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Diseño de una planta para la extracción de Taninos a partir de hojas del Almendro Maladar (Terminalia cattapa L.)
Ingeniería química
Autores:
Galdámez Barrientos Daniel Alberto López Villanueva Gishel Pérez González Arturo
Tutor:
Abud Archila Miguel
Taller de investigación 1
Tuxtla Gutiérrez Chiapas, 1 de Junio de 2015
2
Contenido
I.Introducción………………………................................................................... 5
II. Justificación……………………………………………………………………….. 6
III. Planteamiento del problema……………………………………………………. 6
IV. Antecedentes……………………………………………………………………… 7
IV.1 Almendro Malabar “Terminalia cattapa L.” …………………………………... 7
IV.I.I Características morfológicas……………………………………………………7
IV.I.II Características de hojas………………………………………………………. 7
IV.I.III Usos de la Terminalia cattapa L. ……………………………………………. 8
IV.II Taninos……………………………………………………………………………. 9
IV.II.I Clasificación……………………………………………………………………. 11
IV.II.I.I Taninos condensados………………………………………………… ……..12
IV.II.I.II Taninos hidrolizables ………………………………………………………...12
IV.II.I.II.I Galotaninos…………………………………………………………………...12
IV.II.I.II.II Elagitaninos…………………………………………………………………13
IV.II.I.II.II.I Punicalagina y Punicalina………………………………………………...14
IV.II.II Métodos de extracción de taninos …………………………………………….15
IV.II.II.I Con solución metanol-agua…………………………………………………..15
IV.II.II.II Con solución agua…………………………………………………………… 16
3
IV.II.II.III Método de extracción en especies maderables……………………….. 16
IV.II.II.IV Con solución acetona-agua……………………………………………….16
IV.II.II.V Del tipo rural………………………………………………………………….17
IV.III Extracción solido – liquido de taninos…………………………………………18
IV.III.I Fundamentos……………………………………………………………………18
IV.III.II Tipos de extracción. …………………………………………………………..19
IV.III.II.I Extracción sólido-líquido discontinua……………………………………….19
IV.III.II.II.I Extracción con equipo soxhlet…………………………………………….19
IV.III.III Avances en la extracción de taninos ……………………………………… 21
IV.III.III.I Extracción sólido-líquido Asistida por Ultrasonidos……………………… 21
V. Objetivo general…………………………………………………………………23
V.I Objetivos específicos……………………………………………………………23
VI. Metodología………………………………………………………………………23
VI.I Materia prima………………………………………………………………………..23
VI.II Procesos para la extracción de taninos……………………………………….. .24
VI.II.I.I Análisis cualitativo con solución acuosa de gelatina y NaCl al 1% y al 10%
respectivamente…………………………………………………………………….. …24
VI.II.I.II Análisis cualitativo con cloruro férrico………………………………………..25
VI.II.II Determinación del porcentaje de taninos por el método de Stiasny………25
4
VI.III Diseño Experimental…………………………………………………………. .26
VI.III Diseño de planta………………………………………………………………..26
VII. Cronograma de actividades………………………………………………… 27
VIII. Referencia bibliográficas………………………………………………….…28
5
I. Introducción
El Almendro Malabar (Terminalia catappa L.) es un árbol tropical de gran porte,
dentro la familia de las combretáceas, es cultivado como un árbol ornamental
ampliamente en las regiones tropicales del planeta, siendo una de ellas el estado
de Chiapas de acuerdo a (). Entre la composición química de sus hojas se
encuentran: flavonoides, taninos, saponinas y fitosteroles de los cuales
sobresalen los taninos.
Los taninos son compuestos que se han desarrollado en la industria a lo largo de
los años en la elaboración de productos químicos , fijadores en la industria textil,
en la fabricación de tintas, productos farmacéuticos, como agente clarificador en la
elaboración del vino, además como antidiarreico, cicatrizante y otras aplicaciones
en la medicina por su fusión antioxidante. Cabe constatar que debido a la
presencia de dichos principios activos, lo vuelve ideal para su aprovechamiento en
la región del estado de Chiapas.
En el presente trabajo se propuso una metodología experimental completamente
al azar para la extracción de taninos presentes en las hojas de la Terminalia
cattapa L. donde las variables de estudio son: la composición del solvente, el
tamaño de partícula, la proporción sólido-líquido y el tiempo de extracción. Así
mismo se planteó la línea de proceso para su posible aplicación a nivel industrial.
6
II. Justificación
Los fenoles son metabólitos secundarios ampliamente distribuidos en el reino
vegetal, estos compuestos poseen importantes bioactividades, tales como:
actividad antioxidante, propiedades antiinflamatorias, antialérgicas,
anticancerígenas, antivirales y presentan protección contra enfermedades
degenerativas. Los compuestos que poseen tres o más sub-unidades fenólicas se
denomina taninos los cuales tienen mayor actividad antioxidante que los fenoles
monoméricos simples.
Debido al uso potencial que tiene la actividad antioxidante en el desarrollo de
fármacos y cosméticos, resulta de interés desarrollar una metodología que logre el
mejor rendimiento en la extracción de taninos, para ofrecer a la industria un
proceso rentable.
En la actualidad existe una variedad de metodologías para la extracción de
taninos, debido a la diversidad de materias primas que los contienen, mas sin
embargo no se ha desarrollado un metodología donde se use las hojas del
Almendro Malabar, la cual resulta viable por su fácil obtención, por lo que
desarrollar un proceso de extracción de taninos, cuya materia prima sea este
especie, ofrecerá una alternativa a la industria farmacéutica y de cosmética.
