DISEO Y CONSTRUCCIN DE EQUIPOS DE EXTRACCIN CON FLUIDOS SUPERCRTICOS (EFS) Y ALGUNAS APLICACIONES EN ANLISIS DE ALIMENTOS Andrs F. Peralta-Bohrquez 1, Armando Reyes Najar 2, J avier A. Rangel-Mendoza 3, Alejandro Nivia-Quintero 4, Alvaro A. Mendoza-Garzn 5, Luis I. Rodrguez-Varela6,Fabin Parada-Alfonso 7* Universidad Nacional de Colombia. Bogot. Tel. 3165000, Ext. 14448 1-4,7 Facultad de Ciencias. Departamento de Qumica,5 Facultad de Ingeniera.Ingeniera Mecnica.aamendozag@unal.edu.co 6 Facultad de Ingeniera. Ingeniera Qumica.lirodriguezv@unal.edu.co *fparadaa@unal.edu.co; RESUMEN Elpresentetrabajoexponeeldesarrolloyconstruccindeunequipo,aescalade laboratorio, empleado en la obtencin de extractos desde fuentes vegetales, en el cual se realiza la extraccin con fluidos supercrticos (EFS). Dicho equipo permiti emplear como disolventedixidodecarbonoenprocesosdeextraccinrealizadossobrediferentes muestrasdeintersparalaindustriadealimentos(semillasdeguayaba,rizomasde jengibre, frutos de limoncillo llanero y caf tostado). Los resultados obtenidos ponen en evidencialopromisoriodesometeraEFSnuestrosrecursosagroindustrialesosus residuos, bien sea con fines analticos o en la bsqueda de imprimir valor agregado a los mismos. Palabras claves: Extraccin con Fludos Supercrticos, guayaba, jengibre, limoncillo llanero, caf tostado INTRODUCCIN Alsometerunasustanciapuraa condicionesdepresinytemperatura superioresalascrticasstase encuentraenlareginsupercrtica,lo cualleotorgaunascaractersticas especiales.Losfluidossupercrticos (tambinconocidoscomogasesdensos o lquidosdifusos) son una combinacin gas-lquidoconbuenaspropiedadesde transferenciademasa(bajaviscosidad, tensin superficial nula y alta difusividad, caractersticasde los gases) y de poder solvatante(inherentealoslquidos),lo cualhaestimuladosuaplicacincomo disolventes. Es de anotar que los valores detemperaturacrtica(Tc)ypresin crtica (Pc) son propios de cada sustancia (Luqueetal.1993),verdiagramade fases. FiguraI.Diagramadefasesdeunasustanciapura(PC:Punto crtico; PT: Punto triple) En la industria de alimentosel nmero deaplicacionestantoanivelanaltico comoindustrialdelatecnologade extraccin con fluidos supercrticos (EFS) haaumentado(RozziandSingh2002; Mendiola et al. 2007). En este campo el CO2 es el disolvente masempleadodebidoaquelos extractosobtenidosestnexentosde residuosdedisolvente(acondiciones normalessteesungas)yde transgresionestrmicasyoxidativas. Adems,elCO2noestxiconi inflamable,eseconmico,defcil consecucin y posee condiciones crticas fcilmentealcanzables(Tc:304.2K;Pc: 7.4MPa).Sinembargo,elcostodelos equiposhaimpedidoqueelnmerode usuarios de esta tecnologa aumente. Elpresentetrabajodescribela construccindeunequipodeEFS,que permiterealizarextraccionesconCO2 supercrticoaescaladelaboratorio. Dicho equipo se emple en el proceso de obtencin de extractos de inters para la industriadealimentosapartirde diferentes muestras, a saber: semillas de guayaba(Psidiumguajava),rizomasde jengibre(Zingiberofficinale),frutosde limoncillo llanero (Siparuna thecaphora) y caf tostado (Coffea arabica). Encuantoaltrabajorealizadosobre semillas de guayaba, al someter stas a la tcnica de EFS, fue posible obtener la respectivafraccingrasa,lacualse derivatiz(NaOHenMeOH-BF3)y analizporcromatografadegases acopladaaespectrometrademasas (CG/EM); de tal forma, se defini que las semillassonunafuentepromisoriade cidosgrasos,especialmentecido linoleico (Nivia et al. 2007). Encuantoalostrabajosrealizados sobrerizomasdejengibreyfrutosde limoncillo llanero, fue posible obtener los respectivosextractosmedianteEFSy comparardichatcnicadeextraccin contratcnicastradicionales;los extractosobtenidosmedianteEFS poseanaromascaractersticos (agradablesydelicadasfragancias ctricas). Porltimo,caftostadocalidad consumofuesometidoaEFS,los extractosobtenidosfueronsometidosa anlisissensorial;medianteelcualse determinquepresentaronunaroma caractersticoacaftostadocalidad exportacin. I.MATERIALES Y MTODOS. 