Embed Size (px)
Citation preview
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA
DIVISIÓN DE POSTGRADO PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA
EXTRACCIÓN DE PRODUCTOS NATURALES DEL ALOE VERA CON
DIOXIDO DE CARBONO SUPERCRITICO.
Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia
Para optar al grado Académico de
MAGÍSTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA QUÍMICA
Autor: Koralys del Carmen, Goitía Arcaya
Tutor: Dra. Yolanda Reyes
Co-Tutor: Dr. Jorge Sánchez
Maracaibo, abril de 2012
Goitía Arcaya, Koralys del Carmen. Extracción de productos naturales
del Aloe vera con dióxido de carbonosupercrítico (2012). Trabajo de grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado.
Maracaibo, Venezuela. 109 p Tutor: Dra. Yolanda Reyes; Cotutor: Dr. Jorge Sánchez.
RESUMEN
En este trabajo se evaluó el proceso de extracción de productos naturales del Aloe vera con CO2supercrítico. Se realizaron actividades de instalación y
puesta en marcha del equipo de extracción, caracterización de la materia prima, evaluación del proceso y caracterización del producto final. La puesta
en marcha del equipo extractor se realizó mediante la construcción del equipo y su evaluación con el simulador mecánico Pv elite. La materia prima
y el producto final se caracterizaron física y químicamente mediante técnicas de análisis químico tales como espectroscopia de infrarrojo, microanálisis
elemental, cromatografía de gases, entre otros. Para determinar la mejor condición de operación, se evaluó el proceso de extracción a diferentes
temperatura, presión y el tiempo de contacto. Con el simulador mecánico Pv elite se obtuvo que el equipo se puedeoperar hasta 3400psig y a
temperaturas desde -75°C hasta 330°C. Las condiciones de operación establecidas fueron T=32°C, P= 7584 kPaman y tiempo= 30 min,
reportándose rendimientos de 23,4 % p/p. A través de la técnica de
infrarrojo se encontró que no hubo diferencias entre las bandas de la materia prima y del producto final, indicando que con el proceso de extracción con
FSC, se extrajeron los compuestos contenidos en la materia prima. La asignación de las bandas indica que el extracto esta constituido por largas
cadenas poliméricas, la cuales por ser un vegetal son de celulosa y biopolímero. A través de la cromatografía, se encontró la presencia de ácidos
grasos, ácido acético, ácido isovalerico y ácido isocaproico; mientras que por espectroscopia UV se detectaron compuestos fenólicos y azucares
reductores. El proceso de extracción con FSC concentróen el producto obtenido el nitrógeno y las proteínas presentes en el residuo del aloe vera.
Palabras Claves: Fluidos supercríticos (FSC),Dióxido de carbono (CO2), extracción, Aloe vera.
E-mail: [email protected]
Goitía Arcaya,Koralys del Carmen. Extraction of Aloe Vera natural
compounds with supercritical carbon dioxide.Trabajo de grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado.
Maracaibo, Venezuela. 109 p. Tutor: Dr. Yolanda Reyes; Cotutor: Dr. Jorge Sánchez.
ABSTRACT
The purpose of this study was to evaluate the extraction process of the
natural compounds of Aloe Vera with supercritical carbon dioxide (CO2). This study included the following: installation and operation of the extraction
equipment, characterization of the raw material and characterization of the final product. The extraction equipment work included the design, start-up
and operation. The evaluation of this equipment was performed using the
mechanical simulator PV Elite. The raw materials were characterized chemically and physically. The final product was characterized using chemical
analysis techniques such as spectrophotometry, elemental microanalysis, gas chromatography, among others. In order to determine the optimum
operating conditions, the extraction process was assessed at different temperatures, mass of CO2 and interphase contact time. The simulation of
the extraction equipment reported that the equipment was able to handle up to 3389 psig of pressure and temperatures between -75 °C and 330°C.
Operating conditions were T=32°C, P=1100 psig and t= 30 min, while efficiency was measured to be 23.4% w/w. No difference existed between
the raw material and final product boundaries according to the infrared technique used, indicating that the supercritical fluid (SCF) process can
extract the compounds from the raw material. The location of the boundaries also indicates that the extract composition contains large polymeric chains
which were identified as cellulose and biopolymers due to its vegetal nature.
The gas chromatography reported the presence of fatty acids, acetic acids isovaleric acid and isocaproico acids. The UV ray spectrophotometer
determined fonolico compounds and reduced sugars. The SCF can separate from the raw material certain amounts of nitrogen which are concentrated in
the product.
Key word: supercritical fluids (SCF), carbon dioxide (CO2), Aloe vera,
extraction.
e-mail: [email protected]
DEDICATORIA
A la luz de Dios, que gracias a los seres especiales que les dedico este trabajo, se ha incrementado en FE, confianza, y esperanza.
A mis mas bellos seres, siempre han estado y siempre estarán, Irma,
Carmen Flor, Elvis, Karelys, Cesar y Daniel…. Desde que me conocen los conozco…
Al negro Pedro, porque has estado y estas; tu FE y perseverancia me ha
llevado a pensar que siempre estarás; eres el pilar firme de nosotros.
A ustedes mi vida, a ustedes mi éxito….
Los amo familia
AGRADECIMIENTOS
A Dios, agradecida de que hoy por hoy sigoaquí, dando fe y esperanza a las
personas más cercanas a mi, siendo un testimonio de vida de que si se
puede dejar el sufrimiento y seguir adelante, que el único ingrediente que
hace falta es Dios.
A mi tutora, por su gran apoyo profesional, ético y dedicación en este largo
tiempo, me han sido ejemplo de admiración, su instrucción ha sido paso
fundamental para lograr este objetivo, a usted mis mas grades respetos, me
enseño a que solo con dedicación y esfuerzo se consigue el crecimiento
profesional.
Al profesor Jorge Sánchez, el profesor que más admiro y respeto como
profesional y persona, su humildad lo hacen ser lo más genial que tiene LUZ,
sus conocimientos lo hacen brillar en cualquier lugar, pero la forma en que
hace llegar ese conocimiento lo hacen ser un ser humano integro y realizado.
A la profesora Cateryna, por su valiosa colaboración en el desarrollo de
este trabajo, gracias por todas las gestiones realizadas para los análisis
químicos y las grandes asesorías y apoyo.
