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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
CARRERA DE QUÍMICA DE ALIMENTOS
Evaluación del rendimiento, calidad y actividad antioxidante del aceite esencial de cáscara
de naranja fresca de la especie Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae, obtenido por
dos métodos de extracción.
Trabajo de investigación presentado como requisito previo para la obtención del título de:
Química de Alimentos
Autor: Diana Estefanía Delgado Güiz
Tutora: MSc. Dayana Paulina Borja Espín
DMQ, septiembre, 2018
I
AUTORIZACIÓN DE AUTORÍA INTELECTUAL
Yo, Diana Estefanía Delgado Güiz en calidad de autor del trabajo de investigación:
“Evaluación del rendimiento, calidad y actividad antioxidante del aceite esencial de la cáscara
de naranja fresca de la especie Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae, obtenido por
dos métodos de extracción” autorizo a la Universidad Central del Ecuador hacer uso de los
contenidos que me pertenece o parte de los que contiene esta obra, con fines estrictamente
académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con los artículos 5, 6, 8, 19 y demás
pertenecientes a la Ley de propiedad Intelectual y su reglamento.
También autorizo a la Universidad Central del Ecuador a realizar la digitalización y
publicación de este trabajo de investigación en el repositorio virtual, de conformidad con lo
dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
Diana Estefanía Delgado Güiz
CI: 1723617930
II
CONSTANCIA DE APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, Dayana Paulina Borja Espín, en calidad de tutora del trabajo de investigación
titulado “Evaluación del rendimiento, calidad y actividad antioxidante del aceite esencial de
la cáscara de naranja fresca de la especie Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae,
obtenido por dos métodos de extracción” elaborado por la estudiante Diana Estefania Delgado
Guiz con CI: 1723617930 de la carrera de Química de Alimentos de la Facultad de Ciencias
Químicas de la Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los requisitos y
méritos necesarios en el campo metodológico, por lo que lo APRUEBO, a fin de que sea sometido
a evaluación por parte del tribunal calificador.
En la ciudad de Quito a los cinco días del mes de septiembre del 2018.
MSc. Dayana Paulina Borja Espín
C.I: 1710993849
III
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE TITULACIÓN
El tribunal constituido por: Msc. Dayana Borja, Ing Milene Diaz, Dra Guadalupe Jibaja,
luego de revisar el trabajo de investigación titulado: “Evaluación del rendimiento, calidad y
actividad antioxidante del aceite esencial de la cáscara de naranja fresca de la especie Citrus
maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae, obtenido por dos métodos de extracción”, previo a
la obtención del título profesional de Química de Alimentos presentado por la señorita Diana
Estefania Delgado Guiz APRUEBA el trabajo presentado.
Para constancia de lo actuado firman:
IV
DEDICATORIA
Con amor, alegría y llena de regocijo en el corazón dedico este trabajo de investigación a
aquellas personas que estuvieron junto a mí en este largo, arduo, pero sin embargo gratificante
final, que con esmero y les consta que con mucho esfuerzo me lo he ganado.
Cada uno de ustedes sumaron muchas cosas y vivencias positivas en mi vida y merece la pena
mencionarlos.
A Dios el dueño de mi tiempo y de mi vida.
Al tesoro de mi vida, mi más grande amor, mis padres los amo infinitamente gracias por su
apoyo incondicional esto va por ustedes.
A mis hermanos David, Silvana, Geovanny y Pablo los amo familia.
V
AGRADECIMIENTO
La vida es un regalo cada día, y lo bello de ella es que podemos compartirla con quienes
amamos.
Este trabajo de investigación ha sido una gran bendición y merece la pena mencionar y
agradecer a quienes aportaron para que culmine con éxito.
A Dios el dueño de mi tiempo y de mi vida.
Al tesoro de mi vida, mi más grande amor mis padres los amo infinitamente, gracias por su
apoyo incondicional y amor infinito.
A mis hermanos David y Silvana los amo gracias por estar siempre conmigo, por las regañadas
necesarias para seguir adelante son mis mejores amigos, Geovanny y Pablo gracias hermanos, los
amo familia.
A Bernardita Ulloa, madrina de mi corazón gracias por estar siempre pendiente de mí y de cada
paso que doy siempre motivándome a seguir adelante.
A la familia Ramos, Sr. Byrito, Joven Byron y su querida esposa Daniela Osorio gracias por ser
parte de esto, por verme crecer y acompañarme hasta culminar esta etapa importante en mi
educación.
A la familia Rocha - Delgado, Willy y mi querida prima Susi gracias por todo, las molestias
causadas, e infinita paciencia.
A mis amigas Verito, Gloria, gracias por su lealtad.
A mis amigos de Global English y New English World, sumaron mucho para que esto se dé,
los llevo en el corazón.
A mis profesores y tutora universitarios, gracias infinitas por sus enseñanzas y paciencia.
A mis compañeros y colegas universitarios gracias por su compañía fue grato formar parte en
esta aventura intelectual con ustedes.
VI
Índice de contenido
ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................................... VIII
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ................................................................................ X
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1
CAPÍTULO I .............................................................................................................. 3
1. El problema ............................................................................................................. 3
1.1. Planteamiento del problema ........................................................................ 3
1.2 Formulación del problema ................................................................................. 4
1.2.1 Preguntas directrices de investigación: ............................................................... 4
1.3. Objetivos de la investigación ........................................................................... 5
1.3.1. Objetivo general. ............................................................................................... 5
1.3.2. Objetivos específicos. ........................................................................................ 5
1.4 Justificación e importancia de la investigación................................................... 6
Capítulo II 2. Marco teórico ....................................................................................... 8
2.1. Antecedentes de la investigación ...................................................................... 8
2.2. Fundamentación teórica .................................................................................. 10
2.2.1. Aceite Esencial ................................................................................................ 10
2.2.2. Distribución de aceites esenciales en su estado natural ..................................... 12
2.2.3 Composición química de los aceites esenciales ................................................. 14
2.2.4. Rendimiento y naturaleza química de aceites esenciales .................................. 14
2.2.5. Propiedades físicas de los aceites esenciales .................................................... 15
2.2.6. Propiedades químicas de los aceites esenciales. ............................................... 15
2.2.7. Métodos de obtención de aceites esenciales. .................................................... 15
2.2.8. Uso de los aceites esenciales en la Industria Alimentaria ................................. 17
2.2.9. Naranja, materia prima en la industria cítrica ................................................... 18
2.2.10. Propiedades de los cítricos y beneficios ........................................................ 18
2.2.11. Actividad Antioxidante .................................................................................. 19
2.2.12 Descripción botánica de la naranja. ................................................................. 20
2.3. Fundamento legal. .......................................................................................... 21
2.4. Hipótesis ........................................................................................................ 22
2.4.1. Hipótesis alternativa (Hi): ................................................................................ 22
2.4.2. Hipótesis nula (Ho): ........................................................................................ 22
2.5. Sistema de variables ....................................................................................... 22
2.5.1. ETAPA 1: Extracción del aceite y perfil cromatográfico. ................................ 23
VII
2.5.2 ETAPA 2: Caracterización del aceite y evaluación de actividad antioxidante .... 23
Capítulo III ............................................................................................................... 24
3. Metodología de la investigación ............................................................................ 24
3.1. Diseño de la investigación .............................................................................. 24
3.2. Población: ................................................................................................. 24
3.3. Muestra: .................................................................................................... 24
3.4. Materiales y reactivos ..................................................................................... 25
3.4.1. Materiales. ....................................................................................................... 25
3.4.2. Equipos. .......................................................................................................... 25
3.4.3. Reactivos. ........................................................................................................ 25
3.5. Metodología .............................................................................................. 26
3.5.1. Procedimiento ................................................................................................ 26
3.5.2. Diseño experimental .................................................................................... 35
3.5.2.1. Etapa I. Extracción y caracterización del aceite ............................................. 36
3.5.2.2. Etapa II. Evaluación actividad antioxidante del aceite. .................................. 39
3.5.2.3. Técnicas de análisis e interpretación de resultados ........................................ 41
3.6. Técnicas e instrumentos de recolección de datos (IRD). .................................. 41
Capítulo IV ............................................................................................................... 42
4. Análisis y discusión de resultados ...................................................................... 42
4.1. ETAPA I: Extracción del aceite esencial. ........................................................ 42
4.1.1. Mililitros de aceite esencial obtenido en los diferentes métodos de extracción. 42
4.1.2. Porcentaje de aceite esencial extraído. ............................................................. 43
4.1.3. Caracterización del aceite esencial ................................................................... 45
4.1.4. Características fisicoquímicas. ........................................................................ 47
4.2. ETAPA II: Evaluación de la actividad antioxidante del aceite. .................. 53
4.2.1. Evaluación del porcentaje de inhibición en el estándar de referencia Trolox. ... 53
4.2.2. Evaluación del porcentaje de inhibición en el aceite obtenido por arrastre de
vapor con solvente orgánico. ..................................................................... 55
4.2.3. Evaluación del porcentaje de inhibición en el aceite obtenido por arrastre de
vapor sin solvente orgánico. ...................................................................... 56
4.2.4. Evaluación del porcentaje de inhibición en el aceite obtenido por expresión en
frío. ........................................................................................................... 57
4.2.5. Análisis estadístico de la actividad antioxidante ............................................... 60
Capítulo V ................................................................................................................ 62
5.1. Recomendaciones y conclusiones ....................................................................... 62
VIII
5.2. Conclusiones ................................................................................................. 62
5.3. Recomendaciones ........................................................................................... 63
6 Bibliografía ............................................................................................................ 64
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Clasificación de aceites esenciales. .............................................................. 10
Tabla 2. Principales especies del género Citrus utilizadas en la industria de aceites
esenciales. ................................................................................................................. 11
Tabla 3. Métodos de extracción de aceite esencial. .................................................... 16
Tabla 4. Volúmenes para la curva de calibración con Trolox. .................................... 33
Tabla 5. Volúmenes de las muestras de aceite. .......................................................... 35
Tabla 6. Operacionalización de las variables Etapa I. ................................................ 36
Tabla 7. Factores y niveles experimentales de la etapa I. ........................................... 37
Tabla 8. Tabla para recolección de datos en la etapa I................................................ 38
Tabla 9. Operacionalización de las Variables Etapa IV .............................................. 39
Tabla 10. Factores y niveles experimentales de la etapa II ......................................... 40
Tabla 11. Tabla de recolección de datos de la etapa II ............................................... 40
Tabla 12. Modelo univariante .................................................................................... 41
Tabla 13. Mililitros de aceite esencial extraído. ......................................................... 42
Tabla 14. % Rendimiento de aceite esencial obtenido en cada método de extracción. 43
Tabla 15. Análisis de varianza de un factor. .............................................................. 44
Tabla 16. Características organolépticas del aceite esencial extraído por arrastre de
vapor. ........................................................................................................................ 45
Tabla 17. Características organolépticas del aceite esencial extraído por expresión en
frío. ........................................................................................................................... 46
Tabla 18. Determinación de densidad al aceite esencial ............................................. 47
Tabla 19. Determinación del índice de refracción. ..................................................... 48
Tabla 20. Determinación de peróxidos ...................................................................... 48
Tabla 21. Determinación de rotación óptica. .............................................................. 49
IX
Tabla 22. Compuestos determinados por CG-EM en aceite esencial de naranja
extraído por arrastre de vapor con solvente orgánico. ................................................ 50
Tabla 23. Compuestos determinados por CG-EM en aceite esencial de naranja
extraído por arrastre de vapor sin solvente orgánico. ................................................. 51
Tabla 24. Compuestos determinados por CG-EM en aceite esencial de naranja
extraído por expresión en frio. ................................................................................... 52
Tabla 25. Datos de la curva de calibración con Trolox............................................... 53
Tabla 26. Porcentaje de inhibición de Trolox............................................................. 54
Tabla 27. Resultados de absorbancias del aceite obtenido por arrastre de vapor con
solvente orgánico. ..................................................................................................... 55
Tabla 28. Resultados del porcentaje de inhibición del aceite obtenido por arrastre de
vapor con solvente orgánico. ..................................................................................... 56
Tabla 29. Resultados de absorbancias del aceite obtenido por arrastre de vapor sin
solvente orgánico. ..................................................................................................... 56
Tabla 30. Resultados del porcentaje de inhibición del aceite obtenido por arrastre de
vapor sin solvente orgánico. ...................................................................................... 57
Tabla 31. Resultados de absorbancias del aceite obtenido por expresión en frío......... 57
Tabla 32. Resultados del porcentaje de inhibición del aceite obtenido por expresión
en frío. ..................................................................................................................... 58
Tabla 33. Comparación de % de Inhibición de aceite obtenido de los tres tratamientos
vs estándar. ............................................................................................................... 58
Tabla 34. Datos del porcentaje de inhibición de las fuentes de actividad antioxidante.
................................................................................................................................. 60
Tabla 35. Análisis de varianza de un factor ............................................................... 61
X
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Distribución de aceites esenciales ........................................................ 13
Ilustración 2. Estructura del fruto cítrico (SPECIALE.IT, 2017) ................................ 20
Ilustración 3. Naranja (hydrofert.it) ........................................................................... 20
Ilustración 4. Muestra de la especie Citrus maxima (Burm,) Merr, Familia Rutaceae . 26
Ilustración 5. Preparación de la muestra para la extracción. ....................................... 27
Ilustración 6. Equipo Clevenguer .............................................................................. 28
Ilustración 7. Prensa hidráulica (Manomano, 2017) ................................................... 28
Ilustración 8. Equipo de cromatografía acoplado a espectrofotometría de gases. ........ 29
Ilustración 9. Picnómetro de 1mL vs 5mL ................................................................. 30
Ilustración 10. Refractómetro de Abbé acoplado a baño de 21°C. .............................. 31
Ilustración 11. Polarímetro con lámpara de sodio. ..................................................... 32
Ilustración 12. Longitud de onda máxima para el estándar Trolox. ............................ 34
Ilustración 13. Curva de calibración del estándar Trolox. .......................................... 54
Ilustración 14. Porcentaje de inhibición vs Volumen del Trolox µL. .......................... 55
Ilustración 15. Porcentaje de inhibición de aceite vs concentración (mg/mL). ............ 59
Ilustración 16. Porcentaje de inhibición de aceite y Trolox vs concentración (mg/mL).59
ANEXOS
Anexo 1. Esquema causa- efecto ............................................................................... 66
Anexo 2. Matriz de Operacionalización de Variables ................................................ 67
Anexo 3. Instrumento de Recolección de datos.......................................................... 69
Anexo 4. Validación de la matriz de datos ................................................................. 70
Anexo 5. Autorización de propiedad de la muestra .................................................... 72
Anexo 6. Certificación de la muestra ......................................................................... 73
Anexo 7. Perfiles cromatográficos de las muestras de aceite ...................................... 74
Anexo 8. Imágenes de la investigación por etapas. .................................................... 76
XI
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
CARRERA DE QUÍMICA DE ALIMENTOS
Tema: Evaluación del rendimiento, calidad y actividad antioxidante del aceite esencial de cáscara
de naranja fresca de Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae, obtenido por dos métodos
de extracción.