2.1. Muestras Lassemillasdeguayabafueron proporcionadasporunafbricade bocadillosubicadaenBarbosa-Santander.Losrizomasdejengibre fueroncompradosenunsupermercado. Losfrutosdelimoncillollanerofueron recolectadosenlasafuerasde Villavicencio-Meta.Elcaftostado calidadconsumofueadquiridoenun supermercado. 2.2.ConstruccindelEquipode extraccin. Para ensamblar el extractor para EFS, anivelanaltico,fuenecesarioconstruir recipientesparaaltapresin.Dichos recipienteseranarmadosapartirde piezas de acero inoxidable mnimamente maquinadas que se sometan a procesos deexpansin-contraccintrmica.Una vezarmadoslosrecipientesparaalta presin, se logr construir un conjunto de extractores para EFS. 2.3. Mtodo de extraccin. Lamuestrasedepositabaenel recipiente extractor. Una vez alcanzadas las condiciones de trabajo (T y P), stas semantenanduranteuntiempode extraccinde1h;posteriormentese procedaadespresurizarelextractor obtenindoseelrespectivoextractolibre de disolvente. Enlatabla1serelacionala informacincorrespondientealas condicionesqueseprobaronenla obtencin de los extractos de semillas de guayaba,tantoporEFScomopor extraccinSoxhlet(seobtuvieroncuatro extractosconCO2supercrticoyun extracto mediante extraccin Soxhlet). Losrizomasdejengibrefueron sometidosaextraccinconCO2 supercrtico(40C,13.8MPa), extraccinporarrastreconvapory extraccinSoxhlet.Porsupartelos frutosdelimoncillollanerofueron obtenidos mediante EFS con CO2 (40 C, 13.8MPa)ymediantedestilacin-extraccinsimultaneaempleandoter etlico.Lamuestradecaftostado calidad consumo fue sometida a EFS con CO2 (60 C, 17.2 MPa). Tabla 1. Condiciones de extraccin aplicadas a semillas de guayaba 1.4 Anlisis de extractos. A cada uno de los extractos obtenidos a partir de las semillas de guayaba se le determinelpesoconelpropsitode calcularelrendimiento.Elextractocon mayorrendimientofuesometidoal proceso de transesterificacin (NaOH en MeOH-BF3) y analizado por cromatogra- fadegasesacopladaaespectrometra demasas(CG/EM).Losextractosde voltiles obtenidos de las otras muestras fueronanalizadossensorialmenteyde manera preliminar fueron analizados por CG/EM. II.RESULTADOS Y DISCUSIN Elensambledelosequiposde extraccin,anivelanaltico,empleados en la tcnica de EFS fue posible luego de construirrecipientesparaaltapresin. Dichosrecipientesfueronarmadosa partir de dospiezasde acero inoxidable mnimamentemaquinadasquese sometanaprocesosdeexpansin-contraccin trmica (ver figura IIa).Tcnica de extraccin Solvente T (C)P (MPa) EFSCO240 17.0 21.0 24.0 31.0 Extraccin Soxhlet Hexano P,Ebullicin del solvente Presin atmos- frica Figura II. Construccin de recipientes para alta presin Figura III. Equipos para EFS dispuestos en paralelo ab Paraellolapiezaexterna(tubode aceroinoxidableligeramentemaquinado) sesometaaunaexpansintrmica, generadaporcalentamiento,ylapieza internaaunacontraccintrmica, generadaporenfriamiento;luegodeello laspiezasexternaeinternaeran juntadas, tal como se observa en la figura IIb1Aunqueelrendimientoobtenidopor EFS(menoral0.2%)esmuyinferioral obtenido por extraccin Soxhlet (cerca al .alcanzarelequilibriotrmicodichas piezasquedabanunidas,generandouna presin de contacto entre ellascapaz de resistirpresionesinternasmayoresa7 MPa batera de extraccin compuesta por tres extractores en paralelo (1 a 3). Como componentesfundamentalesdestase encuentran:cilindrodeCO2(4),bomba para presurizar el CO2 (5), controlador de temperatura(6),manmetros,vlvulasy lneas de conexin. Unavezarmadoslosrecipientespara altapresin,selogrensamblar,abajo costo,unconjuntodeextractorespara EFS. Los extractos obtenidos a partir de las semillasdeguayabamedianteCO2 supercrticonopresentaronresiduosde disolvente,mientrasqueenelextracto obtenidomedianteextraccinSoxhlet persistalapresenciadehexano,incluso luego de concentrarlo. LosrendimientosenlasEFS dependierondelapresindeextraccin (a 17, 21, 24 y 31 MPa se obtuvieron 42, 87,113y140mg/100gdemuestra, respectivamente).Dichocomportamiento sugierelaposibilidaddealcanzar rendimientosmayoresapresionesde extraccin mayores. 1 Manuscrito en preparacin. 