Aplicación de tecnologías en la extracción solido-liquido orientados a la agroindustria

Aplicación de tecnologías en la extracción solido-liquido orientados a la agroindustria.

Resumen

Este documento está estructurado con diferentes apartados con los cuales se intentará dar a conocer la investigación que se ha llevado a cabo. La extracción sólido-líquido es una operación unitaria empleada para separar uno o más componentes de una solución sólida, en este caso puede ser de frutas, semilla, entre otros, mismas que presenta un amplio uso dentro de la industria, en donde se emplea desde la obtención de aceites vegetales a partir de semillas hasta la metalurgia.

La elección del método está relacionada con los compuestos que se quiere extraer, pero hasta el día de hoy no se ha encontrado un método totalmente eficaz. Dentro de estos métodos se encuentra la utilización de disolventes orgánicos, aunque cabe resaltar que en los últimos años se han ido desarrollando nuevas tecnologías de extracción como: la extracción FULSE (extracción solido-liquido con ultrasonidos focalizados), la extracción por fluidos supercríticos y la extracción por microondas.

Palabras claves: extracción, disolventes, compuestos orgánicos, fluidos.

Application of technologies in the solid-liquid extraction oriented to agroindustry.

Abstract

This document is structured with different sections with which we will try to make known the research that has been carried out. Solid-liquid extraction is a unitary operation used to separate one or more components from a solid solution, in this case it may be from fruit, seed, among others, which has wide use within the industry, where it is employed from The production of vegetable oils from seeds to metallurgy.

The choice of method is related to the compounds to be extracted, but to date a totally effective method has not been found. Among these methods is the use of organic solvents, although it should be noted that in recent years new extraction technologies have been developed, such as: FULSE extraction (solid-liquid extraction with focused ultrasonics), extraction by supercritical fluids and Extraction by microwave.

Key words: extraction, solvents, organic compounds, fluids.

Introducción

El presente artículo, está orientado en la aplicación de tecnologías que sean eficientes durante la extracción de aceites vegetales, los cuales podrían relacionarse con la presencia de una variedad de mezclas que contienen compuestos bioactivos tales como lípidos, grasas, fotoquímicos, fragancias, pigmentos y sabores que son ampliamente utilizados en la agroindustria alimentaria y no alimentaria, en la industria farmacéutica y en la industria cosmética.

Para separar estos compuestos (solutos) de la fase sólida, ésta se pone en contacto con una fase líquida, ambas fases entran en contacto íntimo y el o los solutos se difunden desde el sólido a la fase líquida, lo que permite una separación de los componentes de su estructura natural original (Zapata, y otros, 2014). Este proceso se conoce como extracción solido-líquido y para realizarlo existen varios métodos. Un proceso importante es la extracción solido-líquido es de azúcar de las remolachas con agua caliente. Otros procesos muy utilizados consisten en la extracción de aceites vegetales, en los cuales se emplean disolventes orgánicos como hexano, acetona y éter, para extraer aceites de maní, soja, semillas de lino, ricino, girasol o algodón (Rojas, Marín, & Oropeza, 2010).

Se han desarrollado varias técnicas nuevas para la extracción de solutos de matrices sólidas, entre ellas se tiene la aplicación de ultrasonidos misma que produce una mayor penetración del disolvente en la matriz celular, una alteración de la estructura y por tanto una mejora en la transferencia de materia.

Así mismo se tiene la extracción asistida con microondas, la cual se emplea para la extracción a nivel industrial de la pectina, se extrae por hidrolisis ácida utilizando ácidos minerales fuertes, a altas temperaturas (60-90°C) y tiempo prolongado (1-6 h). Varios científicos han propuesto el uso de la energía del microondas para mejorar la eficiencia del proceso (Espert, Periche, Heredia, & Castelló, 2012).

Así mismo en los últimos años la extracción con fluidos supercríticos ha ido ganando aceptación como una alternativa a la extracción Soxhlet. En comparación con los disolventes orgánicos, líquidos y convencionales, los fluidos supercríticos tienen una difusividad más alta y menor densidad, viscosidad y tensión superficial. El CO2 es el disolvente más frecuentemente usado para la extracción con fluidos supercríticos debido a las siguientes ventajas: no es toxico inflamable, es seguro desde el punto de vista ambiental, ampliamente, bajo costo, una alta pureza y es idóneo para extraer compuestos orgánicos (Reinaldo , Villada , & Carrera, 2007).