A la profesora Dora Finol, profe muchas gracias por todo lo que ha hecho
por mi, en la gestión de la presentación de este trabajo de grado y por todos
sus consejos y aportes en toda la maestría.
Al profesor Orlando Pérez, por su valiosa colaboración en la gestión para
la determinación de propiedades químicas de este trabajo.
A Pedro, por la valiosa contribución en la construcción del equipo de
extracción, parte de este trabajo se realizó gracias a tus conocimientos en
mecánica.
A la UNEFM, por su valiosa colaboración en brindar el tiempo y la dedicación
a este proyecto.
Al laboratorio de análisis químico de la UNEFM, por brindar su
colaboración en la determinación de las propiedades físicas de la materia
prima.
Al laboratorio de alimentos de LUZ, por prestar su colaboración en los
análisis químicos efectuados en este trabajo.
Al IVIC, por su valiosa colaboración en la determinación de las propiedades
químicas de este trabajo de grado.
Al INZIT, por prestar su colaboración en los análisis químicos realizados en
este trabajo.
TABLA DE CONTENIDO
Página
RESUMEN………………………………………………………………………………................. iii
ABSTRACT………………………………………………………………………………………………… iv
DEDICATORIA………………………………………………………………………………………….. v
AGRADECIMIENTO…………………………………………………………………………………… vi
TABLA DE CONTENIDO……………………………………………………………………………. viii
LISTA DE TABLAS………………………….…………………………………………………………. x
LISTA DE FIGURAS………………………………………………………………………………….. xii
INTRODUCCIÓN…………………………….…………………………………………………………. 14
CAPÍTULO
I MARCO TEORICO Antecedentes históricos………………………………………………
La planta Aloe vera…………………………………………………….. Fluidos supercríticos……………………………………………………
Técnicas para el análisis químico……………………………….
17
19 23
29 II MARCO METODOLÓGICO
Población y muestra…………………………………………………… Diseño experimental……………………………………………………
Determinación de las características fisicoquímicas
de la materia prima……………………………………………………. Construcción del equipo para Extracción con Fluido
Supercrítico…………………………………………………………………. Evaluación experimental del proceso de separación
de productos del Aloe vera mediante la extracción con dióxido de carbono a diferentes condiciones de
operación……………………………………………………………………. Caracterización del producto natural (extracto)………..
35 35
35
42
50 51
III RESULTADOS Y ANÁLISIS Caracterización de muestras de Aloe vera (materia
prima)…………………………………………………………………………. Construcción del equipo para la extracción. Montaje
experimental………………………………………………………………. Evaluación experimental del proceso de separación
de productos del Aloe vera mediante la extracción
con dióxido de carbono a diferentes condiciones de operación…………………………………………………………………….
Extracción de productos naturales del Aloe vera……………………………………………………………………
56
63
70
70
Cinética del rendimiento de extracción……………
Caracterización del producto obtenido………………………
79
92 CONCLUSIONES…………………………………………………………………… 97
RECOMENDACIONES…………………………………………………………… 99
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………… 100
ANEXOS……………………………………………………………………………….. 105
Anexo 1………………………………………………………….. Anexo 2…………………………………………………………..
105 109
LISTA DE TABLAS
Tabla Página
1 Clasificación botánica de la planta de Aloe vera…………………….. 19
2 Propiedades Críticas de especies puras seleccionadas…………… 25
3 Propiedades Físicas de gases, fluidos Supercríticos y líquidos. 27
4 Aceites y lípidos extraídos con CO2 supercrítico……………………… 29
5 Parámetros físicos determinados en la materia prima y métodos…………………………………………………………………………………….
38
6 Parámetros químicos determinados en la materia prima………. 41
7 Condiciones iniciales y finales del hielo seco en el recipiente
B-1…………………………………………………………………………………………….
48
8 Condiciones de temperatura y presión en el recipiente S-1….. 48
9 Características físicas del residuo. Tratamiento fileteo…………… 56
10 Características físico del residuo de Aloe vera. Tratamiento hoja completa…………………………………………………………………………….
57
11 pH en residuos del Aloe vera…………………………………………………… 58
12 Aceites y grasas en residuos del Aloe vera…………………………….. 59
13 Asignación de las bandas de absorción de FTIR de la materia prima (residuo de sábila)…………………………………………………………
60
14 Características para la construcción del Equipo extractor con CO2…………………………………………………………………………………………….
64
15 Instrumentos y accesorios del Equipo Extractor……………………. 69
16 Análisis de Varianza a tiempo de 5 min………………………………….. 73
17 Análisis de Varianza a tiempo de 10 min………………………………… 74
18 Análisis de Varianza a tiempo de 20 min………………………………… 75
19 Análisis de Varianza a tiempo de 30 min………………………………… 77
20 Análisis de Varianza a tiempo de 40 min………………………………… 108
21 Análisis de Varianza a tiempo de 50 min………………………………… 108
22 Análisis de Varianza a tiempo de 60 min………………………………… 108
23 Análisis de Varianza a P=700 psig…………………………………………… 80
24 Análisis de Varianza a P=700 psig y datos a partir de t=30 min…………………………………………………………………………………………….
81
25 Análisis de Varianza a P=900 psig………………………………………….. 82
26 Análisis de Varianza a P=1000 psig………………………………………… 83
27 Análisis de Varianza a P=1100 psig………………………………………… 84
28 Análisis de Varianza a P=1100 psig a partir de t=30 min……… 85
29 Análisis de Varianza a P=1200 psig………………………………………… 86
30 Análisis de Varianza a P=1200 psig a partir de t=30 min……… 87
31 Resumen de las condiciones de proceso establecidas estadísticamente……………………………………………………………………….
88
32 Resumen de % de elementales a diversas condiciones de proceso………………………………………………………………………………………
91
33 Asignación de las bandas de absorción de FTIR de la materia prima (residuo de sábila)…………………………………………………………
93
34 Ácidos grasos presentes en el extracto de Aloe vera……………… 94
35 Nitrógeno y proteínas presentes en el extracto del Aloe vera. 95 36 Compuestos fenólicos y azucares reductores en el
extracto del Aloe vera…………………………………………………………
95
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
1 Sección transversal de la hoja del Aloe vera 1. Gel parte interna
2. Acíbar líquido amarillo, 3. Corteza, 4. Mucilago……….
20
2 Planta de Aloe vera barbadensis Miller………………………………………. 21
3 Esquema representativodel diagrama depresión-temperatura del CO2……………………………………………………………………………………………
27
4 Residuo de hoja entera, y residuo de fileteo………………………………. 37
5 Espectrofotómetro Pekin Elmer………………………………………………….. 40
6 Espectrómetro de masa EA 1108 CHNS-0…………………………………. 41
7 Dimensiones del equipo preliminar de extracción…………………….. 43
8 Equipo Presurizado P-1, (a la izquierda 80 psig a la derecha 250
psig)……………………………………………………………………………………….
