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Las plantas han sido usadas como fuente de medicina a través de la historia y continuan siendo la base de muchos fármacos empleados actualmente, contienen una gran cantidad de compuestos bioactivos como lípidos, fitoquímicos, saborizantes, fragancias y pigmentos.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Agradecerle a mi amada esposa, por su apoyo y ánimo que me brinda día con día para alcanzar nuevas metas, tanto profesionales como personales. Tu ayuda ha sido fundamental, has estado conmigo incluso en los momentos más turbulentos. Este proyecto no fue fácil, pero estuviste motivándome y ayudándome hasta donde tus alcances lo permitían. Te lo agradezco muchísimo amor.
Tabla 3.1. Variables, definición y unidades………………………………………… 38 Tabla 3.2. Variables dependientes involucradas en el proceso..................................... 39 Tabla 3.3.Variables intervinientes involucradas en el proceso de destilación por arrastre con vapor. ........................................................................................................... 39 Tabla 3.4. Variables intervinientes involucradas en el proceso de hidrodestilación .. 39 Tabla 4.1. Resultados de la extracción del aceite esencial de cascara de naranja mediante destilación por arrastre con vapor de agua……………………………… 54 Tabla 4.2. influencia del tamaño de partícula en el rendimiento de A.E………… 55 Tabla 4.3 Influencia del tiempo de extracción en el rendimiento de AE…………. 56 Tabla 4.4 Incidencia de tiempo de extracción y tamaño de partícula en el rendimiento de AE……………………………………………………………………. 58 Tabla 4.5. Optimización del proceso de destilación por arrastre con vapor ............... 60 Tabla 4.6. Resultados de la extracción del aceite esencial de cáscara de naranja mediante hidrodestilación……………………………………………………………. 61 Tabla 4.7. Influencia del tamaño de partícula en el rendimiento de AE ..................... 62 Tabla 4.8. Incidencia del tiempo de extracción en el rendimiento de AE ................... 63 Tabla 4.9. Influencia de la interacción del tiempo de extracción y el tamaño de partícula en el rendimiento de AE. ................................................................................. 64 Tabla 4.10. Optimización del proceso para hidrodestilación ....................................... 66
Experimentalmente, a nivel de laboratorio, se realizó la extracción de los aceites esenciales de la cáscara de naranja Huando mediante los métodos de arrastre de vapor (DAV) y de hidrodestilación (HD), para evaluar sus respectivos rendimientos en función del tamaño de partícula y del tiempo de extracción. Los métodos fueron comparados a través de sus resultados y del comportamiento de los parámetros, tamaño de partícula y tiempo de extracción correspondientes. Se concluyó que es el tiempo de extracción la variable de mayor incidencia en el método de hidrodestilación, mientras que para el método de destilación por arrastre de vapor la variable más significativa es el tamaño de partícula. La extracción de aceites esenciales por arrastre de vapor presenta mayor rendimiento que el de hidrodestilación en una magnitud de superioridad de hasta seis veces por lo tanto es el más recomendable para la extracción de los aceites esenciales de cáscaras de naranja.
Palabras claves: Aceite esencial, Destilación, Hidrodestilación, vapor, Cáscara, Condensador.
La naranja es el fruto del naranjo dulce, árbol que pertenece al género Citrus de la familia de las Rutáceas. Cultivado desde la antigüedad como árbol ornamental y para obtener fragancias de sus frutos. Los frutos de la naranja, se caracterizan que su pulpa está formada por numerosas vesículas llenas de jugo. Es originaria del sureste de China y norte de Birmania, se conoce en la zona mediterránea hace aproximadamente tres mil años. Se extendió por toda Europa y alcanza gran popularidad durante la segunda mitad del siglo XV (Juárez,Jr.; AJ., Castro; JF., Jaúregui; Lizano JV, Carhuapoma M, Choquesillo FF, et al., 2010)
Muy importante es este fruto, porque no solo se aprovechan la pulpa, sino también la cáscara para obtener aceites esenciales (AE) que se utilizan como aromatizantes en diferentes industrias. Su aceite esencial es uno de los ingredientes básicos en las industrias de la perfumería, los alimentos, la agronómica y la farmacéutica.
La extracción de los AE se puede realizar por métodos convencionales como la destilación con arrastre de vapor, hidrodestilación (HD); en la actualidad adquiere gran importancia la extracción con fluidos supercríticos utilizando dióxido de carbono (CO 2 ) como solvente, y extracción por hidrodestilación asistida por radiación microondas (MWHD), esta última presenta ventajas con respecto a las técnicas tradicionales puesto que es un proceso rápido, eficiente y relativamente económico (Chemat F., Lucchesi ME, Smadja J, Favretto L, Colnaghi G, Visinoni F., 2006).
