Rendimiento y aracteristicas Fisicoquimicas de Aceite Esencial de Cedron

I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE

INGENIERA AGROINDUSTRIAL

EFECTO DE LA PRESIN DE VAPOR Y TIEMPO DE EXTRACCIN EN EL RENDIMIENTO Y

CARACTERISTICAS FISICOQUIMICAS DE ACEITE ESENCIAL DE CEDRN (Aloysia triphylla)

TESIS

PARA OPTAR EL TTULO PROFESIONAL DE INGENIERO

AGROINDUSTRIAL

PRESENTADO POR EL BACHILLER:

AQUINO CRUZADO EVERT LEONIDAS

ASESOR:

M. Sc. HUBERT ARTEAGA MIANO

TRUJILLO PER

2012

II

DEDICATORIA

A mis padres, Maximo e Idelsa, por ser el

motivo y la fuente de mis logros; y por creer y

confiar en m.

A Dios, por ser el hombre y la fuerza en los

momentos ms difciles y porque con sus

acciones me demostr su existencia.

A mi hermana, Sonia, por darme siempre una

palabra de aliento durante mis estudios y por

haber depositado toda su confianza en m.

III

AGRADECIMIENTO

De manera muy especial quiero agradecer a mi asesor: Ing. Hubert Arteaga, por todo el

apoyo profesional que me ha brindado. Por servirme de gua en la culminacin de mi

formacin profesional y por su apoyo incondicional.

Quiero adems extender un sincero agradecimiento a Flix De la Cruz por compartir los

conocimientos del manejo del programa estadstico STATISTIC 7.0.

Agradezco a todas las personas que colaboraron conmigo durante el desarrollo de esta

investigacin, principalmente en el proceso de extraccin: Eduardo Correa, Jess Aguirre,

Leonardi Len, entre otros.

Por ltimo, y no menos importante, quiero agradecer a mi familia, amigos, compaeros y a

todas aquellas personas que de una u otra forma estuvieron ah brindndome su ayuda y

motivndome para sacar adelante la carrera.

Para todos ellos,

Muchas Gracias!

IV

RESUMEN

Los objetivos de esta investigacin fueron evaluar por el mtodo de Superficie de Respuesta

el efecto de la presin y el tiempo en el rendimiento; y en las caractersticas fisicoqumicas

ndice de refraccin e ndice de carbonilo del aceite de cedrn (Aloysia triphilla).

Las pruebas fueron llevadas a cabo en un equipo de extraccin por arrastre de vapor, el cual

permite controlar los parmetros operacionales de extraccin, como son: presin y

temperatura.

Para el planeamiento experimental se plante el Diseo Compuesto Central Rotacional

(DCCR) emplendose dos variables operacionales: Presin manomtrica y tiempo de

extraccin del aceite de cedrn, obtenindose 11 tratamientos de los cuales 4 son factoriales,

4 axiales y 3 centrales.

Se trabaj con presiones en el rango de 101.325 a 202.650 Kpa y tiempos entre 50 y 100

minutos. Los resultados fueron evaluados en el software STATISTIC 7.0 mediante el diseo

de Superficie de Respuesta emplendose un nivel de significancia de 0.05 para ambas

respuestas, donde se obtuvieron los modelos matemticos de segundo orden para el

rendimiento (R), ndice de refraccin (IR) e ndice de carbonilo (IC) los cuales fueron

validados estadsticamente a travs del anlisis de regresin (R2

R= 0.9348; R2

IR = 0.9628 y

R2

IC = 0.8745) y ANVA (significativo en cada caso), lo cual permiti generar las superficies

de respuesta y grficos de contorno para cada variable, comprobndose que existe influencia

de la presin y el tiempo, donde a mayor presin y tiempo se tiene un mayor rendimiento e

ndice de refraccin del producto, pero a menor presin y tiempo se tiene mayor ndice de

carbonilo.

Por otro lado, utilizando la tcnica de superposicin de los grficos de contorno se

determinaron los valores adecuados para el rendimiento, ndice de refraccin e ndice de

carbonilo (Presin = 140 a 160 Kpa, tiempo 95 a 100 min); (Presin = 180 a 200 Kpa,

tiempo 80 a 100 min) y (Presin = 100 a 120 Kpa, tiempo 50 a 60 min).

V

ABSTRACT

The goals of this research were to evaluate the effect of pressure and time on the

performance and physicochemical characteristics refractive index and index of carbonyl to

cedar oil (Aloysia triphilla) by the Response Surface plot method.

The tests were carried out on a stripping steam, which can control the operational

parameters of extraction, such as: pressure and temperature.

For the experimental planning we used the Central Composite Rotational Design (CCRD)

using two operational variables: pressure gauge and length of cedar oil extraction, getting in

11 treatments of which 4 are factorial, 4 axial and 3 central.

We worked with pressures in the range of 101.325 to 202.650 Kpa and times between 50

and 100 minutes.

The results were evaluated in the Software STATISTIC v7.0 by the Response Surface plot

and using a significance level of 0.05 for both responses, which yielded the second-order

mathematical models to yield (R), refractive index (RI ) and carbonyl index (CI) were

validated statistically through regression analysis (R2

R= 0.9348; R2

IR = 0.9628 and R2

IC =

0.8745) and ANOVA (significant in each case), which allowed the generation of

surfaces response and contour plots for each variable, checking that there is influence of

pressure and time, where the higher pressure and lower time has a higher throughput and

refractive index of the product, but at lower pressure and less time is more carbonyl index.

Furthermore, the overlapping technique of the contour graphs were determined appropriate

values for yield, refractive index and carbonyl index (pressure = 140 to 160 Kpa; time 95 to

100 min), (pressure = 180 a 200 Kpa, time 80 a 100 min) y (pressure = 100 a 120 Kpa; time

50 a 60 min).

VI

NDICE GENERAL

1. INTRODUCCION 1

2. REVISION BIBLIOGRAFICA 3

2.1. Cedrn (Aloysia triphylla) 3

2.1.1. Generalidades y Cultivo 3

2.2. Composicin Qumica del Aceite Esencial de Cedrn 5

2.2.1. Citral 5

2.2.2. Limoneno 6

2.3. Generalidades de los Aceites Esenciales Aceite esenciales 7

2.3.1. Aceite esenciales 7

2.3.2. Composicin qumica de los aceites esenciales 8

2.3.3. Aplicaciones de los aceites esenciales 9

2.3.4. Control de calidad de los aceites esenciales 10

2.3.5. Tipos de aceites esenciales 11

2.3.6. Formas de extraccin 12

2.3.6.1. Hidrodestilacin (HD) 13

2.3.6.2. Destilacin con agua y vapor 13

2.3.6.3. Destilacin por arrastre con vapor 13

2.3.6.4. Hidrodestilacin asistida por la radiacin con microondas (MWHD)

17

2.3.6.5. Expresin 17

2.3.6.6. Efleurage 18

2.3.6.7. Fluidos Supercrticos 18

2.3.7. Purificacin de aceites esenciales 19

2.3.7.1. Deshidratacin 19

2.3.7.2. Desterpenacin 19

2.4. Metodologa Superficie de Respuesta 20

2.4.1. Funcin de respuesta 21

2.4.2. Funcin de respuesta predicha 21

2.4.3. Superficie de respuesta 21

2.4.4. Grfica de contornos 23

2.4.5. Regin experimental 23

2.4.6. Diseos experimentales para ajustar Superficies de Respuesta 24

2.4.7. Diseos para ajustar modelos de primer orden 24

2.4.8. Diseos para ajustar modelos de segundo orden 24

2.4.9. Diseo central compuesto (DCCR) 25

VII

3. MATERIALES Y MTODOS 26

3.1. Materiales y Equipos 26

3.1.1. Materia prima, materiales y reactivos 26

3.1.2. Equipos 26

3.2. Metodologa 27

3.2.1. Secuencia experimental 27

3.2.2. Diseo de contrastacin 28

3.2.3. Diseo experimental 28

3.2.4. Anlisis Estadstico 31

3.2.5. Hiptesis estadstica 31

3.2.6. Diagrama de flujo para la extraccin de aceite de cedrn 33

3.2.7. Descripcin del proceso 34

3.2.8. Anlisis fisicoqumico 37

4. RESULTADOS Y DISCUSIONES 38

4.1.Caracterizacin de la Materia Prima 38

4.2.Modelacin y optimizacin del aceite y sus caractersticas fisicoqumicas 38

4.3.Modelos matemticos de segundo orden 40

4.4.Superficie de superficie 48

4.5.Validacin experimental de los modelos matemticos 53

5. CONCLUSIONES 55

6. RECOMENDACIONES 56

7. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 57

8. ANEXOS 61

ANEXO 1. Caracterizacin de la Materia Prima 61

ANEXO 2.Calculo del rendimiento de extraccin de aceite esencial de cedrn

(Aloysia triphilla) 63

ANEXO 3. Anlisis fisicoqumicos del aceite de cedrn 63

ANEXO 4. Ratios Estadsticos 66

ANEXO 5. Imgenes de la Experimentacin 69

VIII

NDICE DE TABLAS

Tabla 1. Composicin qumica del aceite esencial con base en los grupos funcionales de

molculas constituyentes. 8

Tabla 2. Industrias usuarias de productos aromticos naturales y aceites esenciales. 10

Tabla 3. Parmetros utilizados para el control de calidad de los aceites esenciales 11

Tabla 4. Descripcin general de los mtodos ms usados en la destilacin de aceite 12

Tabla 5. Ventajas y desventajas de las diferentes tcnicas de obtencin de los aceites esenciales

15

Tabla 6. Valores de segn el nmero de variables 28

Tabla 7. Diseo codificado para la evaluacin del efecto de la presin y el tiempo de

extraccin en el rendimiento, ndice de refraccin e ndice de carbonilo 29

Tabla 8. Valores utilizados en DCCR para dos factores 30

Tabla 9. Matriz de simbolizacin de resultados 30

Tabla 10. Coeficientes de regresin para las respuestas Y1, Y2 y Y3 32

Tabla 11. ANOVA para la respuesta Y1, Y2, y Y3 32

Tabla 12. Caractersticas fisicoqumicas de la materia prima 38

Tabla 13. Respuestas de la matriz con datos reales y codificados de DCCR para las variables

independientes 40

Tabla 14 .Coeficiente de regresin para la variable rendimiento 41

Tabla 15. Anlisis de varianza para la variable rendimiento 42

Tabla 16 .Coeficiente de regresin para la variable ndice de refraccin 43

Tabla 17. Anlisis de varianza para la variable ndice de refraccin 44

Tabla 18 .Coeficiente de regresin para la variable ndice de carbonilo 44

Tabla 19. Anlisis de varianza para la variable ndice de carbonilo 45

Tabla 20. Valores del rendimiento experimental, previsto por el modelo y desvos para el