III. Planteamiento del problema
Ante la demanda del consumidor de productos antioxidantes en fármacos y
cosméticos, le surge a la industria la necesidad de encontrar una metodología
capaz de obtener la mayor concentración de taninos.
Dicha metodología deberá analizar las variables que intervengan en el proceso de
extracción, tales como: tamaño de partícula, concentración de solvente y
proporción solvente-materia. Resultará importante evaluar el efecto que tienen
dichas variables, además de la interacción que existe entre ellas para así
establecer un sistema de extracción en el que se obtenga la mayor concentración
de taninos
7
IV. Antecedentes
IV.I Almendro Malabar “Terminalia cattapa L.”
Terminalia del latín terminalis-e, en los extremos, alude a que sus hojas crecen en
los extremos de las ramas. Catappa es el nombre popular malayo katappan.
Malabar es el nombre de una región del sur de la India (Martínez, 2011).
La Terminalia catappa L. (Almendro de la India) es una especie que abunda en
Cuba y constituye un ejemplar de sumo valor porque sus hojas son ricas en
compuestos conocidos como taninos hidrolizables, los cuales poseen efectos
biológicos comprobados que resultan de interés y se les atribuye una potente
acción antioxidante (Hernández, 2003).
IV.I.I Características morfológicas
Árbol de hasta 40 m de alto, con tronco recto y corteza gris a café grisáceo,
superficialmente fisurada. Copa con forma de paraguas, ramas extendidas y
horizontales en capas, follaje durante algunos meses.
La madera es blanca, cáscara lisa, roja por dentro. Hojas ovaladas como
espátulas cóncavas, de 8 x 5 hasta 38 x 19 cm. Hojas grandes, nerviosas,
ovoides, algo angostadas por sus extremos y rematando en punta, verdes o
moraduzcas, verdes amarillosas por debajo y ásperas. Flores masculinas y
bisexuales blancas, diminutas, crecen en espigas de hasta 25 cm. Polinizado por
insectos. Fruto carnoso pero fibroso, comprimido lateralmente enrojece al madurar
con una sola semilla dura, de cubierta dura y acanalada. Fruto comestible aunque
poco ácido.
IV.I.II Características de hojas
Los compuestos presentes en las hojas de la Terminalia catappa son
fundamentalmente taninos hidrolizables como: punicalagina, punicalina, ácido
chebulágico, geranina, corilagina, 1-degaloil eugenina, granatina, tercataina,
terflavina, tergalagina (Martínez, 2011).
8
IV.I.III Usos de la Terminalia cattapa L.
9
La Terminalia catappa L. es una Combretaceae ampliamente distribuida en zonas
tropicales y subtropicales, las hojas de esta planta han sido empleadas en la
Medicina Tradicional para el tratamiento de la dermatitis y la hepatitis en Taiwan,
La India, Filipinas, Malasia e Indonesia.
Tiene efecto antioxidante probado, porque extractos acuosos obtenidos de las
hojas resultaron efectivos inhibiendo la peroxidación lipídica producida por el
sistema FeCl2-ácido ascórbico en homogenatos de hígado de ratas y, además,
presentó actividad scavenger de radical superóxido, lo que se comprobó mediante
el uso de resonancia electrónica de espin y técnicas de cambios de espín.
Tanto la punicalina como la punicalagina mostraron actividad antihepatotóxica y
una fuerte acción antioxidante a dosis muy bajas en un modelo de daño hepático
inducido por tetracloruro de carbono (CCl4) en ratas, presentando también
actividad antiinflamatoria a dosis bajas en modelo de inducción de inflamación por
carragenina en esta misma especie.
Un extracto acuoso de las hojas de la Terminalia catappa tiene efecto
anticlastogénico in vitro e in vivo mediante la supresión de los micronúcleos
inducidos por mitomicina C en células CHO-K1 y por intubación gástrica con el
extracto acuoso en ratones, respectivamente. Se obtuvo, además, que inhibe de
forma dosis dependiente la peroxidación lipídica in vitro y la formación de peróxido
de hidrógeno en leucocitos mononucleares humanos, inducida por el ácido p-
tiobarbitúrico (TPA). Los efectos anticlastogénicos in vitro e in vivo se atribuyen a
su potencial oxidativo.
Al investigarse los múltiples efectos antioxidantes de los taninos presentes en la
Terminalia catappa L. se evaluó: la habilidad de estos para prevenir la
peroxidación lipídica, la formación de radical anión superóxido y la actividad
scavenger de radicales libres. Los resultados indicaron que todos estos
componentes mostraron una actividad antioxidante potente. Punicalina y
punicalagina fueron los compuestos
1
más abundantes y exhibieron los efectos antioxidantes más fuertes de este grupo
de taninos.
El ácido elágico aislado a partir de extractos metanólicos de las hojas del
Almendro de la India mostró un actividad antioxidante fuerte en los sistemas de
ensayos siguientes: actividad scavenging radical difenil picril hidrazilo (DPPH),
oxidación del ácido linoleico y el ensayo oxidativo de muerte celular.
Punicalagina y extractos acuosos de las hojas de Terminalia catappa L. exhiben
efectos protectores sobre la genotoxicidad inducida por la bleomicina en cultivo de
células ováricas de hámster chinos, al suprimir la generación intracelular de
radicales libres (superóxidos y peróxido de hidrógeno).
En investigaciones relacionadas con los taninos más abundantes en las hojas de
Terminalia catappa, se comprobó que estos poseen efectos sobre la replicación
del VIH, porque inhiben la reverso transcriptasa VIH-124 y además inhiben la
anhidrasa carbónica.
