatile compounds by simple hydrodestilation (HD) and microwave assisted hydrodestilation (MWHD) and its characterization by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) from the rhizomes of turmeric (Curcuma longa L.) grown in the region Quindio, was used to identify a total of 42 constituents of the oil by the areas normalization method. The terpenoid compounds give the aroma impact to the rhizomes, the majority being ketonic sesquiterpenoids, the ar-turmerone was the most abundant compound (36.9%), followed by its isomers turmerones (19.0% for β and 13.6% for α) and a mixture of sesquiterpenoids with a cyclopentyl ring characteristic not reported for this plant (6.1%). The extracts obtained in a 4 hour time by the method of MWHD (2.6%) were the basis for the chromatographic analysis by its higher performance regarding the HD (2.1%). Compared with other reports, the turmeric oil in the Quindio region is different in composition giving value as an object of study in future investigations regarding its properties to be used in food industry.Key words: Curcuma longa L., Essential Oil, Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS)

* Programa de Química. Laboratorio de Diseño de Nuevos Productos. Universidad del Quindío. erios@uniquindio.edu.co

**Programa de Ingeniería de Alimentos. Laboratorio de Diseño de Nuevos Productos. Universidad del Quindío.

INTRODUCCIÓN

a Curcuma longa Linn es una planta de origen asiático perteneciente a la familia de las zingiberáceas, conocida comercialmente como L

turmeric, ampliamente usada como colorante natural en los alimentos, con propiedades medicinales y nutricionales reconocidas (Goel, Kunnumakkara & Aggarwal, 2008; Mesa et al, 2000), sus rizomas son ricos en pigmentos amarillos (curcuminoides) y aceite esencial, compuesto principalmente por turmeronas, zingibereno, curcumeno y felandreno (Netita, Aldo, Pottachola, Sinu & Bhagirathy, 2002; Barrero & Carreño, 2000).

Para extraer los compuestos volátiles del material vegetal se utiliza la técnica conocida como hidrodestilación, se adopta este término, para definir el proceso de obtener el aceite esencial de una planta aromática, mediante el uso de vapor saturado a presión atmosférica; otro método utilizado es la hidrodestilación asistida por microondas (MWHD), el cual consiste en aplicar la radiación de microondas como fuente de calor de las muestras, los rendimientos son similares a la hidrodestilación, el tiempo de operación es muy inferior al usado comúnmente y los aceites producidos son más coloreados que los obtenidos por la técnica tradicional de arrastre con vapor

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Figura 1. Montaje de Extracción por Hidrodestilación Simple

Figura 2. Montaje de Extracción por Hidrodestilación Asistida por Microondas

El aceite esencial fue separado del hidrolato por extracción liquido-líquido usando diclorometano como disolvente, secado con sulfato de sodio anhidro y concentrado al ambiente.

4. Análisis Cromatográfico:200μL del aceite fueron diluidos en 1mL de diclorometano y 1µL de este fue inyectado en un cromatógrafo de gases marca Shimadzu GCMS-QP2010 en modo de inyección Split (1:100 a 290°C), usando helio como gas de arrastre a un flujo de

m L1 / y u n a c o l u m n a R F X - S S i l M S m i n

(30mx0.25mmDIx0.25µm Film) con el siguiente gradiente de temperatura: 2min a 150°C, aumento 10°C/min hasta 320°C donde se mantiene 5min, el detector en modo de impacto electrónico (EI) inició luego de 3min de inyección escaneando cada

m0.5seg masas entre los 70 y 500 / .z

Se realizó un ensayo alterno con el detector en el

(Sánchez, 2006). Trabajos realizados con el aceite de cúrcuma han demostrado que la MWHD es una técnica efectiva en cuanto a tiempo y rendimiento de extracción (Ríos, Giraldo, León & Moreno, 2008).

Para realizar el análisis y la separación de los compuestos volátiles, se usa la cromatografía de gases acoplada a un detector de espectrometría de masas (CG-MS), esta es la principal técnica analítica para este fin ya que combina velocidad de análisis, resolución, facilidad de operación, excelentes resultados cualitativos y costos moderados. Consiste en la inyección de la muestra con los analitos que son arrastrados por una fase móvil gaseosa y separada por medio de una columna que contiene la fase estacionaria hasta llegar al detector. Los espectrofotómetros de masas son los detectores más ricos en información, ya que se requieren pequeñas cantidades de muestra para proveer la identificación cualitativa de los analitos (estructura, composición elemental y peso molecular) separado por el cromatógrafo (McNair & Miller, 1997).