DCCR 51

Tabla 21. Valores del ndice de refraccin experimental, previsto por el modelo y desvos para

el DCC 51

Tabla 22. Valores del ndice de carbonilo experimental, previsto por el modelo y desvos para

el DCCR 52

Tabla 23.Valores empleados para validacin y resultados predichos y observados 53

IX

NDICE DE FIGURAS

Figura 1. Planta de cedrn 3

Figura 2. Ismeros geomtricos del citral: geranial y neral. 5

Figura 3. Reacciones de hidrogenacin del citral. 6

Figura 4. Ismeros pticos del limoneno 7

Figura 5. Modos de destilacin para la obtencin de aceite esencial 16

Figura 6. Superficie de respuesta en dos dimensiones. 22

Figura 7. Superficie de respuesta tridimensional. 22

Figura 8. Grfica de Contornos 23

Figura 9. Esquema de extraccin de aceite por arrastre de vapor 26

Figura 10. Diagrama de flujo para la extraccin de aceite 33

Figura 11. Esquema de equipo de extraccin de aceite esencial 35

Figura 12. Separacin de aceite esencial 36

Figura 13. Envasado y pesado de aceite esencial 37

Figura 14. Valores predichos y valores observados para el rendimiento 46

Figura 15. Valores predichos y valores observados para el ndice de refraccin 47

Figura 16. Valores predichos y valores observados para el ndice de carbonilo 47

Figura 17. Superficie de respuesta (a) curvas de contorno (b) en funcin de la presin y el

tiempo de extraccin para el rendimiento 48

Figura 18. Superficie de respuesta (c) curvas de contorno (d) en funcin de la presin y el

tiempo de extraccin para el ndice de refraccin 49

Figura 19. Superficie de respuesta (e) curvas de contorno (f) en funcin de la presin y el

tiempo de extraccin para el ndice de carbonilo 50

Figura 20. Comportamiento de los valores experimentales y predichos 53

Figura 21. Vistas del esquema de equipo de extraccin de aceite esencial. 68

Figura 22. Estufa utilizada para la determinacin del % Humedad. 69

Figura 23. Muestra introducida en la estufa. 69

Figura 24. Muestra introducida en la Mufla para la determinacin del %ceniza 70

Figura 25. Muestra Final del %ceniza. 70

Figura 26. Calculo de la porosidad 70

Figura 27. Hojas de cedrn 71

Figura 28. Acondicionamiento de la Materia Prima 71

Figura 29. Equipo de extraccin por arrastre de vapor 72

Figura 30. Centrifugacin de las muestras de agua y aceite esencial 72

Figura 31. Separacin de las dos fases de AE y agua 73

Figura 32. Deshidratacin mediante la congelacin del agua 73

Figura 33. Trasvase del AE extrado 73

Figura 34. Almacenamiento y pesado del AE 74

Figura 35. Refractmetro digital Refactometer 74

Figura 36. Determinacin de ndice de carbonilo expresado como citral 75

1

1. INTRODUCCION

Los avances cientficos y agrcolas han generado consigo diversas opciones de consumo de

alimento en la poblacin, en especial aquellos que tienen propiedades beneficiosas para la

salud. El cuidado de la salud es una preocupacin cada vez ms importante para la mayora

de las personas a nivel mundial (Fernndez, 2003).

Actualmente la industria de aceites esenciales extrados de plantas aromticas enfrenta una

creciente demanda, por parte del consumidor, ya que exige alimentos de calidad con mayor

capacidad de conservacin, por lo que se hace cada vez ms necesaria la eliminacin de

aditivos sintticos sustituyndolos por productos naturales con menor impacto contra el

ambiente, siendo los aceites esenciales una alternativa a esta situacin (FAO, 2006).

El estudio de los aceites esenciales viene transformndose en una de las reas de

investigacin y de desarrollo agroindustrial con la tendencia global de biocomercio

sostenible y su potencial aprovechamiento (Daz, 2007).

En este contexto podemos referirnos a numerosos estudios sobre los aceites esenciales, en

los cuales se destaca su gran utilidad en diversas reas tales como la fabricacin de los

perfumes, productos cosmticos, saborizantes, en la industria farmacutica, etc. Las hojas

de cedrn cuyo nombre cientfico es Aloysia triphylla, posee en su composicin, aceites

esenciales los cuales son estudiadas en el mbito mundial, entre los que se destacan el citral

y el linalol. El proceso de extraccin por arrastre de vapor de agua es uno de los principales

procesos utilizados para la extraccin de aceites esenciales (Daz, 2007).

El citral que es una mezcla de dos ismeros, neral (22.5%) y geranial (27.3%), que se usan

como materia prima para la sntesis de otros compuestos como la vitamina A y iononas, lo

que hace que aumente el valor comercial del aceite. Por todo lo descrito, se ha credo

conveniente investigar este aceite esencial (Daz, 2007).

As mismo en investigaciones de procesos complejos se emplea mtodos estadsticos que

permiten un mejor anlisis de los datos, tal es el caso de la Metodologa de Superficie de

Respuesta (MSR), la cual es una tcnica estadstica desarrollada para estudiar la relacin

2

entre una respuesta y varios factores relacionados, y se ha aplicado en diferentes procesos

biolgicos, siendo altamente eficiente y su fundamento terico es muy simple (Arteaga y

Rodrguez, 2004).

En este trabajo de investigacin se ha planteado la siguiente pregunta: Cul ser el efecto

de la presin de vapor y tiempo de extraccin en el rendimiento y caractersticas

fisicoqumicas de aceite esencial de cedrn (Aloysia triphylla)?

Los objetivos considerados en el presente trabajo de investigacin fueron:

Evaluar el efecto de la presin de vapor y tiempo de extraccin en el proceso de

extraccin por arrastre de vapor del aceite esencial de cedrn (Aloysia triphilla),

determinando los rangos que permitan obtener el mayor rendimiento.

Determinar los rangos de la presin de vapor y tiempo de extraccin en el proceso de

extraccin por arrastre de vapor del aceite esencial de cedrn (Aloysia triphilla), que

nos permitan obtener adecuadas caractersticas fisicoqumicas (ndice de refraccin y

el ndice de carbonilo expresado en citral)

3

2. REVISION BIBLIOGRAFICA

2.1. Cedrn (Aloysia triphylla)

2.1.1. Generalidades y Cultivo

La Aloysia triphylla, pertenece a la familia de las Verbenceas y es tambin conocida

botnicamente con los nombres de Lippia citriodora Kunth, Lippia triphylla Kuntze,

Aloysia citriodora Ortega. Popularmente, se le conoce en Colombia como Cidrn;

en Argentina, Cedrn, Hierba Luisa; Mara Luisa y Hierba de la princesa, en

Espaa. Es apreciada como planta ornamental en los jardines y solares, debido al

intenso y agradable olor a limn que desprenden sus hojas (Muoz, 2002).

Figura 1. Planta de cedrn

Es un arbusto perenne, que puede medir ms de 1.50 m de altura. Su nombre

triphylla se debe a que sus hojas simples, rugosas e insertadas en cada nudo, estn

reunidas en vrtices de tres; sus flores son pequeas, blancas por fuera y violceas por

dentro (Muoz, 2002). Esta planta es originaria de la regin montaosa del norte de

Argentina (la Rioja, Salta), donde crece silvestre. Es cultivada en Mxico, Venezuela,

Brasil, Per, Uruguay, Chile, Estados Unidos e introducida en Europa y Norte de

frica. Los cultivos pueden durar hasta 15 aos y se ubican en lugares soleados o en

semisombra; se ha observado, que la concentracin de aceite esencial en las hojas

aumenta con iluminacin solar alta; y disminuye en las plantas que crecen bajo la

sombra (Pomilio et al., 1985).

4

La planta se adapta bien en climas templado y templado-clido. Con fro riguroso

suele perder las hojas. Prospera bien en buenos suelos, de consistencia media, sueltos,

permeables, profundos, con pH entre 6.5 y 7.2, ms bien frescos, pero no hmedos,

pues el exceso de agua favorece la podredumbre de races (Muoz, 2002).

La Aloysia triphylla es una hierba astringente y aromtica, rica en aceites voltiles,

que posee propiedades antiespasmdicas, es un analgsico local, carminativa,

antisptica y es ligeramente sedante. Adems, se usa para controlar el vrtigo,

nuseas, insomnio, flatulencia, dispepsia, desordenes neuronales leves, para apaciguar

la congestin nasal y bronquial, alivia la hinchazn de ojos. Es recetada para

diferentes tipos de alteraciones nerviosas, especialmente la ansiedad, ya que en

muchos casos, se consiguen mejores resultados con infusiones de esta planta, que con

algunos tranquilizantes qumicos, que generan efectos secundarios. Es un ingrediente

comn en repelentes de insectos, ya que su aceite esencial posee propiedades

insecticida y bactericida (Bandoni, 2000).

El aceite esencial de Aloysia triphylla ha demostrado tener actividad antiespasmdica,

por el contenido de compuestos polifenlicos, tales como hidroxicinmatos,

flavonoides tipo el luteolin-7- glucsido (Carnat et al., 1999), exhiben actividad

antibacteriana fuerte sobre la Helicobacter pylori, mientras que presenta una accin

moderada contra la Fusarium verticillioides, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus,

Escherichia coli, Candida albicans (Ohno, 2003). Los verbascsidos aislados de las

hojas de Aloysia triphylla presentan propiedades analgsicas. El aceite esencial de

Aloysia triphylla tambin posee una alta actividad nematicida contra la Meloidogyne

sp.. El contenido de flavonoides y varios compuestos fenlicos en la Aloysia triphylla

le proporcionan actividad antioxidante. Resultados han demostrado que la infusin

tiene una potente actividad contra el radical superxido, pero moderada contra el

radical hidroxilo y cido hipocloroso (Ricciardi, 2000).

