Laboratorio N°2. Extracción de oleorresinas con equipo Soxhlet

7/26/2019 Laboratorio N°2. Extracción de oleorresinas con equipo Soxhlet.

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Universidad del Bío-Bío

Sede Concepción

Práctica de Laboratorio

Extracción de oleorresinas con equipoSoxhlet para la obtención de

oleorresinas con valorBiotecnológico.

Curso: Lab. de Procesos Químicos Carrera: Ingeniería Civil Química

Profesor : Paola Bustos Gutiérrez Alumnos: Nelly Flores B.

Diego González B. Diego Lépez H. Rodrigo Stevens G.

Fecha: 18-Mayo-2016



Resumen/Summary.

En el estudio se realizó una separación sólido-líquido a través de una lixiviación deorégano con dos disolventes orgánicos, etanol y hexano, en un equipo soxhlet parael análisis en la variación del solvente con respecto a la cantidad de oleorresinaobtenida.Estas pruebas fueron realizadas por duplicado. Las extracciones realizadas fueronobtenidas a partir de 25 gramos de orégano puestos en un papel whatman enextractor Soxhlet, con 600 ml de disolvente ambos con una temperatura cercana asu punto de ebullición y utilizando “muelas” para mantener una ebullición constante,

68°C para hexano y 78°C para etanol. Posteriormente se separa el extraído delsolvente utilizando un roto evaporador a fin de obtener el extraído puro y recuperarel solvente empleado, siendo el Etanol más eficiente para la extracción deoleorresinas de orégano.

A Solid-Liquid separation process is studied by an oregan leaching with two organic

disolvents, ethanol and hexane, in a soxhlet extractor for the solvent variation

analysis with the obtained oleoresin.

This realized tests were obtained from 25 g of oregano in a Whatman container and

disposed in a Soxhlet extractor, with 600 mL of disolvent, both at temperatures near

the boiling point and using “muelas” to mantain a constant boiling, 6 8ºC for the

hexane and 78ºC for the ethanol. Lately the extracted is separated using a roto-

evaporator to obtain the pure extracted and recover the employed solvent, being the

most efficient the ethanol for the oregano’s oleoresins.



1. INTRODUCCIÓN

La extracción sólido-liquido es una operación unitaria cuyo fin es lograr laseparación de uno o más componentes en fase sólida mediante la utilización de unafase líquida o disolvente. El componente que se transfiere de la fase sólida a la faselíquida se denomina soluto. A mayor superficie de contacto entre ambas fases,sólido y líquido, aumentara la eficiencia de la extracción.

Las principales ventaja del extractor Soxhlet es que la muestra es puesta repetidasveces en contacto con el solvente, de esta manera se mejora la extracción alemplear el disolvente puro, la temperatura del sistema se mantiene relativamentealta y constante para que el calor aplicado al matraz de destilación alcance a ciertopunto la cavidad de extracción favoreciendo la solubilidad del analíto, no se requiere

ninguna filtración después de la etapa de lixiviación ya que el disolvente orgánicose evapora quedando solo el producto extraído, hay una gran capacidad derecuperación del solvente, el rendimiento de la muestra se puede aumentarmediante la extracción simultánea en paralelo. Es una metodología muy simple quenecesita poca formación especializada, tiene la posibilidad de extraer más masa dela muestra que la mayoría de los métodos más modernos y no es dependiente dela matriz.

El principal inconveniente en la extracción Soxhlet, en comparación con otrastécnicas convencionales, es la gran cantidad de tiempo que se requiere para la

extracción y la gran cantidad de disolvente perdido que no alcanza a condensar yse libera al ambiente, el cual no tan solo significa un costo adicional sino quetambién puede causar problemas ambientales dependiendo del solvente utilizad, noes aplicable a alimentos ricos en grasas recubiertas (como productos lácteos), nose puede aplicar a sustancias termolábiles, que se descompongan con el calor oreaccionen con el solvente, se necesita una etapa adicional de evaporación delsolvente para la obtención del producto extraído,