44
9 Diagrama de fases del Dióxido de carbono………………………………… 45
10 Proceso de cambio de fases en el recipiente B-1………………………. 46
11 Diagrama de flujo del sistema de operación…………………………….… 47
12 CromatógrafoAgilent 6890N (Agilent)……………………………………….. 52
13 Curva de absorbancia versus concentración de compuestos
fenólicos………………………………………………………………………………………….
53
14 Curva de absorbancia versus concentración de azúcares reductores……………………………………………………………………………………...
54
15 Asignaciones de bandas de la materia prima (residuo del Aloe
vera)……………………………………………………………………………………………….
60
16 Espectrómetro de masa (residuo del Aloe vera)…………………………. 61
17 Montaje Experimental del Equipo Extractor. Sistema de Calentamiento E-1………………………………………………………………………….
63
18 Autoclave B-1………………………………………………………………………………… 65
19 Equipo Extractor S-1……………………………………………………………………. 65
20 Dimensiones del Sistema de calentamiento………………………………… 65
21 Dimensiones para el Autoclave B-1……………………………………………… 66
22 Dimensiones delSeparador S-1…………………………………………………… 68
23 Estructura mecánica del soporte del Equipo………………………………… 70
24 Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=5
min…………………………………………………………………………………………………
71
25 Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T,
t=10 min…………………………………………………………………………………………
74
26 Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=20 min. ………………………………………………………………………………………
75
27 Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T,
t=30 min. ………………………………………………………………………………………
76
28 Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=40 min. ………………………………………………………………………………………
77
29 Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T,
t=50 min. ………………………………………………………………………………………
78
30 Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=60 min. ………………………………………………………………………………………
78
31 Cinética del rendimiento del producto del proceso de extracción
a P=700 psig y T= 32°C y T=40°C……………………………………………….
80
32 Cinética del rendimiento del producto en el proceso de extracción a P=900 psig y T= 32°C y T=40°C……………………………
82
33 Cinética del rendimiento del producto en el proceso de
extracción a P=1000 psig y T=32°C y T=40°C……………………………
83
34 Cinética del rendimiento del producto en el proceso de extracción a P=1100 psig y T=32°C y T=40°C……………………………
84
35 Cinética del rendimiento del producto en el proceso de
extracción a P=1200 psig y T=32°C y T=40°C……………………………
86 36 Análisis elemental a P=700 psig, 40°C y t= 30 min…………………… 88
37 Análisis elemental a P=900 psig, T= 32°C y t= 5min…………………. 89
38 Análisis elemental a P=900 psig, T= 32°C y t= 5min…………………. 89
39 Análisis elemental a P=1100 psig, T= 32°C y t=30 min…………… 90
40 Análisis elemental a P=1200 psig, T= 40°C y t=30 min…………….. 91
41 Espectro de FTIR del extracto final del residuo del Aloe vera……… 92
14
INTRODUCCIÓN
El proceso tradicional de obtención de productos naturales consiste en
separar los compuestos bioactivos de las plantas (fase sólida) por contacto
directo con una fase líquida, en la cual se transfieren estos solutos
manteniendo su estructura original. Este proceso se conoce como lixiviación
y para realizarlo existen varios métodos. Los compuestos extraídos son
utilizados en la agroindustria alimentaria, en la industria farmacéutica y en la
industria cosmética.
Según Velazco y col. (1), los métodos tradicionales de extracción
requieren altos tiempos de residencia y grandes cantidades de solvente.
Estos métodos involucran el uso de calor y/o agitación, la hidrodestilación y
la maceración con agua, alcohol o grasa caliente.
Recientemente se han desarrollado varias técnicas para la extracción de
solutos de matrices sólidas, entre ellas se tienen: la extracción asistida con
ultrasonido, la extracción asistida con microondas, la extracción con solvente
y la extracción con fluidos supercríticos. Brunner (2) encontró que el uso de
estas técnicas permite obtener productos por extracción en un menor
periodo de tiempo, y con una disminución en el consumo de solventes
tradicionales, tales como: alcoholes, acetona, acetato de etilo y
agua.También aumenta el rendimiento de extracción y mejora la calidad del
extracto.
Actualmente existen numerosos procesos de extracción utilizados en el
procesamiento del Aloe Barbadensis Miller (Aloe vera) para la extracción de
productos. Por ejemplo,en el tratamiento que se le aplica al acíbar, se
utilizan solventes tales como hexanopara obtener antraquinonas, en la
extracción de azúcares del cristal se utilizan solventes tales como metanol,
etanol e isopropanol. La extracción con solventes produce impurezas debido
a que este no es retirado totalmente delos productos. Por esta razón, se
diseñan etapas de procesos adicionales que permiten disminuir las impurezas
15
de solvente en el producto final, incrementando de esta manera los costos en
las industrias procesadoras.
Según estimaciones de Aloetrade (3), Venezuela es el tercer país con
mayor producción del Aloe vera en América Latina. Sin embargo,esta
industria tiene un grado de desarrollo medio a nivel de transformación
industrial, produce en gran cantidad pero no se obtiene del mismo modo una
gran variedad y cantidad de productos terminados.
La planta de Aloe vera ha sido explotada de manera artesanal en
plantaciones de pequeña escala (menores a 7 hectáreas), siguiendo un
posterior procesamiento agroindustrial rudimentario de donde se extrae
fundamentalmente como principal producto comercializable la pasta, que
corresponde al acíbar (exudado de la hoja) deshidratado mediante técnicas
de cocción hasta alcanzar un sólido de color negruzco(4).
En Falcón, el mercado ha evolucionado significativamente los últimos
años y mantiene una proyección de crecimiento del 10-15% interanual,
estimándose un mercado global de US$ 50 millones en productos primarios
(hojas, gel y plántulas) (5).
