Los pigmentos vegetales, o también llamados biocromos, son compuestos sintetizados por las plantas que dan color a algunas de sus partes, tales como flores, frutos y hojas. Estos colores cumplen con varias funciones biológicas y algunas de ellas pueden repercutir en otros organismos. Como tal, los pigmentos se concentran en tres grandes grupos: los carotenoides, las antocianinas y las betalaínas. Estas tres familias de pigmentos se consideran de gran importancia en la ecología vegetal y en su capacidad para atraer polinizadores y organismos dispersores de semillas. Las primeras dos familias de pigmentos se utilizan para dar color a un número limitado de productos y alimentos de vida corta. Las betalaínas, en su caso, logran superar estas restricciones de manera significativa, lo que ha favorecido su inclusión en un amplio grupo de insumos procesados. Recientemente, se ha considerado que la incorporación de pigmentos vegetales a diversos productos alimenticios, podría tener efectos positivos sobre la salud humana, generando aún más el interés para su aplicación, por parte de las diferentes industrias. No obstante, su explotación como pigmentos provenientes de una fuente natural, se ve todavía limitada, debido a la poca cantidad de modelos promisorios para su obtención.

Los carotenoides representan el grupo más amplio de pigmentos, identificados en sistemas fotosintéticos y no fotosintéticos de plantas superiores, algas, hongos, bacterias y, al menos, en una especie de cada forma de vida animal, debido a sus hábitos de alimentación. Las antocianinas son aquellos pigmentos responsables del color rojo a púrpura y azul en muchas frutas, verduras, flores y cereales.

Su aplicación a nivel industrial es todavía limitado, debido a su relativa inestabilidad y fácil oxidación, además de su alta sensibilidad a factores como el pH, la temperatura y la radiación UV, los cuales impactan drásticamente en su color y propiedades nutricionales.

Las betalaínas son pigmentos rojos, violetas y amarillos, restringidos de manera importante a plantas del orden Caryophyllales y son responsables de las coloraciones amarillas y violetas en flores, frutos y otros tejidos especializados. Están involucradas en diversos procesos efectuados por las plantas. Por ejemplo, atrayendo algunos polinizadores y agentes dispersores de semillas, así como en la foto-protección de los tejidos tras la exposición a un exceso de luz o radiación UV o bien, ante condiciones de sequía y estrés salino. Su acumulación es muy notable en familias de plantas como Aizoaceae, Portulacaceae y Cactaceae, particularmente adaptadas a condiciones áridas o salinas. Esta familia de pigmentos es bastante estable en un rango de pH entre 3 y 7, así como a las altas temperaturas, lo que los hace adecuados para su adición en alimentos que pasan por distintas condiciones de procesamiento.

Debido a su interés en la industria, actualmente se ha estudiado la síntesis química de estos pigmentos, la cual consta de cuatro pasos enzimáticos, partiendo de la obtención del aminoácido L-tirosina, como sustrato inicial, hasta la formación final de pigmentos estables. El conocimiento de la regulación de estas etapas de síntesis coadyuvaría en un avance sustancial en la ingeniería metabólica de esta vía de síntesis, en potenciales modelos biológicos de estudio.

Actualmente, el empleo de herramientas biotecnológicas, como el cultivo de tejidos y la ingeniería metabólica, han proporcionado los medios necesarios para el estudio de su biosíntesis, así como de la optimización de plataformas potenciales para su producción. Por ejemplo, algunas especies de cactus del género Stenocereus, han demostrado ser excelentes candidatos para la obtención de betalaínas, a partir de sus frutos llamados tradicionalmente “pitayas”, tal como el caso de la especie Stenocereus queretaroensis (F.A.C. Weber) Buxb., que acumulan cantidades significativas de pigmentos en su pulpa; no obstante, el número de estudios enfocados en la biosíntesis de estos pigmentos es todavía limitado.

Hasta el día de hoy, se han identificado estructuralmente 75 betalaínas de plantas en cerca de 17 familias, pertenecientes al orden de las Caryophyllales concentradas en dos grandes clases: betacianinas y betaxantinas, como en el caso de la pitaya. Las betalaínas se sintetizan a partir de una serie de reacciones que involucran al ácido betalámico, dando lugar a dos tipos de pigmentos: los violetas pasando por los tonos rojos denominados betacianinas y los amarillos denominados betaxantinas, respectivamente. En el caso de las betaxantinas, su clasificación es dependiente del resultado de la condensación del cromóforo con aminas o aminoácidos.

El actual interés por estos pigmentos, para su utilización en la industria alimentaria, radica en que pueden ser aplicados a un amplio grupo de productos comestibles ácidos o neutros, dada su estabilidad en un amplio rango de pH y la significativa ausencia de sabores u olores intrínsecos. Además, sus propiedades químicas y farmacológicas constituyen actualmente otra de las razones principales de los estudios sobre sus actividades antioxidantes, antiinflamatorias y anticancerígenas. Por ejemplo, la betanidina, un fármaco simpaticolítico empleado en el tratamiento de la hipertensión.