El orégano es un vegetal perteneciente a la familia labiadacease de hasta 80 cm.Tallos erectos, filosos y aromáticos. Su nombre botánico es Origanum vulgare, esuna planta originaria de Europa Central, Meridional y Asia Central. Fue introducidapor los españoles en America. Las hojas del orégano se usan como condimento dealimentos y para conservación de los mismos, además tienen una amplia aplicaciónen la fabricación de cosméticos, fármacos y licores. La Organización mundial de lasalud estima que el 80% de la población en el mundo usa extractos vegetales o sus



compuestos activos. Los mayores rendimientos de aceites esenciales de Origanum se obtienen en zonas soleadas y cuya altitud no sea excesiva.

Figura 1.2: Condiciones óptimas para el cultivo del Orégano

Entre las actividades biológicas de los componentes del orégano se encuentran:antioxidante, los antioxidantes son compuestos que disminuyen la extensión de

reacciones de oxidación espontáneas del oxígeno atmosférico con sustanciasorgánicas provocando cambios en sus atributos de calidad, de los cuales losprincipales son la disminución de la vida útil de muchos productos alimenticios,cosméticos y de la industria química; potencial antimicrobiano, existen múltiplesestudios sobre la actividad antimicrobiana de los extractos de diferentes tipos deorégano, se ha encontrado que los aceites esenciales de las especies del géneroOriganum presentan actividad contra las bacterias Gram negativas (Salmonella

typhimurium, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Yersinia enterocolitica yEnterobacter cloacae; y las Gram positivas (Staphylococcus aureus,

Staphylococcus epidermidis, Listeria monocytogenes y Bacillus subtilis); yoleorresinas, estas última tiene mayor interés al presente estudio y se abordaran acontinuación.

Las oleorresinas son mezclas homogéneas de resinas y aceites esenciales,obtenidas a partir de especias y plantas aromáticas, obtenidos a partir del uso desolventes. Los compuestos volátiles y no volátiles extraídos de las especias,representan el sabor completo de la especia fresca en una forma concentrada. Porello, las oleorresinas son el extracto de especias preferido para saborizar productos.De acuerdo con la Comunidad Económica Europea (CEE) son “extractos de

especias de los que se ha evaporado el disolvente de extracción, dejando unamezcla del aceite volátil y el material resinoso de la especia”. La alta concentraciónde las oleorresinas y al disminuir la cantidad de agua presente en ellas, asegurauna mayor vida de anaquel debido a la baja degradación por oxidación o pérdida desabor, y se previene el deterioro debido a plagas y microbios.

Temperatura Óptima 18 – 24 °C

Humedad relativa 70 %

pH Tolera el pH Alcalino

Al ti tud 1500 a 3000 msnm

Clima Suelo Crece en casi todos los tipos de suelo ricos en materia orgánica ycon buen drenaje, de preferencia no salinos. En suelos arcillosos lalongevidad se reduce. Crece espontáneamente con clima templado ysubtropical, no muy seco. Resiste bien las heladas.



Como se nombró anteriormente las oleorresinas son mezclas homogéneas deresinas y aceites esenciales: las resinas son productos amorfos sólidos osemisólidos de naturaleza química compleja que segregan algunos tipos de plantasen su corteza si se practica una incisión profunda, los aceites esenciales soncompuestos formados por varias substancias orgánicas volátiles, que pueden ser

alcoholes, cetonas, éteres, aldehídos, y que se producen y almacenan en loscanales secretores de las plantas.

Las principales ventajas de las oleorresinas son: dependiendo de la concentraciónde la oleorresina pueden sustituirse hasta 100 kg de producto en polvo por uno odos kg. de oleorresinas; en la industria los ingredientes activos de olor, sabor ypropiedades físicas son estandarizados para garantizar la uniformidad entre lotes;es un producto 100% natural, libre de residuos de solvente y de residuos depesticidas; se logran productos libres de impurezas y materias extrañas; no

presentan contaminación microbiana, asegurando su esterilidad,

Otros trabajos realizados en cuanto a extracción de oleorresinas han empleado unatecnología libre de solventes orgánicos y empleando bajas temperaturas, se tratade la extracción con fluidos supercríticos, específicamente con dióxido de carbonosupercrítico (ScCO2 ), se logró trabajar a 40ºC, una presión de 120 bares con untiempo de 4 horas de extracción; los resultados se evaluaron frente a extraccionestradicionales con solventes como n-hexano y arrojaron resultados más satisfactoriosen cuanto a pureza, integridad de los carotenoides y concentración de los mismosen la oleorresina obtenida.