5

2.2. Composicin Qumica del Aceite Esencial de Cedrn

2.2.1. Citral

Es una mezcla de dos aldehdos monoterpnicos isomricos, geranial y neral. El

ismero trans- se conoce como geranial o citral A, (E)- 3,7- dimetil-2,6- octadienal y

el ismero cis- se conoce como neral o citral B, (Z)- 3,7- dimetil-2,6-octadienal

(Figura 2).

Fuente: Daz (2007)

Figura 2. Ismeros geomtricos del citral: geranial y neral.

El citral es el componente mayoritario del aceite esencial de Aloysia triphylla, se

caracteriza por un fuerte olor a limn; su sensibilidad a la exposicin de la luz, calor,

oxgeno y pH bajos o altos, provoca, con el paso del tiempo, un aumento en la

densidad del aceite esencial; citral est presente en otras plantas como el lemon grass,

jengibre, naranja y algunas variedades de albahaca. Este compuesto, es materia prima

para la sntesis de iononas, vitaminas A y E, as como un ingrediente importante en la

industria de alimentos y perfumes (Masuda et al., 2002).

Por ser un aldehdo , -insaturado, el citral puede presentar reacciones de

hidrogenacin con la formacin de alcoholes insaturados, por ejemplo el geraniol,

nerol y citronelol (Figura 3); productos que son de gran inters como intermediarios

en sntesis orgnica en la industria qumica, industrias de sabores y fragancias y la

6

industria farmacutica (Pato y Paris, 2006).

Se considera, que los compuestos responsables por el olor ctrico del aceite esencial

de esta especie son el citral, limoneno, geraniol y nerol.

Fuente: Daz (2007)

Figura 3. Reacciones de hidrogenacin del citral.

2.2.2. Limoneno

El limoneno es el otro componente abundante en el aceite esencial de Aloysia

triphylla (7-11%), es un monoterpeno de frmula C10H16, presenta dos ismeros

pticos, el R-(+)-limoneno y el S-(-)-limoneno (Figura 4). Se encuentra abundante en

muchos aceites esenciales, el (+) limoneno en la corteza de naranja y en el aceite de

alcaravea, el (-) limoneno en las hojas de pino. Tiene una gran importancia en la

industria, se emplea en la produccin de p-cimeno, como disolventes de resinas,

pigmentos, tintas, en la fabricacin de adhesivos y en la obtencin de la carvona.

ltimamente, la demanda del compuesto se debe a su aplicacin como disolvente

biodegradable (Fernndez et al., 2006).

Es utilizado en muchos procesos farmacuticos y de alimentos, para dar sabor, por

ejemplo en la obtencin de sabores artificiales de menta, en la fabricacin de dulces y

goma de mascar. Recientes estudios apuntan a que el limoneno tiene efectos

anticancergenos, incrementa los niveles de enzimas hepticas implicadas en la

7

detoxificacin de carcingenos (Fernndez et al., 2006).

Fuente: Daz (2007)

Figura 4. Ismeros pticos del limoneno.

Los siguientes son los componentes presentes en el aceite esencial de Aloysia

triphylla, que muestran actividad biolgica:

Citral: antibacterial, fungicida.

Linalol: antibacterial.

Canfeno: antioxidante.

-Terpineol: antibacterial.

trans--Cariofileno: antibacterial.

Limoneno: antibacterial.

2.3. Generalidades de los Aceites Esenciales

2.3.1. Aceite esenciales

Son mezclas de componentes voltiles, producto del metabolismo secundario de las

plantas; en su composicin qumica entran hidrocarburos del grupo de los terpenos,

junto con compuestos oxigenados de bajo peso molecular (alcoholes, aldehdos,

cetonas, steres y cidos), que son los que les dan a los aceite esencial el aroma que

los caracteriza (Stashenko et al.,1998).

8

Los metabolitos secundarios voltiles tienen una distribucin restringida en la

naturaleza, la cual se limita a ciertas plantas llamadas aromticas, en algunos casos,

a solo algunas especies o subespecies, por lo que son consideradas como una

manifestacin individual del organismo que las contiene y se les atribuye una gran

variedad de funciones especficas, por lo que stos deben tener algn significado

biolgico, ya que son biosintetizados y biodegradados (Bandoni, 2000).

Los aceite esencial se biosintetizan en tricomas glandulares (hojas) o en glndulas

(cscaras); en las plantas se pueden ubicar e.g. en pelos glandulares (menta, lavanda),

clulas modificadas del parnquima: Piperceas (pimienta), tubos oleferos (canela),

tubos esquizgenos (ans, hinojo), canales lisgenos (pino), entre otros (Bandoni,

2000).

2.3.2. Composicin qumica de los aceites esenciales

La composicin qumica de los aceites esenciales es muy compleja, los metabolitos

secundarios voltiles se pueden clasificar con base en los grupos funcionales que

contienen sus molculas, segn se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1. Composicin qumica del aceite esencial con base en los grupos funcionales de

molculas constituyentes.

Grupo funcional Naturaleza qumica Ejemplo

Hidrocarburos

Terpnicos

Aromticos

Sesquiterpnicos

Limoneno, -terpineno

Cumeno, -cimeno

trans--Cariofileno

Aldehdos

Monoterpnicos

Alifticos

Aromticos

Citral

Nonanal, octadenal

Cinamaldehido

Alcoholes

Monoterpnicos

Alifticos

Sesquiterpnicos

Aromticos

Geraniol, citronelol

3-Decanol

Espatulenol, cedrol

Alcohol benclico

Fenoles Aromticos Timol, carvacrol

Fuente: Daz (2007)

9

Segn Bandoni (2000), respecto a la formacin y evolucin de los aceites esenciales

en las plantas es necesario tener en cuenta algunos aspectos externos, que pueden

afectar la composicin qumica de las esencias de manera cualitativa y cuantitativa,

entre ellos, se pueden destacar los siguientes: condiciones geobotnicas (clima,

altitud, tipo de suelo, pluviosidad), labores culturales (uso de fertilizantes, abonos y

pesticidas), parte y estado de desarrollo fenolgico de la planta, poca de recoleccin,

modo de almacenamiento y manejo del material vegetal (fresco, seco, fermentado,

tratamiento postcosecha), modo de obtencin del aceite (destilacin o expresin).

2.3.3. Aplicaciones de los aceites esenciales

El tipo de aceite esencial y su calidad, determinan en qu producto final ser

incorporado un aceite. Los aceite esencial son ampliamente utilizados como materia

prima en diferentes tipos de industria, cosmtica, alimenticia, bebidas, textil, etc.,

mientras que otras industrias pueden usar productos aislados de esencias, como es el

caso de la industria farmacutica (Biocomercio Sostenible, 2003). La Tabla 2

proporciona una visin general del uso del aceite esencial en las diferentes ramas de

consumo.

10

Tabla 2. Industrias usuarias de productos aromticos naturales y aceites esenciales.

Industrias Aplicaciones

Alimenticia Salsas, condimentos, bebidas refrescantes, alimentos procesados y

enlatados

Licorera Aperitivos y saborizantes

Cosmtica Perfumes, dentfricos, cremas, lociones

Farmacutica Veterinaria, antispticos, analgsicos, aromaterapia y homeopata.

Uso domestico Desodorantes, desinfectantes del ambiente y jabones.

Agroqumica Bioinsecticidas y aleloqumicos

Textil Elaboracin de enmascaradores de olores y tratamiento con

mordientes despus del teido

Petroqumica y minera Utiliza esencias o terpenos derivados de ellas como vehculos flotantes

y lubricantes.

Pinturas Enmascaradores de olores disolvente biodegradable.

Qumica Fina Precursores qumicos, por ejemplo citral, safrol, trementina.

Fuente: Daz (2007)

2.3.4. Control de calidad de los aceites esenciales

Dentro de todos los niveles de la cadena productiva de aceites esenciales, el primer

control que se realiza, es el de los parmetros organolpticos. Esta prueba se realiza

para saber si el aceite esencial presenta adulteracin, por ejemplo la dilucin, aunque

en otros casos, el comprador puede exigir un anlisis qumico con el fin de saber la

proporcin en la cual se encuentran sus componentes principales, o en el peor de los

casos, exigirle a la empresa certificaciones en BPM, ISO (Daz, 2007).

En la Tabla 3, se observan los parmetros que ms se utilizan para el control de

calidad del aceite esencial.

11

Tabla 3. Parmetros utilizados para el control de calidad de los aceites esenciales

Caractersticas organolpticas Olor

Color

Determinaciones fsicas Densidad

Miscibilidad en etanol

ndice de refraccin

Poder rotatorio

ndices qumicos ndice de acidez

ndice de fenoles

ndice de ster

Determinacin de aldehdos y cetonas

Caractersticas Cromatografas Cuantificacin de los componentes

principales

Anlisis por cromatografa de gases (GC-

MS, GC)

Caractersticas espectroscpicas Ultravioleta

Infrarrojo

RMN

Fuente: Daz (2007)

2.3.5. Tipos de aceites esenciales

Se pueden clasificar en dos grandes grupos: los aceites esenciales crudos o de baja

calidad y los aceites esenciales purificados o refinados que son de alta calidad

(Biocomercio Sostenible, 2003).

Entre estos dos grados se encuentran muchas calidades, pero en trminos generales

podemos decir que:

Los aceites esenciales crudos, no se les ha agregado mayor valor y se utilizan

como materia prima para velas, pebeteros, artculos de aseo y limpieza e

incluso insecticidas, papelera o juguetera de plstico (Chisowa, 1998).

Los aceites crudos purificados o de alta calidad, tienen el mayor valor

agregado y son utilizados en la industria alimenticia, farmacutica, cosmtica

y de perfumes (Chisowa, 1998).

12

2.3.6. Formas de extraccin

La destilacin es el principal mtodo para extraer los aceite esencial de las plantas

aromticas, puede ser directo o con vapor de agua. La eleccin del mtodo depende de

la cantidad o caractersticas del aceite (volatilidad, punto de ebullicin de los

componentes, etc.), como de la planta o su parte de la cual se va a extraer el aceite

esencial. (Daz, 2007).