10%), este trabajo dio inicio a un conjunto demodificacionesqueseestn adelantandoenlaactualidadcon diferentepropsito;enprimertrmino, medianteEFSseestalcanzando rendimientosenfaselipdicasimilaresa los obtenidos por Soxhlet y por otra parte seestaplicandolaEFSparaobtener fraccionesdecompuestosconactividad antioxidante de dicha muestra2 2 Castro, H. Tesis de maestra en Ciencias-Qumica. Por otra parte, tras someter el extracto obtenidoa40Cy31MPaa derivatizacinyposterioranlisispor CG/EM, se determin que las semillas de guayaba pueden ser fuente promisoria de cidosgrasos(elextractoanalizado contenacidolinoleico61%,cido palmtico26%ycidoesterico13%) (Nivia et al. 2007). Respectoalosextractosdevoltiles obtenidos a partir de rizomas de jengibre: medianteextraccinporarrastrecon vapor, ste present un alto contenido de aguaysuaromanoeracaractersticoa jengibre; el extrado por Soxhlet contena unacantidadimportantedehexanoy present un aroma similar al de jengibre; porsuparte,elextractoobtenido medianteEFSnocontenaresiduosde disolventeypresentunaroma caractersticoajengibre,esteltimocon un rendimiento del 1.0 %. Dichorendimientofuecercanoal reportadoenFenarolis(1995),1.2% mximo.Porotraparte,elanlisis preliminarporCG/EMdelextracto, permitidetectarcompuestoscon actividadantioxidantepropiosdedicho materialvegetal(p.e.zingeronay gingerol) (Shukla y Singh 2007). dimientoalcanzadoporEFS,sumadoal tipodeconstituyentesyalascualidades sensorialesdedichoextractopermite afirmar que por medio de esta tcnica es posible obtener un producto de excelente calidad a partir de rizomas de jengibre.Con relacin al estudio realizado sobre los frutos de limoncillo llanero, el extracto obtenidoconCO2supercrticono present residuos de disolvente y super encalidadsensorialalobtenidoconter etlico.Dichoextractosecaracterizpor poseer notas ctricas con gran similitud al limn, mediante el anlisispreliminar por CG/EMdelmismoseobservgran similitudentresteyelcontenidoen hojasdelimoncillollanero(Cicciy Gmez 2002). Por ltimo, en lo pertinente a caf, una de las muestras mas estudiadas por EFS (Arajo y Sandi 2006; Kopcak y Mohamed 2005; Lucas y Cocero 2006; Moreno et al. 2007;RiverolyCooney2005),mediante laextraccinconCO2supercrticofue posibleobtenerextractosdearomade caf de calidad superior empleando para ellogranosdecaftostadodebaja calidad. IV. CONCLUSIONES Elpresentetrabajopermititener accesodeunamanerasencillay econmicaalatecnologadeEFS,a escala de laboratorio, dada la posibilidad dedisearyconstruirextractoresen nuestro laboratorio para este propsito. MedianteCO2supercrticofueposible obtenerlafraccingrasadelassemillas deguayaba,siendostasunresiduode nuestra agroindustria. SometiendoaEFS,tantolosrizomas dejengibrecomolosfrutosdelimoncillo llaneroselogrextraerlasrespectivas fragancias,lascualespresentaron aromascaractersticosEmpleandoCO2 supercrtico fue posible obtener extractos a partir de caf tostado calidad consumo loscualespresentaronaromadealta calidad. . Elconjuntoderesultadospermite considerarlaEFScomounaposibilidad tecnolgicapromisoriatantoparalograr unmejorconocimientodenuestros recursosagroalimentarioscomopara obtenerunmejoraprovechamientode stos o sus residuos. IV REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 1.ArajoJ .M.A.,SandiD.(2006). ExtractionofCoffeeDiterpenesand CoffeeOilUsingSupercriticalCarbon Dioxide.FoodChemistry101,1087-1094. 2.Cicci J .F., GmezJ., (2002).Volatile Constituents of the Leaves of Siparuna thecaphora(Siparunaceae)from Turrialba-CostaRica.Rev.Biol.Trop. 50, 963-967. 3.Fenarolis(1995).HanbookofFlavor Ingredients, CRC, 138-140, 799. 4.KopcakU.,MohamedR.S.(2005). CaffeineSolubilityinSupercritical CarbonDioxide/co-SolventMixtures. J ournal of Supercritical Fluids 34, 209-214. 5.LucasS.,CoceroM.J .2006. Improvement of Soluble Coffee Aroma UsinganIntegratedProcessof SupercriticalCO2Extractionwith SelectiveRemovalofthePungent VolatilesbyAdsorptiononActived Carbon.BrazilianJ ournalofChemical Engineering 23, 197-203.

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