Autor: Diana Estefanía Delgado Güiz
Tutora: MSc. Dayana Borja Espín
Resumen
Gran parte de los residuos orgánicos que provienen de la industria alimenticia no tienen un fin más
allá de ser un desecho. La cáscara de naranja queda como residuo en una cantidad considerable
después de realizar la extracción del jugo de la fruta. El objetivo del presente proyecto de
investigación fue lograr optimizar el uso de este residuo de manera eficaz. Se evaluó el
rendimiento, calidad y actividad antioxidante del aceite esencial de cáscara de naranja fresca de
Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae, obtenido por dos métodos de extracción:
destilación por arrastre de vapor con y sin solvente orgánico y expresión en frio, descrito en 2
etapas. En la etapa 1 de realizó la caracterización del aceite mediante cualidades organolépticas
(color, textura, olor) y ensayos fisicoquímicos (densidad, índice de refracción, índice de peróxidos,
rotación óptica) y caracterización en cromatógrafo de gases acoplado a espectrofotometría de
masas. En la etapa 2 se analizó la actividad antioxidante mediante el método del radical DPPH. Se
identificó que el método de expresión en frío dio mayor rendimiento de extracción (1,89 ± 0,068
mL por cada 200 g de muestra) , así como también su composición se destacan la presencia de
limoneno, β- Mirceno, α- Pineno, linalol, siendo éstos los monoterpenos más representativos en el
aceite obtenido y posteriormente al analizar la actividad antioxidante por el método DDPH, se
determinó que el aceite obtenido por los dos métodos tiene actividad antioxidante representativa
en comparación al estándar, incluso mayor.
Palabras claves: residuos orgánicos, cáscara de naranja, Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia
Rutaceae, aceite esencial, actividad antioxidante.
XII
Abstract
A large part of the organic waste from the food industry do not have a purpose beyond being a
waste. The orange peel remains as residue in a considerable amount after the extraction of juice
from the fruit. The objective of this research project was to optimize the use of this residue in an
effective manner. We evaluated the performance, quality and antioxidant activity of the essential
oil of orange peel fresh Citrus maxima (Burm.) Merr. Family Rutaceae, obtained by two methods
of removal: steam distillation with and without organic solvent and expression in cold, described
in 2 stages. In stage 1 performed the characterization of the oil through the organoleptic qualities
(color, texture, smell) and physiochemical tests (density, refractive index, index of peroxides,
optical rotation) and characterization in gas chromatograph coupled to mass spectrometry. In stage
2 analyzed the antioxidant activity through the method of radical DPPH. It was identified that the
method of expression in cold gave greater extraction yield (1,89 ± 0,068 mL per 200 g sample) ,
as well as its composition highlights the presence of limonene, β- Myrcene, α-pinene, linalool,
being the most representative monoterpenes in the oil obtained and then to analyze the antioxidant
activity by the method of radical DPPH, it was determined that the oil obtained by the two methods
has a representative antioxidant activity in comparison to the standard, even greater.
Keywords: organic waste, orange peel, Citrus maxima (Burm.) Merr. Family Rutaceae, essential
oil, antioxidant activity.
1
INTRODUCCIÓN
La industria alimenticia es un gran generador de residuos orgánicos, durante su actividad
diaria se generan toneladas que proceden del proceso al que productos como vegetales y frutas son
sometidos. La dificultad radica en como deshacerse de ellos de manera inteligente, puesto que
ocupan mucho espacio además como resultado de su descomposición se generan olores y gases.
El sector dedicado a la tecnología alimentaria busca soluciones para obtener beneficios de este tipo
de residuos, una de ellas es aprovechar los subproductos que provienen de los residuos mediante
la extracción de ingredientes que puedan aplicarse en la industria alimentaria, de esta manera los
residuos de frutas y vegetales cuyos restos contienen sustancias, tales como ácidos orgánicos o
aceites esenciales despiertan gran interés en la producción alimentaria.
Según el Ministerio del ambiente. (Ministerio del Ambiente, 2013): en el Ecuador se generan
alrededor de 11,341 toneladas diarias de residuo, es decir, un aproximado de 4’139,512 Tm/año,
de los cuales 61,4% son orgánicos. (pág. 2)
Al final del proceso industrial del jugo de naranja el sobrante es su cáscara, la cual puede ser
considerada como la materia prima ideal para la obtención de aceite esencial y las sustancias
derivadas de este.
Las industrias que utilizan aceites refinados o sus derivados se ven obligadas a importar estos
productos, debido a que en el Ecuador no se producen este tipo de aceites. La industria dedicada a
la confitería es un claro ejemplo en donde se utiliza aceites esenciales de menta refinado. De esta
manera se puede confirmar que los aceites esenciales provenientes de una materia prima residual,
producidos en el país pueden ser aprovechados de manera eficaz.
El desarrollo del presente trabajo de investigación se detalla en cada uno de los siguientes
capítulos.
En el primer capítulo se describe el problema del proyecto de investigación, en el cual
explica la importancia de los aceites esenciales de cítricos en la industria química en especial su
actividad antioxidante en el área de alimentos, su composición y métodos de obtención. Se detallan
factores importantes que influyen en la calidad del aceite esencial entre ellos: la especie, y como
identificarla correctamente, por consiguiente, se planteó los objetivos la justificación e importancia
2
del proyecto, con el objetivo de evaluar si el aceite esencial de cáscara de naranja fresca de la
especie Citrus (Burm.) Merr. Family Rutaceae, presenta actividad antioxidante y es de calidad.
El segundo capítulo detalla antecedentes referenciales en los cuales se fundamentó la teoría
que permitió ampliar información sobre el tema. Se describe el poco interés sobre manejos de
desechos agroindustriales, la cantidad de producción de estos en la industria, así como también los
métodos de extracción más usados para la obtención del aceite y las técnicas de análisis de la
actividad antioxidante.
El tercer capítulo describe el planteo del diseño y metodología, donde se establece el enfoque,
tipo y nivel de la investigación. Se describe también la muestra, materiales y equipos utilizados
durante toda la investigación. El diseño experimental, la matriz de operacionalización de variables
se encuentran detalladas también.
El cuarto capítulo puntualiza cuidadosamente los resultados obtenidos en las diferentes etapas
de investigación con la ayuda de cálculos, tablas y gráficos que favorecen a la adecuada
interpretación de los datos obtenidos durante la investigación.
El quinto y último capítulo específica las conclusiones obtenidas al culminar el desarrollo
experimental luego de la obtención del aceite esencial por arrastre de vapor con y sin solvente
orgánico y por expresión en frio. Se encuentran también resumidos los resultados obtenidos en
base a los objetivos y están planteadas las respectivas recomendaciones.
3
CAPÍTULO I
1. El problema
1.1.Planteamiento del problema
En el país existen industrias que procesan la naranja en la elaboración de jugo, la corteza o
cáscara es tomada como desecho por lo tanto no se aprovecha de manera eficaz. Algunas industrias
utilizan la cáscara en un porcentaje mínimo para la elaboración de mermeladas o simplemente la
desechan después de extraer el jugo de la fruta. Es decir, el subproducto del fruto no está siendo
aprovechado como es debido en especial los aceites esenciales, los mismos que tienen una
demanda mínima en el país, como se comprueba en los anuarios del Ministerio de Industrias y
Productividad (MIPRO), en donde se detalla que: “los productos de naranja (naranja fresca, jugo
de naranja y aceite esencial de naranja) representan en conjunto el 14% del comercio mundial de
frutas y el 50% del comercio mundial de cítricos en 2004. La participación del Ecuador en el
mercado mundial de la naranja es muy poco significativa, dado que la producción de naranja en
Ecuador se destina fundamentalmente al abastecimiento interno, porque no se ha incursionado en
el procesamiento industrial de la fruta, su participación en el comercio de jugo de naranja y en el
caso del aceite esencial, es nula”. (Ministerio de Industrias y Productividad (MIPRO), 2004, pág. 4)
El ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca, en el boletín de situacional de
naranja de 2015, detalla que: “la producción nacional de naranja en el año 2015 aumentó pasando
de 114,308 toneladas a 116,809 toneladas, en relación con el año 2014, dicho comportamiento es
similar a la evolución de la producción internacional. Este aumento influyó en las importaciones,
ya que disminuyeron en 4,66%, además el alza de la producción tampoco se vio reflejada en los
precios a nivel mayorista ya que estos presentaron un aumento de 17,72%. (Ministerio de
Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP), 2016)
70 millones de toneladas de desechos de naranjas son producidas en todo el mundo, es una de
las frutas más consumidas lo que representa el tercer cultivo con mayor extensión después de los
plátanos y las uvas. Hoy en día su cultivo no tiene fronteras, sin embargo, se debe tener en cuenta
un clima favorable que cuente con: abundante sol, agua y baja humedad, como el clima de Brasil
que es productor mundial de naranjas gran parte de su producción es destinada a su consumo
interno y elaboración de jugo de naranja después de Brasil se encuentran ubicados Estados Unidos
y China. Estados Unidos tiene grandes campos de cultivo en Florida, California, Texas y Arizona.
En Europa España también se caracteriza por ser un gran productor de naranja. Otros países
4
productores son, en orden de importancia, México, que ha aumentado su producción
considerablemente en los últimos años, Italia, India, Egipto, Israel, Marruecos y Argentina.
(Botanical-Online, s.f)
La extracción de aceites esenciales que provienen de la cáscara de naranja necesita de un
procedimiento que no es conocido en el país, por lo tanto, se procede a la importar estos aceites en
consecuencia se genera gastos lo que se pueden evitar si la industria de producción nacional
aplicara procedimientos de extracción de aceites esenciales.
Los aceites esenciales son los responsables del aroma característico que emana la planta puesto
que en ellos está la concentración de activos naturales de la fruta por esta razón pueden ser usados
para múltiples beneficios, pero son tomados como desechos, por lo que se plantea concientizar
acerca de las propiedades que posee y sus beneficios.
La empresa alimenticia de donde se adquirió la materia prima (cáscara de naranja) para la
extracción de aceite esencial reporta que por cada producción de jugo de naranja entre 400-700
toneladas quedan como producto de desecho, este valor por cinco días a la semana que hay
producción es considerable, cantidad que no tiene otro destino más que el de desecho
agroindustrial.
Tomando en cuenta las características favorables de esta especie de naranja y el residuo de la
misma posterior a la elaboración de jugo de naranja, se considera realizar un estudio del residuo
para obtener un subproducto (aceite esencial) realizando la comparación de 2 métodos de
extracción uno oficial conocido como expresión (método para cítricos) y un método convencional
(por arrastre de vapor), para posteriormente evaluar el porcentaje de rendimiento y capacidad
antioxidante del subproducto que definen su calidad.
1.2 Formulación del problema
Debido a la problemática generada por la gran cantidad de residuos orgánicos provenientes de
la industria de alimentos, en donde hay una cantidad significativa de cáscara de naranja la misma
que queda como desecho sin ser aprovechada, posterior procesamiento en la elaboración de jugo
de naranja, se plantea las siguientes interrogantes:
1.2.1 Preguntas directrices de investigación:
¿Cómo garantizar la calidad de la (cáscara de naranja) materia prima?
5
¿Cuáles son las características y propiedades que presenta el aceite esencial extraído de la
cáscara de naranja de la especie Citrus maxima (Burm) Merr? Familia Rutaceae?
¿Qué cantidad de aceite esencial se encuentra presente en la cáscara de naranja de la especie
Citrus maxima (Burm?) Merr. Familia Rutaceae?
¿Los métodos de extracción para la obtención del aceite esencial lograron un buen
rendimiento y calidad del aceite esencial?
El aceite esencial de la cáscara de naranja de la especie Citrus maxima (Burm) Merr. Familia
Rutaceae, obtenido como subproducto, ¿presenta capacidad antioxidante?
1.3. Objetivos de la investigación
1.3.1. Objetivo general.
● Comparar 2 métodos de extracción para evaluar rendimiento, y actividad
antioxidante del aceite esencial de cáscara de naranja de la especie Citrus maxima
(Burm.) Merr. Familia Rutaceae.
1.3.2. Objetivos específicos.
● Evaluar la calidad de la materia prima utilizada (cáscaras).
● Estimar el rendimiento del extracto obtenido de cáscara de naranja, es decir, la
cantidad máxima obtenida de aceite esencial, por medio de un proceso
convencional a escala de laboratorio (arrastre de vapor) y otro no convencional
(expresión).
● Caracterizar el aceite esencial obtenido por arrastre de vapor (con y sin solvente
orgánico) y expresión de cáscara de naranja de la especie Citrus maxima (Burm.)
Merr. Familia Rutaceae.
● Determinar la actividad antioxidante del aceite esencial obtenido de cáscara de
naranja de la especie Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae, que fue
obtenido por los métodos anteriormente mencionados.
6
1.4 Justificación e importancia de la investigación
La generación de biorresiduos en el subsector de transformados vegetales es importante sobre
todo en cuanto a su volumen o cantidad, ya que se incluyen en esta clasificación los restos de la
materia prima que son desechados en el proceso de elaboración de transformados vegetales bien
por destríos iniciales, bien por descartes en la adecuación del producto o materias primas agotadas,
además de productos que no tienen la calidad comercial. En resumen, el porcentaje de estos puede
ser elevado. (Moreno, 2015)
La industria alimentaria muestra un gran interés por el aprovechamiento de los residuos y
subproductos. “Los residuos agroindustriales poseen un alto potencial para ser aprovechados en
diferentes procesos que incluyen elaboración de nuevos productos, aportar valor agregado a los
productos originales y recuperar condiciones ambientales alteradas”. (Yury Alexandra Vargas
Corredor, 2017) El tratamiento de los subproductos representa una fuerte demanda para el
procesamiento de frutas industrial, que produce toneladas de material de desecho, tales como
cáscaras, semillas, fibras y hojas. Por otra parte, el tratamiento de residuos representa costos
significativos y a menudo se deducen mal por las empresas.
La obtención de una adecuada y basta tecnología que permita transformar estos residuos y
subproductos orgánicos en productos que generen un beneficio económico y medioambiental, es
clave para obtener su máximo potencial, y no simplemente la alimentación animal de forma
directa o su gestión final a vertedero.
Algunas tecnologías más destacables acorde a este tipo de residuos, se puede dirigir hacia
diversos tipos de industria como es la industria alimentaria (humana y animal), farmacéutica,
química etc., mediante la obtención de compuestos de interés a partir de los residuos y
subproductos (p.ej., polifenoles, vitaminas, compuestos aromáticos...).Algunos de estos son de
naturaleza conocida, aunque existen otros muchos que esperan su identificación y posterior
explotación por la industria para elaborar productos novedosos y competitivos en el mercado.