2. OBJETIVOS

Objetivo General

Evaluar el procedimiento de extracción sólido-líquido en equipo Soxhlet para larecuperación de oleorresinas con valor biotecnológico a partir de materiales deorigen vegetal.

Objetivos Específicos

Identificar partes de un equipo de extracción Soxhlet Establecer la forma en la que opera el equipo de extracción Soxhlet y los

fundamentos teóricos detrás de ello. Evaluar la influencia de variables como el tamaño del sólido o el tipo de

solvente en la recuperación de oleorresinas.



3. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1 Materiales

Material de origen vegetal (Orégano) Papel filtro cualitativo Whatman 1 (Tamaño de poro 11µm) Balanza analítica Boeco Extractores Soxhlet de 1 L 4 Mantas de calentamiento Rotoevaporador Solventes (Hexano - Etanol) Estufa Labtech Matraces

3.2 Metodología

1. Elaboración de cartuchos con papel filtro.

Se necesita un recipiente en donde depositar el orégano para el trabajo deextracción, para esto elaboramos un cartucho con papel filtro en donde se depositauna masa de 25 gr de orégano.

2. Pesada del material.

Utilizando la Balanza analítica Boeco Germany implementada en el laboratorio conuna precisión de los 0.0001 gr. Taramos para eliminar el contrapeso de loscartuchos y luego pesamos 25 gr de muestra de orégano.

3. Preparar matraces.

Agregar muelas de ebullición para tener una evaporación controlada en el equipo,luego llenar con 600 mL los matraces con el solvente utilizado.

4. Montaje del equipo

Para la manipulación del equipo se utilizan guantes para evitar cualquier contactocon el solvente. Primero se inserta el cartucho con el material dentro de la cámarade extracción y se procede a sostener la cámara de extracción con soportes demetal, luego se ensambla el sistema de refrigeración sobre la cámara y matraz con



el solvente bajo la cámara. Asegurarse de que las 3 partes hayan quedado biensujetas al igual que las mangueras con el líquido refrigerante. 5. Puesta en marcha hasta alcanzar temperatura de trabajo.

Se procede a subir la temperatura de las mantas calefactoras hasta alcanzar la

evaporación de los dos solventes, se sabe que la temperatura de ebullición delhexano es de 68°C y la del etanol es de 78,3 °C. En este punto se debe ser muymeticuloso con las temperaturas para que no haya una evaporación brusca delsolvente y al momento de poner en contacto el líquido con el sólido se haga en unlapso respetable de tiempo con el fin de que se extraiga bien la oleorresina.

6. Una vez que el solvente empieza a evaporar, se considerarán dos horas comotiempo de proceso.

Esperar 4 sifonadas del solvente de 30 minutos cada una aproximadamente.

7. Recuperar el matraz y se almacenar.

Primero taramos los pesos de los 4 matraces pequeños a utilizar para que al finalde la destilación quitemos el contrapeso de los matraces al pesar. Una vezsuperadas las 4 sifonadas se desmonta el equipo para retirar la mezcla de extractocon solvente y se almacena en el matraz más pequeño que va destinado al rotovapor.

8. El extracto contenido en el matraz se concentrará mediante roto evaporación (t =2 h).

Luego de obtener la mezcla en el matraz pequeño este se monta en elrotaevaporador que consiste en separar el solvente de la oleorresina por destilación.Puesto el matraz en el rotaevaporador se hace girar en baño maría a unatemperatura de 56 °C aproximadamente. El solvente empieza a ebullir lentamentey a una menor temperatura porque aplicamos vacío en el equipo lo que nos permitebajar la temperatura de ebullición del solvente, se intenta recuperar el máximo desolvente posible por lo que vamos agregando poco a poco la mezcla al matraz.