Se definen los aceites esenciales AE, como mezclas complejas de compuestos químicos principalmente de: hidrocarburos, terpenos, alcoholes, ésteres, aldehídos aromáticos y fenoles. Forman parte de las flores, frutos, hojas, raíces, semillas y corteza de los vegetales.
El propósito de este trabajo fue obtener AE mediante destilación por arrastre de vapor (DAV) y por hidrodestilación (HD) de la cáscara de naranja de Huando y realizar un análisis comparativo de ambos métodos.
La destilación es un proceso físico de separación que usa el calentamiento de materiales líquidos hasta el punto donde uno o varios de sus componentes por diferencias de volatilidades pasan a la fase de vapor que al condensarlo se obtiene una fase liquida mas rica en volátiles que la original, propiciando la separación de volátiles. Al utilizar vapor saturado o sobrecalentado, producido externamente fuera del equipo principal, (caldera, autoclave de presión o un recipiente adecuado) y se aplica sobre la materia prima y el vapor se lleva al AE el proceso se denomina destilación por arrastre de vapor (DAV). En general, la DAV, es útil para la separación de compuestos que verifican las siguientes condiciones: Tiene alta volatilidad, son inmiscibles en agua, presentan presión de vapor baja y punto de ebullición alto. Este proceso utiliza vapor saturado para separar el aceite del material sólido que es arrastrado hacia un condensador y luego por inmiscibilidad y diferencia de densidades, se separa el aceite del agua. Las propiedades de los AE son importantes también para la hidrodestilación que consiste en la extracción del aceite de sus estructura interna del material, por lo que se generan los mecanismos de exsudación (desprendimiento del aceite a través del tejido interno del material), la difusión del aceite de la superficie externa del material en el agua, luego se genera la condensación y finalmente la decantación del aceite que por la inmiscibilidad con el agua por diferencia de densidad se separa de la fase acuosa.
1.1 Planteamiento y Formulación del Problema 1.1.1 Formulación del problema Para extraer aceites esenciales, existen varios métodos, entre ellos se citan, la extracción por solventes, la maceración o el prensado. Estos métodos son lentos y generalmente propician la formación de productos no deseados, como ceras, pigmentos, extractos y ácidos grasos, entre otros, lo que dificulta la separación del aceite. Así mismo, existen nuevas técnicas que mejoran los rendimientos del aceite como: la extracción por microondas sin uso de disolventes (MWA-SD) y la extracción con fluidos supercríticos (SFE), pero son demasiado costosas. Frente a las limitaciones, brevemente mencionadas, se buscan alternativas, más práctica y efectivas, entre ellos, están los denominados de destilación por arrastre con vapor o por hidrodestilación, ya sea con el uso de vapor externo o mediante la ebullición en agua, respectivamente. De allí la importancia de compararlos ambos métodos, para finalmente sugerir el más recomendable. Para lo mencionado, se precisaron los parámetros del proceso, los cuales serán evaluados a través de la data experimental respectiva para cada proceso. El problema para el estudio se plantea de la siguiente forma:
1.1.2 Problema general ¿Cuál de los dos métodos, la destilación por arrastre de vapor o la hidrodestilación es más recomendable para la extracción del aceite esencial de la cáscara de naranja de Huando?
1.1.3 Problemas específicos a. ¿Cuáles son las dos variables principales en el rendimiento de cada uno de los métodos de destilación por arrastre de vapor y por hidrodestilación? b. ¿Cuál de los métodos, destilación por arrastre de vapor o por hidrodestilación presenta mejores rendimientos de extracción de los aceites esenciales de la naranja de Huando?
1.2 Objetivos de la investigación 1.2.1 Objetivo general Obtener experimentalmente los rendimientos de la extracción del aceite esencial de la cáscara de naranja de Huando, mediante hidrodestilación y destilación por arrastre con vapor y realizar la comparación.
1.2.2 Objetivos específicos Obtener el rendimiento del aceite esencial de la cáscara de naranja de Huando por medio de un proceso convencional a escala de laboratorio por los métodos de destilación por arrastre de vapor y por hidrodestilación. Determinar la influencia de las variables, tamaño de partícula y tiempo de extracción, en los rendimientos de aceites esenciales de la cáscara de naranja de Huando, mediante hidrodestilación y destilación por arrastre con vapor.