Dentro de las prcticas existen tres mtodos que son los ms utilizados tanto a nivel

industrial, como de laboratorio y dependen del grado de contacto entre el material

vegetal y el agua, estos son: la hidrodestilacin, destilacin con agua/vapor y

destilacin por arrastre con vapor. En la Tabla 4, se muestra una descripcin general

de estos mtodos de extraccin (Daz, 2007).

Tabla 4. Descripcin general de los mtodos ms usados en la destilacin de aceite

Mtodos de

Destilacin

Descripcin

Destilacin con

agua

(hidrodestilacin)

Es el mtodo de destilacin ms simple y relativamente econmico.

El material es inmerso en agua y puesto a hervir. El vapor y aceite se

condensan y se separan del agua. Este mtodo es apropiado para

plantas finamente pulverizadas. El inconveniente es que los

compuestos pueden sufrir hidrlisis durante la destilacin.

Destilacin con

agua y vapor

Similar a la destilacin con agua solo que el material vegetal no

necesita ser pulverizado o picado, y es mantenido sobre una criba

perforada, que lo separa del agua. Este mtodo es ligeramente ms

costoso que el anterior.

Destilacin por

arrastre con vapor

Este mtodo utiliza vapor seco para extraer el aceite. Es ms caro

que los dos anteriores. Es apropiado para plantas con aceites que

tienen compuestos con puntos de ebullicin muy alto. La calidad del

aceite obtenido es buena.

Fuente: Daz (2007)

13

2.3.6.1. Hidrodestilacin (HD)

El principio del mtodo es llevar el agua hasta su punto de ebullicin, la cual est

en contacto directo con el material vegetal, de tal forma que los vapores generados

atraviesen los tejidos de la planta, arrastrando las sustancias de inters.

Los aceites esenciales obtenidos mediante hidrodestilacin presentan olores

fuertes y colores ms oscuros, en comparacin con los producidos por otros

mtodos. Podrn resultar de menor calidad, ya que algunos componentes, como

los steres, pueden experimentar la hidrlisis, algunos hidrocarburos

monoterpnicos o aldehdos son susceptibles a la polimerizacin. Los compuestos

oxigenados, por ejemplo fenoles, tienden a ser algo solubles en agua (Daz, 2007).

2.3.6.2. Destilacin con agua y vapor

El material vegetal se coloca sobre un fondo perforado o criba, la cual est

ubicada a cierta distancia del fondo de un tanque llamado retorta. La parte ms

baja contiene agua hasta una altura algo menor que el nivel de la criba. El

principio de la destilacin con agua/vapor es llevar el agua a su estado de

ebullicin, en donde el vapor generado atraviesa el material vegetal, arrastrando

los metabolitos secundarios voltiles, de tal manera, que todos los vapores

generados puedan ser luego condensados y recolectados. El tiempo total de

destilacin es funcin de la naturaleza de los componentes presentes en el aceite

esencial. Si el aceite contiene compuestos con puntos de ebullicin altos, el

tiempo de destilacin es muy largo (Daz, 2007).

2.3.6.3. Destilacin por arrastre con vapor

Este mtodo que requiere mayor sofisticacin pues es necesario con un generador

de vapor externo, en este caso, un caldero, el cual genera vapor que puede ser

transportado por tuberas hacia la cmara de extraccin, este vapor puede ser seco

o hmedo y puede estar aprisiones promedio 3 kg-f/cm2 (Palomino y Cerpa,

1999).

14

De manera general, la extraccin por arrastre de vapor se describe de la siguiente

manera: la materia prima vegetal es cargada en un extractor, de manera que forme

un lecho fijo compactado. Su estado es entero. El vapor de agua es inyectado por

la parte inferior, prximo a su base y con la presin suficiente para vencer la

resistencia hidrulica del lecho. La generacin del vapor es remota (caldera).

Conforme el vapor entra en contacto con el lecho, la materia prima se calienta y

va liberando el aceite esencial contenido y ste, a su vez, debido a su alta

volatilidad se va evaporando. Al ser soluble en el vapor circundante, es

arrastrado, corriente arriba hacia el tope del extractor. La mezcla, vapor

saturado y aceite esencial, fluye hacia un condensador, mediante un cuello de

cisne o prolongacin curvada del conducto de salida del extractor. En el

condensador, la mezcla es condensada y enfriada, hasta la temperatura ambiental.

A la salida del condensador, se obtiene una emulsin lquida inestable. La cual, es

separada en un decantador dinmico o florentino (Palomino y Cerpa, 1999).

Este equipo est lleno de agua fra al inicio de la operacin y el aceite esencial se

va acumulando, debido a su casi inmiscibilidad en el agua y a la diferencia de

densidad y viscosidad con el agua. Posee un ramal lateral, por el cual, el agua es

desplazada para favorecer la acumulacin del aceite. El vapor condensado

acompaante del aceite esencial y que tambin se obtiene en el florentino, es

llamado agua floral. Posee una pequea concentracin de los compuestos

qumicos solubles del aceite esencial, lo cual le otorga un ligero aroma, semejante

al aceite obtenido. Si un hervidor es usado para suministrar el vapor saturado, el

agua floral puede ser reciclada continuamente (Palomino y Cerpa, 1999).

De otro modo, es almacenada como un subproducto. El proceso termina, cuando

el volumen del aceite esencial acumulado en el florentino no vare con el tiempo.

A continuacin, el aceite es retirado del florentino y almacenado en un recipiente

y en lugar apropiado. El extractor es evacuado y llenado con la siguiente carga de

materia prima vegetal, para iniciar una nueva operacin (Gnther, 1948; Al Di

Cara, 1983; Parry, 1921; Heath and Reineccius, 1986).

15

Tabla 5. Ventajas y desventajas de las diferentes tcnicas de obtencin de los aceites

esenciales

Tcnica Ventajas Desventajas

Hidrodestilacin

Configuracin simple y

econmica.

Mtodo ampliamente

utilizado.

Calentamiento difcil de controlar.

El sobrecalentamiento puede quemar el

material vegetal, producindose un

aceite de baja calidad.

Mayor costo desde el punto de vista

energtico

Perodos de extraccin ms largos.

Parcial solubilizacin de los

compuestos ms polares.

Destilacin con

agua y vapor

La muestra no es calentada

directamente.

Tiempos de extraccin.

Configuracin simple y

econmica.

Riesgo de la extraccin incompleta.

El tiempo de extraccin est limitado

por el volumen de agua utilizado.

Destilacin con

vapor seco

La muestra no se calienta

directamente.

Tiempos de extraccin ms

cortos.

Las temperaturas altas pueden causar la

hidrlisis de los steres, y la

polimerizacin y resinificacin de los

terpenos presentes en el aceite esencial.

Necesita infraestructura ms costosa.

Fuente: Vargas y Bottia (2008)

16

Fuente: Vargas y Bottia (2008)

Figura 5. Modos de destilacin para la obtencin de aceite esencial

17

2.3.6.4. Hidrodestilacin asistida por la radiacin con microondas (MWHD)

El mtodo consiste en sumergir el material vegetal al agua y someterlo a la accin

de la radiacin de microondas, el agua se calienta hasta su punto de ebullicin,

libera los compuestos del aceite esencial contenidos en glndulas, por efecto de la

presin de vapor; los compuestos voltiles en fase gaseosa son arrastrados hasta el

condensador, en donde se forman dos capas, una rica en aceite y otra es hidrolato,

las cuales se separan por decantacin. El periodo de destilacin por MWHD toma

de 10 a 30 min. Se debe tener en cuenta que el tiempo de hidrodestilacin influye

tanto sobre la cantidad de aceite aislado, como en su composicin (Daz, 2007).

El mtodo de extraccin asistida por la radiacin de microondas, presenta ventajas

sobresalientes con respecto a las tcnicas tradicionales de destilacin: es un

proceso muy rpido y relativamente econmico y los aceites esenciales obtenidos

se encuentran libres de los productos de descomposicin trmica y de

contaminantes (Kingstone y Jassie, 1988).

2.3.6.5. Expresin

La expresin es un mtodo simple por medio del cual es posible obtener un aceite

esencial de caractersticas muy cercanas al producto natural, porque no se realizan

tratamientos trmicos. Sin embargo, esta tcnica extractiva slo es aplicable a

materiales vegetales que contienen la esencia, en gran contenido, en las clulas

superficiales, como el pericarpio de los frutos ctricos. Este proceso puede ser

efectuado manualmente o por medios mecnicos cold pressing e involucra la

perforacin de las glndulas que contienen el aceite en el pericarpio del fruto, la

expresin mecnica y el lavado con agua. La emulsin agua-aceite es impura

debido a la presencia de sustancias proteicas y mucilaginosas; entonces, la esencia

debe ser separada por centrifugacin (Bandoni, 2000; Jirovetz y Buchbauer,

2005).

18

2.3.6.6. Efleurage

En el mtodo de enflorado o enfleurage, el material vegetal (generalmente flores)

es puesto en contacto con un aceite vegetal. La esencia es solubilizada en el aceite

vegetal que acta como vehculo extractor. Se obtiene inicialmente una mezcla de

aceite esencial y aceite vegetal la cual es separada posteriormente por otros

medios fsico-qumicos. Esta tcnica es empleada para la obtencin de esencias

florales (rosa, jazmn, azahar, etc.), pero su bajo rendimiento y la difcil

separacin del aceite extractor la hacen costosa (Martnez, 2001).

2.3.6.7. Fluidos Supercrticos

El mtodo de extraccin con fluidos supercrticos, es de desarrollo ms reciente.

El material vegetal cortado en trozos pequeos, licuado o molido, se empaca en

una cmara de acero inoxidable y se hace circular a travs de la muestra un

lquido supercrtico (por ejemplo bixido de carbono lquido), las esencias son as

solubilizadas y arrastradas y el lquido supercrtico que acta como solvente

extractor y se elimina por descompresin progresiva hasta alcanzar la presin y

temperatura ambiente, y finalmente se obtiene una esencia pura. Aunque presenta

varias ventajas como rendimiento alto, es ecolgicamente compatible, el solvente

se elimina fcilmente e inclusive se puede reciclar, y las bajas temperaturas

utilizadas para la extraccin no cambian qumicamente los componentes de la

esencia, sin embargo el equipo requerido es relativamente costoso, ya que se

requieren bombas de alta presin y sistemas de extraccin tambin resistentes a

las altas presiones (Martnez, 2001).

