EXTRACCIÓN DEL ACEITE ESENCIAL DE MANDARINA (CITRUS RETICULATA) UTILIZANDO DIÓXIDO DE CARBONO EN

CONDICIÓN SUPERCRÍTICA COMO SOLVENTE

Contenido

1. Planteamiento del problema.2. Objetivos.3. Marco Teórico.4. Antecedentes.5. Descripción del Equipo.6. Procedimiento Experimental.7. Metodología.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Necesidad de nuevos procesos que minimicen los costos asociados a la extracción de aceites esenciales y esencias surge la Extracción Supercrítica (ESC).

Uso de solventes eficaces y fácilmente recuperables.

Incremento de la demanda de aceites esenciales, debido a sus propiedades saborizantes, odorizantes, medicinales y terapéuticas para la elaboración de productos de consumo humano.

Investigaciones anteriores han demostrado las bondades de la ESC empleando CO2 como solvente. El aceite esencial de mandarina es obtenido de la concha, esto permite incrementar el valor agregado de la materia celulosa, debido a que éstas comúnmente son desechadas. Caracterizar la operación en términos de presión, temperatura, calidad y rendimiento. Obtener datos operacionales que permitan el posterior escalamiento de una planta piloto versátil para autogestión e investigación.

Objetivos

General:

Realizar el estudio de la extracción del aceite esencial de mandarina (citrus reticulata) con dióxido de carbono (CO2) en condiciones supercríticas como solvente.

Específicos:

1. Realizar el montaje y puesta a punto de una planta piloto para la extracción del aceite esencial de mandarina con CO2 supercrítico.

2. Acondicionar las cáscaras de mandarina para la extracción.

3. Determinar las condiciones óptimas de Presión y Temperatura para el CO2.

4. Variación del rendimiento del aceite esencial de mandarina respecto a las condiciones de Presión y Temperatura del CO2.

5. Identificar los componentes del aceite esencial de mandarina usando espectrometría de masa.

6. Variación de composición frente a los cambios de P y T del CO2.

7. Rendimiento de la operación de extracción.

MARCO TEÓRICO

MandarinasFamilia de las rutáceas, cosechadas del mandarino. Tipos más comunes: Tangerina o clementina, Satsuma, Tangelo. La fruta tiene un diámetro entre 5 – 8 cm en forma de globo, su color varía de amarillo verdoso a naranja, posee en la superficie glándulas oleosas, su cáscara es delgada y se desprende fácilmente de la pulpa. Sus principales componentes son el limoneno, el ácido metil antranílico y el éster de metilo entre otros.

El aceite esencial es obtenido de la concha y es de color amarillo dorado, de olor dulce y delicado.

Propiedades terapéuticas generales: Antiviral, calmante, diurético, estimulante, revitalizante.

Propiedades terapéuticas específicas: hipertensión, palpitaciones, astringente, humectante, regenerador de la piel, cólicos, congestión del hígado, diarrea, estreñimiento, flatulencia, náuseas, tónico estomacal y hepático, calambres, hipo, produce balance emocional, sensación de felicidad y frescura.

Aceites Esenciales.Son productos muy complejos que contienen sustancias volátiles de origen vegetal, solubles en alcohol o éter y generalmente poco solubles en agua.

Son producidos especialmente por las plantas aromáticas y se pueden localizar en diversos lugares de las especies vegetales, por ejemplo:

Distribuirse uniformemente por todas las células (pétalos de rosa).

Las labiadas, que son células secretoras denominados pelos secretores (tomillo y orégano). Las umbelíferas, son canales o tubos secretores (anís y comino).

En bolsas secretoras, que son especies de sacos que almacenan el aceite y en su parte superior contienen células secretoras que los producen y van llenando (cítricos).

En el caso de la mandarina se tiene que el aceite esencial se produce en la concha del fruto. Se requiere la preparación de la materia celulosa para la extracción del mismo.

Pueden ser obtenidos además de: flores, brotes, hojas, ramas, semillas, cortezas de árboles, hierbas, madera y raíces. Sus componentes varían de un aceite a otro incluso dentro de una misma especie vegetal y es función de múltiples variables tales como: cosecha, acondicionamiento de la materia antes de la extracción y del proceso de extracción.

Parámetros de calidad

Proporcionan mayor calidad los compuestos oxigenados, especialmente los aldehídos, cetonas, alcoholes y ésteres.

Entre las técnicas para determinar sus componentes se destacan:

Aroma Peso específico Índice de Refracción Desviación óptica Cromatografía Espectrometría Espectrales como infrarrojo y ultravioleta

Posterior al proceso de extracción y en especial en la producción de aceites esenciales a escala industrial puede ser necesario realizar uno o más de los tratamientos como:

Purificación. Eliminación de colorantes. Desterpenación.

Destilación fraccionada con vacío. Extracción con solventes selectivos. Separación por adsorción cromatográfica.

Métodos tradicionales de extracción

Implican el tratamiento de la sustancia bruta con un solvente apropiado, que en el caso ideal, disuelva sólo el constituyente deseado, permaneciendo sin disolver las demás sustancias. En la práctica se obtiene una mezcla de compuestos solubles en el disolvente empleado y requieren de tratamientos posteriores.

Se pueden dividir de acuerdo al solvente utilizado en:

Extracción con agua: infusión, destilación por arrastre con vapor, entre otras. Extracción con solventes orgánicos: maceración, percolación, Soxhlet, entre

otras Métodos directos: enflorado, expresión, compresión, etc.