Utilizado como remedio para la disentería y la diarrea. Por sus propiedades de
antibiótico natural es utilizado como infusión en los acuarios para prevenir
enfermedades y parásitos de peces (Betta, Castillo, Marin, Ortuno, Del Rio, 1997).
IV.II Taninos
Los taninos son compuestos polifenólicos de origen natural que se encuentran
presentes en diversas partes de las plantas vasculares así como también en
diversas frutas por ejemplo:
Granadas: Contienen una gran variedad de taninos, especialmente taninos
hidrolizables. El más abundante se llama Punicalagina. Este compuesto es el
responsable de la acción antioxidante y beneficiosa para la salud.
1
Caquis: Algunos caquis son muy astringentes y no comestibles cuando no están
muy maduros (en concreto los de Corea, América y Japón).
Bayas: La mayoría de las bayas, como los arándanos, las fresas y las pacanas
(nueces lisas), contienen taninos hidrolizables y condensados.
Frutos secos: Los frutos de cáscara que pueden ser consumidos crudos, como las
avellanas, las nueces, y las pacanas, contienen altas cantidades de taninos.
Estos compuestos se caracterizan por su capacidad para formar fuertes complejos
con macromoléculas (proteínas, celulosa y almidón, entre otros) y minerales,
causando su precipitación. Por su interacción con las proteínas, los taninos se han
utilizado desde hace miles de años para el curtido de pieles (Frutos y col., 2004;
Aguilar y col., 2007).
Estos compuestos polifenólicos son un grupo diverso de fitoquímicos que no se
identifican como nutrientes esenciales, pero se les atribuyen efectos positivos
sobre la salud de quienes los consumen habitualmente en la dieta, especialmente
por su actividad como antioxidantes.
1
El mecanismo de acción de estos compuestos ha sido tema de múltiples estudios y
debates, ya que poseen numerosos efectos biológicos incluyendo regulación de la
expresión de genes y actividad de diversas enzimas, entre otros. Sin embargo, sus
1
potenciales efectos biológicos dependen de numerosos factores que aún no son
bien comprendidos, como su absorción o metabolismo, que a su vez depende de la
naturaleza química del compuesto (Beecher, 2003; Andrés et al., 2010).
En la medicina tradicional de China y Japón, los extractos vegetales ricos en
taninos han sido utilizados como agentes astringentes, antidiarreicos, diuréticos,
antiinflamatorios, antisépticos y antihemorrágicos. Por su capacidad para precipitar
metales pesados y algunos alcaloides, los taninos se pueden usar en el
tratamiento de envenenamiento causados por estas sustancias. Los principios
activos de las plantas medicinales suelen ser compuestos polifenólicos y en años
recientes ha habido un gran interés científico sobre este grupo de compuestos por
su poder antioxidante y anticancerígeno (Carretero-Accame, 2000; Khanbabaee y
Van Ree,
2001).
Los taninos son compuestos resistentes a la biodegradación, por lo que se
consideran altamente contaminantes y se pueden convertir en un problema
ambiental al acumularse como en los efluentes de las curtidurías y los desechos de
la producción de café (Field y Lettinga, 1992; Bhat y col., 1998).
La presencia de taninos en la dieta de los rumiantes afecta su crecimiento y su
producción de leche de diferentes maneras: al acomplejarse con macromoléculas,
los taninos dificultan la digestión de ciertos nutrientes; los taninos pueden
interaccionar con las enzimas digestivas de la saliva y el rumen, impidiendo la
degradación de los nutrientes; por último, los taninos confieren un sabor amargo y
dan astringencia a los alimentos, lo cual reduce significativamente la ingesta por
parte del ganado.
IV.II.I Clasificación
Los taninos son sustancias, presentes en gran número de plantas producto del
metabolismo secundario las cuales se clasifica en dos grandes grupos: Taninos
hidrolizables y Taninos Condensados (Haslam, 1989).
des de ácido gálico por
1
IV.II.I.I Taninos condensados
Los taninos condensados son una clase de flavonoides (sintetizados por las
plantas por la "vía biosintética de los flavonoides") que son los pigmentos
principales de muchas semillas, y también están presentes en los tejidos
vegetativos de algunas plantas forrajeras.
Son polímeros formados por unidades de antocianidina (un flavonoide). Como
pueden ser hidrolizados en sus antocianidinas constituyentes si se los trata con
ácidos fuertes, a veces son conocidos como proantocianidinas. En el caso del
tanino de pepita se libera cianidina, por lo que se denomina procianidina. En el
caso del tanino de hollejo se trata de una mezcla de procianidina y prodelfinidina.
El nombre genérico de proantocianidina se usa cuando se desconoce la
antocianidina formada. Químicamente se trata de polímeros de flavanoles.
IV.II.I.II Taninos hidrolizables
Estos son polímeros heterogéneos formados por ácidos fenólicos, en particular
ácido gálico, y azúcares simples. Son más pequeños que los taninos
condensados y son hidrolizados con más facilidad. Son esteres de ácidos
fenólicos (Gálico y Elágico), con una azúcar (glucosa) o un polialcohol. Se
hidrolizan por ácidos, ácidos, álcalis y enzimas. Este grupo se subdivide en
Galotaninos y Elagitaninos, dependiendo del ácido fenólico del que se constituya.
Los taninos hidrolizables están presentes en un mayor número de especies del
reino vegetal y se han reportado en prácticamente todas las partes de la planta.
IV.II.I.II.I Galotaninos.
Los Galotaninos son una clase de moléculas que pertenece a
los taninos hidrolizables. Los polímeros de galotaninos se forman cuando el ácido
Gálico (figura 5.), un monómero polifenol, se esterifica y se une con el grupo
hidroxilo de un poliol de hidratos de carbono tales como glucosa, unida
medio de enlaces “m-dipside”.