19

2.3.7. Purificacin de aceites esenciales

2.3.7.1. Deshidratacin

El agua residual presente en el aceite esencial puede ser eliminada por

congelacin o mediantes el uso de qumicos hidroscpicos como el sulfato de

sodio anhidro (Vargas y Bottia, 2008).

2.3.7.2. Desterpenacin

La desterpenacin requiere un proceso especial. Se pueden aplicar dos mtodos,

ya sea la eliminacin de terpenos, sesquiterpenos y parafinas por destilacin

fraccionada a presin reducida, o la extraccin de los compuestos oxigenados ms

solubles (principales portadores del olor), con alcohol diluido u otros disolventes

(Palomino y Cerpa, 1999).

Por otra parte, los mtodos analticos instrumentales son ampliamente utilizados

para determinar la composicin qumica de diversos materiales fragantes, entre

ellos los aceites esenciales. Estos mtodos comprenden tcnicas de separacin

como cromatografa de gases (GC), cromatografa lquida de alta eficiencia

(HPLC), electroforesis capilar (EC); espectroscopas de infrarrojo (IR), de

resonancia magntica nuclear, como RMN-H1 y RMN-C13; espectrometra de

masas (MS) y tcnicas acopladas como GC-MS, GC-GC, GCxGC, GC-FTIR,

HPLC-MS(n) y EC-MS (Bauer et al., 2001)

20

2.4. Metodologa Superficie de Respuesta

La tendencia mundial, hacia la opcin de una economa de libre mercado, ha incrementado la

competitividad en las industrias en general, el mismo que ha obligado a las empresas

incrementar su eficiencia, mediante la optimizacin del proceso de fabricacin, desarrollo de

nuevos procesos y productos. Generalmente para conseguir estos objetivos, se utiliza

(conciente o inconcientemente) de un mtodo de experimentacin, desde la experimentacin

intuitiva pasando por los diseos experimentales tradicionales hasta los diseos robustos de

Taguchix. Si bien el uso de las tcnicas de los diseos experimentales es amplio, el objetivo

es su aplicacin en la optimizacin de procesos (Arteaga y Rodrguez, 2004).

La Metodologa de Superficie de Respuesta (MSR) es un conjunto de tcnicas matemticas y

estadsticas para modelar y analizar problemas en los que una variable de inters es

influenciada por otras. Mayormente el objetivo es optimizar la variable de inters. Esto se

logra al determinar las condiciones ptimas de operacin del sistema (Cornell, 1990).

La superficie de respuesta se define como la representacin geomtrica de la funcin objetivo

(relacin entre la variable dependiente y las independientes consideradas en la investigacin)

o ms propiamente dicho del modelo matemtico obtenido (Ayala y Pardo, 1985).

A continuacin se definen algunos trminos que ayudan a comprender mejor esta

metodologa:

Factores: Son las condiciones del proceso que influencian la variable de respuesta. Estas

pueden ser cuantitativas o cualitativas.

Respuesta: Es una cantidad medible cuyo valor se ve afectado al cambiar los niveles de

los factores. El inters principal es optimizar dicho valor.

21

2.4.1 Funcin de respuesta

Al decir que un valor de respuesta Y depende de los niveles x1, x2,......xn de k

factores, estamos diciendo que existe una funcin matemtica de x1, x2,......xn cuyo

valor para una combinacin dada de los niveles de los factores corresponde a Y =

(x1, x2,......xn).

2.4.2 Funcin de respuesta predicha

La funcin de respuesta se puede representar con una ecuacin polinomial. El xito de

una investigacin de una superficie de respuesta depende de que la respuesta se pueda

ajustar a un polinomio de primer o segundo orden (Montgomery, 1991).

Supongamos que la funcin de respuesta para los niveles de dos factores se puede

expresar utilizando un polinomio de primer grado:

Y = 0 +1X1 + 2X2

Donde 0, 1, 2 son los coeficientes de regresin a estimar x1, x2 representan los

niveles de 1 , 2 respectivamente. Suponiendo que se recolectan n3 valores de

respuesta (Y), con los estimadores b0, b1 y b2 se obtienen 0, 1, y 2 respectivamente.

Al reemplazar los coeficientes de regresin por sus estimadores obtenemos:

= b0+ b1X1 + b2X2

Donde: denota el valor estimado de Y dado por X1 y X2

2.4.3 Superficie de respuesta

La relacin Y = (x1, x2 .. .....xk ) entre Y y los niveles de los k factores 1, 2 .... k

representa una superficie. Con k factores la superficie est en k=1 dimensiones. Por

ejemplo cuando se tiene Y = (x1) la superficie est en dos dimensiones como se

muestra en la Figura 11 mientras que si tenemos Y = (x1, x2) la superficie est en

tres dimensiones esto se observa en la figura 12 (Cornell, 1990).

22

Fuente: Manual Statistica (2008)

Figura 6. Superficie de respuesta en dos dimensiones


Figura 7. Superficie de respuesta tridimensional

0 1 2 3 4 5

Valores de X1

n

0

23

2.4.4 Grfica de contornos

La grfica de contornos facilita la visualizacin de la forma de una superficie de

respuesta en tres dimensiones. En stas las curvas de los valores iguales de respuesta

grafican en un plano donde los ejes coordenados representan los niveles de los

factores. Cada curva representa un valor especfico de la altura de la superficie, es

decir un valor especfico Y. Esto se muestra en la figura 13, sta grfica nos ayuda a

enfocar nuestra atencin en los niveles de los factores en los cuales ocurre un cambio

en la altura de la superficie (Montgomery, 1991)


Figura 8. Grfica de Contornos

2.4.5 Regin experimental

La regin experimental especfica la regin de valores para los niveles de los

factores. Esto se puede hacer empleando los niveles actuales de operacin para

cada factor; si se desea explorar el vecindario se incrementa y decrementa el valor

del nivel en una cantidad determinada (Cornell, 1990).

24

2.4.6 Diseos experimentales para ajustar Superficies de Respuesta

El ajuste y anlisis de una superficie de repuesta se facilita con la eleccin

apropiada de un diseo experimental. Un diseo es el conjunto especfico de

combinaciones de los niveles de las k variables que se utilizar al llevar cabo el

experimento (Cornell, 1990).

2.4.7 Diseos para ajustar modelos de primer orden

Una clase de diseos que minimizan la varianza de los coeficientes de regresin

() son los diseos ortogonales de primer orden. Por ortogonal se entiende que los

elementos fuera de la diagonal de la matriz (x`x) son iguales a cero, lo cual

implica que los productos cruzados de las columnas de la matriz x es igual a cero

(Cornell, 1990).

En esta clase de diseos ortogonales se incluyen diseos factoriales, fracciones de

serie, simples y de Placket-Burman.

2.4.8 Diseos para ajustar modelos de segundo orden

Un diseo experimental para ajustar un modelo de segundo orden debe tener tres

niveles de cada factor (-1, 0,+1). As como en el diseo de primer orden se desea

la ortogonalidad, en ste se desea que sea un diseo rotable. Se dice que un diseo

es rotable cuando la varianza de la respuesta predicha en algn punto es funcin

slo de la distancia del punto al centro y no es una funcin de la direccin

(Cornell, 1990).

La rotabilidad es una propiedad importante, dado que la finalidad de la

Metodologa de Superficie de Respuesta es optimizar y desconocemos la

localizacin del ptimo, tiene sentido utilizar un diseo que proporcione

estimaciones precisas en todas direcciones.

Dentro de los diseos rotables de segundo orden se incluyen los Diseos Central

Compuesto, Equirradial, Box-Behnken.

25

2.4.9 Diseo central compuesto (DCCR)

Este diseo central compuesto rotacional consiste en un factorial o factorial

fraccionado 2k, donde los factores son codificados de tal manera que el centro sea

(0, 0, ....0), aumentado por 2k puntos axiales (a, 0,.....0), (0, a, 0....0), (0, 0,

a,...0), (0, 0, 0, .... a), y n puntos centrales (0, 0,...... 0), segn Montgomery

(1991) este diseo es el ms usado.

Este diseo se convierte en rotable mediante la eleccin de , sta se calcula de la

siguiente manera:

= (nf)

Donde: f es el nmero de puntos en la porcin factorial del diseo.

Otra propiedad til del diseo es que puede crecer a partir de un diseo 2k de

primer orden, agregando puntos axiales y quiz algunos puntos centrales. Con la

eleccin del nmero de puntos centrales (n), el diseo puede hacerse ortogonal o

se puede transformar en uno de precisin uniforme (Cornell, 1990).

26

3. MATERIALES Y MTODOS

3.1. Materiales y Equipos

3.1.1. Materia prima, materiales y reactivos

a. Materia prima de estudio

Cedrn (Aloysia triphylla), proveniente de la provincia de Otuzco.

b. Materiales

Tubos de centrifugacin de 5 ml

bureta de 100 ml

probeta de 100 ml

Campana de vidrio

Frascos de color mbar 8 ml

Jeringas hipodrmicas de 5 ml.

Mangueras pulg.

Algodn

Bolsas de polietileno (8x12)

Balde 18 L

c. Reactivos

Agua destilada

3.1.2. Equipos

Equipo de extraccin por arrastre de vapor

Caldern de 6 pulg. de dimetro.

