UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN ACEITES ESENCIALES
: Curso:
Tecnología agroindustrial II
Presentao !or:
Julver Quispe Puma Henry Jimne! Torres Julio Lu"ue ari!aca
C"#$o
#II
Mo%ue&ua'Per(' Mo%ue&ua'Per(' )*+,
I-
-'INTRODUCCIÓN Los aceites esenciales son una me!cla de componentes vol$tiles y de olor intenso "ue se o%tienen de las plantas arom$ticas& Se 'orman en las partes de la planta "ue contienen cloro'ila y al crecer la planta se transportan a otros te(idos como los %rotes de 'lor& Entre los aceites esenciales m$s di'undidos se encuentra el del lim)n* siendo la Argentina uno de sus mayores productores en el mundo& En este artículo se mencionan los principales mtodos de o%tenci)n de aceite esencial de lim)n y sus 'undamentos La mayoría de los alimentos de%en su sa%or y olor a sustancias "uímicas "ue se encuentran presentes en el orden de partes por mill)n& En la naturale!a* algunas especies evolucionaron con niveles muc+os mayores de esta sustancia "uímicas "ue otras& Con el descu%rimiento de la destilaci)n* se +i!o posi%le separar del material %ot$nico estas sustancias o sus me!clas* dando lugar al nacimiento de los aceites esenciales como producto comercial& Los aceites esenciales son las 'racciones lí"uidas vol$tiles* generalmente destila%les por arrastre con vapor de agua* "ue contienen las sustancias responsa%les del aroma de las plantas y "ue son importantes en la industria cosmtica ,per'umes y aromati!antes-* de alimentos ,condimentos y sa%ori!antes- y 'armacutica ,sa%ori!antes-& Los aceites esenciales se clasi'ican en %ase a di'erentes criterios. consistencia* origen y naturale!a "uímica de los componentes mayoritarios&
II-
-' OBJETIVOS )-+-' O./et"0os e$ tra.a/o •
/%tener un conocimiento so%re el proceso de e0tracci)n de los aceites esenciales* así como tam%in las di'erentes materias primas "ue se utili!an de
•
acuerdo a distintos proyectos o tra%a(os re'erenciales E0poner el contenido del tra%a(o en clase* de acuerdo a la in'ormaci)n %i%liogr$'ica recopilada&
III-
-' MARCO TEORICO 1-+-' A#e"tes Esen#"a$es Los aceites esenciales son compuestos 'ormados por varias su%stancias org$nicas vol$tiles* "ue pueden ser alco+oles* acetonas* cetonas* teres* alde+ídos* y "ue se producen y almacenan en los canales secretores de las plantas& Tam%in los aceites vol$tiles* aceites esenciales o simplemente esencias* son las sustancias arom$ticas naturales responsa%les de las 'ragancias de las 'lores y otros )rganos vegetales& Actualmente* s)lo se emplea esta de'inici)n si se o%tienen mediante arrastre en corriente de vapor de agua o por e0presi)n del pericarpio en el caso de los cítricos& ,1& Transito L& 2 3445 Normalmente son lí"uidos a temperatura am%iente* y por su volatilidad* son e0traí%les por destilaci)n en corriente de vapor de agua* aun"ue e0isten otros mtodos& En general son los responsa%les del olor de las plantas& Se de'inen* seg6n A7N/8 ,9::;-* como. Productos o%tenidos a partir de una materia prima vegetal* %ien por arrastre con vapor* %ien por procedimientos mec$nicos a partir del epicarpio de los Citrus* o %ien por destilaci)n seca& El aceite esencial se separa posteriormente de la 'ase acuosa por procedimientos 'ísicos en los dos primeros modos de o%tenci)n< puede su'rir tratamientos 'ísicos "ue no originen cam%ios signi'icativos en su composici)n =por e(emplo* re destilaci)n* aireaci)n>?&
1-1-' Natura$e2a Esen#"a$
El uso de los aromas y los aceites vegetales data de por lo menos @44 aBos antes de Cristo y 'ueron utili!ados so%re el cuerpo como elementos curativos* cicatri!antes* protectores de malos espíritus* y en los distintos rituales "ue se lleva%an a ca%o& Por e(emplo* era muy com6n "ue antes de una contienda los guerreros limpiaran y protegieran sus cuerpos con pe"ueBos golpes* utili!ando ramas de al%a+aca* con el 'in de ale(ar los malos espíritus "ue creían "ue deposita%an sus contrincantes en ellos& ,Lic& Constan!a 34948ecientemente en IraD* en el aBo 9:* se descu%ri) un es"ueleto de alrededor de sesenta mil aBos de antigFedad "ue tenía a su lado dep)sitos de polen de milenrama* +ier%a cana y Jacinto racimoso* plantas "ue a6n cultivan y utili!an para curar los campesinos de ese país& Los egipcios* griegos* romanos y c+inos +an tenido una gran incidencia en el desarrollo de la aromaterapia en el mundo* y se +an destacado grandes investigadores como Teo'rasto* considerado uno de los precursores en el uso teraputico de los aceites& En casi todos los antiguos cultos* desde el comien!o de los tiempos los seres +umanos se +an sentido atraídos por los 'ascinantes aromas de la naturale!a "ue* sa%ia como siempre* les +a indicado a travs del ol'ato los %en'icos aportes para la curaci)n de en'ermedades del cuerpo y del alma& ,Lic& Constan!a 3494Tam%in advirtieron "ue algunos aromas causa%an eu'oria o e0citaci)n* y otros podían inducirlos al sueBo o a la meditaci)n& Podemos considerar a los egipcios como los descu%ridores de la aromaterapia* pues seg6n Jean #alnet* utili!aron una 'orma primitiva de destilaci)n para e0traer los aceites esenciales de las plantas* calent$ndolos en ollas de arcilla cuya %oca era recu%ierta con 'iltros de lino< al su%ir* el vapor traía consigo los aceites esenciales y stos "ueda%an impregnados en el 'iltro* el cual era estru(ado para o%tener el aceite esencial "ue era utili!ado en medicina y para todo tipo de rito religioso& 8egistros ar"ueol)gicos documentan +a%er encontrado ollas de destilaci)n "ue se remontan a @44 aBos a&C& ,Lic& Constan!a 3494Los griegos toman las e0periencias egipcias y* como grandes al"uimistas* puri'icaron el sistema de destilaci)n preservando la 'ragancia y pure!a de los aceites* pues para ellos las plantas arom$ticas constituían una 'orma de vida "ue incorpora%an a sus %aBos* alimentos* ritos y magia* o en 'orma de ungFentos para preservar la salud 'ísica y mental&
1-3-' Pro#een#"a 4 5ater"a !r"5a e $os a#e"tes
Se +o(as
les
puede ,a(en(o*
encontrar
en di'erentes
partes
de
la
planta.