1
IV.II.I.II.II Elagitaninos.
Los elagitaninos son una clase diversa de taninos hidrolizables, un tipo
de polifenol formado principalmente de la unión oxidativa de grupos galoil (Acido
Gálico), en glucosa 1,2,3,4,6-pentagalloyl o 1,2,3,4,6-pentagaloil-glucosa que es la
pentahidroxi ácido gálico un éster de glucosa. Este es el precursor común de
los Galotaninos y los relacionados Elagitaninos.
Los Elagitaninos difieren de los Galotaninos, en que sus grupos galoil (Acido
Gálico), están vinculados a través de enlaces C-C, mientras que los grupos galoil
en los galotaninos están unidos por dépsidos (compuesto polifenólico que consta
de dos o más unidades aromáticas monocíclicas unidas por un enlace éster).
La característica de los elagitaninos son las unidades HHDP o Ácido
hexahidroxidifenico (figura 6.) que se acoplan en las posiciones 4-6 o la posición
2-
3 de la unidad D-glucopiranosa (glucosa), y tienen la conformación (S), mientras
que el acoplamiento en las posiciones 3-6 conduce únicamente a la formación (R)
de las unidades HHDP. Los acoplamientos en 1-6 son raros en la naturaleza (Lei.
y col.,
2002).
Figura 6. Acido Gálico
Los elagitaninos se pueden clasificar de acuerdo al número de grupos HHDP en la
molécula debido a que, los monómeros de elagitaninos pueden ser oxidados en las
plantas y formar dímeros, trímeros y tetrámeros, oligómeros y polímeros, con pesos
moleculares de 4000 a 20000 Da (Carretero, 2000; Khanbabaee y Van Ree, 2001).
Cuando los elagitaninos son expuestos a ácidos o bases, los enlaces éster son
hidrolizados y el grupo HHDP se libera, para tener estabilidad la molécula se
lactoniza de manera espontánea, para formar al ácido elágico (figura 7.), esta es
1
una molécula de naturaleza fenólica que puede estar presente en forma libre en
algunas
1
especies vegetales como producto del metabolismo de las mismas, o bien puede
encontrarse a partir de sus precursores, los elagitaninos (Kaponen y Happonen,
2007).
Figura 7. Acido Gálico
IV.II.I.II.II.I Punicalagina y Punicalina.
La Punicalina es un elagitanino. Se puede encontrar en Punica
granatum “Granada” o en las hojas de Terminalia catappa, una planta usada para
tratar la dermatitis y la hepatitis. También se encuentra en Combretum glutinosum,
las tres especies de Myrtales, las dos últimas de la familia Combretaceae.
Es un muy activo inhibidor de la anhidrasa carbónica.
Punicalagina y punicalina fueron aisladas de las hojas de Terminalia catappa L.,
una planta Combretaceae distribuidos a lo largo playas tropicales y subtropicales,
que se utiliza para el tratamiento de la dermatitis y la hepatitis. Nuestros estudios
anteriores mostraron que ambos de estos compuestos ejercen actividad
antioxidante. En este estudio, se evaluó la actividad antihepatotóxica de
punicalagina y punicalina sobre la toxicidad inducida por paracetamol en el hígado
de rata. Después de evaluar los cambios de varias funciones bioquímicas en suero,
los niveles de aspartato aminotransferasa y alanina aminotransferasa se
incrementaron por la administración de acetaminofeno y reducidas por punicalagina
y punicalina. Los cambios histológicos de todo el daño oxidativo y la vena central
de hepática inducida por acetaminofeno también se recuperaron por ambos
compuestos. Los datos muestran que tanto punicalagina y punicalina ejercen
actividad antihepatotóxica, pero el tratamiento con dosis mayores mejoradas daño
hepático. Estos resultados sugieren que, incluso si punicalagina y punicalina tienen
actividad antioxidante en pequeñas dosis, el tratamiento con dosis más grandes
posiblemente inducirá algunas toxicidades celulares.
1
Los taninos hidrolizables en los cuales después de una hidrólisis ácida se libera
ácido gálico o ácido elágico. Se denominan galotaninos o elagitaninos
respectivamente. Los elagitaninos están estructurados como moléculas lineales de
glucosa enlazadas a las funciones carboxilo de los grupos hexahidroxidifénicos del
ácido elágico, mientras que los galotaninos están constituidos por núcleos de
glucosa en forma cíclica que forman enlaces con la función ácida del ácido gálico.
En ambos casos se trata de estructuras de una complejidad relativa
Los taninos hidrolizables se han convertido en un tema de interés científico debido
a su potencial nutraceutico. Tanto los galotatninos como los elagitaninos muestran
diversas propiedades bioquímicas que, dentro del individuo que las consume, se
traducen en diversos beneficios para la salud (anti-diabéticas, anti-
mutagénica, antimicrobianas) asociados a su capacidad antioxidante.
IV.II.II Métodos de extracción de taninos
IV.II.II.I Con solución metanol-agua
Se toma la materia prima de 0.50 cm de longitud y se somete a secado al vacío a
temperatura de 40°C, por intervalos de 15 minutos. Se colocaron en un recipiente
de vidrio de 1L, 2.00 g de la muestra seca con 200 mL de una solución 1:1 de
metanol-agua (100 mL de metanol + 100 mL de agua destilada). Todo el sistema
se dispone sobre un baño de hielo y se agita con un rodete de dos palas
accionado por un motor de ½ hp por 3 horas. La mezcla resultante del proceso de
agitación, se centrifuga por 40 minutos a 200rpm, obteniendo como producto de
esta operación mecánica dos fases, en la cual la fase sólida está conformada por
la muestra con menos contenido de polifenoles y la fase líquida está formada por
metanol, agua y taninos. Por último se recolecta el sobrenadante en un recipiente
con tapa y se almacena en el refrigerador a 4°C, hasta el instante previo de
su uso en la cuantificación de taninos (fracción metanólica).