El objeto de esta investigación fue la extracción y caracterización cromatográfica del perfil volátil de los rizomas de la cúrcuma, para posteriores evaluaciones del producto, incentivando la agroindustria en el departamento hacia la investigación en extracción de aceites de cúrcuma y otras especies promisorias de uso en la industria alimentaria, cosmética y/o química.

MATERIALES Y MÉTODOS

1. Materia Prima:Los rizomas de la cúrcuma fueron aportados por la Asociación Bioagroindustrial (ASOBAI), cultivados en una zona ubicada a 1294 m.s.n.m., Municipio de Montenegro, Departamento del Quindío.

2. Preparación de Harina:Los rizomas fueron cortados en rodajas y secados por circulación con aire caliente a 40°C por dos días, se molieron y tamizaron hasta obtener un tamaño de partícula adecuado para las extracciones, la harina obtenida fue almacenada para los análisis posteriores.

3. Extracción del Aceite Esencial:La harina obtenida fue sometida a HD y MWHD durante 4 horas a las siguientes condiciones:

�HD: 20g de harina fueron sometidos a destilación con 300mL de agua destilada en un montaje tipo Clevenger con una manta de calentamiento por conducción a 100°C como se muestra en la figura 1:

�MWHD: 20g de harina fueron sometidos a destilación con 300mL de agua destilada en un montaje tipo Clevenger en un horno microondas a baja potencia como se muestra en la figura 2:

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modo de química positiva (SCI) usando metano como gas reactivo, para confirmar los pesos moleculares de los picos encontrados.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los rendimientos de extracción para las técnicas utilizadas, en un tiempo de 4 horas se muestran en la tabla 1.

Tabla 1. Porcentajes de rendimiento del Aceite Esencial de Cúrcuma

Técnica Rendimiento (%)

Hidrodestilación Simple 2.11

Hidrodestilación Asistida por Microondas

2.62

La técnica de extracción MWHD no sólo optimiza la extracción de los aceites sino que también lo hace en menor tiempo, debido a que la uniformidad del calentamiento con irradiación por microondas permite que el vapor y el aceite interactúen más rápida y efectivamente.

El aceite obtenido fue de color amarillo-naranja, agradable al olfato, soluble en solventes orgánicos como diclorometano y cloroformo, con un índice de refracción de 1.5242 ± 0.002 a 25°C.

Una vez extraído el aceite del hidrolato e inyectado al cromatógrafo, el cromatograma obtenido (Fig. 3) presentó un total de 42 constituyentes de los cuales se identificaron 12 compuestos que representan el 80% del aceite, los demás constituyentes presentes en menor proporción se nombraron como isómeros de estructuras entre 10-20 carbonos.

La tabla 2 relaciona los principales componentes identificados con respecto a su abundancia, picos base y tiempos de retención.

TR (min)

% Abundancia

m/za Nombre

8.196

36,942

83

Ar-Turmerona

8.629

18,961

83

Curlona (β-Turmerona)

8.250

13,657

83

Atlantona (α-Turmerona)

10.989

6,106

83

Isómeros C15 Tipo Ciclopentanil

6.094 1,788 69 ar-Curcumeno

9.603 0,870 95 Bornano 2-Ácido Carboxílico

6.594 0,635 69 Citral 6.234

0,544

119

Zingibereno

6.391

0,258

93

Cis-Farnesol

7.617

0,200

69

Zingiberenol

6.927

0,098

93

Óxido de Cariofileno

5.632

0,085

133

Cariofileno

19,856 Isómeros C10-C20

Figura 3. Cromatograma del Aceite Esencial de los Rizomas de Cúrcuma.

Tabla 2. Composición del Aceite Esencial de Cúrcuma

a. Pico Base

Los compuestos encontrados en mayor abundancia fueron las turmeronas (sesquiterpenos cetónicos), sus estructuras se muestran en la figura 4:

a.

Figura 4. a) Ar-Turmerona. b) α-Turmerona.c) b-Turmerona.

c.b.

En la figura 5 se observan los espectros de masas p a ra l a a r - t u r m e ro n a e n e l m o d o d e electroionización (a), se puede observar su ion

+molecular [M] a 216 m/z, este fue confirmado por el espectro en modo de ionización química (b) donde se observa el pico más intenso por la adición

+de un hidrógeno [M+H] en la estructura causado por la fragmentación y adición de iones del gas reactivo. Su fragmentación se propone en la figura 6.

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Figura 5. Espectro de Masas Ar-Turmerona. a) Electroionización, b) Ionización Química.

a.

b.

El mecanismo propuesto empieza por la ionización en el oxígeno carbonílico generando la pérdida de un grupo metilo, otra serie de rupturas son producidas hasta llegar al fragmento m/z: 105, el cual sufre dos rupturas diferentes generando en una de ellas el pico base de m/z: 83 y una ruptura alterna de m/z: 91.