2.1 Antecedentes En el Lejano Oriente, empezó la historia de los aceites esenciales. Las bases tecnológicas del proceso fueron concebidas y empleadas primariamente en Egipto, Persia y la India. Sin embargo, fue en Occidente donde surgieron los primeros alcances de su completo desarrollo. Los datos experimentales de los métodos empleados, en los tiempos antiguos, son escasos y vagos. Aparentemente, solo el aceite esencial de trementina fue obtenido por los métodos conocidos actualmente, aunque se desconoce exactamente cuál fue. Hasta la Edad Media, el arte de la hidrodestilación fue usado para la preparación de aguas florales. Cuando se obtenían los aceites esenciales en la superficie del agua floral, era desechado comúnmente, por considerarlo un sub-producto indeseado. La primera descripción auténtica de la hidrodestilación de aceites esenciales reales ha sido realizada por Arnold de Villanova (1235 – 1311). Quien introdujo “el arte de este proceso” en la terapia europea. Bombastus Paracelsus (1493 – 1541) estableció el concepto de la Quinta Essentia, es decir, la fracción extraíble más sublime y posible técnicamente de obtener de una planta y constituye la droga requerida para el uso farmacológico. La definición actual de aceite “esencial” recae en el concepto desarrollado por Paracelsus, (Günther, 1948. ).
Existen evidencias de que la producción y el uso de los aceites esenciales no llegaron a ser generales hasta la mitad del siglo XVI. El físico Brunschwig (1450 –
2.2 Fundamentos Desde hace muchas décadas, se asume que el proceso está regido por la vaporización del aceite esencial “libre” o disponible en la superficie de las hojas o flores, cuando una corriente de vapor saturado atraviesa un lecho conformado por este material vegetal. Un abundante conocimiento empírico sustenta esta posición (Günther, 1948. ). Al ser la vaporización, el fenómeno que controla el proceso, se asume un equilibrio termodinámico, entre el aceite esencial y el agua, controlante del rendimiento. Por ello, la denominación de “hidrodestilación” ha sido acuñada para reflejar este hecho.
tricomas glandulares, a través de su cutícula, a la película superficial del material vegetal.
En los últimos años, varios trabajos de investigación han sido publicados, proponiendo nuevos enunciados matemáticos basados en el balance microscópico del transporte del aceite en el vapor, que explicarían los fenómenos mencionados anteriormente.
(Cerpa, M.; Palomino, C., 2007) aplicaron su modelado al caso de las hojas de la muña (Minthostachys Setosa L.). Se consideró que: la exudación es una difusión intrapartícula del aceite esencial en el vapor penetrante de la matriz herbácea. La vaporización del aceite liberado se asumió como un fenómeno cinético, representado por una velocidad de primer orden con respecto a la concentración en el equilibrio del aceite vaporizado en el vapor de agua. Se relacionó la vaporización con la difusión intrapartícula, a través de un factor de efectividad de extracción, análogo al módulo de Thiele, usado para la reacción heterogénea en un sólido poroso. Se despreció la difusión externa por convección y sólo los procesos internos controlaban el proceso. Este modelado posee algunas limitaciones en su fundamento: el aceite esencial se encuentra mayoritariamente en los tricomas glandulares superficiales y no en el interior de las hojas, como fue asumido; la vaporización instantánea depende del equilibrio de las fases formadas y no es un término arbitrario o empírico. Además, la aplicación de un factor de efectividad es inconsistente físicamente, debido a que el soluto es liberado desde la superficie de la matriz hacia el seno del vapor y el módulo de Thiele es aplicado cuando el soluto penetra en el sólido.
(Benyoussef, E.-H.; Hasni, S.; Belabbes, R.; Bessiere, J.-M., 2002), para el caso de los frutos del cilantro (Coriandum sativum L.), aplicaron su modelo. Se consideró que la exudación es una desorción irreversible del aceite esencial en el agua penetrante en la matriz herbácea, con una velocidad de primer orden con respecto al aceite retenido. La vaporización del aceite liberado se asumió como instantánea, debido al equilibrio de fases formado, pero la relación era explícita y en función de un término constante y empírico. La difusión intrapartícula del aceite en el agua penetrante fue asumida como la controlante, espreciándose la difusión externa por convección. Este modelado posee algunas limitaciones en su enunciado: sólo es aplicable a frutos (geometría esferoide), donde el aceite esencial está en el interior de la matriz herbácea; la difusión intrapartícula del aceite en el vapor penetrante se aplica sólo cuando la materia prima está molida, como fue el caso, pero a nivel industrial, los frutos no suelen ser molidos y no hay evidencias de que el agua penetre en la matriz herbácea; el término empírico para relacionar el equilibrio entre el aceite en la superficie de la matriz y el del vapor es definido como un coeficiente de reparto, independiente de las volatilidades y de la solubilidad del aceite en el vapor, y sin ninguna relación termodinámica que lo respalde; lo cual es inconsistente, porque el aceite esencial se vaporiza en determinada proporción, de acuerdo a principios termodinámicos conocidos.
Este modelado posee algunas limitaciones en su enunciado: sólo es aplicable a frutos (geometría esferoide), donde el aceite esencial está en el interior de la matriz herbácea; el término empírico para relacionar el equilibrio entre el aceite en la superficie de la matriz y el del vapor es definido como un parámetro de proporcionalidad, independiente de las volatilidades y de la solubilidad del aceite