Desde el árbol de naranja las personas no sólo se benefician del fruto, este árbol produce una
serie de productos que son utilizados por la industria, así, a partir de flores de naranja, es producido
por destilación, un aceite esencial llamado neroli utilizado en perfumería, mezclado con esencias
de naranjas, limones y lavanda, que forma parte de la composición de las colonias. Otro
componente utilizado en la industria de perfume es un aceite esencial de Petitgrain, obtenido a
7
partir de las ramas y las hojas del árbol de naranja, y que también se utiliza en aromaterapia para
calmar dolores y proporcionar mayor claridad a la mente.
En la industria alimentaria, los aceites de cáscara de naranja son empleados como saborizantes.
Otros productos obtenidos son pectinas, corteza caramelizada y productos para la alimentación del
ganado. Las naranjas amargas no se utilizan para comer directamente porque no son sabrosas
debido a que son demasiado amargas. Ellas participan habitualmente en la mermelada de naranja
amarga. (Botanical-online, s.f.)
Muchos consumidores exigen alimentos sin lo que ellos perciben como productos químicos
artificiales y perjudiciales, incluyendo muchos usados como antimicrobianos y conservantes en
los alimentos. En consecuencia, el interés por los antimicrobianos más naturales, no sintéticos,
como posibles alternativas a los antimicrobianos convencionales para extender la vida útil y los
patógenos transmitidos por los alimentos ha aumentado.
Las industrias alimentarias intentan evitar la oxidación de los alimentos utilizando diferentes
técnicas, que van desde el envasado hermético al vacío hasta el uso de sustancias con propiedades
antioxidantes. La mayoría de los productos grasos tienen sus propios antioxidantes naturales,
aunque muchas veces estos se pierden durante el procesado (refinado de los aceites, por ejemplo),
pérdida que debe ser compensada de forma artificial. (C & Torre, 2003). Los aceites esenciales
son productos naturales que pueden tener actividad antioxidante, su composición y actividad
contribuyen a mejorar la calidad de los alimentos y extender la vida útil de éstos, retardando la
oxidación lipídica y producción de la rancidez. (Olmedo A. y., 2015)
En el presente estudio se pretendió añadir un valor agregado a la naranja, por la aplicación
potencial que se puede dar a la cáscara a partir de la extracción y comercialización de su aceite
esencial. Se comparó entre dos métodos de extracción que permitan aprovechar de manera más
favorable la cáscara residual de la elaboración de jugo de naranja todo esto con el fin de obtener
un subproducto de aceite esencial de cáscara de naranja y así aportar con datos estadísticos que
contribuyan a la comunidad científica y lograr extender el campo de investigación demostrando
que se puede obtener beneficios económicos y ambientales para la industria.
8
Capítulo II
2. Marco teórico
2.1. Antecedentes de la investigación
La industria de los cítricos genera un residuo constante representado en las cáscaras.
Tradicionalmente se hacen tratamientos para extracción de pectina del albedo, que se emplea
como gelificante en otras industrias, pero muchas empresas simplemente desechan las
cáscaras por medios tradicionales. “Las técnicas de extracción de aceites esenciales, además
de ofrecer una alternativa adicional de aprovechamiento del producto para fines comerciales,
disminuyen la carga de compuestos hidrófobos en las aguas residuales, entre otras clases de
descargas de residuos. Se emplean técnicas de arrastre con vapor de agua, presión en frío,
destilación al vacío e incluso extracción supercrítica”. (Villa, 2004)
Con respecto a la producción de cítricos en Ecuador durante el año 2015, tenemos la
cantidad de 47,075,000 toneladas producidas, con una disminución de 3.81% con relación a
2014, según los últimos datos de producción mundial publicados por USDA (2012- 2015),
el punto máximo se alcanza en 2013, con 52,082,000 toneladas producidas, mientras que
2015 compone el año de menor producción del período analizado. Brasil sigue siendo el
principal productor de naranja en el mundo. La tendencia de la producción es a la baja,
durante todo el período de análisis. (Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y
Pesca (MAGAP), 2016)
En la actualidad la industria alimentaria elabora jugo de naranja el mismo que al finalizar
su elaboración solo se aprovecha el jugo resultante del prensado del fruto. La cáscara
resultante considerada como residuo se da en gran cantidad, se suele amontonar al aire libre,
para emplearlo como abono, el cual no es aprovechado o industrializado, pudiendo ser
tomado en cuenta como material de estudio.
La variedad de naranja utilizada en la Corporación La Favorita C.A especie identificada
como Citrus máxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae, es oriunda de Colombia, la misma
que posee gran cantidad de jugo obteniendo un mayor porcentaje de rendimiento comparado
con la naranja nacional aproximadamente un 45% más de jugo y 10°Brix.
Los cítricos en todo su contexto constituyen un género de plantas rico en contenido de
vitaminas, carotenoides, fibra y compuestos fenólicos, flavanonas, antocianinas y ácido
9
hidrocinámico, los cuales están distribuidos en las plantas que ofrecen propiedades
funcionales y son responsables del color, flavor y sabor de muchas plantas. (Ordoñez-
Gomez, Reátegui-Díaz, & Villanueva-Tiburcio, 2017). Residuos de cáscara de naranjas
dulces y amargas, limones y mandarinas han probado ser fuente importante de ácidos
fenólicos y flavonoides, principalmente polimetoxiflavonas (PMFs), flavanonas, y
flavanonas glicosiladas. De otro lado, algunos estudios han argumentado que los flavonoides
agliconas exhiben una mayor capacidad antioxidante y eficiencia para captar radicales que
sus respectivos glucósidos. (Domínguez, 2016)
El aceite esencial de naranja tiene una marcada estabilidad antioxidante y antimicrobiana
que se atribuye a la presencia de α-tocoferol y D-limoneno; pero esta actividad antioxidante
no sólo puede atribuirse exclusivamente a un componente especifico, sino a una actividad
sinergista de los compuestos que tiene este aceite. (R. Solís-Silva, 2018)
Las flavanonas, flavonas y flavonoles son los flavonoides presentes en los cítricos.
Aunque las flavonas y los flavonoles se han encontrado en bajas concentraciones en
comparación con las flavononas, han mostrado ser potentes antioxidantes, secuestradores de
radicales libres o agentes que contribuyen a la acción anticancerígena y cardioprotectora,
entre otras. Para sustituir aditivos sintéticos tales como hidroxianisol butilado (BHA) y
hidroxitolueno butilado (BHT), debido a sus efectos cancerígenos (Ak y Gülcin, 2008) y
efectos tóxicos, los compuestos naturales han recibido mucho interés en los últimos años.
Entre estos compuestos, el extracto fenólico de cáscara de naranja parecía ser una interesante
alternativa. En efecto, los cítricos deben su actividad biológica en gran medida a la presencia
de fenoles y flavonoides, metabolitos secundarios de las plantas que se oxidan fácilmente,
por lo que constituyen potentes antioxidantes. (Domínguez, 2016)
Los aceites esenciales de cítricos se aplican ampliamente en la industria alimentaria como
la columna vertebral de sabores cítricos. Dentro de los usos como antioxidante natural de los
aceites mejorar la calidad de los alimentos y extender la vida útil de éstos, retardando la
oxidación lipídica y producción de la rancidez. Resultando un alimento con las mismas
propiedades iniciales por mayor tiempo. Otorgando un mínimo e imperceptible cambio en el
sabor, flavor y valor nutricional.
10
Desafortunadamente, debido a la composición química relativamente simple y enormes
contradicciones de precios entre las especies de cítricos, la adulteración ha estado plagando
la industria desde sus inicios.
2.2. Fundamentación teórica
2.2.1. Aceite Esencial
Es una mezcla de componentes, producto del metabolismo secundario de las plantas, en
cuya composición intervienen fracciones volátiles, como son: terpenos (C5H8), compuestos
oxigenados (alcoholes, ésteres, éteres, aldehídos) y compuestos fenólicos, todos estos son
los que transmiten a los aceites el aroma que los caracteriza.
Por otro lado, las esencias comprenden dos fracciones, una volátil y otra no volátil; por
lo tanto, se habla de esencia en el caso del producto obtenido por el método de expresión, y
de aceite esencial al producto obtenido mediante destilación por arrastre de vapor.
(Stashenko, 2009). La tabla 1 recoge la clasificación de los aceites esenciales.
Tabla 1. Clasificación de aceites esenciales.
Criterio Clasificación Definición
Origen
Naturales
Se obtienen directamente de
la planta y no se someten
posteriormente a ninguna
modificación física o
química: p.e esencias de
plantas aromáticas y flores.
Artificiales
Se obtienen a través de los
procesos de enriquecimiento
de la misma esencia con uno
de sus componentes
principales, o son la mezcla
de varias esencias naturales,
por ejemplo, esencia de anís
enriquecida con anetol.
Sintéticos Mezclas de diversos
productos químicos
obtenidos sintéticamente.
11
Calidad
Crudos
No se les ha agregado mayor
valor y se utilizan como
materia prima para velas,
artículos de aseo y limpieza e
incluso insecticidas,
papelería o juguetería de
plástico.
Refinados
Los aceites esenciales
purificados o de alta calidad,
tienen mayor valor agregado
y son utilizados en la
industria alimentaria,
farmacéutica, cosmética y de
perfumes.
Fuente: (Albaladejo Meroño, 1999)
Tabla 2. Principales especies del género Citrus utilizadas en la industria de aceites
esenciales.
ESPECIE ORIGEN CARACTERÍSTICAS
BOTÁNICAS
CULTIVARES
Limoneno
Citrus limón, (L)
Burman.
Birmaria
septentrional
Árbol de la talla media o grande,
ramas con espinas fuertes. Hojas
de color verde pálido. Flores de
color rosa-violáceo. Frutos
alargados o más o menos
redondeados de corteza
ligeramente rugosa. Pulpa de
tono amarillo rica en zumo de
sabor ácido. Presenta semillas.
Feminello: común,
sfusato, continella,
flor de naranjo,
Sta. Teresa,
Monachello,
Lunario e
interdonato
Naranjo amargo
Citrus aurantium,
L.
Sureste
asiático
Árbol de mediana talla, con
ramas espinosas, hojas medianas,
ovales y provistas de pecíolo
alado.
Flores grandes blancas,
hermafroditas y muy
perfumadas. Frutos de piel espesa
rugosa de intenso color naranja
Bouquetier
12
en la madurez con numerosas
semillas y pulpa ácida amarga.
Naranjo dulce
Citrus sinensis, L.
Osbeck
Indochina Árbol de altura media cima
redondeada, ramas con espinas
delgadas, flexibles
Pigmentadas:
Moro, Taroco,
Sanginela,
Sangrina.
Rubias: Común,
Belladona,
Navelina, Oval,
Valencia late,
Salustiana y
Navelate.
Naranjo
clementina
Citrus clementine,
Hort.
Argelia Común, Monreal y
Oroval.
Mandarino
Citrus reticulata,
Blanco.
Asia Avana y Tardío
Pomelo
Citrus paradisi,
McFayden
Duncan, Ruby,
Thompson y
Marsh seedless
Lima dulce
Citrus limetta,
Risso.
Dulce romana y
Palestina
Cidra
Citrus medica, L.
India Cedro de diamante
Bergamoto
Citrus bergamia,
Risso.
Canarias Fantástico,
Femminello,
Castagnaro.
Fuente: (Albaladejo Meroño, 1999)
2.2.2. Distribución de aceites esenciales en su estado natural
Los aceites esenciales se encuentran muy difundidos en el reino vegetal, de las 295
familias de plantas, de 60 a 80 producen Aceites Esenciales, entre las cuales 38 crecen en los
trópicos, 8 en los climas templados y tropicales, 17 en clima templado y 24 familias de
plantas habitan en diferentes climas.
13
Los aceites esenciales se obtienen tanto de plantas cultivadas como de plantas silvestres,
principalmente las plantas que contienen aceites esenciales se encuentran en las fanerógamas
distribuidas en unas sesenta familias como: compuestas, labiadas, lauráceas, mirtáceas,
rosáceas, rutáceas, umbelíferas, pináceas.
La cantidad y la composición del aceite esencial varían de una especie a otra y dentro de
los mismos géneros de la planta. Se encuentran en la planta entera o en diferentes partes de
la planta, como se encuentra en la ilustración 1.
Ilustración 1. Distribución de aceites esenciales
En forma más extensa se muestra la distribución de los aceites esenciales en diferentes partes
de la planta, y en diferentes plantas así:
● En flores: árnica, clavo de olor, manzanilla, pietro, tomillo, geranio, jazmín, rosa,
ylang-ylang, neroli, lavanda, albahaca, etc.
● En cáscara (pericarpio) de frutos: limón, mandarina, naranja, bergamota.
● En tallo y hojas: ajenjo, canela, caparrapi, cedrón, citronela, eucalipto, hierbabuena,
limoncillo, patchouli, quenopodio, toronjil, albahaca, mejorana, menta, romero,
salvia, petitgrain, etc.
● En las raíces: angélica, azafrán, cúrcuma, galanga, jengibre, sasafrás, cálamo,
sándalo, valeriana, vetiver, etc.
● En la corteza: canela, cedro, pino, eucalipto, abeto, ciprés.
● Frutos: alcaravea, cilantro, laurel, nuez moscada, perejil, pimienta, etc.
● En semillas: comino, anís, cardamomo, eneldo, hinojo, cítricos etc. (Cadavid, 2010,
pág. 17)
14
2.2.3 Composición química de los aceites esenciales
La composición química de los aceites esenciales cítricos está influenciada por varios
factores, como las diferencias genéticas entre variedades y especies, que son los principales
determinantes de la composición y el contenido de aceites esenciales. Los factores
ambientales, tales como el tipo de suelo, las prácticas agronómicas, etapas de madurez, y
tipos de clima pueden contribuir a las variaciones cuantitativas en el contenido de aceites
esenciales; además, podrían afectar la actividad biológica de los aceites (Jing, 2014). Los
aceites esenciales cítricos contienen una gran cantidad de terpenos hidrocarbonados; sin
embargo, estos compuestos no contribuyen mucho al sabor y aroma del aceite. Además, son
inestables cuando se exponen al calor o la luz y la solubilidad del todo el aceite en el alcohol
disminuye. A causa de esto, a fin de estabilizar el producto final, estos tipos de compuestos
deben ser eliminados. Además, la fracción oxigenada proporciona mucho el sabor intenso
característico de aceites esenciales de cítricos los cuales se componen principalmente de
alcoholes, aldehídos, cetonas, y ésteres (Lopez, 2003).