1
IV.II.II.II Con solución agua
Se toma 10 g materia prima de 0.50 cm de longitud y se sometió a secado al
vacío a temperatura de 40°C, por intervalos de 15 minutos. Se colocaron en un
recipiente de vidrio de 1L, 2.00 g de la muestra seca con 200 mL de agua. La
preparación se agita por 15 minutos con un rodete de dos palas accionado por un
motor de ½ hp. Una vez terminada la fase de agitación de la muestra, ésta se
coloca en la hornilla hasta ebullición por 4 horas. Luego se dejó reposar, dejando
que alcanzara la temperatura ambiente. Por último, se filtra la muestra y se
recolecta el filtrado en un recipiente con tapa almacenándola en el refrigerador a
4°C, hasta el instante previo de su uso en la cuantificación de taninos (fracción
acuosa) (Lastra y Rodríguez,
2004).
IV.II.II.III Método de extracción en especies maderables
Los taninos condensados extraíbles de la corteza seca de 11 especies de árboles
maderables de las regiones Norte y Central de Costa Rica. Realizando
extracciones por triplicado, a 25 g de cada una de las muestras molidas se les
adicionaron 200 mL de etanol al 95%, dicha mezcla se puso a reflujo a 70 ºC
durante dos horas, con agitación continua. Al finalizar este periodo, las muestras
se filtraron en caliente, al vacío, utilizando un papel Whatman #54 para filtración
rápida (tamaño de
poro 22 mm).
Los extractos filtrados se concentraron en un evaporador rotatorio y se liofilizaron
en un equipo Labconco Freezone 2.5, dentro de un matraz previamente tarado,
para determinar por diferencia de masa la cantidad de material extraído de la
muestra (Soto,2001).
IV.II.II.IV Con solución acetona-agua
Por su carácter polar, los taninos se han extraído generalmente con mezclas de
alcoholes con agua en diversas proporciones. Sin embargo la mezcla más usada
es acetona-agua (70:30) o isopropanol-agua (65:35) utilizando ultrasonido en
cuatro extracciones.
1
Después de eliminar el solvente orgánico por destilación a presión reducida, es
costumbre hacer repetición es costumbre hacer partición líquido – líquido de la 5
fase acuosa en secuencia, éter etílico o diclorometano, acetato de etilo y n-
butanol. Las fracciones de acetato de etilo, n-butanol y acuosa se someten
primero a cromatografía en columna sobre DIAION HP-20 con gradiente agua-
metanol (100:0 a 30:70), luego se hace separación de las fracciones sobre
Toyopearl HW-40C y la purificación final sobre MCI Gel CHP-20 y/o ODS. Cada
etapa de separación se monitorea por espectrofotometría UV de 280 nm y por
HPLC-DAD. Las fracciones con perfiles cromatográficos similares se juntan y se
someten a la siguiente etapa.
IV.II.II.V Del tipo rural
El procedimiento para extraer los taninos de las plantas comienza con la
molienda, tanto en que las partes de las plantas se muelen hasta formar astillas o
virutas. Luego se procede a la extracción, que puede ser de tipo rural o industrial.
En la extracción de tipo rural, se ponen las virutas en varias cubas grandes de
madera u ollas de barro cocido, y luego se le agrega agua a la primera hasta
cubrir por completo el material vegetal para evitar la oxidación, al día siguiente se
transvasa el agua a la segunda y se vuelve a agregar agua caliente (no hirviendo)
a la primera, al tercer día se transvasa de la segunda a la tercera y de la primera a
la segunda, volviéndose a agregar agua en la primera, y así se repite el
procedimiento durante unos 12 días, durante los cuales se va llenando un
depósito de reserva con el agua que ya se considera que extrajo la suficiente
cantidad de material. Para evitar que los taninos se estropeen durante el
proceso, el agua utilizada (llamada "jugo curtiente") no debe contener cal ni
hierro (debe ser "agua blanda"), normalmente es agua de lluvia o río limpia, si es
necesario se filtra antes del proceso. Los instrumentos empleados deben ser de
barro, madera, cobre, latón o cestería, nunca de hierro pues el hierro reacciona
con los taninos formando ácido ferroxálico.
IV.III Extracción solido – liquido de taninos.
1
La extracción solido liquido es un proceso en el cual se extrae de un sólido, uno o
varios constituyentes, mediante la utilización de un constituyente liquido.
Los
2
constituyentes que se desean extraer deben ser solubles en el solvente utilizado y
el resto del solido debe ser inerte al disolvente. Si se va a usar una materia prima
de origen vegetal se debe tener en consideración que los compuestos de interés
se encuentran dentro de su célula, si las paredes celulares permanecen intactas
despues de la exposición a un disolvente adecuado, entonces en la acción de
extracción interviene la ósmosis del soluto a través de las paredes celulares. Este
proceso puede ser lento, sin embargo, moler el material a un tamaño de partícula
más pequeño, ayuda a liberar el contenido de las células y en consecuencia,
reducir el tiempo de extracción.
Esta operación unitaria tiene como finalidad la separación de uno o más
componentes contenidos en una fase sólida, mediante la utilización de una fase
líquida o disolvente. El componente o componentes que se transfieren de la fase
sólida a la líquida reciben el nombre de soluto, mientras que el sólido insoluble se
denomina inerte. Entre más grande sea la superficie de contacto entre la parte
sólida y el líquido que le atraviesa aumenta la eficiencia de la extracción y para
que se dé esto es necesario que la parte sólida se le someta a un pre tratamiento
de secado y molienda.