Extracción supercrítica

Se entiende por Fluido Supercrítico (FSC) a una sustancia llevada a condiciones operativas de P, T cercanas al punto crítico. En esta condición la sustancia no es ni líquido ni gas, pero posee las propiedades de ambas y representa un estado de la materia en el cual ésta es compresible pero posee una densidad similar a la de un líquido.

Entre los más comunes FSC se encuentran: Dióxido de carbono(CO2), Oxido nitroso (N2O), Pentano (C5H12), Hexano (C6H14), Amoníaco (NH3), Agua (H2O), Etano (C2H6), Eteno (C2H4), Propano (C3H8), Xenón (Xe).

A pesar de que el CO2 no es el que ofrece mayor rendimiento, es el más ampliamente usado debido a su bajo costo, inerte, no tóxico, no corrosivo, no inflamable.

Ubicaremos las condiciones de operación para la extracción del aceite esencial de mandarina empleando CO2 como solvente:

La Extracción Supercrítica (ESC) se fundamenta en la diferencia de solubilidades del agente de extracción respecto a los componentes a ser separados.Así como también en la influencia de la P, T sobre la solubilidad, ya que éstas son las que determinan el grado de transferencia de los compuestos de interés al solvente.

Aplicaciones

Obtención de productos naturales entre los que se destacan: descafeinado, obtención de lúpulos, aceites, grasas y esencias, drogas de plantas, celulosa, glucosa, eliminación de nicotina y de aceites.

Separación de hidrocarburos pesados, por ejemplo: separación, recuperación y purificación de aceites, desasfaltado y lubricantes.

Regeneración de adsorbentes, filtros y catalizadores.

Separación y purificación de productos tales como agua potable a partir de agua de mar.

Reacciones químicas y procesos con polímeros.

ANTECEDENTES

Año 1988Ignacio Matute, Estudio preliminar de la extracción supercrítica del aceite esencial de naranja con solvente en condiciones críticas. En éste se realizó la extracción del aceite empleando diferentes solventes a fin de comparar su capacidad de extracción y se evaluar las características del aceite esencial extraído con una muestra comercial.

José Griman, Montaje y puesta a punto de una planta piloto para la extracción de aceites esenciales de naranja utilizando CO2 supercrítico como solvente. Se estudio la influencia del tiempo, temperatura y presión en la extracción del aceite esencial.

Año 1997Francisco Jaramillo, Estudio preliminar de la extracción de oleorresina de cápsica con solvente en condiciones supercríticas. En éste se utilizó como solvente una mezcla de N2 - CO2 y se estudió la influencia de la P, T y tiempo de carga en el rendimiento de la extracción.

Camilo Cárdenas, Estudio preliminar de la extracción con CO2 supercrítico de térpenos del toronjil (Melissa officinalis). Las variables estudiadas fueron análogas al trabajo de Jaramillo.

Ventajas de la ESC y los FSC

Elevada eficacia debido a que los FSC poseen mejores propiedades de transporte.

Es posible separar totalmente y de forma sencilla el solvente del extracto manipulando P, T.

Se obtienen un alto poder disolvente y alta capacidad de penetrar en los sólidos.

Se puede modificar la selectividad y capacidad del solvente manipulando P, T . Se obtiene productos de alta pureza, frescura, estables. Uso de temperaturas moderadas que impiden la degradación térmica del

producto. Bajos costos energéticos, si se compara con operaciones tradicionales como

por ejemplo la destilación.

Limitaciones ...

Necesidad de datos de equilibrio de fases. Los modelos termodinámicos desarrollados hasta el momento no son

adecuados para predecir el comportamiento de fases de los FSC. Resistencia al cambio a escala industrial debido a los costos asociados a

Investigación y Operación por requerirse altas presiones. Requerimientos de seguridad exigentes debido a las condiciones de

operación.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Bombona de CO2

Recipiente de Alimentación. Recipiente de Extracción. Recipiente Separador. Válvulas de aguja, reguladoras de presión y micrométrica. Resistencia para calentamiento. Indicadores de T, P y L. Rotámetro. Bomba. Recipiente para recolectar muestras.

Diagrama de flujo

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Instalación del Equipo.Consiste en acondicionar el montaje para la extracción. En esta etapa se incluye la carga del solvente, el acondicionamiento y carga de la materia prima (conchas de mandarina).

2. Puesta en Marcha.Se fijan las condiciones de operación (P, T, F). Implica la manipulación del equipo de forma adecuada, el ajuste y la verificación constante de las variables del proceso.

3. Operación del Equipo.Se limita al control de la presión de separación a través de la manipulación de válvulas y de la temperatura de sistema.

4. Recolección de Producto.Se deben hacer las manipulaciones pertinentes de válvulas a fin de garantizar las condiciones que permitan la descarga del aceite esencial y su recolección.

5. Parada del proceso.Una vez descargado el producto se debe despresurizar totalmente el sistema y descargar la materia celulosa agotada y procesada.

6. Análisis de MuestrasEl producto recolectado será caracterizada e identificados sus componentes a través de técnicas como la cromatografía y espectrometría.

METODOLOGÍA

Estudiar la influencia de la temperatura, a una presión, flujo de CO2 y una masa materia prima fija. Realizando aproximadamente 12 experiencias con la finalidad de determinar el efecto sobre el rendimiento y la composición.

Obtener la temperatura que ofrezca mayor rendimiento y variar la presión de extracción (1000 – 1700 psig), para determinar el efecto sobre el rendimiento y la composición con: flujo de solvente y masa de materia prima constante.

Identificar los componentes del aceite esencial de mandarina mediante Espectrometría de Masa y Cromatografía de Gases. Comparar las características del aceite esencial de mandarina obtenido con los existentes en el mercado.