2.2.4. Rendimiento y naturaleza química de aceites esenciales
La producción de esencias tiene un rendimiento muy bajo, de hecho, para obtener unos
gramos de esencia, se necesita gran cantidad de vegetal. Cuando se hace uso de un aceite
esencial se debe tener en cuenta que se trata de un producto extractivo (obtenido por
extracción directa de la planta) cuya concentración rara vez supera el 1 % del peso de la
planta seca. Ello significa que sí se va a emplear 1 g de aceite esencial, en realidad se está
empleando cerca de 100 g de planta seca, lo cual representa una dosis muy considerable. La
mayoría de las plantas contienen de 0,01 a 10% de contenido de aceite esencial. (Cadavid,
2010, pág. 18) La mayoría de ellos, son mezclas muy complejas de sustancias químicas. La
proporción de estas sustancias varía de un aceite a otro, y también durante las estaciones, a
lo largo del día, bajo las condiciones de cultivo y su genética. El término quimiotipo alude a
la variación en la composición del aceite esencial, incluso dentro de la misma especie. Un
quimiotipo es una entidad químicamente distinta, que se diferencia en los metabolitos
secundarios. (Anonimo, s.f)
15
2.2.5. Propiedades físicas de los aceites esenciales
✓ Los aceites esenciales son volátiles y son líquidos a temperatura ambiente.
✓ Recién destilados son incoloros o ligeramente amarillos.
✓ Su densidad es inferior a la del agua.
✓ Casi siempre son dotados de poder rotatorio, tienen un índice de refracción
elevado.
✓ Son solubles en alcoholes y en disolventes orgánicos habituales, como éter o
cloroformo, y alcohol de alta gradación.
✓ Son liposolubles y muy poco solubles en agua, pero son arrastrables por el
vapor de agua. (Anónimo, s.f)
2.2.6. Propiedades químicas de los aceites esenciales.
Los componentes de los aceites se clasifican en terpenoides y no terpenoides.
➢ No terpenoides. En este grupo están presentes sustancias alifáticas de
cadena corta, sustancias aromáticas, sustancias con azufre y sustancias
nitrogenadas. No son tan importantes como los terpenoides en cuanto a sus usos
y aplicaciones.
➢ Terpenoides. Son los más importantes en cuanto a propiedades y
comercialización.
2.2.7. Métodos de obtención de aceites esenciales.
Según la variedad del material vegetal, parte de la planta a emplear y estabilidad del aceite
esencial que se pretenda obtener, se emplean diversos procedimientos físicos y químicos de
extracción, donde su correcta aplicación será lo que determine la calidad del producto final.
Sin embargo, en materia de rendimiento es importante establecer que ninguna cantidad de
mejoras en los aspectos tecnológicos compensará la mala calidad del material vegetal.
(Cadavid G. d., 2010)
Industrialmente, el aceite esencial de naranja se produce a partir de la cáscara de naranja
a través del método de prensado en frío. Existen diferentes procedimientos para la reducción
de compuestos indeseables, como terpenos hidrocarbonados (incluyendo limoneno), que
convencionalmente puede reducirse mediante destilación al vacío. La extracción por
solventes, y cromatografía de adsorción (O’Bryan, 2008).
16
Durante la destilación al vacío, es difícil indicar límites generales definidos para la
obtención de las propiedades fisicoquímicas de las fracciones concentradas porque estos
dependen del grado de concentración, las condiciones de funcionamiento, la tecnología
aplicada, las proporciones relativas de los componentes oxigenados de origen, y los factores
económicos (Lopez, 2003). Comercialmente, los principales grados de doblado disponibles
son de 2 a 5 veces para aceites de mandarina y lima, 2-10-veces de limón y pomelo, aceites,
y 2-20 veces para aceite de naranja. Los aceites doblados son menos propensos a la
oxidación, tienen una alta solubilidad en agua, y tienen cualidades organolépticas altas
(López-Muñoz, 2014). La tabla 3 reporta los métodos de extracción utilizados para obtención
de aceite esencial.
Tabla 3. Métodos de extracción de aceite esencial.
Tipo de Método Procedimiento Productos obtenidos
➢ Métodos
directos
- Expresión (Extrusión)
- Exudación
Aceites esenciales cítricos
Gomas, resinas, bálsamos
➢ Destilación - Directa
- Arrastre de vapor de agua
- Destilación-maceración
(liberación enzimática de
agliconas en agua caliente)
Aceites esenciales y aguas
aromáticas
➢ Extracción
con solventes
- Solventes volátiles
- Solventes fijos (grasas y
aceites)
- Extracción con fluidos en
estado supercrítico.
Infusiones y resinoides
alcohólicos
Concretos y absolutos
Absolutos de pomadas
Absolutos de enflorados
(Cadavid G. d., 2010, pág. 55)
2.2.7.1 Destilación por arrastre de vapor de agua
Se lleva a cabo con la vaporización selectiva del componente volátil que se encuentra
en una mezcla. Se logra a través de la inyección de vapor de agua directamente en la mezcla,
denominándose, vapor de arrastre. En realidad, el componente volátil se condensa en el
17
matraz formando otra fase inmiscible que cederá su calor latente a la mezcla a destilar para
lograr su evaporación.
La condición más importante en este tipo de destilación es que el componente volátil sea
insoluble en agua ya que el producto destilado formará dos capas al condensarse (orgánica y
acuosa), lo cual permitirá la separación del producto y del agua fácilmente. (H. A. Peredo-
Luna, 2009, pág. 26)
2.2.7.2. Método por expresión en frío
También conocida como Técnica del Prensado. Usada para obtener los aceites
esenciales cítricas, que se obtienen de cáscaras y cortezas, se puede mencionar la naranja,
mandarina, pomelo, limón, etc. En la actualidad se usan máquinas especializadas que
ejercen presión sobre estos frutos.
2.2.8. Uso de los aceites esenciales en la Industria Alimentaria
Se emplean para condimentar carnes preparadas, embutidos, sopas, helados, queso, etc.
Los aceites más empleados por esta industria son el Cilantro, Naranja y Menta, entre otros.
También son utilizados en la preparación de bebidas alcohólicas y no alcohólicas,
especialmente refrescos. Con respecto a esta utilidad se puede citar las esencias extraídas del
naranjo, limón, mentas e hinojo, entre otros. Estas esencias también se emplean en la
producción de caramelos, chocolates y otras golosinas. (Anónimo, s.f)
Además, la aplicación de antioxidantes juega un papel importante en la inhibición de las
reacciones oxidativas en diversos productos como es la oxidación de lípidos en productos
cárnicos, se puede citar el salami (Luis Eduardo Cardona Henao, 2009). Las consecuencias
de la oxidación de lípidos en los alimentos pueden afectar de manera directa a la calidad del
producto como la modificación en el sabor, aroma y textura, rancidez oxidativa de las grasas,
producción de sustancias tóxicas, disminuir su valor nutricional, por lo que reduce la
seguridad de consumo del alimento. Por otra parte, estos podrían prevenir enfermedades
relacionadas con el estrés oxidativo en el cuerpo humano (Liu, 2012). La aplicación de
antioxidantes sintéticos, como el butilhidroxianisol (BHA), hidroxitolueno butilado (BHT),
ha provocado la aparición de efectos secundarios significativos, por ejemplo: El
butilhidroxianisol (BHA) ó E320 es capaz de modular el efecto de ciertos carcinógenos sobre
animales de experimentación, potenciando o inhibiendo su acción, en función del
18
carcinógeno de que se trate. Butilhidroxitoluol (BHT) ó E321 es capaz de modificar la acción
de ciertos carcinógenos. El BHT a dosis muy altas, produce lesiones hemorrágicas en ratas
y ratones, esto puede ser debido fundamentalmente a que interfiere con el metabolismo de la
vitamina K, cuya carencia son especialmente sensibles estos roedores. Tertbutil-
hidroquinona (TBHQ) o E319 5 dosis de 5g es letal para el humano, tiene efectos en el hígado
a dosis muy bajas. Debido a esto se explica el creciente interés en la búsqueda de
antioxidantes naturales (Olmedo R. N., 2014).
2.2.9. Naranja, materia prima en la industria cítrica
La naranja, fruta de alto contenido vitamínico, se cosecha en un lapso de cerca de seis
meses; al principio de la temporada su sabor es relativamente ácido y al final muy dulce. Las
plagas y enfermedades que atacan a las plantaciones de naranjo son muy diversas y afectan
las hojas, ramas, frutos, troncos e incluso las raíces.
Los derivados principales del cítrico son los siguientes:
a) aceites esenciales: se emplean en las industrias de perfumes, dulces, alimentos y
farmacéutica;
b) jugo: por su alto contenido de nutrientes, se comercializa como jugo fresco,
pasteurizado, concentrado, pulposo y clarificado, así como concentrado en polvo, de una
tonelada de naranja se obtienen, por ejemplo, 20 galones de concentrado a 65 grados Brix;
1.95 kg de aceite esencial;
c) mermeladas y jaleas,
d) cáscara deshidratada para alimento de ganado (100 kg de alimento para ganado de
una tonelada de naranja);
e) Obtención de pectinas.
2.2.10. Propiedades de los cítricos y beneficios
Los cítricos se caracterizan por sus frutos grandes que contienen grandes cantidades de
vitamina C, limonoides, flavonoides y ácido cítrico. El ácido cítrico- C3H4OH(COOH)3-es
un componente que proporciona su característico sabor amargo.
La presencia de los limonoides (limonin y nomilin) y flavonoides (limoneno, el citral,
citronelal, linalol, nerol, etc.) les dan los sabores profundos. Por ejemplo, las flores de naranja
son conocidos por su peculiar aroma conocido como aroma de azahar. Estos aromas naturales
19
pueden ser extraídos y utilizados en un uso industrial para la preparación de los perfumes y
aromas.
Son precisamente estos fitoquímicos que dan a estas plantas sus propiedades medicinales
características, son reconocidos como muy buenos antioxidantes capaces de neutralizar los
radicales libres y prevenir el desarrollo de células cancerosas.
Dentro de los cítricos, la mayoría de los fitoquímicos son numerosos flavonoides con altas
cantidades de carotenoides (como el betacaroteno), la rutina, la hesperidina, luteína,
zeaxantina, licopeno, etc. La vitamina C que la mayoría de estas frutas proporcionan, además
de ser un potente antioxidante, ha sido utilizado desde siempre por sus propiedades
antiescorbúticas y para mejorar la recuperación y síntomas en enfermedades tales como
resfriados y gripe. (Botanical-online, s.f.)
2.2.11. Actividad Antioxidante
Las flavanonas, flavonas y flavonoles son los flavonoides presentes en los cítricos.
Aunque las flavonas y los flavonoles se han encontrado en bajas concentraciones en
comparación con las flavononas, han mostrado ser potentes antioxidantes, secuestradores de
radicales libres o agentes que contribuyen a la acción anticancerígena y cardioprotectora,
entre otras. Estos compuestos tienen aplicación en la estabilización de los alimentos debido
a su habilidad de protegerlos contra la peroxidación, dadas estas propiedades que pueden
aportar dichos compuestos, se plantea la alternativa de utilizarlos como antioxidantes
naturales en grasas y aceites. Por su actividad antioxidante y sus excelentes funciones
biológicas, algunos autores los refieren como sustitutos de los antioxidantes sintéticos
existentes, pudiendo aportar beneficios tecnológicos, científicos, nutricionales y
medicinales. La propiedad antioxidante de algunos flavonoides es determinada por la
estructura o-dihidroxi en el anillo B, el 2,3 doble enlace en conjunción con la función 4-oxo
y la presencia de ambos grupos hidroxilados en posición 3 y 5 (Mario José Moreno Álvarez,
2004)
Butilhidroxianisol (BHA)®y butilhidroxitolueno (BHT)®, son antioxidantes sintéticos
tradicionalmente utilizados en la industria alimenticia con una gran demanda por contar con
características de efectividad, bajo costo y alta estabilidad. Sin embargo, en los últimos años
su uso se ha visto disminuido debido a la sospecha de ser carcinogénicos y a su posible
mutagenicidad (Namiki, 1990).
20
Recientemente se ha presentado un gran interés en la industria alimenticia y en la
medicina preventiva por la búsqueda de antioxidantes naturales principalmente por aquellos
obtenidos de extractos vegetales. La tendencia de los consumidores por adquirir productos
naturales que para tener esta característica requieren de antioxidantes naturales que
sustituyan a los tradicionalmente utilizados (Cuvelier y col., 1994).
Actualmente la industria alimenticia puede disponer de un antioxidante natural obtenido
de extractos de Rosmarinus officinallis L. El aceite esencial de naranja tiene una marcada
estabilidad y oxidación que se atribuye a la presencia de a-tocoferol encontrado en el flavedo
(L Vargas-Arispuro). La ilustración 2 detalla la estructura del cítrico.
Ilustración 2. Estructura del fruto cítrico (SPECIALE.IT, 2017)
2.2.12 Descripción botánica de la naranja.
Ilustración 3. Naranja (hydrofert.it, s.f.)
21
La ilustración 3, corresponde al fruto de naranja.
★ Nombre científico: Citrus maxima (Burm.) Merr.
★ Nombre vulgar: Naranja dulce
★ Familia botánica: Rutaceae
★ Origen: Asia tropical y subtropical
★ Características del fruto: Frutos de color anaranjado verdoso, ovoide. Su fruto es
un hesperidio, característico del género. Fruto carnoso de cubierta más o menos
endurecida. (GBIF, 2018)
2.3. Fundamento legal.
Para el desarrollo de esta investigación se hizo uso de la siguiente reglamentación.
➢ Constitución de la República del Ecuador
Expedida por la Asamblea Constituyente-Montecristi 2008
Publicada: Registro Oficial No. 440
Fecha de publicación 20-oct-2008
Sección segunda
Ambiente sano
Art. 15.- El Estado promoverá, en el sector público y privado, el uso de tecnologías
ambientalmente limpias y de energías alternativas no contaminantes y de bajo impacto. La
soberanía energética no se alcanzará en detrimento de la soberanía alimentaria, ni afectará el
derecho al agua. Se prohíbe el desarrollo, producción, tenencia, comercialización,
importación, transporte, almacenamiento y uso de armas químicas, biológicas y nucleares,
de contaminantes orgánicos persistentes altamente tóxicos, agroquímicos internacionalmente
prohibidos, y las tecnologías y agentes biológicos experimentales nocivos y organismos
genéticamente modificados perjudiciales para la salud humana o que atenten contra la
soberanía alimentaria o los ecosistemas, así como la introducción de residuos nucleares y
desechos tóxicos al territorio nacional.
22
➢ Ministerio del Ambiente
Libro VI del texto unificado de legislación secundaria del ministerio del ambiente de la
calidad ambiental
Almacenamiento de residuos/desechos no peligrosos. - Toda operación conducente al
depósito transitorio de los desechos y/o residuos sólidos, en condiciones que aseguren la
protección al ambiente y a la salud humana. Acumulación de los desechos y/o residuos
sólidos en los lugares de generación de estos o en lugares aledaños a estos, donde se
mantienen hasta su posterior recolección.