La producción de la planta de Aloe vera ha incrementado el desarrollo
económico del estado Falcón, las técnicas que se utilizan para la extracción
de sus productos no han evolucionado de acuerdo a los avances tecnológicos
existentes a nivel mundial. Gran parte de esta especie vegetales desechada
en los procesos de obtención de productos, este desecho se conoce
técnicamente como la corteza de la planta (residuo).
En este trabajo de investigación se aplicará la tecnología supercrítica a la
matriz residual de la planta Aloe vera para extraer productos naturales. Se
utilizó como materia prima a la matriz sólida de la plantaAloe vera, conocida
como residuo o desecho, debido a que es la parte de la planta, que no esta
siendo aprovechada a nivel industrial. El objetivo principal de esta
investigación es aplicar la tecnología supercrítica a los residuos del Aloe vera,
con la finalidad de estudiar el rendimiento del producto obtenido y
caracterizarlo para determinar sus aplicaciones.
16
Este trabajo de investigación se encuentra estructurado en cuatro
capítulos fundamentales. En el Capitulo I se expone la introducción de la
investigación, donde se plantean de manera general el problema, los
objetivos y la justificación de la investigación. En el Capitulo IIse desarrollan
las bases teóricas sobre las cuales se sustenta la realización de este trabajo.
El diseño de la investigación y la metodología a utilizar para el desarrollo
experimental de proyecto se plantean en el Capitulo III. Posteriormente, en
el Capitulo IV se presentan los resultados y el análisis de los mismos. Al
final, se exponen las conclusiones y recomendaciones a considerar para el
desarrollo de nuevas investigaciones relacionadas con este proyecto de tesis.
17
CAPITULO I
MARCO TEÓRICO
Antecedentes históricos
Mckenzie y col. (6)utilizaron el hielo seco como una fuente de CO2
líquido y desmostraron su eficiencia en la extracción de aceite de naranja.
Este procedimiento fue desarrollado por estos investigadores, como un
método fiable, cómodo, económico y seguro para la extracción con CO2 en
laboratorios de enseñanza. Los beneficios adicionales dela extracción con CO2
líquido incluyen oportunidades para ilustrar los cambios de fase y para
modernizar los planes de estudio a través de la introducción de los actuales
avances científicos.
Estos estudios, permitieron establecer los conceptos ytécnicas básicas del
proceso operativo del equipo de extracción establecido en este trabajo de
investigación, aplicando principios y métodos de química ambientalista,
específicamente los de prevención de residuos y el uso de un disolvente
menos dañino para el consumo.
Los residuos de la planta deAloe verahan sido estudiados por Acosta Y. y
col. (7), fueron caracterizados químicamente y se estableció que
estospueden ser utilizados como abono de los suelos sin ocasionar efectos
indeseables. El residuo de este vegetalmostró una alta relación másica C/N
de 60, lo que les permitió concluir que el uso del residuo de la planta deAloe
vera podría limitarse en términos de la cantidad aplicada (dosis) a los suelos
y la frecuencia de aplicación. Sin embargo, es recomendable antes de aplicar
estos residuos al suelo, evaluar la fitotoxicidad que podría derivarse de la
presencia (en los lodos principalmente) de compuestos orgánicos tóxicos, así
como el grado de estabilidad omadurez de estos residuos. Adicionalmente, a
nivel microbiológico, existe otro riesgorepresentado por la posible
persistencia de ciertos microorganismos patógenos.
18
Qiuhui H. y col (9) utilizaron el dióxido de carbono supercrítico como
solvente para la extracción de productos de la planta deAloe vera, utilizando
un diseño de una matriz ortogonal, variando caudales de CO2 supercrítico de
12-36 l/h, la presión entre 35-45 MPa y temperaturas desde 32-50°C. El
rendimiento óptimo fue de 1,47% a 36 l/h, 35 MPa y 50°C. Se obtuvieron
productos naturales tales como a-tocoferol y se demostró que el extracto se
caracterizó por tener capacidad antioxidante. Este trabajo de investigación
proporcionó las bases para establecer el rango de operación de las variables
de presión y temperatura.
Por otro lado, Espinosa (10)denomina fluidos cuasi-críticos o NCF (near-
critical fluid) a los líquidos que exhiben propiedades similares a las de los
fluidos supercríticos, aun cuando en muchos casos estas condiciones se
presentan sin estar necesariamente cerca de las condiciones críticas.
Velasco R. y col (1) realizaron una revisión sobre el uso del dióxido de
carbono supercrítico como solvente para la extracción de compuestos
bioactivos presentes en vegetales de actual y potencial uso, en procesos de
la agroindustria. Se describe la extracción con fluidos supercríticos, se
muestran condiciones de operación y se nombran algunos principios
bioactivos extraídos de diferentes materias primas vegetales. Concluyen que
la extracción con fluidos supercríticos es una técnica para mejorar la
competitividad de la agroindustria.
Rivero R. y col. (11) obtuvieron y caracterizaron extractos dela
plantaAloe vera, y determinaron la efectividad media frente al virus Herpes
simplex tipo I (HSV-I). El extracto obtenido fue caracterizado y presentó una
concentración de antracenderivados totales de 25,0±5,0 mg %, una
actividad antiviral in vitro con una toxicidad media de 3,8±0,3 mg/mL y una
dosis efectiva de 0,80±0,05 mg/mL. De los estudios cinéticos que realizaron
al extracto determinaron los mejores tiempos de extracción.
Irfan A.y col (12) caracterizaron los tres componentes de la Aloe
Barbadensis Miller: la savia, el mucílago y la corteza.La savia es de color
amarillo. El mucílago es la capa gruesa de tejido vegetal claro justo debajo
19
de la corteza. La corteza es la parte exterior, la capa verde. Las pruebas
indicaron que la savia contenía monosacárido azúcares reductores, cetosas
yfuranosas; en el mucílago y el residuo encontraronazúcares reductores y
piranosas. La cromatografía en papel mostró, que la corteza es la única
solución con pigmentos fotosintéticos;el espectro de absorción también
mostró resultados similares. Una prueba de la enzima mostró éstaque no
estaba presente en ninguna de las soluciones.
La planta Aloe vera
La especie vegetal Aloe vera, conocida comúnmente como sábila, es una
planta plurianual, que pertenece a la familia de las Aloaceas, tal como se
puede observar en la Tabla 1, y está considerada como uno de los mayores
regeneradores celulares que ha dado la naturaleza (13, 14).