9. Cuantificación de extraíbles.

Una vez separado todo el etanol y el hexano de la oleorresina esta se introduce enel horno a 98°C para quitar cualquier porcentaje de humedad. Finalmente pesamoslos matraces para obtener el peso final de la oleorresina de orégano extraída.



4. RESULTADOS Y ANÁLISIS

4.1 Extractor SOXHLET

Durante el funcionamiento del equipo fueron tabuladas cada una de las sifonadas

ocurridas durante la extracción de oleorresinas de orégano, a fin de llevar a cabo uncontrol regular de los tiempos y las temperaturas a las que se encontrabafuncionando el equipo. Es importante señalar que el calor entregado a cada uno delos matraces de trabajo no fue igual para las cuatro muestras de estudio, existierondificultades para llevarlas a cabo en igualdad de condiciones debido a diferenciasen las mantas calefactoras y posibles diferencias de temperatura en los fluidosrefrigerantes. Los resultados de la medición del tiempo (en minutos) de las sifonadas (al terminarde ocurrir cada una de ellas) están tabuladas a continuación:

N° muestra / solvente S1 S2 S3 S4 Tiempo total de extracción

Muestra 1 / Etanol 50,07 37,10 35,01 32,06 154,24

Muestra 2 / Etanol 50,08 36,12 34,20 29,00 149,4

Muestra 3 / n-hexano 52,13 19,25 41,26 32,22 144,86

Muestra 4 / n-hexano 39,04 30,19 38,34 30,11 137,68

Tabla 1. Tiempo de duración de las sifonadas para cada una de las muestras de orégano

y el respectivo solvente empleado. Respecto de la Tabla 1:

a) Sabemos por conocimiento previo que el proceso de extracción sólido-líquido ocurre y se verá favorecido por el contacto entre los líquidos(inmiscibles entre sí), en la tabla 1 observamos que las muestras poseendistintos tiempos de extracción debido a las diferencias de los puntos deebullición de los disolventes.

b) Existe cierta similitud entre los tiempos de sifonada para las muestras conunos distintos solventes, la primera sifonada presenta mayores tiemposdebido a la energía requerida por la máquina para funcionarregularmente.

c) El equipo empleado durante el laboratorio no poseía las característicasnecesarias para su correcta regulación, de modo que como semencionaba, las diferencias de sifonada respecto a una misma masa demuestra de orégano sometida a cierto tipo (igual) de disolvente puededeberse a las diferencias de temperatura de las mantas y flujosrefrigerantes.



Respecto a los cuidados del equipo empleado, es necesario regular lastemperaturas de trabajo del mismo, a fin de controlar los puntos de ebullición delsolvente y evitar pérdidas del mismo, esto también permitirá regular el tiempo decontacto entre los líquidos.

Figura 4.1. Muestra 1 y muestra 2 sometidas a extracción por disolvente etanol.

Figura 4.2. Muestra 3 y muestra 4 sometidas a extracción por disolvente n-hexano.

A modo de observación se hace mención a la tonalidad más clara de la muestraextraída con n-hexano respecto a la extraída con etanol, cuya tonalidad es másoscuro debido a la concentración, será analizado más adelante.



4.2 Rotaevaporador

En el rotaevaporador, se montaron las muestras con precaución, y se introdujeronen un baño maría para aumentar sus temperaturas, además, el equipo fueconectado a una bomba de vacío, de esta manera se disminuye la temperatura

necesaria para llegar al punto de burbuja y así lograr un goteo para la extracción delsolvente.Al llegar a cierto punto, se debe cambiar de matraz la muestra a uno de menortamaño por conveniencia a la hora obtener las masas del resultado final.