TECNOLOGÍAS DE EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

En el campo de la extracción de aceites vegetales generalmente incluyen pesticidas, hidrocarburos aromáticos y fenoles, de matrices analíticas solidas de diverso tipo (suele, sedimentos, plantas, alimentos, entre otros) (Mateos, 2013), los cuales son empleados en la industria alimentaria. Según (Ruiz, 2012)“Se considera extracción al proceso fundamental por el cual un compuesto químico en una matriz, por ejemplo, de un alimento, se transfiere a un agente extractante”.

Históricamente este proceso se ha llevada a cabo mediante la extracción Soxhlet, aunque hoy en día se han encontrado alternativas para sustituir a dicho método de extracción. El modo de operación para todos los métodos de extracción consiste en un disolvente orgánico bajo la influencia de calor (y/o presión), que disuelve y difunde los compuestos orgánicos desde la matriz hasta el disolvente orgánico (Peredo, Palou, & López, 2009).

Extracción sólido-líquido

Cuando un disolvente inmiscible se añade a una muestra de alimento y se agita, primeramente, las partículas se hinchan por absorción y capilaridad y entonces ocurre la difusión del sólido hacia el disolvente, y en equilibrio estarán presentes en el disolvente en concentraciones proporcionales a sus constantes de partición. En los casos favorables, la mayoría de los componentes pueden ser extraídos en el disolvente (Firestone & Mossoba, 2001, págs. 4-8).

Debido a la elevada demanda de aceites y antioxidantes la industria alimentaria se ha visto en la obligación de buscar nuevas tecnologías que sean eficientes durante la extracción de dichos productos, los cuales podrían relacionarse con la presencia de una variedad de mezclas que contienen compuestos bioactivos tales como lípidos, grasas, fotoquímicos, antioxidantes, fragancias, pigmentos y sabores que son ampliamente utilizados en la agroindustria alimentaria y no alimentaria.

En la literatura consultada, las distintas metodologías propuestas para llevar a cabo la extracción de aceites vegetales difieren en cuanto a variables de operación tales como la temperatura, el tipo de disolvente, el tiempo de extracción y la relación soluto-disolvente (S-D) (Valdés, Cruz, & Comet, 2015). La combinación más apropiada de estos parámetros es fundamental para lograr mejores resultados en cuanto al contenido de compuestos bioactivos y otras sustancias antioxidantes.

PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO DE UN EXTRACTOR

El método de extracción debe ser el más adecuado para cada aplicación concreta. Las condiciones de extracción, tales como relación sólido-líquido, temperatura, tiempo, tipo de disolvente y concentración de disolvente influyen en la estabilidad de la extracción de aceites y agentes bioactivos

La temperatura de extracción de manera general influye de forma positiva en la operación de extracción. Esto es debido a que facilita la transferencia de masa, al aumentar la solubilidad del soluto en el disolvente.

La relación soluto-disolvente favorece grandemente las dos variables. Este comportamiento es esperado debido a que, mientras mayor sea esta relación, mejor es la transferencia de masa, puesto que así se puede aprovechar mejor la capacidad extractiva del disolvente, lo que evita la saturación temprana del mismo y por consiguiente lograr la mayor concentración del analito de interés.

El tiempo de extracción varían en un amplio rango, dependiendo dl tipo de soluto que va a ser extraído y de las condiciones de operación. Un periodo estático puede ser mantenido (1 min hasta 2 h) antes de que se establezca las condiciones dinámicas (15 min hasta 8 h), dependiendo principalmente de la cantidad de materia vegetal a procesar. Tiempos prolongados de procesamiento de los extractores sobre otras variables (tal como la presión).

Tamaño de partículas solidos es evidente que cuando más pequeñas sea, mayor es la superficie interfacial y más corta la longitud de los poros. Por lo tanto, mayor es la velocidad de transferencia sin embargo tamaños excesivamente pequeños pueden hacer que las partículas se aglomeren dificultando la extracción.  

EXTRACTOR SOXHLET

Su funcionamiento consiste en hacer hervir en le matraz el disolvente con el cual se va a extraer la materia sólida deseada que se encuentra en la muestra depositado en el cartucho del “soxhlet”. Los vapores del disolvente ascienden por el extractor y se condensan en el refrigerante cayendo gota a gota sobre el cartucho. La parte soluble pasa por gravedad al matraz. Otros extractores de soxhlet se construyen de tal modo que el disolvente llena la cámara de extracción y la disolución resultante es sifonada al matraz de destilación, el proceso se repite automáticamente hasta que la extracción es completa.

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