en
las
al%a+aca* eucalipto* +ier%a%uena* me(orana* menta* pac+ulí*
romero* salvia* etc&-*
en
las
raíces ,anglica* c6rcuma* (engi%re* s$ndalo*
sasa'r$s* valeriana* vetiver* etc&-* en el pericarpio del 'ruto ,cítricos como lim)n* mandarina* naran(a* etc&-* en las semillas ,anís* cardamomo* +ino(o* comino* etc&-* en el tallo ,canela* etc&-* en las 'lores ,lavanda* man!anilla* piretro* tomillo* rosa* etc&- y en los 'rutos ,nue! moscada* pere(il* pimienta* etc&- ,8o(as& G& 3449-
7ig& N9. Imagen re'erencial del aceite esencial a partir del lim)n
Ta.$a N6+: Co5!onentes e $os a#e"tes 57s "5!ortantes e$ 5er#ao
1-,-' C$as"8"#a#"9n e a#e"tes
La clasi'icaci)n de los aceites esenciales se %asa teniendo en cuenta di'erentes criterios "ue se mencionaran posteriormente* con los cuales se esta%lecen los di'erentes
tipos
de
aceites esenciales "ue se comerciali!an en la actualidad&
,Martínez A -2003)
1-,-+-' Por su Cons"sten#"a • •
Las esencias 'luidas son lí"uidos vol$tiles a temperatura am%iente& Los %$lsamos son de consistencia m$s espesa* poco vol$tiles y propensos a su'rir reacciones de polimeri!aci)n* son e(emplos* el %$lsamo de copai%a* el %$lsamo del Per6* %$lsamo de Tol6* Estora"ue* etc& Las oleorresinas tienen el aroma de las plantas en 'orma concentrada y son típicamente lí"uidos muy viscosos o sustancias semis)lidas ,cauc+o* gutaperc+a* c+icle* oleorresina de papriDa* de pimienta negra* de clavo* et#--
1-,-)-' Por su or"&en •
Los naturales se o%tienen directamente de la planta y no su'ren modi'icaciones 'ísicas ni "uímicas posteriores* de%ido a su rendimiento
•
tan %a(o son muy costosos& Los arti'iciales se o%tienen a travs de procesos de enri"uecimiento de la misma esencia con uno o varios de sus componentes* por e(emplo* la
•
me!cla de esencias de rosa* geranio y (a!mín enri"uecida con linalol& Los sintticos como su nom%re lo indica son los producidos por procesos de síntesis "uímica& Estos son m$s econ)micos y por lo tanto son muc+o m$s utili!ados como aromati!antes y sa%ori!antes&
1-,-1-' Por su natura$e2a %u;5"#a •
Monoterpenoides son aquellos ricos en monoterpenos
•
(terpenos de 10C) Sesquiterpenoides
•
sesquiterpenos (terpenos de 15 C) fenilterpenoides son los que se encuentra maormente
son
aquellos
aceites
compuestos por diterpenos (terpenos de 20 C)
1-<-' T"!os 4 5=toos e e>tra##"9n 1-<-+-' Dest"$a#"9n !or arrastre e 0a!or e a&ua
ricos
en
La muestra vegetal generalmente 'resca y cortada en tro!os pe"ueBos* es encerrada en una c$mara inerte y sometida a una corriente de vapor de agua so%recalentado* la esencia así arrastrada es posteriormente condensada* recolectada y separada de la 'racci)n acuosa& Esta tcnica es muy utili!ada especialmente para esencias 'luídas* especialmente las utili!adas para per'umería& Se utili!a a nivel industrial de%ido a su alto rendimiento* la pure!a del aceite o%tenido y por"ue no re"uiere tecnología so'isticada&
1-<-)-' Dest"$a#"9n #on a&ua'0a!or Es un mtodo me(orado* donde la carga el material vegetal se coloca so%re una malla "ue sirve como un 'ondo 'also y no permite el contacto directo con el agua& na ve! iniciado el proceso* el agua dentro del alam%i"ue se lleva +asta e%ullici)n y el vapor generado in situ pasa a travs del material vegetal& Consecuentemente* se evita "ue el material vegetal se "ueme ya "ue la c$mara de agua lo protege del calentamiento directo& Es importante "ue el vapor de agua generado pase a travs de la carga uni'ormemente para garanti!ar la e0tracci)n completa de la esencia
1-<-1-' ?"roest"$a#"on as"st"a !or $a ra"a#"9n e 5"#roonas
Las microondas son radiaciones electromagnticas con una 'recuencia en el rango de 4*@ a @44 H!& Para evitar inter'erencias con la radiocomunicaci)n* los microondas domsticos e industriales operan generalmente a 3*5 H!& Ge%ido a su naturale!a* las microondas poseen campos elctricos y magnticos* los cuales son perpendiculares entre ellos& El campo elctrico causa el calentamiento* vía dos mecanismos simult$neos. rotaci)n %ipolar y conducci)n i)nica& La rotaci)n %ipolar es de%ida al alineamiento en el campo elctrico de las molculas con un mismo momento %ipolar en la muestra s)lida y el disolvente&
1-<-3-' En8$orao 1todo tradicionalmente utili!ado para e0traer aceite esencial de 'lores delicadas como el (a!mín y la rosa &Para esto se utili!an grasas naturales con puntos de a%landamiento alrededor de 54Kc* normalmente manteca de cerdo r%d ,re'inada* %lan"ueada* desodori!ada-&
En &rasa 8r;a Es un mtodo antiguo de o%tenci)n de aceites esenciales "ue +a sido muy empleado so%re todo en la regi)n de rase al sur de 7rancia se %asa en el +ec+o de "ue las grasas a%sor%en sustancias con 'acilidad este procedimiento se utili!a para 'lores cuyo contenido de aceite esencial es tan %a(o "ue se "ueda en el agua de destilaci)n o %ien "ue tienen un aceite esencial sensi%le al calor y tam%in para otras como el mardo o el (a!min produciendo aceite esencial despus de la recolecci)n