Aprovechamiento de residuos no peligrosos.- Conjunto de acciones o procesos
asociados mediante los cuales, a través de un manejo integral de los residuos sólidos, se
procura dar valor a los desechos y/o residuos reincorporando a los materiales recuperados a
un nuevo ciclo económico y productivo en forma eficiente, ya sea por medio de la
reutilización, el reciclaje, el tratamiento térmico con fines de generación de energía y
obtención de subproductos o por medio del compostaje en el caso de residuos orgánicos o
cualquier otra modalidad que conlleve beneficios sanitarios, ambientales y/o económicos.
2.4. Hipótesis
2.4.1. Hipótesis alternativa (Hi):
El aceite esencial, subproducto de la cáscara de naranja de la especie Citrus maxima
(Burm.) Merr., tiene mayor rendimiento y actividad antioxidante obtenido por el método de
expresión en comparación al método por arrastre de vapor.
2.4.2. Hipótesis nula (Ho):
El aceite esencial, subproducto de la cáscara de naranja de la especie Citrus maxima
(Burm.) Merr., tiene menor rendimiento y actividad antioxidante obtenido por el método de
expresión en comparación al método por arrastre de vapor.
2.5. Sistema de variables
El presente plan de investigación consta de dos etapas:
23
2.5.1. ETAPA 1: Extracción del aceite y perfil cromatográfico.
La extracción de aceite esencial de cáscara de naranja fresca de la especie Citrus maxima
(Burm.) Merr. Familia Rutaceae, se dio mediante dos métodos: destilación por arrastre de
vapor (con y sin solvente orgánico) y expresión en frío, posteriormente se analizó el extracto
en cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas.
2.5.1.1. Variables dependientes.
• Rendimiento del aceite
• Calidad del aceite: parámetro determinado por el proceso de cromatografía de
gases.
• Caracterización organoléptica y fisicoquímica del aceite extraído.
2.5.1.2. Variables independientes.
• Tiempo de extracción
• Tipo de solvente
• Tamaño de la muestra
• Método de extracción
2.5.2 ETAPA 2: Caracterización del aceite y evaluación de actividad antioxidante
El análisis de parámetros de caracterización del aceite extraído incluye las propiedades
sensoriales (color, olor y textura) dentro de las características fisicoquímicas se consideró
densidad, índice de refracción, índice de peróxidos y rotación óptica.
Al aceite extraído se le evaluó la actividad antioxidante para cada método de extracción
realizado, mediante el método del radical DPPH en el cual se utilizó al Trolox como estándar
de referencia.
2.5.2.1. Variable dependiente.
Porcentaje de inhibición
2.5.2.2 Variables independientes.
• Tipo de muestra (aceite obtenido de los diferentes métodos)
• Concentración de la muestra
24
Capítulo III
3. Metodología de la investigación
3.1. Diseño de la investigación
El presente trabajo de investigación tuvo un enfoque científico experimental denominado
paradigma cuantitativo o positivista, debido a que representó una serie de procesos
secuenciales. En las preguntas de investigación se planteó las hipótesis y variables, se
estableció un diseño para comprobarlas, se midieron las variables y analizaron las
mediciones obtenidas utilizando métodos estadísticos, lo cual ayudo a concluir con respecto
a las hipótesis.
El nivel de investigación se definió como correlacional, ya que se deseaba conocer la
relación existente entre dos o más variables en un problema en particular y medir, cuantificar
y analizar la relación de las distintas variables.
Los tipos de investigación considerados son:
Investigación bibliográfica o documental; que estudia los procesos con el propósito de
profundizar y ampliar el conocimiento sobre un tema en particular con el apoyo de trabajos
de investigación previos e información de medios electrónicos o impresos. (PNP, 2013)
Investigación de laboratorio; desarrollada en un lugar donde se puede controlar las
variables de forma artificial. (sf, 2017)
3.2. Población:
En el presente estudio se describió como población a la especie Citrus maxima (Burm.)
Merr. Familia Rutaceae, la muestra fue la cáscara de naranja del fruto de dicha especie.
La muestra fue tomada de una población de 400-700 toneladas de cáscara por día de
producción.
3.3. Muestra:
Grupo de unidades extraídas de un lote, que sirva para obtener la información necesaria
que permita apreciar una o más características del lote, lo cual servirá de base para tomar una
decisión sobre dicho lote o sobre el proceso que lo produjo. (INEN 1 750, 2012). La muestra
entregada fue de 2 a 3 kg.
25
3.4. Materiales y reactivos
3.4.1. Materiales.
● Vaso de precipitados de 50 mL.
● Balones de aforo de 100 mL, 10 mL.
● Tubos de ensayo.
● Gradilla
● Probeta de 10 mL.
● Papel aluminio.
● Papel film
● Guantes
● Frascos ámbar de 50 mL.
3.4.2. Equipos.
● Balanza analítica.
● Balanza de platos.
● Equipo de extracción por arrastre de vapor para aceites esenciales.
● Cocineta.
● Refrigerador.
● Cromatografía de gases acoplado a masas (cg-em). Agilent Tecnologies.
● Refractómetro de abbé
● Polarímetro
● Espectrofotometro (Varian Cary ® 50 Bio UV-vis)
3.4.3. Reactivos.
● Hexano 96%.
● Agua destilada.
3.4.3.1. Actividad antioxidante
● Metanol 96%
● DPPH (1,1-difenil-2-picril-hidracilo)
26
3.5. Metodología
El proyecto de investigación se encuentra dividido en dos etapas:
Etapa 1:
Obtención de aceite esencial de cáscara de naranja fresca de la especie Citrus maxima
(Burm.) Merr. Familia Rutaceae, por dos métodos de extracción: arrastre de vapor (con y sin
solvente orgánico) y expresión en frío.
Caracterización del aceite obtenido por métodos como: características organolépticas
(color, olor y textura) y fisicoquímicas (densidad, índice de peróxidos, índice de refracción,
rotación óptica) y cromatografía de gases acoplado a espectrofotometría de gases.
Etapa 2:
Evaluación de la actividad antioxidante del aceite esencial de cáscara de naranja fresca de
la especie Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae, a partir del aceite de mejor
calidad, mediante el método del radical DPPH en el cual se utilizó como estándar de
referencia Trolox.
3.5.1. Procedimiento
3.5.1.1. Etapa I: Extracción del aceite esencial.
• Obtención de la muestra.
Se utilizó como materia prima 200g de 3 kg en cada extracción de cáscara de naranja
fresca de la especie Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae, recolectada del proceso
posterior de elaboración de jugo de naranja de una empresa de alimentos. La inlustración 4
detalla la muestra antes de ser sometida al proceso de producción.
Ilustración 4. Muestra de la especie Citrus maxima (Burm,) Merr, Familia Rutaceae
27
• Identificación de la especie.
Se obtuvo el fruto de naranja proveniente de una empresa de alimentos para
posteriormente ser entregado al Herbario Alfredo paredes de la UCE y obtener la
identificación de la especie. (Anexo 5)
• Preparación de la muestra para extracción
Posterior recepción de la cáscara luego de la producción de jugo de naranja se procedió
a retirar el endocarpio ya sin pulpa, luego se cortó para pesar e introducir la muestra en el
balón del equipo de extracción por arrastre de vapor. La ilustración 5, describe la
preparación de la muestra para la extracción.
Ilustración 5. Preparación de la muestra para la extracción.
• Extracción por arrastre de vapor
El material vegetal fresco fue sometido al siguiente proceso:
● Se armó el equipo de extracción.
● Antes de comenzar la extracción, se agregó 2mL de hexano en el embudo de
separación del equipo Clevenguer, el cual recolectará el aceite esencial.
● Se colocó la muestra en un balón de 1L añadiendo además 800mL de agua destilada
junto con núcleos de ebullición.
● Se extrajo el aceite esencial por 2 horas aproximadamente.
● Durante la extracción se extrajo el agua en exceso, evitando que el equipo se llene.
● Al finalizar la extracción se midió y recolectó en un frasco ámbar el hexano con el
aceite esencial.
● Se evaporó el solvente orgánico a temperatura ambiente.
● Se almacenó a 8 °C.
28
● El porcentaje de rendimiento se determinó después de que el proceso recolecto
aproximadamente 20 fracciones del aceite esencial.
● Repetir el proceso anterior sin utilizar solvente orgánico.
• Método de expresión
El material vegetal fresco se sometió al siguiente proceso:
● Se eliminó de manera manual el endocarpio y material extraño de la cáscara evitando
perder flavedo (donde se encuentran las glándulas oleíferas).
● Se pesó la muestra (cáscara fresca) antes de iniciar la expresión.
● Se realizó el prensado en placas de acero inoxidable.
● Se recolectó el aceite esencial obtenido en frascos ámbar de tapa rosca.
● Se almacenó el extracto a 8 C.
● El porcentaje de rendimiento se determinó después de que el proceso recolectó
aproximadamente 20 fracciones de aceite esencial.
La ilustración 7, muestra la prensa hidráulica para el proceso de expresión en frío.
Ilustración 7. Prensa hidráulica
Ilustración 6. Equipo Clevenguer
29
• Porcentaje de rendimiento
Se tomó en cuenta los mililitros extraídos de aceite esencial hasta agotamiento de la
muestra en cada proceso y se relacionó con la cantidad de cáscara inicial.
Ecuación 3.1: cálculo del porcentaje de rendimiento.
• Análisis cromatográfico
La ilustración 8, muestra el equipo de cromatografía de gases acoplado a
espectrofotometría de masas.
Ilustración 8. Equipo de cromatografía de gases acoplado a espectrofotometría de
masas.
• Una vez obtenido el aceite, se ajustó el equipo de cromatografía de gases
acoplado a espectrofotometría de masas a las condiciones de aceites esenciales.
• Las muestras se agregaron en frascos de cromatografía en 2 mL de hexano y se
realizaron las corridas durante una hora aproximadamente.
• Se determinó los componentes en el aceite, mismos que se observan en las
tablas 4.8, 4.9 y 4.10 respectivamente.
• Características organolépticas
En cada frasco de aceite esencial mediante análisis sensorial se determinó olor, color
y textura mediante el uso de los sentidos.
%R =𝑚L 𝑜 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎í𝑑𝑜
𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑣𝑒𝑔𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
30
• Características fisicoquímicas
• Densidad: Se realizó la determinación de la densidad en un picnómetro de 1
ml de capacidad. En donde se pesó el picnómetro vacío, posteriormente con
muestra y se realizó el cálculo respectivo finalmente. La ilustración 9, expone
a un picnómetro de 1mL y 5mL respectivamente.
Ilustración 9. Picnómetro de 1mL vs 5mL
• Índice de peróxidos: se pesó de cada muestra de aceite 0,5 g en un matraz
erlenmeyer. Posteriormente se adicionó 30 mL de una mezcla ácido acético
glacial: cloroformo (3:2), se agitó bien la disolución y se agregó 0,5 mL de una
solución saturada de yoduro de potasio. Se dejó reposar por 1 min con
agitación, y se añadió 30 mL de agua destilada. Se procedió a titular con
tiosulfato de sodio 0,0956 N con agitación vigorosa, se añadió 0,5 mL de
almidón se continuó la titulación agitando vigorosamente hasta que
desaparezca el color azul. Se corrió un blanco de reactivos. Finalmente se
calculó el índice de peróxidos de acuerdo con la ecuación 3.2.
Ecuación 3.2: cálculo del índice de peróxidos.
Donde:
1000 = Referencia de 1000 g de muestra.
M = Molaridad de la solución de tiosulfato de sodio.
a = Mililitros de solución de tiosulfato de sodio gastados en la titulación de la muestra.
b = Mililitros de solución de tiosulfato de sodio gastados en la titulación del blanco.
m = Peso de la muestra en gramos.
𝟏𝟎𝟎𝟎𝑴[(𝒂 − 𝒃)/𝒎]
31
• Índice de refracción: se utilizó un refractómetro de ABBÉ, se ajustó la escala
colocando de 1 a 2 gotas de agua destilada con la ayuda de una jeringa en la
superficie del prisma principal. Posteriormente se realizó la medición de índice
de refracción colocando la muestra en el centro de la superficie del prisma
secundario, se cerró cuidadosamente y se observó por el ocular. Con cuidado
se giró la perrilla de compensación de color hasta observar una línea clara y
definida en el campo de visión. Finalmente se lee la escala. La ilustración 10,
muestra al refractómetro de Abbé acoplado a baño de 21°C.
Ilustración 10. Refractómetro de Abbé acoplado a baño de 21°C.
32
• Rotación óptica: para la determinación se utilizó un polarímetro, en primera
estancia se calibró el equipo llenando un tubo de1 dm con agua destilada y se
realizó la lectura hasta observar 0.00°. Se realizaron diluciones con una
concentración de (10g/100mL), previamente a la realización de la lectura. Se
lleno un tubo de 1 dm con cada dilución de las muestras respectivamente. Se
procedió a la lectura con cada de las muestras para determinación de la rotación
óptica a una temperatura de 21 °C. Se efectuó 3 lecturas por cada muestra. La
ilustración 11, exhibe al polarímetro con lámpara de sodio.
Ilustración 11. Polarímetro con lámpara de sodio.
Ecuación 3.3. Determinación de rotación óptica
Donde:
a = Rotación observada corregida, en grados, a la temperatura t, a la longitud de onda λ.
l = Longitud del tubo del polarímetro en decímetros.
c = Concentración de la solución expresada en gramos de la sustancia por cada 100 mL de
la solución.
[𝜶]𝝀𝒕 =
100𝑎
𝑙𝑐
33
3.5.1.2. Etapa II: Evaluación de la actividad antioxidante del aceite esencial.
• Método del radical DPPH.
Se preparó una solución patrón de 2,2-difenil-1-picril hidrazilo (DPPH) en metanol
grado analítico por lo que se pesó 3mg del reactivo y se aforó a 50mL, se conservó en la
oscuridad durante 15 min hasta su uso. Se realizó un barrido espectral con la solución
preparada para determinar la longitud de onda máximo, la cual fue de 517 nm.
• Curva de calibración
Preparación del estándar Trolox
Se realizó una solución madre para lo cual se pesó 0,9 mg de reactivo Trolox y se
aforó a 10 ml con metanol grado analítico, a continuación, para la curva de calibración se
realizaron diluciones tomando alícuotas de la solución madre presentados en la tabla 3.1 en
tubos de ensayo cubiertos de papel aluminio.
Tabla 4. Volúmenes para la curva de calibración con Trolox.
Volumen Trolox
(uL) (0,09 mg/mL)
Volumen DPPH
(mL)
(0,06 mg/mL)
Volumen metanol
(mL)
0 Blanco 1,5 2,500
1 25 1,5 2,475
2 75 1,5 2,425
3 100 1,5 2,400
4 150 1,5 2,350
Los tubos preparados se sometieron agitación a 200 rpm durante 30 minutos y se
realizó las lecturas de absorbancia a 517nm, este procedimiento se repitió hasta encontrar
una curva de calibración con coeficiente de correlación lo más cercano a 1.