Cmara de extraccin de 4 pulg. de dimetro marca LabTech Modelo LFH-

150SCI

Condensador

Matraz

Manmetro rango 0-5 psi SOLFRUNT 1929

Centrifugadora WIFUG 3700 Rot / min

Balanza analtica Sartorius CPA 224S Cap mx 220 g d=0.1 mg

Equipo de recirculacin de agua

Bomba 0.5 HP

27

3.2. Metodologa

3.2.1. Secuencia experimental

EXTRACCIN DE

ACEITE ESENCIAL

Cedrn

Hojas de

cedrn

% Humedad

Densidad

Porosidad

% Ceniza

Presin (Kpa)

101.325 - 202.650 Tiempo extraccin (Min)

50 - 100

Variables entradasVariables respuetas

Rendimiento (mL/

100 g Muestra)

ndice de refraccin

ndice de carbonilo

Expresado en Citral

Aceite

esencial

Caracterizacin de Materia Prima

Fuente: Elaboracin Propia (2012)

Figura 9. Esquema de extraccin de aceite por arrastre de vapor

El cedrn (Aloysia triphylla) fue caracterizado en cuanto a su % humedad, densidad, %

ceniza y porosidad, previamente se realiz su seleccin para descartar la materia prima que

no cumpliera con los requisitos establecidos. Luego las hojas de cedrn acondicionadas

fueron sometidas al proceso de extraccin por arrastre de vapor a una presin manomtrica

de 101.325 202.650 Kpa y a tiempos de extraccin de 50 - 100 minutos, para obtener los

valores de inters que fueron optimizados mediante el mtodo y diseo de superficie de

respuesta (MSR).

28

3.2.2. Diseo de contrastacin

El diseo de contrastacin se realiz con la metodologa de Superficie de respuesta.

3.2.3. Diseo experimental

Se realiz un diseo compuesto central rotacional (DCCR) con 4(2k) puntos exponenciales

+ 4(2k) puntos axiales y 3(t) repeticiones en el punto central, lo que nos dio un nmero total

de 11 ensayos realizados, donde k=2 es el nmero de variables independientes (Presin y

tiempo de extraccin). Para el clculo de las variables se utiliz la frmula (1) como se

muestra en el Tabla 6 y los valores codificados de la Tabla 7 (Rodrguez y Lemma, 2005).

Tabla 6. Valores de segn el nmero de variables

1.41 1.68 2.00 2.38 2.83

Variables Independientes (k) 2 3 4 5 6

Donde:

4/12k (1)

29

Tabla 7. Diseo codificado para la evaluacin del efecto de la presin y el tiempo de

extraccin en el rendimiento, ndice de refraccin e ndice de carbonilo

Presin

(Kpa)

Tiempo de

extraccin

(min)

-1 -1

-1 +1

+1 -1

+1 +1

-1.41 0

+1.41 0

0 -1.41

0 +1.41

0 0

0 0

0 0

En la Tabla 8 se muestran los valores que fueron utilizados en el planeamiento, utilizando la

mejor alternativa para dos variables el Diseo Compuesto Central Rotacional (DCCR) donde

se consideraron los puntos axiales y centrales (Rodrguez y Lemma, 2005), segn nuestras

variables siguientes:

Variables independientes

X1 = Presin manomtrica = 101.325Kpa 202.650Kpa

X2 = Tiempo de extraccin = 50 100 min

Variables respuestas

Y1 = Rendimiento (mL/100g Muestra)

Y2 = ndice de refraccin

Y3 = ndice de carbonil (Expresado como Citral)

30

En la Tabla 8 se muestra los parmetros utilizados en el experimento, los valores utilizados

han sido validados mediante una pre experimentacin realizada con un rango de valores, los

cuales han sido ajustados solamente para la presin con la finalidad de poder obtener valores

en la variable respuesta rendimiento.

Tabla 8. Valores utilizados en DCCR para dos factores

Variables

Niveles

-1.41 -1 0 1 1,41

X1: Presin (Kpa) 101.325 116.163 151.987 187.918 202.650

X2: Tiempo (min) 50.0 57.27 75.0 92.75 100.0

Tabla 9. Matriz de simbolizacin de resultados

En

sayo

Variables

independientes

Variables

Dependientes

Presin

(kpa)

Tiempo

(min)

Rendimiento

(ml/100g Muestra)

ndice de

refraccin

ndice de

carbonilo

(expresado

en citral)

ndice

de

acidez

1 116.163 57.27 Y1.1 Y2.1 Y3.1 Y4.1

2 187.918 57.27 Y1.2 Y2.2 Y3.2 Y4.2

3 116.163 92.75 Y1.3 Y2.3 Y3.3 Y4.3

4 187.918 92.75 Y1.4 Y2.4 Y3.4 Y4.4

5 101.325 75.0 Y1.5 Y2.5 Y3.5 Y4.5

6 202.650 75.0 Y1.6 Y2.6 Y3.6 Y4.6

7 151.987 50.0 Y1.7 Y2.7 Y3.7 Y4.7

8 151.987 100.0 Y1.8 Y2.8 Y3.8 Y4.8

9 151.987 75.0 Y1.9 Y2.9 Y3.9 Y4.9

10 151.987 75.0 Y1.10 Y2.10 Y3.10 Y4.10

11 151.987 75.0 Y1.11 Y2.11 Y3.11 Y4.11

31

3.2.4. Anlisis Estadstico

3.2.4.1. Hiptesis estadstica

Hiptesis nula. H0: No existe diferencia significativa entre los tratamientos

Hiptesis alterna. H0: Al menos un tratamiento posee diferencia significativa

Decisin:

Se rechaza H0, si Fcal > Ftab o su equivalente como lo es p-valor

Donde: = 0.05 para ambos casos

Si p < 0.05, variables son significativas o,

Si p > 0.05, variables no significativas

A travs de los resultados en la tabla anterior es posible determinar los coeficientes

de regresin que son representados en el Tabla 11, donde se determinan que

parmetros son altamente significativos y con lo que se logra elaborar un modelo

como el que se muestra a continuacin con las variables codificadas tanto para la

respuesta Y1, Y2, Y3 y Y4. (Rodrguez y Lemma, 2005).

21122

2222

1112211 XXXXXXY o

Donde:

o, 1, 2 = Coeficientes de regresin

X1, X2 = Variables independientes.

32

Tabla 10. Coeficientes de regresin para las respuestas Y1, Y2, Y3y Y4

Coeficiente de

Regresin

p valor

Media V1 v1

X1 (L) V2 v2

X1(Q) V3 v3

X2(L) V4 v4

X2(Q) V5 v5

X1 X2 V6 v6

(L): Lineal, (Q): Cuadrtico

Se analiz la Tabla 9 para las respuestas Y1, Y2, Y3 y Y4 verificando segn el mtodo

estadstico, las variables que fueron altamente significativas (si p).

Estos resultados indicaron la concordancia entre los valores experimentales y

previstos para el modelo.

Para validar los modelos matemticos obtenidos, se realiz un anlisis de varianza

donde se analiza el valor del Fcal, donde la decisin a tomar fue la siguiente:

Se rechaza H0, si Fcal > Ftab o su equivalente como lo es p-valor

Tabla 11. ANOVA para la respuesta Y1, Y2, Y3 y Y4

Fuente

de Variables

Grados de

Libertad

(GL)

Suma de

Cuadrados (SQ)

Media de

Cuadrados (QM)

F calc.

Regresin

Lineal (RL)

k-1 /(k-1)

QMRL/QMRes Residuos

(Res.)

n-k /(n-k)

Total

n-1

2

1

2

nn

i

i

K: coeficiente de la regresin lineal n: nmero total de ensayos

33

El diseo compuesto central rotacional (DCCR) que fue utilizado en este anlisis

nos permiti evaluar los factores que afectan a las variables dependientes. Y poder

determinar la regin del ptimo a partir de las condiciones de operacin actuales.

3.2.5. Diagrama de flujo para la extraccin de aceite de cedrn

RECEPCION

SELECCIN Y

CLASIFICACIN

SECADO Y PESADO

EXTRACCIN

SEPARACIN

DESHIDRATACIN

ENVASADO Y

PESADO

ALMACENAMIENTO

Cedrn

Aceite de cedrn

Figura 10. Diagrama de flujo para la extraccin de aceite

34

3.2.6. Descripcin del proceso

Recepcin y seleccin

La materia prima cedrn fue adquirida en el mercado La Hermelinda,

adquirindose un total de 5 kg para el total de ensayos requeridos. Previamente se

seleccion la materia prima eliminndose las que presentaron magulladuras, cortes

y/o lesiones o descomposicin en su superficie.

Acondicionamiento

Recepcionada la materia prima, se procedi a realizar el lavado en tinas cloradas para

la eliminacin de materia extraa (Polvo, arena y otros) adheridas a la superficie de

las hojas. Posteriormente las hojas se orearon por ambas caras sobre una superficie

lisa con una adecuada ventilacin para, luego proceder con el corte de los tallo para

obtener solo hojas.

Secado y pesado

Una vez acondicionada las hojas se procedi al secado al aire por 3 das para reducir

la humedad. Posteriormente se procedi a pesar 100 g de hojas para cada uno de los

ensayos. Luego se realiz una caracterizacin de la materia prima obtenindose una

densidad de 430 kg/m3, una humedad 34.4%, un % cenizas de 7.38 y una porosidad

de 0.55.

Extraccin

Una vez pesada la muestra se procedi a cargarla dentro de la cmara de extraccin a

una altura de lecho de 15 cm. Luego se realiz el vertido de 1.5 litros de agua a

temperatura ambiente en el caldern; posteriormente se realiz el cierre de las

vlvulas ubicadas en la entrada y salida de la cmara de extraccin. Una vez

alcanzado la presin manomtrica requerida por el ensayo se abri la vlvula de

entrada hacia la cmara de extraccin, manteniendo cerrada la vlvula de salida de

esta cmara, estando bajo estas condiciones se control el tiempo extraccin para cada

ensayo.

35

Cuidadosamente transcurrido el tiempo de extraccin la vlvula superior es abierta

para la condensacin del vapor; la recepcin del condensado (mezcla inmiscible agua-

aceite esencial) en un matraz. Para mantener una temperatura de 2 2 C en el

condensador, se adicion hielo (solucin Salina 12%) en el tanque de recirculacin de

agua fra se utiliz una bomba para bombear el agua a fin de mantener un reflujo

constante.

Figura 11. Esquema de equipo de extraccin de aceite esencial

Separacin

La cantidad extrada de agua-aceite fue aadida en una bureta de 50ml para

su separacin en primera instancia por diferencia de densidades; el aceite y

parte de agua prxima a ste fue extrado con una jeringa hipodrmica para

ser colocados en tubos de ensayo (pequeos), los cuales fueron

acondicionados para su centrifugacin por 15 minutos obtenindose las dos

fases separadas.