1-@-' Cara#ter;st"#as F"s"#o%u;5"#as Co5!onentes F"s"#os La densidad es una propiedad característica* signi'ica "ue es especí'ica de cada material y depende de sus características internas y no de la cantidad de ella< lo cual permite di'erenciar a un material de otro con la ayuda de otras propiedades& Ge +ec+o* la densidad permite di'erenciar un mineral o piedra preciosa de un simple vidrio& La densidad de una sustancia es una medida "ue nos dice cu$nta materia +ay de esa sustancia en cierto espacio&
El rendimiento a%soluto puede ser dado como la masa en gramos o en moles ,rendimiento molar-& El rendimiento 'raccional o rendimiento relativo o rendimiento porcentual* "ue sirve para medir la e'ectividad de un procedimiento de síntesis* es calculado al dividir la cantidad de producto o%tenido en moles por el rendimiento te)rico en moles& 9 El rendimiento de esencia o%tenido de una planta varía de unas cuantas milsimas por ciento de peso vegetal +asta 9@ & La composici)n de una esencia puede cam%iar con la poca de la recolecci)n* el lugar geogr$'ico o pe"ueBos cam%ios genticos&
El índice de re'racci)n en un aceite guarda una relaci)n directa con su viscosidad* o sea* "u tan MespesoM se siente el aceite& Parte del control de calidad durante la producci)n de aceites es asegurar una viscosidad constante& 1edir la viscosidad directamente implica tomar una muestra del aceite* mientras "ue medir el índice de re'racci)n es m$s r$pido y se +ace usando mtodos )pticos sin si"uiera tocar el aceite&
Co5!onentes Qu;5"#os La mayoría de los componentes "ue 'orman parte de los AE pertenece a la 'amilia "uímica de los terpenosO o terpenoidesO ,e(emplo limoneno* carvona* +umuleno* etc&-* la unidad isopreno C en el es"ueleto +idrocar%onado es característica estructural distintiva "ue los di'erencia de otros productos naturales&
7ig& N3. nidad característica estructural de los terpenoides
1--' Cara#ter;st"#as Or&ano$=!t"#os Las características o propiedades organolpticas de un cuerpo son todas a"uellas "ue pueden perci%irse de 'orma directa por los sentidos ,todos ellos* no s)lo la vista-* sin utili!ar aparatos o instrumentos de estudio& Ser$n por tanto los primeros datos "ue o%tengamos de los e(emplares "ue estudiamos* aun"ue estos datos puedan variar con el tiempo o el origen de los e(emplares& Por otro lado* algunos rasgos como el tamaBo de las esporas* son '$cilmente compro%a%les una y otra ve!* al ser datos o%(etivos y m$s o menos constantes& Pero otros* como el olor o los tonos de un cierto color varían enormemente* no s)lo por la poca u origen del e(emplar* sino por la apreciaci)n su%(etiva del o%servador& Por esta ra!)n a la +ora de de'inir el olor* color o sa%or* se recurre a ciertas comparaciones con alimentos o sustancias de características com6nmente conocidas* "ue pueden no resultar correctas para todo el mundo&
Ta%la N3. Características organolpticas de los aceites esenciales
1--' Usos 4 A!$"#a#"ones •
Industria Alimentaria Se emplean para condimentar carnes preparadas* em%utidos* sopas* +elados* "ueso* etc& Los aceites m$s empleados por esta industria son el Cilantro* Naran(a y 1enta* entre otros& Tam%in son utili!ados en la preparaci)n de %e%idas alco+)licas y no alco+)licas* especialmente re'rescos& Con respecto a esta utilidad podemos citar las esencias e0traídas del naran(o* lim)n* mentas e +ino(o* entre otros&Estas esencias tam%in se emplean
•
en la producci)n de caramelos* c+ocolates y otras golosinas& Industria 7armacutica Se usan en cremas dentales ,aceite de menta e +ino(o-* analgsicos e in+alantes para descongestionar las vías respiratorias ,eucalipto-& El ecucaliptol es muy empleado en odontología& Son utili!ados en la 'a%ricaci)n de neutrali!antes de sa%or desagrada%le de muc+os medicamentos ,naran(as y
•
menta* entre otros-& Industria de Cosmticos Esta industria emplea los aceites esenciales en la producci)n de cosmticos* (a%ones* colonias* per'umes y ma"uilla(e& En este
•
campo se pueden citar lo aceites de geranio* lavanda* rosas y pac+ouli& Industria de productos de uso veterinario Esta industria emplea el aceite esencial de C+enopodium am%rosoides muy apreciado por su contenido de ascaridol* vermí'ugo& Tam%in re"uiere limoneno y mentol como insecticidas&
•
Gesodorantes Industriales Actualmente se +a desarrollado el uso de esencias para disimular el olor desagrada%le de algunos productos industriales como el
•
cauc+o* los pl$sticos y las pinturas& La industria de las pinturas emplea limoneno como disolvente %iodegrada%le& Tam%in se imparte olor a (uguetes& En te0tiles* como enmascaradores de olores en tratamientos con mordientes antes y despus del teBido& En papelería* para impregnar de 'ragancias cuadernos* tar(etas* papel +iginico* toallas 'aciales&
IV.