• Condiciones espectrofotométricas
El estándar para la calibración del método es el TROLOX (6-hydroxy2,5,7,8-
tetramethylchroman-2-carboxylic acid) el solvente utilizado fue metanol.
34
Posterior a la obtención de la longitud de onda máxima se procedió a realizar la curva
de calibración obteniendo los datos de la tabla 4.11, los mismos que sirvieron más adelante
de base para el uso de las muestras de aceite obtenidas por arrastre de vapor con y sin solvente
y expresión en frío.
Barrido espectrofotométrico
La curva de calibración se realizó utilizando el Trolox en una concentración de 0,09
mg/mL a un rango de longitud de onda de barrido de 400-600 nm, obteniendo la longitud de
onda máxima de 517 nm (Ilustración 4.1), rango de luz visible del espectro electromagnético.
Ilustración 12. Longitud de onda máxima para el estándar Trolox.
Preparación de la muestra de aceite esencial.
Previo al análisis del aceite se preparó una solución con cada una de las muestras
provenientes de los distintos tratamientos. De cada muestra se pesó 20 mg y se aforo a 100
mL con metanol de grado analítico y posteriormente se tomaron alícuotas de 5mL y fueron
aforadas a 10 mL (se repitió este paso 2 veces más, para lograr concentraciones de 100, 50,
25 mg/mL). Posteriormente cada disolución fue colocada en tubos de ensayo cubiertos con
papel aluminio para evitar exposición a la luz y se siguió el orden que muestra la tabla 3.2.
35
Tabla 5. Volúmenes de las muestras de aceite.
Soluciones Volumen de aceite
(mL)
Volumen DPPH
(mL)
Volumen metanol (mL)
0 Blanco 3 1,5
1 1 3 1,5
2 1 3 1,5
3 1 3 1,5
4 1 3 1,5
Los tubos ya preparados se agitaron a 200 rpm durante 30 minutos, posteriormente se
realizó la lectura de las absorbancias utilizando celdas de cuarzo. Se realizaron 7 lecturas
por cada muestra para veracidad de los resultados.
Finalmente se realizó el cálculo del porcentaje de inhibición con la formula a continuación:
Ecuación 3.4 Cálculo del porcentaje de inhibición.
3.5.2. Diseño experimental
En el presente proyecto de investigación se pretende aplicar un ADEVA, ya que en la
etapa 1 para la obtención del aceite esencial la muestra (cascara de naranja) pasa por tres
tratamientos (arrastre de vapor con y sin solvente orgánico) y expresión en frio, luego se
realiza una caracterización organoléptica y fisicoquímica, finalmente se realizó un análisis
en cromatografía de gases acoplado a espectrofotometría de gases. Posteriormente en la etapa
2, se realizó el análisis de actividad antioxidante del aceite obtenido por los tres tratamientos
antes mencionados.
% 𝐼𝑁𝐻𝐼𝐵𝐼𝐶𝐼O𝑁=%𝐼= (𝐴− 𝐴1) /𝐴 *100 A = Absorbancia del blanco
A1 = Absorbancia del sistema (muestra)
36
3.5.2.1. Etapa I. Extracción y caracterización del aceite
En esta etapa el aceite esencial de naranja fue extraído por tres métodos los cuales
fueron: extracción por arrastre de vapor con y sin solvente orgánico, y expresión en frío. Se
realizó una comparación de sus niveles haciendo uso de análisis de varianzas (ADEVA).
La hipótesis nula establece que la media del rendimiento es igual que la hipótesis
alternativa establece que es diferente con respecto a cada método de extracción.
• Arrastre de vapor con y sin solvente orgánico.
Hipótesis nula: 𝑯𝒐: 𝑈1 = 𝑈2 = 𝑈3 = 𝑈4 = 𝑈5 = 𝑈6. . . . . . . . . . . . . . . = 𝑈16
Hipótesis alternativa: 𝑯𝒊: 𝑈1 ≠ 𝑈2 ≠ 𝑈3 ≠ 𝑈4 ≠ 𝑈5 ≠ 𝑈6. . . . . . . . . . . . . . . . . . ≠ 𝑈16
• Expresión en frío
Hipótesis nula: 𝑯𝒐: 𝑈1 = 𝑈2 = 𝑈3 = 𝑈4 = 𝑈5 = 𝑈7
Hipótesis alternativa: 𝑯𝒊: 𝑈1 ≠ 𝑈2 ≠ 𝑈3 ≠ 𝑈4 ≠ 𝑈5 ≠ 𝑈7
3.5.2.1.1. Operacionalización de las variables Etapa I.
Tabla 6. Operacionalización de las variables Etapa I.
FACTOR O
VARIABLE
NIVELES INDICADOR
(VARIABLE
DEPENDIENTE)
Cascara de naranja ✓ Tratamiento 1
✓ Tratamiento 2
✓ Tratamiento 3
Cantidad de extracción
(mL de aceite por cada
100g de muestra).
37
3.5.2.1.2. Factores y dominio experimental de la etapa I.
Codificación factores (variable independiente)
✓ Cáscara de naranja: FACTOR A
Tipos de extracción:
✓ Arrastre de vapor con solvente orgánico = AS
✓ Arrastre de vapor sin solvente orgánico = AW
✓ Expresión en frio = EX
Tabla 7. Factores y niveles experimentales de la etapa I.
FACTOR CODIFICACIÓN
Niveles
A Cáscara de naranja AS
AW
EX
El factor y niveles son analizados mediante un análisis de varianzas (ANOVA) en
cada bloque, siendo el factor la cáscara de naranja con sus niveles.
38
Tabla 8. Tabla para recolección de datos en la etapa I.
Aceite esencial extraído por los siguientes métodos:
Arrastre de vapor con solvente
orgánico.
(mL/100 g de muestra)
Arrastre de vapor sin solvente
orgánico.
(mL/100 g de muestra)
Expresión en frio.
(mL/100 g de muestra)
AS1 AW1 EX1
AS2 AW2 EX2
AS3 AW3 EX3
AS4 AW4 EX4
AS5 AW5 EX5
AS6 AW6 EX6
AS7 AW7 EX7
AS8 AW8 EX8
AS9 AW9 EX9
AS10 AW10 EX10
AS11 AW11 EX11
AS12 AW12 EX12
AS13 AW13 EX13
AS14 AW14 EX14
AS15 AW15 EX15
AS16 AW16 EX16
AS AW EX
DESV.S DESV.S DESV.S
✓ Caracterización del aceite
En esta etapa no se aplicó un diseño experimental debido a que se consideró parámetros
de caracterización tales como: densidad, índice de refracción, rotación óptica, índice de
peróxidos y cromatografía de gases acoplado a espectrofotometría de masas. También se
consideró los mg de aceite por cada 100 gramos de muestra obtenidos el cálculo del
porcentaje de rendimiento.
39
3.5.2.2. Etapa II. Evaluación actividad antioxidante del aceite.
El método del radical DPPH se realizó teniendo como variable independiente la
muestra de análisis (cáscara de naranja) y como variable respuesta la actividad antioxidante
(porcentaje de inhibición frente al radical DPPH), se realizó una comparación entre los
porcentajes de inhibición del radical libre del aceite (las muestras de aceite obtenidas por los
distintos métodos de extracción) y el estándar de referencia utilizado como es el Trolox
mediante el diseño de varianza univariante.
3.5.2.2.1. Operacionalización de las Variables Etapa IV
Tabla 9. Operacionalización de las Variables Etapa IV
FACTOR O VARIABLE NIVELES INDICADOR
(VARIABLE
DEPENDIENTE)
FUENTE DE ACTIVIDAD
ANTIOXIDANTE
• Aceite esencial
obtenido por arrastre
de vapor con
solvente orgánico.
• Aceite esencial
obtenido por arrastre
de vapor con
solvente orgánico.
• Aceite obtenido por
expresión en frio.
Porcentaje de inhibición
frente al radical DPPH
40
3.5.2.2.2. Factores y dominio experimental de la etapa II
Codificación factor (variable independiente)
✓ Fuente de actividad antioxidante: FACTOR A
La fuente de actividad antioxidante a comparar es:
• Aceite esencial obtenido por arrastre de vapor con solvente orgánico: M
• Aceite esencial obtenido por arrastre de vapor sin solvente orgánico: N
• Aceite obtenido por expresión en frio: O
• Estándar de referencia Trolox: P
Tabla 10. Factores y niveles experimentales de la etapa II
FUENTE DE
VARIACIÓN
CODIFICACIÓN
Aceite de arrastre de
vapor con solvente
orgánico
Aceite de arrastre
de vapor sin
solvente orgánico.
Aceite de
expresión
en frio.
Estándar de
referencia
de Trolox.
Comparación M N O P
Tabla 11. Tabla de recolección de datos de la etapa II
ACEITE ESENCIAL
(Arrastre de vapor con y sin solvente orgánico
y expresión en frío) (% de inhibición de
radicales)
ESTÁNDAR DE REFERENCIA
Trolox
(% de inhibición de radicales)
Curva de
calibración
V(uL) Repeticiones Media V(uL) Repeticiones Media
Blanco 1 2 3 4 5 6 7 - Blanco 1 2 3 4 5 6 7 -
25 - - - - - - - - 25 - - - - - - - -
50 - - - - - - - - 50 - - - - - - - -
100 - - - - - - - - 100 - - - - - - - -
200 - - - - - - - - 200 - - - - - - - -
Se realizó en cada tratamiento una repetición de siete veces para veracidad de resultados y
se aplica un diseño univariante que compara la actividad antioxidante de los aceites
esenciales obtenidos frente a un estándar de referencia (trolox).
41
3.5.2.3. Técnicas de análisis e interpretación de resultados
Se realiza un análisis de variación unifactorial con un nivel de confianza del 95%.
Tabla 12. Modelo univariante
F.V. S.C. G.L. C.M. Fexp.
Factor A SCA a-1 CMA CMA/CMR
Residual SCR ab (r-1) CMR
TOTAL SCT abr - 1 CMT
La hipótesis nula establece que no hay diferencia significativa entre las fuentes de
actividad antioxidante (aceite esencial obtenido de arrastre de vapor con y sin solvente
orgánico y expresión en frio) y el estándar (trolox), mientras que la hipótesis alternativa
establece que si hay diferencia significativa.
Hipótesis nula: 𝑯𝒐: 𝑈1 = 𝑈2 = 𝑈3 = 𝑈4 = 𝑈5 = 𝑈6 = 𝑈7
Hipótesis alternativa: 𝑯𝒊: 𝑈1 ≠ 𝑈2 ≠ 𝑈3 ≠ 𝑈4 ≠ 𝑈5 ≠ 𝑈6 ≠ 𝑈7
3.6. Técnicas e instrumentos de recolección de datos (IRD).
Técnica de observación: Principalmente establece la relación de una señal emitida por un
instrumento utilizado durante la experimentación.
42
Capítulo IV
4. Análisis y discusión de resultados
En los resultados obtenidos durante las etapas de extracción, la recepción se realizó el
respectivo control de calidad de la materia prima (cáscara de naranja de la especie Citrus
maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae), la misma que debía ser fresca sin presentar
irregularidades y estar previamente limpia.
4.1. ETAPA I: Extracción del aceite esencial.
4.1.1. Mililitros de aceite esencial obtenido en los diferentes métodos de extracción.
La cantidad de aceite esencial, en mililitros obtenida por los métodos de extracción por
arrastre de vapor con y sin solvente orgánico y por expresión en frío se relacionan
respectivamente en la tabla 13.
Tabla 13. Mililitros de aceite esencial extraído.
Aceite esencial extraído por los siguientes métodos:
Arrastre de vapor con solvente
orgánico.
(mL/200 g de muestra)
Arrastre de vapor sin solvente
orgánico.
(mL/200 g de muestra)
Expresión en frio.
(mL/200 g de muestra)
AS1 1,8 AW1 1,8 EX1 1,9
AS2 1,9 AW2 1,7 EX2 1,8
AS3 1,7 AW3 1,8 EX3 1,9
AS4 1,8 AW4 1,9 EX4 1,9
AS5 1,9 AW5 1,7 EX5 1,9
AS6 1,8 AW6 1,8 EX6 2,0
AS7 1,9 AW7 1,8 EX7 2,0
AS8 1,9 AW8 1,9 EX8 2,0
AS9 1,8 AW9 1,8 EX9 1,9
AS10 1,7 AW10 1,8 EX10 1,8
AS11 1,8 AW11 1,9 EX11 1,9
AS12 1,8 AW12 1,8 EX12 1,8
AS13 1,8 AW13 1,7 EX13 1,8
AS14 1,7 AW14 1,8 EX14 1,9
AS15 1,9 AW15 1,8 EX15 1,9
AS16 1,7 AW16 1,8 EX16 1,9
AS 1,80 AW 1,80 EX 1,89
DESV.S 0,077 DESV.S 0,063 DESV.S 0,068
43
4.1.2. Porcentaje de aceite esencial extraído.
El cálculo del rendimiento se realizó mediante el uso de la ecuación 3.1. en donde se
obtuvieron los resultados reportados en la tabla 14.
Tabla 14. Porcentaje Rendimiento de aceite esencial obtenido en cada método de
extracción.
Aceite esencial extraído por los siguientes métodos:
Arrastre de vapor con solvente
orgánico.
(% Rendimiento)
Arrastre de vapor sin solvente
orgánico.
(% Rendimiento)
Expresión en frío.
(% Rendimiento)
AS1 0,90 AW1 0,90 EX1 0,95
AS2 0,95 AW2 0,85 EX2 0,90
AS3 0,85 AW3 0,90 EX3 0,95
AS4 0,90 AW4 0,95 EX4 0,95
AS5 0,95 AW5 0,85 EX5 0,95
AS6 0,90 AW6 0,90 EX6 1,00
AS7 0,95 AW7 0,90 EX7 1,00
AS8 0,95 AW8 0,95 EX8 1,00
AS9 0,90 AW9 0,90 EX9 0,95
AS10 0,85 AW10 0,90 EX10 0,90
AS11 0,90 AW11 0,95 EX11 0,95
AS12 0,90 AW12 0,90 EX12 0,90
AS13 0,90 AW13 0,85 EX13 0,90
AS14 0,85 AW14 0,90 EX14 0,95
AS15 0,95 AW15 0,90 EX15 0,95
AS16 0,85 AW16 0,90 EX16 0,95
AS 0,90 AW 0,90 EX 0,95
DESV.S 0,038 DESV.S 0,031 DESV.S 0,034
44
El análisis estadístico se realizó con un nivel de confianza del 95%, en donde se indica
que las medias de los distintos tratamientos difieren entre sí. Se realizó un análisis de
varianzas (ANOVA).
Ho: Las medias de los tratamientos son iguales.
Hi: Las medias de los tratamientos difieren entre sí.
Tabla 15. Análisis de varianza de un factor.