IV.III.I Fundamentos
La separación de un compuesto por extracción se basa en la transferencia
selectiva del compuesto desde una mezcla sólida o líquida con otros compuestos
hacia una fase líquida (normalmente un disolvente orgánico). El éxito de la técnica
depende básicamente de la diferencia de solubilidad en el disolvente de extracción
entre el compuesto deseado y los otros compuestos presentes en la mezcla inicial.
2
IV.III.II Tipos de extracción.
IV.III.II.I Extracción sólido-líquido discontinua
La separación de una mezcla de compuestos sólidos también se puede llevar a
cabo aprovechando diferencias de solubilidad de los mismos en un determinado
disolvente. En el caso favorable de una mezcla de sólidos en la cual uno de los
compuestos es soluble en un determinado disolvente (normalmente un disolvente
orgánico), mientras que los otros son insolubles, podemos hacer una extracción
consistente en añadir este disolvente a la mezcla contenida en un vaso de
precipitados, un matraz o una cápsula de porcelana, en frío o en caliente, agitar o
triturar con ayuda de una varilla de vidrio y separar por filtración la disolución que
contiene el producto extraído y la fracción insoluble que contiene las impurezas.
Si, al contrario, lo que se pretende es disolver las impurezas de la mezcla sólida,
dejando el producto deseado como fracción insoluble, el proceso, en lugar de
extracción, se denomina lavado.
IV.III.II.II Extracción sólido-líquido continua.
La extracción sólido-líquido suele ser mucho más eficiente cuando se hace de
manera continua con el disolvente de extracción caliente en un sistema cerrado,
utilizando una metodología similar a la comentada para la extracción líquido-
líquido continua, basada en la maceración con disolvente orgánico, previamente
vaporizado en un matraz y condensado en un refrigerante, de la mezcla sólida a
extraer contenida dentro de un cartucho o bolsa de celulosa que se coloca en la
cámara de extracción. El paso del disolvente orgánico con parte del producto
extraído al matraz inicial, permite que el mismo disolvente orgánico vuelva a ser
vaporizado, repitiendo un nuevo ciclo de extracción, mientras que el producto
extraído, no volátil, se va concentrando en el matraz (Caldas, 2012).
IV.III.II.II.I Extracción con equipo soxhletEl equipo Soxhlet (figura 8.) tiene como función recircular los vapores
condensados con ayuda de un sifón a la fuente de disolvente que se encuentra en
2
evaporación continua, arrastrando consigo los principios activos de la materia
prima contenido
2
en los cartuchos desechables. La capacidad aproximada en un equipo de
laboratorio es de 500 ml de volumen primario con una recirculación de 100 ml
cadcinco minutos aproximadamente en estado estable. La velocidad de reflujo
depende directamente de la eficiencia y el tamaño del condensador.
La sustancia sólida se introduce en un cartucho poroso (generalmente hecho con
papel de filtro, que permite al solvente entrar y salir reteniendo al sólido) que se
coloca dentro del recipiente (B). Se adosa un balón (C) a dicho recipiente donde
se coloca el volumen de solvente que se utilizará en la extracción. Por el extremo
superior del recipiente (B), se coloca un condensador (D).
El solvente se calienta, los vapores ascienden por el tubo (E), condensan en el
refrigerante (D) y caen dentro del recipiente (B) impregnando al sólido que se
encuentra en el cartucho (A). EL recipiente (B) se va llenando lentamente de
líquido hasta que llega al tope del tubo (F) y se descarga dentro del balón (C)
repite automáticamente hasta que la extracción se completa. El solvente de
extracción se
evapora, recuperando así a la sustancia deseada.
Figura 8. Equipo Soxhlet
2
IV.III.III Avances en la extracción de taninos
IV.III.III.I Extracción sólido-líquido Asistida por Ultrasonidos
Consiste en un sistema heterogéneo fases inmiscibles, tales como líquidos o
líquido-líquido-sólido. Ultrasonido alta cizalladura y fuerzas cavitacional mejoran
las tasas de disolución de solutos significativamente hacia una extracción más
rápida y más completa. Además, este efecto puede utilizarse para reducir la
cantidad de solvente o ácido utilizado. Como una técnica probada, la extracción
asistida por ultrasonido se utiliza cada vez más debido a una demanda creciente
de técnicas de extracción respetuosa del medio ambiente con tiempo de
extracción acortado y reducido consumo de disolventes orgánico.
Cuando las ondas del ultrasonido potente se juntan en un medio de extracción
liquido, las ondas crean ciclos de presión variable, cuando son ciclos de baja
presión, pequeñas burbujas emergen en el líquido; estas burbujas crecen en ciclos
de baja presión hasta que ya no pueden absorber más energía, al pasar a un ciclo
de alta presión, estas burbujas explotan súbitamente y pasan a la etapa de
cavitación ultrasónica, la cual consiste en ondas ultrasónicas de ultrasonido de
alta intensidad generan cavitación en líquidos. Cavitación provoca efectos
extremos localmente, como chorros de líquido de hasta 1000 km/h,
temperaturas de hasta
5000 Kelvin y presiones de hasta 2000atm.
IV.III.III.II extracción Soxhlet ultrasónico
El ultrasonido aumenta a la transferencia de masa entre la muestra y solvente. De
este modo, uso de disolventes puede reducirse o evitarse completamente. La
duración de la extracción se acorta drásticamente para que los extractos no
queden expuestos al largo período de calefacción. Esto significa que se puede
evitar la descomposición del extracto.