METODOS PRACTICOS BIBLIOGRAFICOS 4.1.- Extracción de aceite eencia! de! !i"ón 4.1.1.-
Intr#d$cción
El gnero Citrus parece "ue proviene de la !ona este del Himalaya* PaDist$n y irmania& En Europa Teo'rasto descri%e una especie de Citrus introducida en el S&III por los %i!antinos< a continuaci)n aparecen el naran(o amargo* el limonero y el naran(o dulce ,Grouet* 9:;3-& A principios del s& RII el cultivo del limonero en Ir$n y Palestina* es descrito por I/8 JA1I* 'ísico de la corte de Saladino ,99999:@-& Los $ra%es lo introducen por el norte de 'rica en EspaBa e Italia +acia el 994* de ello tenemos noticia a travs de los tratados de dos autores andaluces de la segunda mitad del siglo doce* I%nalAam en su Li%ro de AgriculturaO descri%e de 'orma detallada 94 los procedimientos de multiplicaci)n y cultivo del limonero< I%neleit+ar re'le(a las propiedades teraputicas del !umo de lim)n del "ue o'rece distintas ')rmulas de aplicaci)n ,La encina* 9:4-& Crist)%al Col)n tras su segundo via(e lo introduce en Amrica en 95:@* e ingleses y +olandeses en 'rica del Sur&
IV-+-)- Prou##"9n e "nustr"a$"2a#"9n A nivel mundial se cultivan m$s de 9* millones de +ect$reas de limonero& Los mayores productores del mundo son Estados nidos* Argentina* Italia* EspaBa* recia* Israel* Costa de 1ar'il* &&& En nuestro entorno pr)0imo del $rea de la cuenca mediterr$nea destaca en primer lugar Italia cuyo lim)n proviene so%re
todo de la !ona de Sicilia* donde se cultivan muc+as variedades& La m$s importante es la de 'eminello s'usato con 'rutos parecidos a los de variedad Lis%oa& /tra variedad m$s resistente al mal seccoO es la monac+ello* aun"ue es m$s po%re en aceite esencial ,Gi iacomo y 1incione* 9::5-& 3-+-1-' Trans8or5a#"9n e$ $"59n en $a o.ten#"9n e$ a#e"te esen#"a$ Para comprender me(or el proceso al "ue se va a someter el lim)n para su trans'ormaci)n industrial vamos a continuaci)n a detallar de 'orma somera las características principales del 'ruto& Lim)n* materia prima para la industria cítrica& La estructura del 'ruto cítrico se constituye de tres partes %ien di'erenciadas& El epicarpio o 'lavedo* el mesocarpio o al%edo y el endocarpio constituido por varios segmentos o ga(os "ue contienen las vesículas repletas de !umo y donde est$n tam%in las semillas El tamaBo de los 'rutos es de mediano di$metro ,5mm- y una altura media de U:mm< la corte!a es muy ad+erente* delgada espesor medio de @&:mm y representa el @4 del peso del 'ruto ,Coll* 9::3-&
3-+-3-' Trans8or5a#"9n e$ 8ruto La recolecci)n de los 'rutos de%e ser sumamente cuidadosa ya "ue la integridad del pericarpio va a in'luir en el rendimiento y la calidad del aceite esencial o%tenido& Tras la recolecci)n* el 'ruto es transportado a las industrias trans'ormadoras< allí se reci%e generalmente en %alsas de agua y a continuaci)n se eliminan las partes so%rantes restos de +o(as y peciolos y se procede al lavado de los 'rutos "ue a continuaci)n pasar$n a ser procesados&
3-+-,-' M=toos e o.ten#"9n Dest"$a#"9n !or arrastre e 0a!or: Es el mtodo m$s utili!ado& Se genera vapor normalmente en un +ervidor y luego se inyecta al destilador por donde pasa a travs del material %ot$nico& El principio %$sico de la destilaci)n de dos
lí"uidos +eterogneos* como el agua y un aceite esencial* es "ue cada uno e(erce su propia presi)n de vapor como si el otro componente estuviera ausente& Cuando las presiones de vapor com%inadas alcan!an la presi)n del recinto* la me!cla +ierve& Aceites esenciales con puntos de e%ullici)n de +asta @44 KC* evaporaran a temperaturas cercanas al punto de e%ullici)n del agua& El vapor arrastra GLimoneno* a pesar de "ue este tenga un punto de e%ullici)n m$s alto "ue el agua ,@3K7-& El vapor y el aceite esencial son condensados y separados& ,IN#ENI/ (unio 3445-
Dest"$a#"on !or a&ua: na de las di'erencias m$s marcadas con la destilaci)n por arrastre de vapor* es "ue en sta el material %ot$nico est$ en contacto con agua +irviendo& n pro%lema 'recuente de este tipo de destilaci)n* es el olor a alam%i"ue o destiladorO* "ue se da normalmente si el destilador se calienta a 'uego directo< este olor no deseado desaparece en el almacenamiento de los aceites esenciales& E0iste otro mtodo llamado destilaci)n con agua y arrastre de vapor* "ue com%ina venta(as de los dos anteriores&
3-+-<-' O.ten#"9n e$ a#e"te esen#"a$ Para la e0tracci)n de aceites esenciales la tecnología opta por uno de los ciclos descritos en las siguientes 7iguras.