Origen de
las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados
de
libertad
Promedio
de los
cuadrados F Probabilidad
Valor
crítico
para F
Entre
grupos 0,022 2 0,011 9,043 0,000 3,204
Dentro de
los grupos 0,055 45 0,001
Total 0,077 47
El análisis de varianzas muestra una diferencia significativa en cuanto al rendimiento
de aceite esencial por arrastre de vapor y el método de expresión en frío, en donde prima este
último. La hipótesis nula se rechaza al ser Fcal>Ftab (F= 9,043, p>0.05), al demostrarse que las
medias de los tratamientos difieren entre sí, por lo tanto, se acepta la hipótesis alternativa.
45
4.1.3. Caracterización del aceite esencial
4.1.3.1. Características organolépticas
Posterior a la extracción por arrastre de vapor y expresión en frío y recolección del aceite
esencial se obtuvieron los siguientes resultados.
Tabla 16. Características organolépticas del aceite esencial extraído por arrastre de vapor.
Aceite extraído por arrastre de vapor con
solvente orgánico.
Aceite extraído por arrastre de vapor sin
solvente orgánico.
Color Olor Textura Color Olor Textura
AS1 Amarillo
pálido
Característico
Naranja
aceitosa AW1 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS2 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW2 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS3 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW3 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS4 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW4 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS5 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW5 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS6 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW6 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS7 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW7 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS8 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW8 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS9 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW9 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS10 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW10 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS11 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW11 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS12 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW12 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa
AS13 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW13 Amarillo
pálido Característico
Naranja aceitosa
AS14 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW14 Amarillo
pálido Característico
Naranja aceitosa
AS15 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW15 Amarillo
pálido Característico
Naranja aceitosa
AS16 Amarillo
pálido
Característico
Naranja aceitosa AW16 Amarillo
pálido Característico
Naranja aceitosa
46
Los aceites obtenidos por arrastre de vapor con y sin solvente orgánico tienen las
mismas características tanto en color, olor y textura.
Tabla 17. Características organolépticas del aceite esencial extraído por expresión en frío.
Aceite extraído por expresión en frío.
Color Olor Textura
EX1 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX2 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX3 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX4 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX5 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX6 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX7 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX8 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX9 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX10 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX11 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX12 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX13 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX14 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX15 Amarillo Característico Naranja aceitosa
EX16 Amarillo Característico Naranja aceitosa
El aceite obtenido por expresión en frío difiere en características organolépticas del
aceite obtenido por arrastre de vapor únicamente en el color, ya que este tiende a ser más
amarillento, en olor y textura mantienen similitud con el otro método.
47
4.1.4. Características fisicoquímicas.
Para cada análisis se tomó una muestra representativa del aceite extraído por cada
proceso.
4.1.4.1. Densidad
Para el cálculo de densidad se utilizó un picnómetro de 1 mL de capacidad y se
calibró previamente con agua destilada antes de iniciar la determinación.
La fórmula de cálculo fue la ecuación 4.1.
Ecuación 4.1 Determinación de densidad con picnómetro
Tabla 18. Determinación de densidad al aceite esencial
La densidad del aceite obtenido por arrastre de vapor con solvente orgánico es más
cercana al valor teórico que reporta la farmacopea de los Estados Unidos de México, siendo
este valor comprendido entre 0,842-0,850. Los valores por arrastre de vapor sin solvente
orgánico y expresión en frío se alejan mucho del rango, posiblemente debido a impurezas.
Peso de
picnómetro +
muestra (g)
Aceite obtenido por
arrastre de vapor con
solvente orgánico (g)
Aceite obtenido por
arrastre de vapor sin
solvente orgánico (g)
Expresión
en frío
(g)
Peso de picnómetro
vacío
4, 91
Determinación 1 5,77 5,82 5,82
Determinación 2 5,77 5,83 5,81
Determinación 3 5,76 5,82 5,82
Determinación 4 5,78 5,82 5,82
Media 5,77 5,82 5,82
Densidad (g/mL) 0,86 0,91 0,91
ρ =(𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 + 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎) − 𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑣𝑎𝑐í𝑜
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
48
4.1.4.2. Índice de refracción
Con las distintas muestras obtenidas se procedió a determinar el índice de refracción
en un refractómetro de ABBÉ, logrando los siguientes resultados:
Tabla 19. Determinación del índice de refracción.
T= 20,2 °C
Aceite obtenido por
arrastre de vapor con
solvente orgánico
Aceite obtenido por
arrastre de vapor sin
solvente orgánico
Expresión en frío
Determinación 1 1,454 1,472 1,471
Determinación 2 1,454 1,471 1,470
Determinación 3 1,445 1,470 1,471
Media 1,451 1, 471 1,470
Desv.S. 0,005 0.001 0.0006
Los índices de refracción obtenidos denotan una similitud entre el método por arrastre
de vapor sin solvente orgánico y por expresión en frio, estando estos valores comprendidos
en el rango de 1,470 – 1,476 reportado en la Farmacopea Herbolaria de los Estados Unidos
Mexicanos, mientras que el método por arrastre de vapor con solvente orgánico se aleja del
rango.
4.1.4.3. Índice de peróxidos
Para la determinación de índice de peróxidos se utilizó la ecuación 3.2. El índice de
peróxido expresa los miliequivalentes de oxígeno activo, la cantidad de peróxido contenido
en 1000 g de muestra.
Tabla 20. Determinación de peróxidos
Aceite obtenido por
arrastre de vapor con
solvente orgánico
Aceite obtenido por
arrastre de vapor sin
solvente orgánico
Expresión en frío
Masa muestra (g) 0,52 0,51 0,25
V(Na2S2O3) (mL) 0,25 0,30 0,19
V(blanco) (mL) 0,12 0,12 0,12
Índice de peróxidos 11,89 16,95 13,44
49
Los índices de peróxido obtenidos indican cierta variación en los aceites obtenidos en
los diferentes procesos, sin embargo, están dentro de las especificaciones en donde no se
permite más de 20, según la Farmacopea Herbolaria de los Estados Unidos Mexicanos.
4.1.4.4. Rotación óptica.
Las determinaciones de rotación óptica de las muestras se realizaron a una T= 22°C
utilizando tubos de polarímetro de 1dm. Se aplico la ecuación 3.3.
Tabla 21. Determinación de rotación óptica.
Aceite obtenido por
arrastre de vapor con
solvente orgánico
Aceite obtenido por
arrastre de vapor sin
solvente orgánico
Expresión en frío
Temperatura de
lectura (°C)
22
Rotación observada
a 1 9,4 9,8 9,7
a 2 9,4 9,7 9,7
a 3 9,5 9,8 9,8
Media 9,4 9,8 9,7
Rotación específica
[𝜶]𝝀𝒕
+94° +98° +97°
Los resultados obtenidos de las muestras de aceite reportan cumplir con el valor de
rotación óptica para aceite esencial de naranja que reporta (de +94° a +99°) según la
Farmacopea Herbolaria de los Estados Unidos Mexicanos.
4.1.4.5. Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas.
Se realizó el perfil cromatográfico en muestras de aceite esencial obtenidas de los distintos
métodos de extracción (Anexo 6), de las cuales se logró separar los compuestos constituyentes
del aceite esencial. La tabla 22, detalla los compuestos determinados por CG-EM en aceite
esencial de naranja extraído por vapor con solvente orgánico.
50
Tabla 22. Compuestos determinados por CG-EM en aceite esencial de naranja
extraído por arrastre de vapor con solvente orgánico.
Aceite esencial extraído por arrastre de vapor con solvente orgánico
N°
Comp.
Tiempo
de
retención
(min)
Probabilidad
(%)
Nombre
Formula
Estructura
1
4,53
0,78
α- Pineno
C10H16
2
5,39
0,55
Sabineno
C10H16
3
5,87
2,7
β- Mirceno
C10H16
4 6,20 0,88 Octanal C8H16O
5
7,43
91,65
Limoneno
C10H16
6 8,22 0,64 1-Octanol C8H18O
7
8,95
2,85
linalol
C10H18O
51
Tabla 23. Compuestos determinados por CG-EM en aceite esencial de naranja
extraído por arrastre de vapor sin solvente orgánico.
Aceite esencial extraído por arrastre de vapor sin solvente orgánico
N°
Comp.
Tiempo
de
retención
(min)
Probabilidad
(%)
Nombre
Formula
Estructura
1
4,55
0,88
α- Pineno
C10H16
2
5,42
0,74
Sabineno
C10H16
3
5,90
2,71
β- Mirceno
C10H16
4
6,22
2,71
β- Mirceno
C10H16
5
7,70
90,67
Limoneno
C10H16
6 8,38 0,94 1-Octanol C8H18O
7
9,08
2,86
linalol
C10H18O
52
Tabla 24. Compuestos determinados por CG-EM en aceite esencial de naranja
extraído por expresión en frio.
Aceite esencial extraído por expresión en frio
N°
Comp.
Tiempo
de
retención
(min)
Probabilidad
(%)
Nombre
Formula
Estructura
1
4,56
1,30
α- Pineno
C10H16
2
5,42
0,98
Sabineno
C10H16
3
5,90
4,30
β- Mirceno
C10H16
4
7,72
90,91
Limoneno
C10H16
5 8,35 0,45 1-Octanol C8H18O
6
9,03
1,41
linalol
C10H18O
7
11,79
0,65
Decanal
C10H20O
53
Los compuestos mayoritarios del aceite esencial corresponden a los monoterpenos,
es decir unidades terpénicas de 10 carbonos (C-10), tal como se observa en las tablas 22, 23
y 24 respectivamente, donde los monoterpenos limoneno, β- Mirceno, α- Pineno, linalol son
los más representativos, contribuyendo aproximadamente al 98% del total del aceite. Cabe
resaltar que la técnica de extracción por arrastre de vapor tiene un porcentaje relativamente
alto de monoterpenos los cuáles causan que el aceite se degrade de manera rápida. Es
importante considerar evaluar métodos en donde se obtengan sustancias volátiles de mayor
peso molecular, es decir aceites ricos en sesquiterpenos, unidades terpénicas de 15 carbonos
(C-15).
4.2. ETAPA II: Evaluación de la actividad antioxidante del aceite.
Para la evaluación de la actividad antioxidante se procedió a utilizar el método DPPH
descrito en el capítulo 3 en la sección 3.5.1.2.
4.2.1. Evaluación del porcentaje de inhibición en el estándar de referencia Trolox.
Tabla 25. Datos de la curva de calibración con Trolox
Volumen de Trolox
(µL)
Absorbancias de Trolox
1 2 3 Media
1 BLANCO 0,291 0,29 0,291 0,291
2 25 0,283 0,282 0,283 0,283
3 75 0,271 0,273 0,271 0,272
4 100 0,265 0,269 0,265 0,266
5 150 0,254 0,252 0,254 0,253
La media de las tres curvas de calibración dio como resultado un alto coeficiente de
correlación igual a R2 = 0,9979.
54
Ilustración 13. Curva de calibración del estándar Trolox.
El cálculo del porcentaje de inhibición se realizó mediante la ecuación 3.4, con los
datos obtenidos en la tabla 25.
Tabla 26. Porcentaje de inhibición de Trolox.
Volumen de Trolox (µL) Absorbancia % Inhibición
0 BLANCO 0,291 0,000
1 25 0,283 2,749
2 75 0,272 6,529
3 100 0,266 8,591
4 150 0,253 13,058
y = -0,0002x + 0,2895R² = 0,9979
0,25
0,255
0,26
0,265
0,27
0,275
0,28
0,285
0,29
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Ab
sorb
an
cia
Volumen (µL)
Curva de Calibracion estándar Trolox
Curva de Calibracion estándar Trolox
Lineal (Curva de Calibracion estándar Trolox)
55
Ilustración 14. Porcentaje de inhibición vs Volumen del Trolox µL.
4.2.2. Evaluación del porcentaje de inhibición en el aceite obtenido por arrastre
de vapor con solvente orgánico.
La muestra de aceite extraída por arrastre de vapor con solvente orgánico arrojó los
siguientes resultados que se observan en la tabla 27, las muestras fueron leídas en 7 repeticiones.
Tabla 27. Resultados de absorbancias del aceite obtenido por arrastre de vapor con
solvente orgánico.
Concentración
Muestra (µg/mL)
Absorbancias de muestras de aceite obtenido por
arrastre de vapor con solvente orgánico.
REPETICIONES
1 2 3 4 5 6 7
1 BLANCO 0,731 0,662 0,692 0,647 0,691 0,607 0,713
2 25 0,362 0,327 0,283 0,324 0,336 0,299 0,360
3 50 0,363 0,321 0,279 0,320 0,345 0,301 0,358
4 100 0,355 0,329 0,278 0,325 0,349 0,296 0,353
5 200 0,362 0,328 0,273 0,323 0,341 0,301 0,360
Se realizó el cálculo del porcentaje de inhibición mediante el uso de la ecuación 3.4
y = 0,0825x + 0,5154R² = 0,9979
0,0002,0004,0006,0008,000
10,00012,00014,000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
% I
nh
ibic
ion
Volumen de Trolox (uL)
% Inhibición vs Volumen de Trolox (uL)
% Inhibición vs Volumen de Trolox (uL)
Lineal (% Inhibición vs Volumen de Trolox (uL))
56
Tabla 28. Resultados del porcentaje de inhibición del aceite obtenido por arrastre de vapor
con solvente orgánico.
Cálculo de % Inhibición por arrastre de vapor con solvente orgánico
%
Inhibición
Concentración
Muestra
(µg/mL)
REPETICIONES
1 2 3 4 5 6 7
1 25 50,48 50,60 59,10 49,92 51,37 50,74 49,51 51,68
2 50 50,34 51,51 59,68 50,54 50,07 50,41 49,79 51,76
3 100 51,44 50,30 59,83 49,77 49,49 51,24 50,49 51,79
4 200 50,48 50,45 60,55 50,08 50,65 50,41 49,51 51,73
4.2.3. Evaluación del porcentaje de inhibición en el aceite obtenido por arrastre de
vapor sin solvente orgánico.
Tabla 29. Resultados de absorbancias del aceite obtenido por arrastre de vapor sin solvente
orgánico.
Concentración
Muestra (µg/mL)
Absorbancias de muestras de aceite obtenido por arrastre
de vapor sin solvente orgánico.
REPETICIONES
1 2 3 4 5 6 7
1 BLANCO 0,731 0,662 0,692 0,647 0,691 0,607 0,713
2 25 0,349 0,319 0,286 0,318 0,341 0,297 0,349
3 50 0,363 0,310 0,271 0,289 0,323 0,288 0,339
4 100 0,361 0,325 0,284 0,293 0,326 0,303 0,334
5 200 0,351 0,326 0,279 0,316 0,344 0,300 0,350
Se realizó el cálculo del porcentaje de inhibición mediante el uso de la ecuación 3.4
57
Tabla 30. Resultados del porcentaje de inhibición del aceite obtenido por arrastre de vapor
sin solvente orgánico.