Vlvula de salida de la mezcla

inmiscible

Vlvula de control o

purga

Cuerpo del calderin

Manmetro de

presin

Cmara de extraccin

Condensador

Vlvula de salida

de vapor

36

Figura 12. Separacin de aceite esencial

Deshidratacin

El aceite extrado en los tubos de ensayo una vez centrifugados, se

deshidrataron mediante congelacin del agua presente como fase.

Posteriormente se trasvas el aceite a otro recipiente, dejando el cristal de

hielo en el recipiente original.

Envasado y pesado

El aceite extrado de cada tratamiento fue depositado en un frasco de 8 ml

previamente pesado balanza analtica.

37

Figura 13. Envasado y pesado de aceite esencial

Almacenamiento

El aceite esencial envasado de todos los tratamientos fue almacenado a

refrigeracin en una temperatura promedio 4C 3.

3.2.7. Anlisis fisicoqumico

Caracterizacin de la materia prima

Contenido de humedad: Se determin segn el Mtodo gravimtrico de la estufa

AOAC 930.04 (2005) detallado en el Anexo 1.

Contenido de cenizas: Se determin segn el Mtodo por incineracin directa

NTP 209.265 (2001) detallado en el Anexo 1.

Porosidad: Se determin segn el Mtodo hidrosttico (Principio de

Arqumedes) procedimiento detallado Anexo 1.

Densidad.- Se determin segn el Mtodo hidrosttico (Principio de

Arqumedes) procedimiento detallado Anexo 1.

Rendimiento

Se determin segn el procedimiento del Anexo 1.

Anlisis fisicoqumico del aceite esencial

ndice de Carbonilo (Expresado como Citral) Se aplic el Mtodo de Cloruro

de hidroxilamina (ISO 1279, 1984) detallado en el Anexo 2

ndice de refraccin.- Se sigui el protocolo que se detalla en la NTP 209.121

(1975), detallado en el Anexo 2

38

4. RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1.Caracterizacin de la materia prima

Tabla 12. Caractersticas fisicoqumicas de la materia prima

Caracterstica valor

% Humedad 34.4 % 2

% Ceniza 7.38% 2

Densidad real 430 kg/m3

Porosidad 0.55 2

En la Tabla 12 se presentan las caractersticas de la materia prima con la que se trabaj

en todos los tratamientos. La humedad se mantuvo constante (34.4 2%), ya que si

vara la humedad, el rendimiento de aceite esencial se vera afectado. El % humedad nos

indica que la materia prima ha sido acondicionada favorablemente, ya que segn Van-

Arsdel y Copley (1979) la humedad promedio en forrajes para procesos de extraccin

es 30-35%.

4.2.Modelacin y optimizacin del aceite y sus caractersticas fisicoqumicas

En la Tabla 13 se observan los valores de las variables experimentales obtenidas para

cada variable respuesta. Tambin se puede observar la relacin directamente

proporcional que ejerce la presin sobre el rendimiento, debido a que un incremento de

presin (Kpa) ejerce un incremento positivo en el rendimiento. Se puede visualizar que

a presiones mayores o iguales a 202, 650 kpa el rendimiento sufre una disminucin, tal

y como lo seala Baley (1979), a presiones mayores o iguales 202,650 kpa la capacidad

de extraccin de aceite disminuye debido a que disminuye el proceso de coagulacin de

las protenas de las paredes celulares, haciendo menos permeable el paso del aceite y

aumentando su viscosidad.

Los valores mximos de rendimiento se dieron en los tratamientos 3 y 8 con valores de

extraccin de 0.954 y 1.191 respectivamente. Estos tratamientos se realizaron a valores

39

de presin de 116.163 y 151.987 Kpa y con tiempos de extraccin de 92.73; y 100

minutos respectivamente; mientras que el valor mnimo de rendimiento fue obtenido en

el tratamientos 6, con un valor de 0.450, donde el valor de la presin fue de 202.650

Kpa con tiempo de extraccin de 75 minutos.

Medina (2009) indica que el aumento de la presin interna (Presin Total - Presin

Atmosfrica) influenciada por el tiempo de accin influye directamente en el ndice de

refraccin debido a que permite un incrementa en la densidad y en la constante

dielctrica del medio, ese tipo de comportamiento se puede observar en cada uno de los

ensayos realizados donde se ve incrementado el ndice de refraccin a medida que

aumenta tanto la presin como el tiempo de extraccin. As mismo los valores del

ndice de refraccin estn dentro del rango establecido por la American Oil Chemists

Society (1993).

Pascual y Meja (2000) indican que el ndice de carbonilo, expresado como porcentaje

de citral, para un proceso de extraccin por arrastre de vapor aumenta cuando los

niveles de presin y tiempo son menores. El porcentaje de citral es usado como

indicativo de calidad, cuyo valor corresponde, por exceso, con el porcentaje total de

aldehdos que se obtiene por cromatografa de gases. En los ensayos se puede observar

que a niveles bajos de presin y tiempo de extraccin el ndice de carbonilo aumenta.

40

Tabla 13. Respuestas de la matriz con datos reales y codificados de DCCR para las variables

independientes E

nsa

yos

Variable

independiente

Variables

Dependientes

X1 X2 Y1 Y2 Y3 Y4

Presin

(Kpa)

Tiempo de

extraccin

(min)

Rendimient

o

ndice de

refraccin

ndice de

carbonil

o

ndice de

Acidez

1 116.163 57.27 0.653 1.4655 83.71 2.50

2 187.918 57.27 0.532 1.4888 68.49 4.04

3 116.163 92.73 0.954 1.4868 76.10 3.18

4 187.918 92.73 0.764 1.5152 60.88 4.95

5 101.325 75.00 0.551 1.4698 76.10 3.09

6 202.650 75.00 0.450 1.5211 60.88 5.99

7 151.987 50.00 0.552 1.4526 83.71 2.18

8 151.987 100.00 1.191 1.4867 60.88 3.74

9 151.987 75.00 0.791 1.4851 76.10 3.09

10 151.987 75.00 0.690 1.4823 76.10 3.27

11 151.987 75.00 0.792 1.4823 68.49 2.62

4.3.Modelos matemticos de segundo orden

En la Tabla 14, 16 y 18 se muestran el anlisis de los coeficientes de regresin para

los modelos ajustados de las variables rendimiento, ndice de refraccin y el ndice de

carbonilo, los cuales presentan significancia (p

41

Siguiendo la secuencia de validacin, se procedi a encontrar los coeficientes de

regresin significativos para cada variable respuesta, con los cuales se elaboraron

modelos matemticos polinomios de segundo orden; posteriormente se realiz un

anlisis de varianza para verificar la significancia de cada modelo. La significancia del

modelo y los coeficientes de determinacin (R2) cercanos a 1, indicaron la concordancia

entre los valores experimentales y previstos (Montgomery, 2006). Para finalmente

construir las superficies de respuestas para definir las regiones de inters y encontrar

valores altos de rendimiento conservando las propiedades fisicoqumicas del aceite de

cedrn.

En las Tablas 14, 16 y 18 se muestran los coeficientes de regresin significativos y los

modelos matemticos de segundo orden para el rendimiento, ndice de refraccin e

ndice de carbonilo respectivamente los cuales servirn para elaborar sus respectivas

superficies de respuestas, esto corrobora lo descrito por Montgomery quien describe que

las ecuaciones polinmicas forman curvaturas en sus grficos de superficies.

Tabla 14 .Coeficiente de regresin para la variable rendimiento

(L)=Lineal; (Q)=Cuadrtica

Rendimiento: R2 = 93.28 % , R

2 Ajustado =86.56 %

Para el caso de la respuesta rendimiento (Y1) se observa que solo el coeficiente

cuadrtico de la variable independiente presin presentan significancia (p

42

El modelo matemtico para el rendimiento de aceite extrado se denota por la siguiente

ecuacin cuadrtica.

Donde:

R = Rendimiento (mL/100g muestra)

P = Presin (Kpa)

t = Tiempo (Min)

Tabla 15. Anlisis de varianza para la variable rendimiento

Factores

Rendimiento

Suma

Cuadrados

Grados

libertad

Cuadrado

Medio

F Calc. F Tab.

Regresin 0.42831 5 0.085662 13.87 5.05 Error 0.03086 5 0.006172

Total 0.45917 10

% Variacin explicada (R2=93.98%); F5, 5:0.05 = 5.05

Rendimiento: R2 = 93.98 %, R

2 Ajustado = 86.56 %, Ftab =5.05< Fcal =13.87

La validez del modelo de rendimiento se puede corroborar por el anlisis del coeficiente

de determinacin (R2). Ya que se obtuvo un valor de R

2 =93.98 %; con un R

2 ajustado =

86.56 % segn Gutirrez y De la Vera (2004) indican que modelos adecuados son

aquellos que presentan R ajustado mayores a 70 %.

43

Tabla 16 .Coeficiente de regresin para la variable ndice de refraccin


ndice de refraccin: R2 = 96.28 , R

2 Ajustado = 92.56 %

Para el caso de la respuesta ndice de refraccin (Y2) se observa que para los

coeficientes cuadrticos y lineales de las variables independientes presentan

significancia (p

44

Tabla 17. Anlisis de varianza para la variable ndice de refraccin

Factores

ndice de refraccin

Suma

Cuadrados

Grados

libertad

Cuadrado

Medio

F Calc. F Tab.

Regresin 0.003766 5 0.000753 25.97 5.05

Error 0.000145 5 0.000029

Total 0.003911 10


ndice de refraccin: R2 = 96.28 %, R


La validez del modelo de ndice de refraccin se puede corroborar por el anlisis del

coeficiente de determinacin (R2). Ya que se obtuvo un valor de R

2 =96.28 %; con un R

2

ajustado = 92.56 % segn Gutirrez y De la Vera (2004) indican que modelos adecuados

son aquellos que presentan R ajustado mayores a 70 %.

Tabla 18 .Coeficiente de regresin para la variable ndice de carbonilo


ndice de carbonilo: R2 = 87.45 , R

2 Ajustado = 74.90 %

Para el caso de la respuesta ndice de carbonilo (Y3) se observa que para todos los

coeficientes cuadrticos, lineales e interseccin de las variables independientes estas

no presentan significancia (p

45

El modelo matemtico para el ndice de carbonilo se denota por la siguiente ecuacin

cuadrtica.