Tabla 1. Clasificación botánica de la planta de Aloe vera
CLASIFICACIÓN BOTÁNICA
Reino Vegetal
Familia Aloaceas
Género Aloe
Especie Vera
Nombre científico Aloe vera
Nombre común Sábila
La hoja de la planta consta de tres capas: una cubierta exterior verde y
sólida, una jalea viscosa en la que destacan una serie de cuerpos vasculares
atados a lasuperficie interna de la piel, y el filete que posee una estructura
integrada a su vez por estructuras hexagonales que almacenan el fluido del
filete. Las hojascontienen dos clases de líquidos en su interior, tal como
seilustra en la Figura 1: un líquido de color amarillo llamado látex y el otro
que es un gel (mucílago), que es de gran uso comercial (15).
20
Figura 1. Sección transversal de la hoja del Aloe vera: 1. Gel parte interna
2. Acíbar líquido amarillo, 3. Corteza, 4. Mucilago.
La planta Aloe vera se cultiva en muchos países cálidos, tropicales y
subtropicalesy tiene una historia larga e ilustre que empieza desde la época
bíblica. El primerregistro es del año 1500 a.C. en el Papyrus Erbes, cuyas
copias originales estánprotegidas en la Universidad de Leipzig. Estos
documentos egipcios declaran quelos valores curativos de la planta fueron y
habían sido aclamados extensamentedesde hacía muchos siglos.
Diosocorides, en el siglo I d.C, estudió extensamente el vegetal en su
herbolario griego y también opinó de sus virtudes medicinales y cosméticas
(15). Estas plantas son originarias del África oriental y meridional y desde
muy remoto tiempo se han aclimatado por toda la hoya mediterránea, las
antillas, la América del sur y por la India (16).
Existen más de 300 especies de Aloe que crecen por todo el mundo. Sin
embargo,actualmente sólo se comercializan dos especies, la planta deAloe
barbadensis Miller y la planta de Aloe Aborescens que son los más conocidos,
(15 y 17). La planta del aloe crece enáreas tropicales y no puede sobrevivir
en temperaturas de congelación (18).
- Aspectos Taxonómicos
La planta de sábila es perenne, presenta aspecto suculento, el rizoma es
largo y eltallo es corto, en torno al cual se agrupa un rosetón de hojas que
2.Acíbar
1. Gel
3.Corteza
4. Mucilago
21
puede formar de12 a 16 niveles. Su tamaño puede variar de 30 cm hasta3 m
dependiendo de la variedad. Hojas finamente lanceoladas, 30 a 60 cm de
longitud; turgentes, verdes, márgenes con dientes espinosos separados. Las
flores pueden ser amarillas, anaranjadas, púrpuras y rojas dependiendo de la
variedad y de 2,5 cm de largo, como se observa en la figura 2.
Presentan androceo regular y simétrico, sépalos y pétalos generalmente
de colorsemejante. Los estambres son 6, poco más o menos del largo del
periantio confilamentos delgados y anteras oblongas. El ovario es sésil,
trilobulado; los óvulosson numerosos en cada cavidad del ovario. El fruto es
capsular, las semillas sonnumerosas y negras. Las plantas alcanzan su
madurez a los 4 años de edad y pueden llegar a vivir alrededor de unos 12
años (14, 19).
Figura 2. Planta de Aloe verabarbadensis Miller
- Estructura celular del tejido
Al hacer un corte transversal de la hoja se advierte primero una fuerte
cutícula epidérmica con numerosos estomas; después de una zona
parenquimatosa con granos de clorofila, almidón y finos ráfides de oxalato de
calcio. Luego la parte central espesa formada de grandes células de
parénquima incoloro mucilaginoso.
22
Hay toda una serie ordenada a lo largo de la línea que divide dos zonas
de parénquima, de haces vasculares de forma oval. Dentro de cada haz hay
un endodermo dentro del cual hay un periciclo de anchas células que
contienen un líquido incoloro lleno de los principios activos; este líquido se
torna violáceo al contacto con el aire, (16).
El la figura 3, se observa la forma característica de una hoja madura de
la planta de Aloe vera, donde se distinguen claramente las partes de la hoja;
una corteza externa gruesa de color verde (piel) y una abundante pulpa
interna (gel), constituida mayoritariamente de agua, ya que lamateria seca
sólo representa un 0,9 %, (20).
- Aplicaciones de la especie vegetal Aloe vera
Se conoce que el uso de la especie vegetal dealoe vera ha sido reportado
desde tiempos bíblicos. Históricamente, la planta ha sido utilizada en la
medicina tradicional para el tratamiento de muchas enfermedades. Es
conocido como un buen antiinflamatorio, gracias a la acción de la manosa-6-
fosfato presente en su gel, y como un poderoso cicatrizante del tejido
epitelial, debido a la actividad de sus aminoácidos que estimulan la
producción de nuevas células y a la habilidad de sus enzimas para promover
la regeneración de la piel (14, 21).
La planta de Aloe veraes utilizada en la industria cosmética debido a que
es rica en vitaminas y minerales, humectante, devuelve a la piel
suelasticidad, elimina las arrugas, actúa contra laserupciones, el acné, las
irritaciones. Protege la piel de lacontaminación del aire de las ciudades y las
quemaduras delsol. Sus enzimas proteolíticos contribuyen a eliminar las
célulasmuertas de la piel y estimulan la división celular, facilitando la
regeneración de las dermis perezosas o cansadas (14, 24). El gel es también
utilizado en el tratamiento de quemaduras y de ulceras en la piel en general
(14, 17, 22).
23
Uno de los campos de acción privilegiado del aloe vera es la
dermatología. Tiene fama por su eficacia contra la seborrea, el herpes, el
acné rosáceo, la psoriasis, los eczemas, las micosis y los herpes febriles.
En la industria farmacéutica, se ha reportado el uso en la cura de las
úlceras gástricas gracias a su efecto antiséptico.El gel de aloe vera
estabilizado bebible es un gran remedio contra las infecciones del hígado.
Mejora las funciones hepáticas y demuestra ser un excelente antídoto contra
el exceso de consumo de alcohol. Se recomienda en la prevención de la
cirrosis del hígado.