Ciclo llevado a ca%o en la tcnica de raspadura& ,Gi iacomo y 1incione* 9::5-
Ciclo llevado a ca%o con la tecnica de ES71AG8AO ,Gi iacomo y 1incione* 9::5-
El tipo de m$"uinas de implantaci)n casi e0clusiva en Sicilia denominadas s'umatriceO* poseen una cinta sin 'in* modelada a prop)sito con salientes orientados +acia una super'icie 'i(a* provista a su ve! de protu%erancias& La distancia entre stas y las de la cinta sin 'in se regula de modo "ue se consigue la escari'icaci)n de la corte!a* procurando "ue no se rompa la corte!a totalmente y sea renta%le la proporci)n de aceite esencial o%tenida& Por 6ltimo nos encontramos con ma"uinaria "ue reali!a simult$neamente la separaci)n de !umo y aceite esencial&
3-+-@-' A#e"te Esen#"a$ e$ L"59n
La comple(a me!cla de componentes del aceite esencial de lim)n est$ representada mayoritariamente por estructuras derivadas del isopreno* de naturale!a terpnica ,uent+er* 9:5:< Pinder* 9:U4-* entre las "ue el +idrocar%uro limoneno es el m$s a%undante como en el resto de los aceites esenciales de cítricos& Los derivados o0igenados de dic+os terpenos no son mayoritarios* sin em%argo tienen gran importancia en el característico aroma del aceite esencial ,Laencina et al&* 9:;4< Prager y 1isDieic!* 9:;3< Sattar et al&* 9:;U-& Incluye* por tanto* me!clas de +idrocar%uros terpnicos* es"uiterpnicos* alco+oles* alde+ídos* cetonas* esteres* $cidos* residuos no vol$tiles* incluido alcan'or Componentes característicos del aceite esencial de lim)n& La composici)n cuantitativa de los constituyentes individuales de aceites esenciales de cítricos naran(a* mandarina* lima* lim)n* etc& +a sido progresivamente estudiada por diversos autores& S+a ,9::-* recoge la composici)n de varios aceites esenciales de cítricos determinada mediante LC* y los ta%ula de 'orma "ue se puedan comparar entre ellos& Para el lim)n adem$s de los terpenos mayoritarios* alde+ídos y steres* determina la presencia de alco+oles entre un 4*9 y 4** y una 'racci)n no vol$til "ue supone el 3 del total& 1ussinan et al& ,9::identi'ican algunos de los componentes vol$tiles del !umo 'resco de lim)n* en el "ue encuentran compuestos característicos de la corte!a& StarosciD y Vilson ,9:;3- determinan la composici)n cuantitativa del aceite esencial de 'rutos procedentes de Cali'ornia y de Ari!ona& 1elendreras et al& ,9:;- comparan* mediante tcnicas cromatogr$'icas* la composici)n "uímica del aceite esencial de lim)n espaBol o%tenido de di'erentes cultivares mediante destilaci)n por arrastre con vapor< Sugiyama y Saito ,9:;;- anali!an la composici)n "uímica de varios aceites esenciales de lim)n e0traídos en diversas condiciones de temperatura< oelens y Jimne! ,9:;:- comparan la composici)n de una muestra procedente de Andalucía con otra procedente de Sicilia* y C+am%lee et al ,9::9- +acen lo mismo entre las procedentes de Sicilia y las de Cali'ornia&
3-)- MODELACIÓN OPTIMIACIÓN DEL PROCESO DE ETRACCIÓN DE ACEITE ESENCIAL DE EUCALIPTO EUCALYPTUS GLOBULUS
3-)-+- INTRODUCCIÓN El eucalipto %lanco o al%ar “Eucalyptus globulus” es la especie m$s 'recuentemente usada de este gnero* a nivel mundial& Aparece de 'orma natural en el sur de Australia ,#ictoria-* Tasmania y las islas del estrec+o de ass* adem$s es cultivado en el sur de Europa y Cali'ornia ,Palomino y Calder)n* 9:-& En el Per6* el ritmo de las plantaciones de eucalipto +a ido creciendo en los 6ltimos aBos* siendo una esta especie 'orestal con un enorme potencial en la actualidad ,lvare! et al.* 3444-& El eucalipto tiene gl$ndulas "ue segregan aceites esenciales en sus +o(as* los cuales producen su característico olor y poseen componentes "ue pueden ser di'erenciados en productos "uímicos de valor industrial ,lvare! et al.* 3444-& Wstos aceites esenciales pueden e0traerse mediante varios mtodos. e0presi)n* destilaci)n con vapor de agua* e0tracci)n con solventes vol$tiles* en'lorado y con 'luidos supercríticos& En la destilaci)n por arrastre con vapor de agua* la muestra vegetal generalmente 'resca y cortada en tro!os pe"ueBos* es encerrada en una c$mara inerte y sometida a una corriente de vapor de agua so%recalentado& La esencia así arrastrada es posteriormente condensada* recolectada y separada de la 'racci)n acuosa& Esta tcnica es muy utili!ada especialmente para esencias 'luidas* especialmente las utili!adas para per'umería& En este tra%a(o* utili!ando la e0tracci)n por arrastre de vapor* se plantearon los siguientes o%(etivos ,a- estudiar el e'ecto del porcenta(e de la +umedad de +o(a y el tiempo de e0tracci)n so%re el rendimiento de aceite esencial y el costo de producci)n* teniendo en cuenta la temperatura de vapor* la presi)n de e0tracci)n* la porosidad de lec+o* 'lu(o de vapor y la temperatura de condensaci)n< y ,%- anali!ar y evaluar las propiedades organolpt icas* 'ísicas y "uímicas del aceite o%tenido* compar$ndolas con las esta%lecidas por las Normas Tcnicas Peruanas&
3-)-)- MATERIALES MTODOS Las +o(as de “Eucalytus globulus” provenientes del distrito de s"uil* provincia de /tu!co @ ,Per6-* utili!adas en este e0perimento presentaron una densidad promedio de 4&;U gXcm & 7ueron utili!adas +o(as sin presencia de magulladuras* cortes o lesiones& Se procedi) al secado de las +o(as seleccionadas de eucalipto en una incu%adora en las condiciones mostradas en la Ta%la I* condiciones "ue 'ueron variando de%ido al 'en)meno de respiraci)n ,li%eraci)n de H3/ y energía- "ue ocurría en las +o(as verdes&