Calculo del % Inhibición por arrastre de vapor sin solvente orgánico
%
Inhibición
Concentración
Muestra
(µg/mL)
REPETICIONES
1 2 3 4 5 6 7
1 25 52,26 51,81 58,67 50,85 50,65 51,07 51,05 52,34
2 50 50,34 53,17 60,84 55,33 53,26 52,55 52,45 53,99
3 100 50,62 50,91 58,96 54,71 52,82 50,08 53,16 53,04
4 200 51,98 50,76 59,68 51,16 50,22 50,58 50,91 52,18
4.2.4. Evaluación del porcentaje de inhibición en el aceite obtenido por expresión en frío.
Tabla 31. Resultados de absorbancias del aceite obtenido por expresión en frío.
Concentración
Muestra (µg/mL)
Absorbancias de muestras de aceite obtenido por
expresión en frío.
REPETICIONES
1 2 3 4 5 6 7
1 BLANCO 0,731 0,662 0,692 0,647 0,691 0,607 0,713
2 25 0,356 0,323 0,278 0,321 0,329 0,305 0,349
3 50 0,354 0,300 0,277 0,310 0,304 0,286 0,312
4 100 0,360 0,328 0,257 0,322 0,343 0,300 0,348
5 200 0,359 0,325 0,271 0,320 0,338 0,299 0,352
58
Tabla 32. Resultados del porcentaje de inhibición del aceite obtenido por expresión en frío.
Calculo de porcentaje de inhibición obtenido por expresión en frío.
%
Inhibición
Concentración
Muestra
(µg/mL)
REPETICIONES
1 2 3 4 5 6 7
1 25 51,30 51,21 59,83 50,39 52,39 49,75 51,05 52,27
2 50 51,57 54,68 59,97 52,09 56,01 52,88 56,24 54,78
3 100 50,75 50,45 62,86 50,23 50,36 50,58 51,19 52,35
4 200 50,89 50,91 60,84 50,54 51,09 50,74 50,63 52,23
Tabla 33. Comparación de porcentaje de inhibición de aceite obtenido de los tres
tratamientos vs estándar.
Porcentaje de inhibición de aceite
Estándar
Trolox
Concentración
Muestra (µg/mL)
Arrastre de
vapor con
solvente
orgánico (%)
Arrastre de
vapor sin
solvente
orgánico (%)
Expresión en
frío (%)
1 25 51,68 52,34 52,27 2,749
2 50 51,76 53,99 54,78 6,529
3 100 51,79 53,04 52,35 8,591
4 200 51,73 52,18 52,23 13,058
Los resultados reportan que no existe diferencia significativa entre la actividad antioxidante
del aceite esencial de naranja obtenido por tres métodos de extracción en la Ilustración 15, se
observa que las concentraciones utilizadas exceden el 50% de inhibición. La Ilustración 16
muestra, que el aceite tiene una gran capacidad antioxidante, especialmente los aceites obtenidos
por arrastre de vapor sin solvente orgánico y expresión en frío a la concentración de 50 µg/mL.
59
Ilustración 15. Porcentaje de inhibición de aceite vs concentración (µg/mL).
Ilustración 16. Porcentaje de inhibición de aceite y Trolox vs concentración (µg/mL).
50
51
52
53
54
55
56
0 50 100 150 200 250
% I
nh
ibic
ión
Conc (ug/mL)
Arrastre vapor con solv organico Arrastre vapor sin Solv Organico
Expresion en frio
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200 250
% I
nh
ibic
ión
Conc (ug/mL)
Arrastre vapor con solv organico Arrastre vapor sin Solv Organico
Expresion en frio % inhibición Trolox
60
4.2.5. Análisis estadístico de la actividad antioxidante
El análisis de la actividad antioxidante tuvo como finalidad evaluar el comportamiento de los
aceites obtenidos por diferente método de extracción y el estándar de referencia Trolox.
Tabla 34. Datos del porcentaje de inhibición de las fuentes de actividad antioxidante.
N°
Arrastre de
vapor con
solvente
orgánico (%)
Arrastre de
vapor sin
solvente
orgánico (%)
Expresión en
frío (%)
Estándar de
referencia
Trolox
1 51,68 52,34 52,27 2,749
2 51,76 53,99 54,78 6,529
3 51,79 53,04 52,35 8,591
4 51,73 52,18 52,23 13,058
Promedio 51,74 52,89 52,91 7,73
Desv. St. 0,05 0,82 1,25 4,30
El análisis estadístico se realizó con un nivel de confianza del 95%, en donde se observa que
las medias de porcentaje de inhibición de los distintos tratamientos no difieren entre sí, pero sí del
estándar siendo el porcentaje de inhibición del aceite mayor al estándar de referencia. Se realizó
un análisis de varianzas (ANOVA).
En donde se platearon las siguientes hipótesis:
Ho: El % de inhibición del aceite de cáscara de naranja obtenido por arrastre de vapor con y sin
solvente orgánico y por expresión en frío es igual al estándar Trolox.
Hi: El % de inhibición del aceite de cáscara de naranja obtenido por arrastre de vapor con y sin
solvente orgánico y por expresión en frío es igual al estándar Trolox.
61
Tabla 35. Análisis de varianza de un factor
Origen de las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Promedio
de los
cuadrados F Probabilidad
Valor
crítico para
F
Entre
grupos 6019,30 3,00 2006,43 387,66 0,00 3,49
Dentro de
los grupos 62,11 12,00 5,18
Total 6081,41 15,00
El análisis de varianzas evidencia una diferencia significativa en cuanto al porcentaje de
inhibición del aceite esencial con respecto al % de inhibición del estándar Trolox, en donde, el
porcentaje de inhibición del aceite es superior al % de inhibición del estándar Trolox. La hipótesis
nula se rechaza al ser Fcal>Ftab (F= 387,66, p>0.05), al demostrarse que las medias de los tratamientos
difieren entre sí, por lo tanto, se acepta la hipótesis alternativa.
62
Capítulo V
5.1. Conclusiones y Recomendaciones
5.2. Conclusiones
• En la determinación de la calidad de la materia prima de cáscara de naranja fresca, los parámetros
resultaron cumplir con lo requerido de acuerdo con la farmacopea herbolaria de los Estados Unidos
Mexicanos (tablas 16 y 17).
• La extracción del aceite se llevó a cabo con un rendimiento aproximado del 0,95 % (1,89 ± 0,068
mL/200 g) para el método de expresión en frío, mientras que para arrastre de vapor con solvente
resultó 0,90% (1,806 ± 0,077 mL/200 g) y sin solvente 0,90% (1,80 ± 0,063 mL/200 g)
respectivamente. Por lo tanto, el método de expresión en frío dio mayor rendimiento de aceite
esencial, en comparación con el método por arrastre de vapor.
• El aceite extraído se caracterizó midiendo la densidad, índice de refracción, índice de peróxidos y
rotación óptica (tablas 18,19,20 y 21). Los métodos de arrastre de vapor y expresión en frío
reportaron valores similares a la farmacopea herbolaria de los Estados Unidos Mexicanos.
• La caracterización de los aceites mediante cromatografía de gases acoplado a espectrometría de
masas (tablas 22 – 24) donde se evidenció la presencia de limoneno, β- Mirceno, α- Pineno,
linalol, siendo éstos los monoterpenos más representativos en el aceite obtenido por los tres
tratamientos.
• El análisis de actividad antioxidante mediante el método 1,1-difenil-2-picrilhidrazilo (DPPH),
(tabla 33) determinó que el aceite obtenido por arrastre de vapor sin solvente orgánico y
expresión en frío tienen el mayor porcentaje de inhibición con respecto al estándar Trolox,
siendo incluso superior. El porcentaje de inhibición del aceite obtenido por arrastre de vapor
con solvente orgánico también superó al porcentaje de inhibición del estándar.
• La actividad antioxidante del aceite obtenido por los dos métodos de extracción resulto
mayor al Trolox, utilizado como referencia, en cualquier concentración que se aplicara no
se observó diferencia significativa; por lo tanto, tiene la misma capacidad antioxidante a
cualquier concentración utilizada.
63
5.3. Recomendaciones
• Clarificar el aceite obtenido por el método de expresión en frío mejoraría la calidad de este, como
la densidad y color.
• Realizar un estudio de la actividad antimicrobiana del aceite extraído y posible aplicación en un
producto terminado, como antimicrobiano natural en la industria Alimenticia.
• Evaluar el efecto del aceite extraído como antioxidante natural en un producto terminado, pudiendo
utilizarse como conservante.
64
6. Bibliografía
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66
7. ANEXOS
Anexo 1. Esquema causa- efecto
67
Anexo 2. Matriz de Operacionalización de Variables
OBJETIVO GENERAL
Comparar 2 métodos de extracción para evaluar rendimiento, y actividad antioxidante del aceite esencial de cáscara de naranja de la
especie Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae.
ETAPAS DE ANÁLISIS
OBJETIVO ESPECÍFICO 1: Evaluar la calidad de la Materia prima utilizada (cáscaras).
PARÁMETROS DE ANÁLISIS DE CARACTERIZACIÓN DE ACEITE ESENCIAL
CARACTERÍSTICAS PARÁMETROS
CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS
• Color
• Olor
• Textura
ENSAYOS FISICOQUÍMICOS • Densidad
• Índice de refracción
• Índice de peróxidos
• Rotación óptica
• CG-EM
OBJETIVO ESPECÍFICO 2: Estudiar el aceite esencial obtenido por arrastre de vapor (con y sin solvente orgánico) y expresión de
cáscara de naranja de la especie Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae.
OBJETIVO ESPECÍFICO 3: Estimar el rendimiento del extracto obtenido de cáscara de naranja, es decir, la cantidad máxima por
medio de un proceso convencional a escala de laboratorio (arrastre de vapor) y otro no convencional (expresión).
68
FACTOR O VARIABLE DIMENSIÓN NIVEL INDICADOR
MÉTODO DE EXTRACCIÓN
Sistemas de extracción
(sólido-líquido)
• Arrastre de
vapor con y
sin solvente
orgánico
• Expresión en
frío.
TAMAÑO DE MUESTRA Peso capacidad del
balón de ebullición.
Unidad de medida
• 200 g
Rendimiento de extracción (mL de aceite
por cada 200 g de muestra).
OBJETIVO ESPECÍFICO 4: Determinar la actividad antioxidante del aceite esencial obtenido de cascara de naranja de la especie
Citrus maxima (Burm.) Merr. Familia Rutaceae, que fue obtenido por los métodos anteriormente mencionados.
FUENTE DE ACTIVIDAD
ANTIOXIDANTE
Grado de eficacia
comparativa
• Aceite
obtenido por
arrastre de
vapor con y
sin solvente
orgánico
• Aceite
obtenido por
expresión en
frío.
• Estándar de
referencia
Trolox.
Porcentaje de inhibición frente al radical
DPPH.
69
Anexo 3. Instrumento de Recolección de datos.
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
GUÍA DE OBSERVACIÓN
PROYECTO: Comparar 2 métodos de extracción para evaluar rendimiento, y actividad
antioxidante del aceite esencial de cáscara de naranja de la especie Citrus maxima (Burm.) Merr.
Familia Rutaceae. Objetivo: Recolección de datos para evaluación posterior de efectos y estadísticas relacionadas con
las variables propuestas.
Fecha
Nombre de
investigador
Muestra
Tratamiento
CONDICIONES DE EXTRACCIÓN
Arrastre de vapor con
solvente orgánico
Arrastre de vapor sin
solvente orgánico
Expresión en frío
Peso de la muestra Solvente
Tiempo de extracción Cantidad de aceite
(mL)
Porcentaje de rendimiento (%)
CONTROL DE CALIDAD
Color Olor
Textura
Índice de refracción Índice de peróxidos
Rotación óptica CG-EM
Actividad antioxidante (% de inhibición frente al radical DPPH)
MUESTRA DE ACEITE ESENCIAL (Arrastre de vapor con solvente orgánico) (absorbancias)
Referencia TROLOX (Absorbancias)
V(µL) Repeticiones Media V(µL) Repeticiones Media
V1 V1
V2 V2
V3 V3
V4 V4
V5 V5
Parámetros de calidad de materia prima
Definición
Descripción
Otras observaciones: ________________________________________________________
70
Anexo 4. Validación de la matriz de datos
71
72
Anexo 5. Autorización de propiedad de la muestra
Quito, 10 de noviembre de 2017.
Sr. Jorge Regalado
Sub Jefe de Aseguramiento de Calidad C.A. LA FAVORITA.
Presente. -
Yo Diana Estefanía Delgado Güiz con C.I. 1723617930 estudiante de la Universidad Central del
Ecuador de la Facultad de Ciencias Químicas solicito se me autorice tomar muestra de cáscara de
naranja posterior producción de jugo de la fruta perteneciente a la especie Citrus maxima (Burm.)
Merr. Familia Rutaceae, proveniente de su empresa, para utilizarla con fines investigativos.
Por la atención prestada al presente anticipo mis agradecimientos.
Srta. Diana Delgado Sr. Jorge Regalado
C.I. 1723617930 C.I. 1721324562
73
Anexo 6. Certificación de la muestra
74
Anexo 7. Perfiles cromatográficos de las muestras de aceite
Ilustración 7.1 Perfil cromatográfico del aceite esencial obtenido por arrastre de vapor con solvente orgánico.
75
Ilustración 7.2 Perfil cromatográfico del aceite esencial obtenido por arrastre de vapor sin solvente orgánico.
Ilustración 7.3 Perfil cromatográfico del aceite esencial obtenido por expresión en frío.
76
Anexo 8. Imágenes de la investigación por etapas.
ETAPA I
Ilustración 1. Tratamiento de la muestra previo a la extracción por arrastre de vapor.
Ilustración 2. Equipo de extracción Clevenger.
77
Ilustración 3. Aceite extraído por arrastre de vapor con y sin solvente orgánico.
Ilustración 4. Recuperación del solvente en equipo rotavapor.
78
Ilustración 5. Expresión en frío de la cáscara de naranja fresca.
Ilustración 6. Frascos ámbar para almacenamiento del aceite extraído.
79
Ilustración 7. Frascos ámbar para almacenamiento del aceite extraído.
Ilustración 8. Picnómetro de 1mL. Determinación de densidad del aceite extraído.
80
Ilustración 9. Determinación de índice de peróxidos.
Ilustración 10. Refractómetro de Abbé. Determinación de índice de refracción.
81
Ilustración 11. Polarímetro. Determinación de rotación óptica.
Ilustración 12. Equipo de CG-EM (Cromatografía de gases acoplado a
espectrofotometría de masas). Caracterización de los aceites.
82
ETAPA 11
Ilustración 13. Preparación de diluciones de estándar y muestras.
Ilustración 14. Agitación de tubos. Lectura de absorbancias.