En el campo de la medicina veterinaria, el extracto del gelha sido usado
en el tratamiento de muchos animales en casos externos tales como alergias,
abscesos, infecciones por hongos, varios tipos de inflamaciones, dolores y
comezón.En algunas zonas de los Estados Unidos y de Canadá, los
agricultores experimentan técnicas de cría biológica utilizando aloe vera para
combatir algunas enfermedades de los animales. Actualmente los resultados
obtenidos son sorprendentes y van incluso más allá de las previsiones
iniciales(14, 25, 26).
Estudios recientes indican que esta planta puede usarse en el tratamiento
delVIH-SIDA. Esto es atribuido a las propiedades antivirales e inmunológicas
de ungrupo de polisacáridos que actúan directamente en las células del
sistemainmunológico, activando y estimulando macrófagos, monolitos,
anticuerpos ycélulas-T (14, 25, 27).
La planta de aloe vera también se ha usado en el tratamiento del cáncer,
donde ha demostrado que tiene un efecto positivo en la inhibición del
crecimiento de tumores (14, 28).
Fluidos supercríticos (FSC)
Los fluidos supercríticos (FSC) han sido objeto de continuointerés
científico desde el siglo pasado, su potencialbeneficio a la química no se
24
hadesarrollado plenamente.Cada compuesto estable tiene un punto triple y
crítico.Cualquier compuesto gaseoso se vuelve supercrítico cuando es
comprimido a una presión superior a la críticapresión (Pc) y por encima de la
temperatura crítica (Tc).
Las propiedades de los fluidos supercríticos son diferentes a la de las los
líquidos y gases. En particular, la densidad y la viscosidad sufren cambios
drásticosa condicionescercanasal punto crítico. El poder de solvataciónes
mucho menor que el de undisolventeconvencional (29).
Los FSC también ofrecen una serie de ventajas técnicas.Debido a sus
características han sido ampliamente utilizadas en la cromatografía, en
particular enuna variedad de procesos de extracción y separación.
Formanuna mezcla de una única fase con reactivos gaseosos, mejorando la
velocidad de transferencia de masa y las velocidades de reacción. En la
actualidad, la industria de productos químicos enfrenta a una seria de
problema en relación con losdisolventes convencionales, a causa
depreocupaciones ambientales. (29)
La regulación del uso de disolventes orgánicos peligrosostales como
hidrocarburos clorados es cada vez másestrictos y estimula el desarrollo
consiente del medio ambiente. (29)
El dióxido carbono tiene una temperatura crítica(Tc) de 31°Cy un Pc de
7397kPa, con un excelente potencial para funcionar como un solvente a
estas condiciones. Es abundante y económico,no inflamable, no tóxico y
ambientalmente benigno.Tiene una alta solubilidad para compuestos
orgánicosno polares. Aunque su capacidad de disolver compuestos polares
iónicos, o poliméricos está sumamente limitada,puede llegar a extraer
ciertascantidades.
Una definición básica y precisa de un fluido supercrítico fue establecida
por Darr y Poliakoff, citados por Espinoza (10), la cual es la siguiente:
Un fluido supercrítico (FSC) es cualquier sustancia cuya temperatura y
presión son más altas que sus valores críticos y su densidad aproximada
esmayor que su densidad crítica.(10)
25
- Propiedades Físicas de los Fluidos Supercríticos.
La Tabla 2muestra los valores de las propiedades críticas de algunos
fluidos de interés.Los fluidos que se encuentran en estados por encima del
punto crítico exhibencomportamientos y propiedades físicas diferentes de
aquellas de los estados sólido, líquido ogas y se denominan fluidos
supercríticos (FSC).
Tabla 2. Propiedades críticas de especies puras seleccionadas
Compuesto Peso molecular kg/kmol
Tc (K) Pc (bar) vc (cm3/mol)
Agua 18.02 647.1 220.55 55.9
Dimetil éter 42.00 400.0 52.40 178.0
Dióxido de
Carbono
44.01 304.2 73.83 94.0
Etano 30.07 305.3 48.72 145.5
Etanol 46.07 513.9 61.48 167.0
Etil acetato 88.11 523.3 38.80 286.0
Etileno 28.05 282.3 50.40 131.0
n-Hexano 86.00 507.5 30.1 368.2
Propano 44.10 369.8 42.48 200.0
Como se observa en la Tabla 2, cada fluido tiene un punto crítico
característico, existiendo para cada uno un valor de presión y detemperatura
por encima de los cuales se comporta como un fluido supercrítico. Los
compuestos más interesantes desde un punto de vista industrial son aquellos
que no requieren presiones ni temperaturas demasiadoelevadas, por lo
tanto acarrean menores costos.El dióxido de carbono es no-tóxico, no-
inflamable, ambientalmente benigno, ampliamentedisponible con un alto
nivel de pureza y bajo costo, y con una temperatura crítica de sólo31ºC (304
K). Es el fluido supercrítico por excelencia adoptado para el procesado de
productosnaturales con aplicaciones en la industria de alimentos y en la
industria farmacéutica y cosmética. Si bien el N2O tiene parámetros críticos
26
similares a los del dióxidode carbono: Tc=309.7 K y Pc=72.6bar, éste es
altamente explosivo en presencia depequeñas cantidades de compuestos
orgánicos.A pesar de sus ventajas, el CO2 no es un buen solvente para
compuestos de muy bajavolatilidad.
El agua supercrítica es de interés como sustituto de solventes orgánicos
para tratamiento dedesechos en procesos de extracción y reacción, y para su
uso en oxidación de residuosorgánicos peligrosos y síntesis hidrotérmica.
Tanto el CO2 como el agua supercrítica son objeto de un creciente interés
para reducir lacontaminación (10).
El propano compite en muchas aplicaciones supercríticas o cuasi-críticas
con el dióxido decarbono, y por tanto, es inevitable una comparación de
ambos solventes. Como puede verseen la Tabla 2, el propano tiene una
presión crítica de 42.48bar, de modo que se pueda trabajara presiones más
bajas que las del CO2, lo que redunda en menores gastos de compresión;
porotro lado, si bien el poder solvente del propano es mayor que el del
dióxido de carbono, ytampoco es tóxico, su uso está más restringido por ser
un solvente inflamable. No obstante, elpropano está ganando popularidad, ya
sea por sus propiedades termofísicas o por razoneseconómicas (10).