Ta.$a 3-)-+ Condiciones de operaci)n del secado de las +o(as de eucalipto&
El tiempo de secado estuvo en 'unci)n de la +umedad re"uerida para la e0tracci)n* para lo cual 'ue necesario construir la curva de secado a las condiciones de operaci)n de la incu%adora& Para este 'in* se colocaron muestras en la incu%adora %a(os las condiciones mencionadas en la Ta%la 9 y pesadas cada cierto tiempo para o%tener la +umedad en 'unci)n del tiempo& Sa%iendo "ue la temperatura de secado varía con el tiempo no se pudo modelar seg6n la Ley de 7icD* por tanto se +i!o uso de regresiones lineales y polin)micas& Las ecuaciones 'ueron validadas estadísticamente mediante el valor de signi'icancia ,PY4&43 y los coe'icientes de determinaci)n ,8 -& Las +o(as ya secas 'ueron cortadas para aumentar el $rea de contacto con el vapor de agua* el corte 'ue +ec+o manualmente y en promedio en cuadrados de 9cm de lado& La e0tracci)n del aceite esencial de eucalipto se reali!) en un e"uipo de arrastre por vapor no convencional ,7igura 9-&
F"&ura 3-)-+- Es"uema del e"uipo de e0tracci)n&
El proceso de e0tracci)n se llev) a ca%o %a(o condiciones o%tenidas en pree0perimentos ,Ta%la 3-&
Ta.$a 3-)-) Par$metros de e0tracci)n de aceite esencial de Eucalyptus globulusO&
La 'ase de condensaci)n 'ue muy importante& Por ello* la temperatura del agua de en'riamiento se de%i) mantener en todo momento en un rango de 4 a 3K C& Este rango tuvo como 'inalidad evitar prdidas de aceite esencial por 'alta de condensaci)n de la me!cla aguaaceite& La separaci)n de la menor porci)n de agua* por el poco volumen de aceite e0traído* se llev) a ca%o por decantaci)n* para evitar mayores prdidas de aceite y desnaturali!aci)n de sus componentes& El aceite esencial 'ue envasado en 'rascos $m%ar de 93mL de capacidad* para luego almacenarlo a 5K C& El rendimiento ,mLX944g&+o(a- de la e0tracci)n 'ue determinada dividiendo la masa ,en g- del aceite esencial o%tenido entre la densidad del aceite esencial ,4&:4;@gXmL- por cada 944g de +o(a& 7inalmente* el costo de cada e0tracci)n 'ue evaluado de la sumatoria de los costos asociados al gasto de com%usti%le ,@&3 Nuevos Soles X Dg gas propano- y energía elctrica ,4&@9:U Nuevos Soles X DV+-& El costo 'ue e0presado por cada mililitro de aceite esencial o%tenido&
3-)-1- RESULTADOS DISCUSIÓNMoe$a#"9n e$ !ro#eso e se#ao La curva de secado o%tenida %a(o las condiciones especi'icadas en la Ta%la 9 se muestra en la 7igura 3& La curva de secado o%tenida se dividi) en dos partes. la primera en donde el secado se da%a a velocidad constante ,Z-* y la segunda cuando la velocidad de secado disminuye con el tiempo ,[-&
F"&ura 3-)-)- Curva de secado de +o(as de “Eucalyptus globulus”& Moe$a#"9n 4 o!t"5"2a#"9n e $a e>tra##"9n e a#e"te esen#"a$ e Eu#a$"!to En la Ta%la 5 se muestran los resultados de la etapa de e0tracci)n& Se o%serva "ue a igual tiempo de e0tracci)n ,@&U mLX944g&+o(a p&e-* cuando la +umedad de la +o(a aumenta ,de 9U&9 a @&: p&e-* el rendimiento disminuye ,de 9&U: a 9&@; mLX944g&+o(a-& Esto signi'ica "ue el rendimiento en aceite esencial se ve a'ectado por el proceso de secado* de%ido a su alta volatilidad ,#$s"ue! et al.* 3449-& En el caso del costo ocurre lo mismo& Por e(emplo* a las mismas condiciones anteriormente mencionadas* el costo disminuye de SX& 4&;9 a 4&@ por cada mL de aceite esencial&
El mayor rendimiento ,3&@5mLX944g&+o(a- 'ue o%tenido con 9U&9 de +umedad y 933&5 min de tiempo de e0tracci)n* y el menor rendimiento ,9&@;mLX944g&+o(a- con @&: de +umedad y @&U min de tiempo& El mayor costo ,SX& 4&:- est$ asociado con la m$s %a(a +umedad ,93- y un tiempo mediano ,;4 min-* lo "ue indicaría "ue la varia%le "ue m$s in'luye en el costo* es la +umedad* de%ido a "ue a menor +umedad se re"uiere mayor gasto energtico&
Los resultados de los ensayos :* 94 y 99 re'le(an una %uena repetitividad del proceso* ya "ue los valores de rendimiento y costo para estos ensayos son muy cercanos&
Ta.$a 3-)-3 8endimientos y costo de la e0tracci)n de aceite esencial de Eucalipto.
Ta.$a 3-)-, 8endimiento de e0tracci)n de aceite esencial de Eucalyptus globulus O&
Tra%a(ando en condiciones )ptimas* se o%tiene en promedio 3&99 mL de aceite esencial de eucalipto por cada 944 g de +o(as* valor superior a los reportados en la %i%liogra'ía ,Ta%la ;-&
3-)-3- CONCLUSIONES Se logr) optimi!ar el proceso de e0tracci)n de aceite esencial de eucalipto mediante el 1todo de Super'icie 8espuesta* logrando superar los rendimientos reportados en la literatura* pero sin per(udicar los costos de e0tracci)n& /perando con tiempos de e0tracci)n entre :; y 93U min y con +o(as entre 3 y @4 de +umedad se o%tuvieron rendimientos de 3&99 mL de aceite esencial por cada 944g de +o(as& Estas condiciones generan un costo de producci)n promedio de 4& Nuevos Soles por mL de aceite esencial e0traído&