Donde:

IC = ndice de carbonilo

P = Presin (Kpa)

t = Tiempo (Min)

Tabla 19. Anlisis de varianza para la variable ndice de carbonilo

Factores

ndice De Carbonilo

Suma

Cuadrados

Grados

libertad

Cuadrado

Medio

F Calc. F Tab.

Regresin 644.5851 5 128.91702 6.97 5.05

Error 92.4780 5 18.4956

Total 737.0631 10


ndice de carbonilo: R2 = 87.45 %, R


La validez del modelo de ndice de carbonilo se puede corroborar por el anlisis del

coeficiente de determinacin (R2). Ya que se obtuvo un valor de R

2 =87.45 %; con un R

2

ajustado = 74.90 % segn Gutirrez y De la Vera (2004) indican que modelos adecuados

son aquellos que presentan R ajustado mayores a 70 %.

En la Tabla 15, 17 y 19 se puede apreciar el anlisis de varianza para los modelos de la

rendimiento, ndice de refraccin e ndice de carbonilo; donde estos resultaron ser

significativos pues en ambos casos Fcal > Ftab, por lo que el modelo de rendimiento,

ndice de refraccin e ndice de carbonilo pueden ser considerado predictivo en un

93.98%, 96.28% y 87.45% de variacin de los datos experimentales, con lo cual se

puede afirmar que existe una buena concordancia entre los valores experimentales y los

predichos por cada uno de los modelos, por lo tanto los modelos son adecuados para

describir los resultados a travs de la superficie de respuesta ya que presentan un R

ajustado mayor a 70 % (Gutirrez y De la Vera, 2004).

.

46

Sin embargo, para el rendimiento e ndice de carbonilo (Tabla 15 y 19) confirman que

existen, adems de los factores y rangos descritos en el experimento otros variables que

tienen gran influencia. Entre los que pueden estar la temperatura interna de la cmara de

extraccin, la densidad de la superficie de la muestra y la superficie de contacto de la

muestra durante el proceso de extraccin. Segn Medina (2009) indica que la

temperatura disminuye el ndice de refraccin porque el calor desestabiliza la

configuracin de los dobles enlaces presentes en los cidos grasos.

Figura 14. Valores predichos y valores observados para el rendimiento

47

Figura 15. Valores predichos y valores observados para el ndice de refraccin

Figura 16. Valores predichos y valores observados para el ndice de carbonilo

48

4.4.Superficie de respuesta

Tal como se encontr en el anlisis de varianza, los modelos son significativos, por tanto

valida la construccin de sus respectivas superficies de respuestas y de esa manera definir

las regiones de inters.

(a)

(b)

Figura 17. Superficie de respuesta (a) curvas de contorno (b) en funcin de la presin y

el tiempo de extraccin para el rendimiento

49

Se detalla en la Figura 17 mediante la superposicin de contornos, el mayor rendimiento en

la extraccin de aceite para un rango de 140-160 Kpa y 95-100 minutos. Segn Collao et al.

(2007), indican que la presin influye positivamente hasta cierto rango mximo y

posteriormente influyen negativamente en el rendimiento debido a que otras variables

internas dentro del sistema de arrastre de vapor (densidad y temperatura ) actan influyendo

en la estructura interna de la clula y en la viscosidad del aceite para la cintica de

extraccin.

(c)

(d)

Figura 18. Superficie de respuesta (c) curvas de contorno (d) en funcin de la presin y

el tiempo de extraccin para el ndice de refraccin

50

En la Figura 18 se muestra que a medida que aumenta la presin y el tiempo esto influye

directamente en el ndice de refraccin, obtenindose valores ptimos en el ndice de

refraccin en rangos de presin de 180-200 Kpa y tiempos de 80-100 minutos. Martnez

(2000) indica que el incremento del ndice de refraccin se da por el disminucin de la

densidad la cual es afectada directamente por la presin, el cual se puede observar en el

grfico de contorno.

(e)

(f)

Figura 19. Superficie de respuesta (e) curvas de contorno (f) en funcin de la presin y el

tiempo de extraccin para el ndice de carbonilo

51

Pascual y Meja (2000) indican que el ndice de carbonilo, expresado como porcentaje de

citral, aumenta cuando los niveles de presin y tiempo son menores, obtenindose valores

ptimos en rangos de presin 100-120 Kpa y tiempos de 50-60 minutos segn la Figura

19. En el grfico de superficie de respuesta (e) y el grafico de contorno (f) se puede

observar una regin creciente donde superponen los datos indicando incremento en el

ndice de citral a menores valores de tiempo y presin.

Tabla 20. Valores del rendimiento experimental, previsto por el modelo y desvos para el

DCCR

Ensayos Rendimiento

experimental

Rendimiento

previsto

Desvi Desvi

relativo (%)

1 0.653 0.566 0.08699 13.3220

2 0.532 0.528 0.00369 0.6941

3 0.954 0.926 0.02789 2.9238 4 0.764 0.812 -0.04807 -6.2924

5 0.551 0.580 -0.02909 -5.2799

6 0.45 0.474 -0.02392 -5.31766 7 0.552 0.662 -0.11025 -19.9734

8 1.191 1.116 0.07473 6.2744

9 0.791 0.758 0.03299 4.1703 10 0.69 0.758 -0.06801 -9.8568

11 0.792 0.758 0.03399 4.2913

Tabla 21. Valores del ndice de refraccin experimental, previsto por el modelo y desvos

para el DCCR

Ensayos ndice de

refraccin

Rendimiento

previsto

Desvi Desvi

relativo (%)

1 1.4655 1.4607 0.0048 0.331 2 1.4888 1.4885 0.0003 0.019

3 1.4868 1.4847 0.0021 0.142

4 1.5152 1.5176 -0.0024 -0.159 5 1.4698 1.4791 -0.0093 -0.631

6 1.5211 1.5220 -0.0009 -0.058

7 1.4526 1.4564 -0.0038 -0.263 8 1.4867 1.4852 0.0015 0.104

9 1.4851 1.4852 -0.0001 -0.004

10 1.4823 1.4852 -0.0029 -0.192

11 1.4823 1.4852 -0.0029 -0.192

52

Tabla 22. Valores del ndice de carbonilo experimental, previsto por el modelo y desvos

para el DCCR

Ensayos ndice de

refraccin

Rendimiento

previsto

Desvi Desvi

relativo (%)

1 83.71 83.79 -0.08 -0.09

2 68.49 70.77 -2.28 -3.23 3 76.10 71.89 4.21 5.85

4 60.88 58.89 1.99 3.37

5 76.10 78.62 -2.52 -3.21

6 60.88 60.27 0.61 1.01 7 83.71 81.64 2.07 2.54

8 60.88 64.88 -4.00 -6.16

9 76.10 73.56 2.54 3.45 10 76.10 73.56 2.54 3.45

11 68.49 73.56 -5.07 -6.89

Para el rendimiento, ndice de refraccin e ndice de carbonilo el modelo polinmico

presenta un valor de error relativo medio entre los datos experimentales y predictivos de

-1.36%; -0.08% y 0.008% as como errores relativos mximos a 13.3%; 0.3% y 5.8 y

errores relativos menores a , -19.9%;-0.6% y -6.8% los cuales son ajustables, lo que nos

indica que estos modelos polinmicos obtenido va metodologa de superficie de

respuesta se ajustan bien para todos los datos experimentales (Ver tabla 20, 21 y 22).

53

R = 0,938

0,78

0,8

0,82

0,84

0,86

0,88

0,9

0,92

0,94

0,96

0,88 0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 1 1,02

valo

res

pre

dic

ho

s

valores observados

4.5.Validacin experimental de los modelos matemticos

Tabla 23. Valores empleados para validacin y resultados predichos y observados

Presin

(Kpa)

Tiempo

(min)

Modelo Experiment

al

Desvo Desvi

relativo

160 95 0.890 0.801 0.09 11.25

160 100 0.992 0.901 0.09 10.0

140 95 0.969 0.902 0.07 7.77

140 100 1.001 0.954 0.05 5.26

Figura 20. Comportamiento de los valores experimentales y predichos

El valor de R2 obtenido es de 0.938, lo que nos indica que el modelo funciona, siempre

y cuando se trabajen dentro de los rangos de la experimentacin y se mantengan la

presin, tiempo, rea de contacto, cantidad de muestra etc. lo ms constante posible.

As mismo se pudo encontrar que desvi relativo es menor del 15% el cual es tolerable

para el modelo.

Sin embargo los tres modelos matemticos son aceptables y validados debido a que los

valores de rendimiento, ndice de refraccin y ndice de carbonilo obtenidos mediantes

sus modelos y valores experimentales, no guardan gran diferencia.

54

5. CONCLUSIONES

Se determin que solo la variable presin ejerce un efecto significativo sobre el

rendimiento de extraccin, obtenindose mayores rendimientos de 0.8 - 0.95 a

presiones de 140-160 Kpa y tiempos de 95-100 minutos.

Se logr obtener los rangos de presin y tiempo de extraccin adecuados en el

ndice de refraccin e ndice de carbonilo, siendo el valor de la presin de 180 a

200 kpa y el tiempo de 80 a 100 minutos; y de 100 a 120 Kpa y 50 a 60 minutos

respectivamente.

55

6. RECOMENDACIONES

Extraer aceite esencial de cedrn a presiones menores de 200.650 Kpa, para

reducir el efecto de las variables intrnsecas del producto.

Se recomienda armar un sistema mejorado para la separacin de aceite esencial y

agua, como por ejemplo la utilizacin de un decantador o vaso florentino.

Se necesita profundizar ms en el estudio de otras variables o factores que afectan

el rendimiento y produccin del aceite esencial de cedrn (Aloysia triphylla),

variables como el estado vegetativo y manejo agronmico, de esta forma ofrecer

un producto de alta calidad, con buen rendimiento de aceite, econmicamente

viable.

Debemos tener presente que en todo procesamiento de alimentos para consumo

humano, se debe observar y cumplir todas las normas de higiene e inocuidad que

nos exige la proteccin de la salud de los consumidores, sobre todo en productos

tan sensibles como los aceites cuyo manejo inadecuado de las condiciones externas

podra alterar su composicin reduciendo el aporte nutritivo de ellas.

56

7. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

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Rendimiento y aracteristicas Fisicoquimicas de Aceite Esencial de Cedron