En la Figura3 se muestra el diagrama P-T del CO2 puro, en la cual se
representan los tres estados de la materia separados por líneas que
corresponden a los equilibrios sólido-líquido o de fusión, sólido-gas o de
sublimación y líquido-gas o de vaporización. También se indican dos puntos
característicos: el punto triple, donde coexisten los tres estados, y el punto
crítico, al final de la curva de vaporización, caracterizado por una presión
crítica, Pc, y una temperatura crítica, Tc.
27
Figura 3. Esquema representativodel diagrama de
presión-temperatura del CO2.
Tal como se muestra en la Tabla 3, los fluidos supercríticos exhiben
propiedades intermedias entre los gases y los líquidos. Sus densidades son
similares a las de los líquidos y las propiedades de transporte se aproximan
más a lade los gases. Estas son algunas de las características que los
califican como fluidos aptos para la extracción.
Tabla 3. Propiedades físicas de gases, fluidos supercríticos y líquidos.
Estado del
fluido
Densidad
(g/cm3)
Viscosidad
(Pa s)
Difusividad
(cm2/s)
Gas, 1 bar 10-3 10-5 0.2
FSC (Tc, Pc) 0.3 10-5 0.7 10-3
Líquido 1 10-3 10-5
La densidad y la viscosidad cambian drásticamente a condiciones
cercanas al punto crítico. La capacidad de penetración del fluido supercrítico
en matrices sólidas se debe a su tensión superficial despreciable, a los
coeficientes de difusión los cuales son de orden de magnitud superior y a las
viscosidades que son cien veces menores a las de los solventes líquidos (10).
28
Adicionalmente, en las regiones donde un FSC es altamente compresible,
su densidad y por tanto, su poder solvente pueden ser ajustados sobre un
amplio rango, con modestas variaciones de la temperatura y/o la presión. La
característica de los FSC de modificar su poder solvente constituye una
característica que puede ser usada para controlar elcomportamiento de fase,
los procesos de separación (extracción supercrítica), las velocidades y
selectividades en reacciones químicas y las morfologías en procesado de
materiales (29).
- Aplicaciones de los Fluidos Supercríticos.
Algunas aplicaciones de los fluidos supercríticos se describen a
continuación:
Aplicaciones farmacéuticas: Los fluidos supercríticos pueden ser usados para
encapsular drogas en matrices poliméricas, fraccionar mezclas de proteínas y
esterilizar organismos bacterianos. Principios activos farmacéuticos y
cosméticos puedenser obtenidos por extracción supercrítica de plantas
medicinales (extracto de camomila yde ginseng) o del fraccionamiento
supercrítico de aceites como ácidos grasospoliinsaturados (10).
Cromatografía supercrítica: Esta técnica permite separar compuestos de alto
pesomolecular y térmicamente lábiles que no pueden ser separados por
cromatografía gaseosa.Los cromatógrafos supercríticos utilizan dióxido de
carbono como fase móvil, modificadageneralmente con 1 a 5% de solventes
orgánicos polares, y cuentan con característicasadicionales tales como
presión y densidad programadas, lo que permite un mejor control de la
solubilidad (10).
Aplicaciones agroindustriales: Algunas aplicaciones comerciales de la
extracción con los FSC en la agroindustria alimentaria son: el
fraccionamiento y la extracción de aceites y grasas, antioxidantes naturales,
alcaloides, aromas y especias (1).
29
Algunos aceites y lípidos extraídos con scCO2 se muestran a continuación
en la Tabla 4.
Tabla 4.Aceites y lípidos extraídos con CO2 supercrítico
Técnicas para el análisis químico.
Entre las técnicas utilizadas en este trabajo tenemos las siguientes:
- Espectroscopia de Infrarrojo por Transformada de Fourier (FTIR).
Cuando la radiación infrarroja incide sobre una muestra, es capaz de
provocar cambios en los estados vibracionales de las moléculas
constituyentes de la misma. La absorción de radiación por parte de una
muestra es indicativa del tipo de enlaces y grupos funcionales presentes en
la misma.
Tanto desde el punto de vista instrumental como de sus aplicaciones es
conveniente dividir la región infrarroja en tres regiones denominadas
infrarrojo cercano (NIR), infrarrojo medio (MIR) e infrarrojo lejano (FIR). La
gran mayoría de las aplicaciones analíticas clásicas de la espectroscopia
30
infrarroja se basan en el empleo del infrarrojo medio (4000-600 cm-1) y el
infrarrojo cercano, que proporciona la posibilidad de convertir esta técnica en
una técnica cuantitativa. La técnica de transformada de Fourier permite la
obtención de espectros de forma rápida, precisa y con relaciones Señal/Ruido
(S/N) elevadas.
Esta técnica es versátil y de mayor aplicación. Las posibles aplicaciones
de esta técnica son por tanto innumerables. Sin embargo, a continuación se
citan algunas de las aplicaciones más importantes: caracterización e
identificación de materiales, polímeros y plásticos, sólidos inorgánicos
(minerales, catalizadores, materiales compuestos). Análisis de productos
farmacéuticos y de síntesis, y contaminantes. Aplicaciones en ciencia forense
(identificación); biomedicina (análisis de tejidos); conservación artística
(análisis de pigmentos, materiales utilizados); industria del reciclaje
(identificación de materiales poliméricos); agricultura y alimentación (IR
cercano); seguimiento de procesos químicos; polimerizaciones, curado, y
reacciones catalítica.
Dependiendo del modo de obtención de los espectros se pueden
distinguir distintas técnicas entre las que destacan la reflectancia difusa
(DR), reflectancia total atenuada (ATR) o transmisión (30).
- Cromatografía gaseosa.
La cromatografía es un método físico de separación basado en la
distribución de los componentes de una mezcla entre dos fases inmiscibles,
una fija y otra móvil. En cromatografía gaseosa, la fase móvil es un gas que
fluye a través de una columna que contiene a la fase fija, la cual puede ser
un sólido poroso (cromatografía gas-sólido o CGS), o bien una película
líquida delgada que recubre un sólido particulado o las paredes de la
columna (cromatografía gas-líquido o CGL). En el primer caso, el proceso
que produce la separación es la adsorción de los componentes de la mezcla
31
sobre la superficie sólida y en el segundo, la partición de los mismos entre
las fases líquida y gaseosa (31).