Se trabajó a 42ºC en ambos casos, con 37 RPM para el etanol y 38 para el hexano. Se debe considerar que en mitad de la extracción, al perder un poco de cuidado almanejar el vacío, se efectuó una fuga del extracto, contaminando así nuestrosolvente, de todas maneras, la pérdida es mínima y fue obviada.

Otras pérdidas que se generan al manejar el equipo se deben al traspasar lamuestra del extractor SOXHLET al rotaevaporador, al no alcanzar una diferencia depresión, no logró caer por completo, también se generan leves pérdidas por tiempode residencia en el matraz al adherirse a las paredes y al traspasar de un matraz demayor tamaño a menor, aun así todas estas son despreciables.

Los resultados con respecto a la muestra extraída del rotaevaporador se reflejan enla siguiente tabla.

Muestra Masa balón [g] Masa balón+extraído [g] Masa extraída [g]

M1 n-Hexano 59,1022 59,444 0,3418

M2 n-Hexano 59,4038 59,6882 0,2844

M1 Etanol 47,9813 50,6785 2,6972

M2 Etanol 53,2705 57,2453 3,9748

Tabla 2. Masa de oleorresina extraída del rotoevaporador según su solvente.

Respecto a la tabla 2:

a) Las diferencias entre las cantidades de muestra extraída entre el etanol y elhexano son considerablemente amplias, considerando la cantidad dematerial que se tenía al inicio del proceso.



b) El control del vacío en el etanol resulta un poco más complicado debido aque la temperatura necesaria para el punto de burbuja es más elevada quela del hexano.

c) El solvente etanol debe poseer una mayor afinidad con el orégano debido asu mayor cantidad de producto extraído.

Los mayores cuidados a la hora de emplear esta separación en su mayoría, es elcuidado con el vacío, sobretodo en la hora de desmontar, ya que al liberar la válvulapara el vacío, si está activado, es posible que se traspase del sustrato, lo cualperjudica el proceso pausando el proceso para una posterior limpieza.

Figura 4.4. Rotaevaporador Etanol.Figura 4.3. Rotaevaporador Ciclohexano.



Figura 4.5.Muestras al final del proceso de secado.

Muestra Masa muestra Masa extraída [g] Porcentaje peso extraído

M1 n-Hexano 25,0343 0,3418 1,37%

M2 n-Hexano 24,9953 0,2844 1,13%

M1 Etanol 25,0451 2,6972 10,77%

M2 Etanol 25,1707 3,9748 15,76%

Tabla 3. Comparación del porcentaje de oleorresina obtenido para cada una de las

muestras y sus respectivos solventes empleados.

Por último, es necesario señalar que la coloración oscura e intensa de los balonesde etanol (tras el proceso de secado de las muestras a 105 °C según podemosapreciar en la figura 4.5) respecto a la claridad de las muestras extraídas con n-hexano, nos entrega información acerca de la concentración extraída de oleorresinade orégano.

Respecto a la recuperación del solvente.

Durante la experiencia de laboratorio no se realizó la medición de volumen final delsolvente empleado, solo se tiene conocimiento de la medición del n-hexanorecuperado para la muestra número 1, en la cual se recuperaron 480 mL desolvente, si bien no se logra tener un conocimiento significativo de la recuperación,es válido afirmar que existen pérdidas de solvente durante el proceso (completo) deextracción respecto a los 600 mL empleados.



5. CONCLUSIONES

Los procesos de extracción empleados en el equipo Soxhlet permiten laseparación efectiva de los componentes mediante la aplicación de

fenómenos de transporte.

A iguales condiciones de trabajo para la extracción de oleorresinas deorégano, el etanol es más eficiente como solvente que el hexano.

El tiempo de total de extracción para el n-hexano es menor que el de etanoldebido a la diferencia (más baja) de su punto de ebullición.

Es posible recuperar el solvente empleado durante el proceso de extracciónen el rotaevaporador.

Existen muchas pérdidas que fueron omitidas durante el proceso, esnecesario efectuar mediciones de esas pérdidas para saber si son realmentesignificativas.



6. BIBLIOGRAFÍA

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