El ultrasonido puede ser fácilmente integrado en una instalación de extracción
2
Soxhlet – introduciendo el cuerno ultrasónico en la cámara Soxhlet (figura 9) o
2
mediante sonicación la cámara Soxhlet indirectamente a través de la pared del
vaso. El extracción Soxhlet ultrasónica los resultados en un mayores rendimientos
dentro de menor tiempo de extracción bajo más suave condiciones de extracción.
Figura 9. Equipo Soxhlet
V. Objetivo general
Diseñar una planta de extracción de taninos presentes en las hojas del Almendro
Maladar “terminalia cattapa L.”
V.I Objetivos específicos
Conocer los métodos de extracción de taninos que existen en la actualidad
para las diversas fuentes de obtención de origen vegetal.
Investigar las propiedades físicas y químicas de los taninos que les
concede las propiedades que los caracterizan.
Evaluar las variables de experimentación propuestas para optimizar la
extracción de taninos.
Diseñar la línea de operación que pueda ser aplicada a nivel industrial en
la extracción de taninos.
VI. Metodología
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VI.I Materia prima
Las hojas de almendro Malabar “Terminalia cattapa L.” serán recolectadas en la
ciudad de Tuxtla Gutiérrez cuyas coordenadas geográficas son: 16°38' y 16°51'
de latitud norte; y 93°02' y 94°15' de longitud oeste, con una altitud de 522 metros
sobre el nivel del mar.
Para esto se podará a los especímenes adultos, cuyo diámetro sea superior a
20cm afín de que no se provoque daños a los Almendros, obteniendo de
ellos una cantidad de 30 kg de hojas estas deberán poseer las siguientes
características; Color: verde oscuro o brillante
Tamaño de: 10-14 cm de ancho y 15-25 cm de largo.
Las hojas obtenidas serán lavadas con agua corriente, para eliminar todo
contaminante adherido a la superficie de las hojas, colocándolas en bolsas con un
previo recubrimiento del papel periódico para evitar que estas se dañen.
VI.II Procesos para la extracción de taninos
El proceso de extracción constara en evaluar la cantidad de taninos obtenidos,
considerando las siguientes variables:
Tiempo de extracción; en el trascurso de [2,4,6] horas
Proporción solido – liquido; a 1:5,1:10 [P/V]
Tamaño de partícula;.
La materia prima recolectada se colocara en una estufa de secado a una
temperatura de 50°C hasta alcanzar una humedad del 15%, posteriormente se
pasara a un molino para alcanzar diferentes tamaños de partícula [1.168,
0.833,
0.589] mm, la cual será separa por tamizado en mallas de numero [14, 20, 28].
Se toma 10 gr muestra de tamaño de partícula [1.168, 0.833, 0.589] mm, los
cuales se contendrán en un matraz con tapón de 250 ml con proporción [1:5, 1:10]
2
de solvente etanol-agua [45, 70, 95] %. Se somatará a un calentamiento con
una
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parrilla con agitador magnético 100 rpm y a temperatura constante de 70°C,
durante un tiempo de [2, 4, 6] hr.
Se deja enfriar el extracto a una temperatura de 25°C, posteriormente se filtra a
vacio. El filtrado obtenido se destila a 76 °C para recuperar el etanol. Se
evapora el agua restante para obtener como producto final, residuos adheridos en
el matraz erlenmeyer; estos serán sometidos a pruebas cuantitativas y cualitativas
de taninos.
VI.II.I.I Análisis cualitativo con solución acuosa de gelatina y NaCl al 1% y al 10%
respectivamente.
Se Coloca 5 ml de disolución al 5% del extracto tánico en un tubo de ensayo. Se
añade 10 gotas de solución acuosa de gelatina y NaCl al 1% y al 10%
respectivamente. La obtención de un precipitado indicara la presencia de taninos
en el extracto.
VI.II.I.II Análisis cualitativo con cloruro férrico
Se coloca 5 ml de disolución al 5% del extracto tánico en un tubo de ensayo. Se
añade 10 gotas de solución de FeCl3 al 10%. Asumiendo que se formó un
precipitado en el análisis de la solución acuosa de gelatina y NaCl al 1% y al 10%
respectivamente, la aparición de una coloración verde grisáceo implica la
presencia de taninos del tipo condensados, mientras que la aparición de una
coloración azul grisáceo implica la presencia de taninos del tipo hidrolizable, estos
últimos son los de interés, por lo que si resulta un prueba positiva para taninos
hidrolizable, se prosigue con el análisis cuantitativo.
VI.II.II Determinación del porcentaje de taninos por el método de Stiasny.
Se disuelve una muestra de 1 grama de extracto tánico en 100ml de agua
desmineralizada, posteriormente se adiciona 10 ml de HCl a 10M y 20 ml de formaldehido
al 37%. Se calienta a reflujo por 30 minutos (figura 10.). Se filtra en caliente tarando
previamente el pale filtro. El precipitado se lava con agua desmineralizada caliente, hasta
3
acabar con el filtrado, se seca la muestra retenida por el papel filtro en una desecadora
con
3
CaCl2. Se pesa el producto obtenido para determinar el contenido tánico. El rendimiento
se expresa como porcentaje del peso del material inicial (Tezén, 2008).
Figura 10. Calentamiento a reflujo
VI.III Diseño Experimental
El desarrollo experimental se realizara de forma factorial, donde se investigaran
todas las posibles combinaciones de las condiciones en las variables en cada
réplica del experimento. El experimento factorial afecta a los diseños de
tratamientos, que se refiere a la elección de los variables a estudiar, sus
condiciones y la combinación de ellos. De acuerdo a esto se tiene en cuenta que
las variables de estudio constan de diferentes condiciones, las cuales se
muestran en la Tabla
No.1.