3-1- ETRACCIÓN CARACTERIACIÓN DEL ACEITE ESENCIAL DE MANDARINA OBTENIDO DE RESIDUOS AGROINDUSTRIALES3-1-+- INTRODUCCIÓNEn los 6ltimos aBos* la agroindustria de cítricos +a mostrado un crecimiento signi'icativo* originado por la e0pansi)n del mercado de los derivados de 'rutas como (ugos* concentrados* nctares y pulpas entre otros& Los residuos generados durante el procesado de cítricos est$n constituidos por 'lavelos* alvedos* segmentos de mem%rana y semillas* "ue tienen potencialidad como material de partida para la ela%oraci)n de productos comerciales importantes< Entre ellos son destaca%les los aceites esenciales ,AE-* aceites 'i(os* 'i%ras* y pectinas& En particular* el epicarpio de los cítricos es una 'uente importante de AE* los cuales est$n constituidos por compuestos vol$tiles ,generalmente destila%les por arrastre con vapor- "ue son responsa%les de los olores y sa%ores característicos de algunas plantas& Los AE de los cítricos ,mandarina* lim)n* naran(a y lima- tienen una demanda alta* principalmente en la industria de alimentos* 'armacutica y de cosmticos* y son utili!ados en la preparaci)n de aromati!antes* sa%ori!antes* desin'ectantes am%ientales y en procesos de síntesis "uímica& Los AE de cítricos pueden ser e0traídos mediante prensado en 'río* +idrodestilaci)n* 'luidos supercríticos e +idrodi'usi)n con microondas y gravedad entre otros& Tradicionalmente en algunos países* los AE son e0traídos industrialmente mediante tcnicas econ)micas via%les como el prensado en 'río o la destilaci)n por arrastre de vapor& Los aceites presentes en los sacos o gl$ndulas* locali!adas en el epicarpio del 'ruto* pueden ser removidos mec$nicamente por prensado* o%tenindose una emulsi)n la cual es centri'ugada +asta separar el aceite de la 'ase acuosa& Alternativamente* el AE puede ser o%tenido mediante arrastre con vapor< durante este proceso las corte!as de los cítricos son e0puestas a una corriente de vapor de agua con una temperatura cercana a los 944 C "ue li%era y evapora el aceite esencial& Luego* la me!cla de vapor de agua y el AE es condensada y separada en un recipiente conocido como vaso 'lorentinoO& no de los inconvenientes m$s signi'icativos de la industria local* productora de AE de cítricos por destilaci)n por arrastre de vapor* +a sido el %a(o rendimiento o%tenido durante el proceso de e0tracci)n& Por tanto* el o%(eto del presente tra%a(o 'ue. a- evaluar el e'ecto de la presi)n de vapor* el espesor* y el n6mero de capas de material vegetal so%re el rendimiento en la e0tracci)n del AE de mandarina producido en una industria local a partir de desec+os agroindustriales< %- caracteri!ar mediante cromatogra'ía de gases con detector de espectrometría de masas ,CE1- el AE de mandarina* antes y despus de seleccionar las me(ores condiciones de operaci)n de la planta de e0tracci)n&
3-1-)- MATERIALES METODOS 3-1-)-+
Mater"a !r"5a
En la o%tenci)n de los AE se utili!) material vegetal proveniente de los desec+os agroindustriales de di'erentes compaBías procesadoras de 'rutas& Por lo tanto* la materia prima no es +omognea en cuanto a la variedad de mandarina utili!ada* estado de madure!* origen y condiciones 'ísicas ,por e(emplo* tamaBo y color de la c$scara-&
3-1-)-)
E%u"!o e e>tra##"9n 5onta /e e $a !$anta-
El e"uipo utili!ado para la e0tracci)n de los AE est$ locali!ado en la compaBía C&I TECNAC/L S&A y consta de las siguientes partes. caldera de vapor ,rango de tra%a(o. 4 944 psi* 3 3;4 KC* super'icie de cale'acci)n. 9@4 pie3* vapor. U:4 l%X+ora* capacidad. 34 HP ,ca%allos de 'uer!a-* poder calorí'ico ,ACP1-. 9@;44 TXgal)n-* tan"ue destilador* intercam%iador de calor y vaso 'lorentino ,ver 'igura-
TC349& Tan"ue de agua a la entrada de la caldera CA2349& Caldera TG2349& Tan"ue destilador IC2349& Condensador 7I2349& #aso 'lorentino 7igura 5&5&9& E"uipo de e0tracci)n de AE&
3-1-)-1
Pro#eso e e>tra##"9n-
Para de'inir las varia%les críticas a evaluar durante el proceso de e0tracci)n con arrastre con vapor* se tuvo en cuenta. el Dno +oTO de la compaBía* la e0periencia tcnica del personal* la capacidad de la planta de e0tracci)n y los aspectos econ)micos "ue +icieran via%le el me(oramiento del proceso& Los pericarpios e0tractor&
de
mandarina previamente pesados se depositaron en el tan"ue
En esta etapa se reali!aron variaciones en cuanto al espesor de la capa ,; a 39 cm- y al n6mero de capas ,9 a 5-& na ve! cerrado el tan"ue* se inici) el proceso de e0tracci)n +aciendo pasar el vapor de agua a di'erente presi)n ,4&U* 4&:* 9&3* 9&* 9&; psi* medida dentro del tan"ue de e0tracci )n y re'erida a la 'uer!a del vapor del agua e(ercida so%re un $rea de material vegetal-& Seguidamente se reali!) la condensaci)n y separaci)n de la me!cla aguaXaceite en un separador de 'ases o vaso 'lorentino y se calcul) el rendimiento utili!ando la ecuaci)n ,9-&
Por ra!ones econ)micas y de disposici)n del material vegetal* los ensayos e(ecutados %a(o di'erentes condiciones de operaci)n se reali!aron por duplicado&
3-1-)-3
E5!a%ue 4 a$5a#ena5"ento-
Los AE o%tenidos se empacaron en recipientes +ermticos de vidrio oscuro para evitar degradaciones "uímicas por acci)n de la lu!* el calor y el aire& El almacenamiento se llev) a ca%o en un lugar 'resco a temperaturas "ue no e0cedieran los 3 HC&
3-1-)-,
Cara#ter"2a#"9n %u;5"#a e$ a#e"te esen#"a$-
La caracteri!aci)n "uímica del AE se llev) a ca%o mediante CE1& Los an$lisis cromatogr$'icos se reali!aron en un e"uipo Agilent modelo U;:4 acoplado a un espectr)metro de masas modelo :@* utili!ando una columna HP1S ,4&3mm 0 @4m 0 4&3\m- con temperatura m$0ima de @4 C& Se inyectaron 4&3 \L de muestra disueltas en metanol en el modo Splitless& La temperatura del inyector 'ue de 3@4 C& Se utili!) +elio como gas de arrastre a un 'lu(o de 9*44 mLXmin y una presi)n de &3 psi& Programa de operaci)n. temperatura inicial. 4 C durante 9&4 min* rampa de calentamiento 94 CXmin* temperatura 'inal de 34 C durante @&4 min* temperatura del detector 3;4 C en min& El reconocimiento de los compuestos individuales se reali!) mediante la comparaci)n de los patrones de 'raccionamiento de masas disponi%les en la li%rería de compuestos NIST 3444& La composici)n relativa de los compuestos se estim) mediante el an$lisis de relaci)n de $reas&