La α-Turmerona y su isómero b -Turmerona, muestran fragmentaciones similares como se observa en sus espectros de masas (Fig. 7), diferenciándose en el rompimiento final del anillo. La fragmentación propuesta para la α-Turmerona se muestra en la figura 8.

Figura 6. Fragmentación propuesta Ar-Turmerona.a.

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b.

Figura 8. Fragmentación propuesta para α-Turmerona

Figura 9. Estructura de la 1-(2-isopropenil-4,4-dimetilciclopentil)

-3-metilbut-2-en-1-ona.

Figura 10. Espectro de Masas 1-(2-isopropenil-4,4-dimetilciclopentil)-3-metilbut-2-en-1-ona. a) Electroionización, b) Ionización Química.

Un grupo de compuestos cetónicos de estructura 1-(2-isopropenil-4,4-dimetilciclopentil)-3-metilbut-2-en-1-ona (Fig. 9), fueron encontrados en gran proporción en los cromatogramas obtenidos, el espectro de masas (Fig. 10) al igual que para las turmeronas tiene un pico de ion molecular confirmado por su espectro de

+ionización química por el ion [M+H] . El mecanismo de fragmentación (Fig. 11) inicia de igual forma que para las turmeronas, pero var ía en el rompimiento del anillo ciclopentílico hasta obtener el pico base de m/z: 83. Esta estructura no ha sido reportada para los aceites esenciales extraídos desde los rizomas de la cúrcuma.

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Figura 7. Espectro de Masas a) α-Turmerona, b) b -Turmerona.

Figura 11. Fragmentación propuesta 1-(2-isopropenil-4,

4-dimetilciclopentil) -3-metilbut-2-en-1-ona.

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad del Quindío, por el apoyo financiero para esta investigaciónA la Asociación bioagroindustrial- ASOBAI- por el aporte del material vegetal.

REFERENCIAS

Barrero M.; Carreño R.J. Evaluación de los Aceites Esenciales de la Cúrcuma Cultivada en Venezuela. Agronomía Tropical. 2000. 50 (1):67-81.

Goel A.; Kunnumakkara A.B.; Aggarwal B.B. Curcumin as ''Curecumin'': From kitchen to clinic. Biochemical pharmacology. 2008. 75 (1): 787-809.

McNair, H.M. & J.M. Miller; “10. Special Topics”; Basic Gas Chromatography; 1ª Edición; Willer- Intersciences Publications; USA; 1997.

Mesa, M.D.; Ramírez-Tortosa M.C.; Aguilera, C.M.; Ramírez-Boscá A.; Gil A. Efectos farmacológicos y nutricionales de los extractos de Curcuma longa L y de los cucuminoides. Ars Pharmaceutica. 2000. 41 (3): 307-321.

Neettiyath K.L.; Aldo T.; Pottachola M.S.; Sinu P.J.; Bhagirathy C. Chemical composition of essential oils of turmeric (Curcuma longa L.), Acta Pharm. 2002. 52 (1): 137–141.

Ríos V.E.; Giraldo G.G.A.; León R.D.F; Moreno B.A; Rosero C.L.J.; González P.J.; Marulanda A.B.E.; Ladino G.N.A. Determinación de los Tiempos Óptimos de Extracción de la Curcumina y del Aceite Esencial Presentes en los Rizomas de la Cúrcuma (Curcuma longa L.) Cultivada en la Región del Quindío. Memorias III Encuentro Regional de Semilleros de Investigación. 2008. Armenia Quindío.

Sánchez, F.J. (2006). II Congreso Internacional de Plantas Medicinales y Aromáticas.

Las estructuras de los compuestos encontrados para el aceite muestran espectros de masas y fragmentaciones similares ya que en su mayoría son estructuras de 15 carbonos con similitudes en sus esqueletos carbonados.

CONCLUSIONES

El aceite esencial obtenido de la cúrcuma en la región del Quindío, en contraste con otros reportes (Venezuela por Barrero & Carreño, 2000 e India por Neettiyath, Aldo, Pottachola, Sinu & Bhagirathy, 2002), mostró un mayor contenido de ar-turmerona (36.942%), curlona (18.961%), α-turmerona (13.657%) y alto contenido de isómeros sesquiterpenoides con anillo ciclopentanil (6.106%) no reportados, confirmando que el aceite de cúrcuma de esta región es diferente en su composición, dándole valor como objeto de estudio en futuras investigaciones con respecto a sus propiedades para ser utilizado en la industria alimentaría..

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