Variable de Estudio Condición
A B C
Tiempo de Extracción[hrs]
2 4 6
Tamaño de Partícula[mm]
0,589 0,833 1,168
Concentración delSolvente [%]
45 70 95
Proporción Solido-Liquido [p/v]
1:05 1:10 -
Tabla 1. Diseño experimental.
Por lo tanto este diseño experimental constara de 54 experimentos, las cuales al realizarlos y analizarlos se podrá conocer las condiciones óptimas en cuales se lleva mayor proporción de extracción de taninos.
VI.III Diseño de planta
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A continuación se representa el primer diagrama de flujo del proceso de extracción de tanino, el cual será modificado una vez que se tenga los resultados de la parte
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experimental de este proyecto. Sin embargo el orden preliminar del proceso se muestra a continuación:
1. La trituradora vertical homogenizara la materia prima recolectada.
2. El secador de bandeja secara la materia prima a un porcentaje de humedad deseado.
3. El molino de martillo reducirá al tamaño de partícula adecuado.
4. En el extractor se realizara la mezcla y extracción de taninos con solvente etanol - agua en las proporciones adecuadas que serán determinadas una vez finalice la etapa experimental.
5. En la centrifuga discontinua, será la operación unitaria encargada de separar el extracto tánico del la torta residual.
6. En la torre de platos se realizara un proceso de destilación para recuperar al etanol, dejando un extracto tánico acuoso.
7. En la separación por aspersión se pretende separar el agua del extracto tánico.
VII. Cronograma de actividades
A continuación se indican las actividades realizadas en el inicio del proyecto y a aquellas a ejecutar
para culminarlas.
Cronograma de Actividades
Fecha
Actividad
2015 2016
6 7 8 9
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1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6Revisión BibliográficaAsesoríasElección del TemaElaboración de Objetivos y JustificaciónFormulación de ÍndiceElaboración de AnteproyectoRevisión de AnteproyectoExperimentaciónAnálisis de ResultadosDiseño de la PlantaElaboración de ConclusionesTitulación
Actividades RealizadasActividades a Realizar
VIII. Referencia bibliográficas
Aguilar, C.N., Augur, C., Favela-Torres, E., & Vinegra-González, G. (2001b). Productionof tannase by Aspergillus niger Aa-20 in submerged and solid-state fermentation: influence of glucose and tannic acid. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 26 (5):296 - 302.
ANDRÉS, C., Medina, A., Llorach, R., Urpi, M., Khan, N., Chiva, G., Zamora, R., Rotches, M., Lamuela, R. 2010. Phenolic compounds: chemistry and ocurrance in fruits and vegetables.
BEECHER, G. 2003. Overview of dietary flavonoids: Nomenclature, ocurrence and intake. Journal of Nutrition 133:3248s-3254s.
Benavente García, O., Castillo, J., Marin, F.R., Ortuno, A., Del Rio, J.A., 1997, Uses and properties of citrus flavonoids. Journal of Agricultural Food Chemistry, 45: 4505-4515. Caldas, A. (2012). Optimización, escalamiento y diseño de una planta piloto de extracción sólido líquido (Tesis). Escuela de ingeniería química, Universidad de la cuenca.Carretero-Accame. M.E. (2000). Compuestos fenólicos: Taninos. Panorama Actual delMedicamento 24 (235): 633 - 636.
Field, J.A. & Lettinga, G. (1992). Biodegradation of tannins. En: Metal Ions in Biological Systems Volume 28. Degradation of environmental pollutants by microorganisms and their metalloenzymes (Sigel, H. Ed.), Pp. 61 - 97. Marcel Dekker Inc, Nueva York.Frutos, P., Hervás, G., Giráldez, F.J. & Mantecón, A.R. (2004). Review. Tannins and ruminant nutrition. Spanish Journal of Agricultural Research 2 (2): 191 - 202.
3
Hernández, Ángel. Almendro de la India: potencial biológico valioso. Revista Cubana deInvestigaciones Biomédicas. 22(1): 1, ene/mar 2003.
Kaponen JM, AM Happonen. 2007. Contents of anthocyanins and ellagitannins in selected foods consumed in Finland. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 55:1612-1619. Khanbabaee, K. & Van Ree, T. (2001). Tannins: classification and definition. Natural Product Reports Articles 18 (6): 641 – 649.
MARTINEZ V. Botanical. Disponible en: http://www.botanical-online.com/almendro.htm. Descargado en: 2011/09/30.
LASTRA, Valdés Humberto, RODRÍGUEZ, Leyes Eduardo. Método analítico para cuantificación de taninos en el extracto acuoso de romerillo.[24-Nov-2004] URL disponible http://www.bvs.sld.cu/revistas/pla/vol5_1_00/ x#x.
Sanchez, Alberto. Disponible en: http://www.vidrafoc.com/inde.php?main_page*product_info&path270_455_287_241&prod ucts_id-344. Descargado en: 2011/10/01.
Soto, R. (2001). Aislamiento, purificación, caracterización y modificación química de los taninos aislados de la corteza de Pinus radiata D. Don para su aplicación en la industria de las resinas y adhesivos para madera (Tesis doctoral). Escuela de Graduados, Universidad de Concepción, Concepción, Chile.
Tezén, P. (2008). Determinación del contenido tánico en la corteza de cinco especies forestales aprovechadas en el acerradero de la asociación de cooperativas forestales de petén (Tesis). Acultad de ingeniería, Guatemala.