3-1-1-
RESULTADOS DISCUSIÓN
3-1-1-+ E 0a$ua#"9n e$ es!esor e $a #a!a e 5ater"a$ 0e&eta$ so.re e$ ren"5"entoPara evaluar el e'ecto "ue el espesor de capa tiene so%re el rendimiento del proceso de e0tracci)n se de() constante la presi)n ,9&3 psi- y el n6mero de capas ,@ capas-& Para encontrar el espesor de capa )ptimo se reali!aron evaluaciones en el tango de ; a 39 cm& Los resultados encontrados se reportan en la ta%la 9&
Ta. $a 3-1-+- E8e#to e$ es!esor e #a!a so.re e$ ren"5"ento e e>tra##"9n a !res"9n 4 n(5ero e #a!as #onstante!nsao 1 2 3 5 * % ' 10 11
!spesor de capa (cm) % ' 10 11 12 13 1 1 1% 20 21
"endimiento
$iempo
# 0&30 0&30 0&2' 0&2' 0&2' 0&20 0&1 0&13 0&0% 0&0% 0&0%
(min ) 35 0 35 0 5 5 5 5 50 50
El tiempo de e0tracci)n se midi) en el momento en el cual* el espesor de la capa de aceite o%servado a la salida del vaso 'lorentino permaneci) constante& Se tomaron datos cada minutos& El espesor de material vegetal tuvo un e'ecto importante so%re el rendimiento de la e0tracci)n* permaneciendo constante a espesores comprendidos entre ; y 93 cm< a valores superiores* +u%o un decaimiento del rendimiento +asta del 3 ,39 cm-* lo cual es signi'icativo para el proceso& Por tanto* con el 'in de aprovec+ar al m$0imo la capacidad del e"uipo* se utili!) un espesor de capa m$0imo de 93 cm& El tiempo de operaci)n del proceso se estim) en 5 minutos&
3-1-1-) E0a$ua#"9n e $a !res"9n e 0a!or e a &ua so.re e$ ren"5"ento Para estimar el e'ecto de la presi)n de vapor so%re el rendimiento de e0tracci)n* se llevaron a ca%o evaluaciones donde la presi)n se vari) entre 4&U y 9&; psi& El espesor ,93 cm- y el n6mero de capas de material vegetal ,@ capas- permanecieron constantes& En la ta%la 3 se muestran los resultados o%tenidos&
Ta.$a 3-1-)& E'ecto de la presi)n de vapor de agua so%re el rendimiento de la e0tracci)n&
!nsa o 1 2 3
presi +n 0& 0& 1& 1&
"endimiento # 0&0 0&1 0&2 0&1
Es de destacar "ue al incrementar la presi)n de vapor de 4&U a 9&3 psi se aument) dr$sticamente el rendimiento de la e0tracci)n ,]5UU -* con lo cual se podría in'erir* "ue la presi)n in'luy) de manera 'avora%le en el coe'iciente de trans'erencia de masa desde el material vegetal +acia la 'ase de vapor& Tam%in es posi%le "ue a %a(as presiones ,4&U 4&:-* no se alcance la 'uer!a su'iciente para arrastrar el aceite esencial +acia el intercam%iador de calor* present$ndose así* condensaciones en el interior del tan"ue de e0tracci)n& Adicionalmente* los %a(os rendimientos pueden ser atri%ui%les a "ue a estas presiones ,4&U4&: psi- no se alcan!an a dilatar su'icientemente las clulas del pericarpio del material vegetal "ue contienen el aceite esencial& Al aumentar la presi)n de 9&3 a 9&; psi* el rendimiento disminuy) considera%lemente ,];U -* lo cual pudo ser de%ido a una prdida de aceite esencial a la atm)s'era* ya "ue* a estas presiones ,9&9&; psi- se so%repas) la capacidad de condensaci)n del intercam%iador de calor disponi%le& Se esta%leci) como valor )ptimo de presi)n 9&3 psi&
3-1-1-1 Co5!os"#"9n %u;5"#a re$at"0a e$ A#e"te esen#"a$ e 5anar"na o.ten"o La composici)n "uímica de los aceites esenciales de mandarina se determin) mediante cromatogra'ía de gases acoplada a espectrometría de masas& Para e'ectos comparativos* se anali!) una muestra antes de a(ustar los par$metros de e0tracci)n ,AE1995- y otra despus de los a(ustes ,AE134-&
3-1-1-1-+ Car a#ter"2a#"9n %u;5"#a e$ a#e"te esen#"a$ $a estanar"2a#"9n e$ !ro#eso e e>tr a##"9n-
e
5anar"na
!re0"a
a
En la ta%la 5 se presenta el per'il cromatogr$'ico del AE de mandarina* o%tenido previo a la estandari!aci)n de los par$metros de e0tracci)n y con un rendimiento del 4&4 & El reconocimiento de los compuestos individuales se reali!) mediante comparaci)n de los espectros de masas reportados en la li%rería NIST3444& Los resultados o%tenidos est$n en concordancia con lo encontrado por otros autores =9499?* "uienes reportan "ue
aceite esencial de estos cítricos est$ constituido principalmente ali'$ticos no o0igenados* siendo mayoritarios el limoneno ,& -* el
-*
α
γ
y
pineno ,9&
- y
mayoritariamente el antranilato de dimetilo ,9&: -& +all$ndose
por +idrocar%uros γ terpineno ,9&
terpinoleno ,3&4 -* e +idrocar%uros o0igenados linalool
,9&3
-*
α
terpineol ,9&3 - y el
Ta.$a 3-1- 1- Co5!os"#"9n re$at"0a e $os #o5!uestos !resentes en e$ a#e"te esen#"a$ e 5anar"na antes e $a estanar"2a#"9n e $a e>tra##"9n-
,ico -
°
3-1-3-
$iempo d e retenci+n. t " (min&)
,orcenta/e total de cada pico (# )
omre
*&*
Alfapineno (±) etapineno
1
5&013
2 3
5&%5 &*2
10&0 5*&
5
*&0*5 *&30 *&553
1*&5 2&0 1&2
*
%&'3
1&2
limoneno ammaterpineno terpinoleno linalool Alfa terpineol Antranilato de dimetilo
CONCL USI ONE S
1ediante la variaci)n de par$metros de e0tracci)n como la presi)n* el n6mero y espesor de capas de material vegetal* se logr) incrementar signi'icativamente el rendimiento del proceso de e0tracci)n del AE de mandarina* pasando del 4&4 al 4&3: & Los valores de tra%a(o recomendados son. @ capas de material* un espesor de capa de 93 cm* y una presi)n de vapor de agua de 9&3 psi& Adem$s de aprovec+arse al m$0imo la capacidad del e"uipo y o%tenerse un e0celente rendimiento* se logr) conservar adecuadamente las características "uímicas del producto 'inal&
V•
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