El gas portador (fase móvil) proviene de cilindros provistos de válvulas
reductoras. La muestra se introduce en el inyector con una microjeringa a
través de un septum de goma. Allí se produce la vaporización instantánea de
la muestra y su introducción en la corriente de gas. La columna dentro de un
horno, permite variar su temperatura y es el lugar en donde se produce la
separación de los componentes de la muestra. El detector produce una señal
eléctrica proporcional a la cantidad de materia a medida que cada
componente separado pasa a través de él. Esa señal es enviada al
registrador que realiza un gráfico de intensidad en función del tiempo
(cromatograma) (31).
- Espectrometría de masa
Es una técnica que consiste en el análisis elemental de componentes
presente en alguna muestra de interés, generalmente se emplea para la
determinación rápida de carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre, u oxígeno
en todo tipo de muestras orgánicas e inorgánicas, sólidas o líquidas, volátiles
y no volátiles para obtener el contenido de C , N , H , S y O medido en
porcentaje respecto al peso, para la detección y determinación cuantitativa.
La técnica de análisis está totalmente automatizada, y se basa en la
combustión de las muestras en condiciones óptimas (T=950-1100ºC,
atmósfera de oxígeno puro) para convertir los elementos antes mencionados
en gases simples (CO2, N2, H2O ySO2) para conseguir una determinación
cuantitativa.
La espectrometría de masas (EM) es una técnica de análisis basada en la
separación de acuerdo a sus relaciones masa/carga de las especies cargadas
formadas a partir de la ionización de una muestra. Se trata de una técnica
extremadamente sensible, de gran versatilidad y cuyos campos de aplicación
experimentan un crecimiento vertiginoso en nuestros días. La EM suministra
32
información muy valiosa sobre los compuestos químicos: la masa molecular,
la fórmula global y, a partir del patrón de fragmentaciones, la estructura
molecular, así como la composición isotópica en sustancias naturales o
marcadas. Debe reiterarse la elevada sensibilidad de la EM (en condiciones
muy especiales pueden detectarse señales correspondientes a sólo 10 iones)
por lo que es la preferida para la determinación de trazas en química
ambiental y en los controles antidopaje.
El método analítico se basa en la completa oxidación de la muestra
mediante una combustión instantánea. Los gases resultantes de la
combustión son transportados mediante un gas portador (He) a través de un
horno de reducción. En este punto existen dos técnicas. La primera funciona
mediante la utilización de una columna cromatográfica, donde se produce la
separación de los distintos elementos, concluyendo con su paso por un
detector de conductividad térmica (D.C.T.) que origina una señal
directamente proporcional a la concentración de cada uno de los
componentes. La segunda técnica consiste en ir detectando por IR los
diferentes productos de la combustión (CO2, H2O y SO2) y finalmente el N2,
una vez eliminados el resto de los gases.(32)
- Espectrofotómetro de rayos ultravioleta
Un espectrofotómetro es un instrumento que tiene la capacidad de manejar
un haz de radiación electromagnética (REM), comúnmente denominado Luz,
separándolo en facilitar la identificación, calificación y cuantificación de su
energía. Su eficiencia, resolución, sensibilidad y rango espectral, dependerán
de las variables de diseño y de la selección de los componentes ópticos que
lo conforman.El color de las sustancias se debe a que estas absorben ciertas
longitudes de onda de la luz blanca que incide sobre ellas, y sólo vemos
aquellas longitudes de onda que no fueron absorbidas.
Los espectrofotómetros son útiles debido a la relación de la intensidad del
color en una muestra y su relación a la cantidad de soluto dentro de la
33
muestra. El espectrofotómetro tiene la capacidad de proyectar un haz de luz
monocromática (de una longitud de onda particular) a través de una muestra
y medir la cantidad de luz que es absorbida por dicha muestra. Esto le
permite al experimentador realizar dos funciones:
1. Información sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra. Esto se
logra midiendo la absorbancia (Abs) a distintas longitudes de onda (l) y
graficar estos valores en función delalongitud de onda, formando un
espectrograma. Como cada sustancia tiene unas propiedades espectrales
únicas, distintas sustancias producen distintos espectrogramas. Esto se debe
a que cada sustancia tiene un arreglo de átomos tridimensional particular
que hace que cada sustancia tenga características únicas.Al ser expuestos a
la luz del especrofotómetro, algunos electrones de los átomos que forman las
moléculas absorben energía entrando a un estado excitado. Al recuperar su
estado original, la energía absorbida es emitida en forma de fotones. Esa
emisión de fotones es distinta para cada sustancia, generando un patrón
particular, que varía con el largo de onda usado. Dependiendo del largo de
onda, será la cantidad de energía absorbida por una sustancia, lo que logra
generar un espectro particular al graficar Abs vs l.
2. Mide la cantidad de la sustancia que interesa y que está presente en la
muestra. La concentración es proporcional a la absorbancia, según la Ley
Beer-Lambert: a mayor cantidad de moléculas presentes en la muestra,
mayor será la cantidad de energía absorbida por sus electrones.
Abs: absorbancia
K: coeficiente de extinción molar
C: concentración
L: distancia que viaja la luz a través de la muestra.
El espectrofotómetro Uv-visible mide la absorbancia de una muestra en los
espectros de luz ultravioleta y visible. La longitud de onda es determinada
por un prisma que descompone el rayo de luz de acuerdo allongitud de onda
escogida. Luego la luz pasa por una hendidura que determina la intensidad
34
del haz. Este haz atraviesa la muestra y llega a un tubo, donde es medido.
La cantidad de luz que atraviesa la muestra es el porcentaje (%) de
tramitancia.
CAPÍTULO II
MARCO METODOLOGICO
35
Población y muestra
La población o universo estuvo constituida por la zábila del Municipio Los
Taques, y la muestra por eldesecho(corteza de la zábila) que se genera
continuamente de las actividades de industrialización de la zábila.
Se realizó un muestreo intencional aleatorio, tomando como criterios para
la selección de las muestras su abundancia y existencia en todo el municipio,
es decir, aquellas que sean las más representativas de la población y se
encuentran en mayor proporción.
Diseño experimental
El diseño experimental estuvo soportado en un tipo de investigación
descriptiva con diseño tipo experimental, transaccional, en el cual se estudió
el proceso de extracción con dióxido de carbono supercrítico a diferentes
condiciones, a través de la interpretación de datos obtenidos de la evaluación
de este proceso, mediante la variación dedostemperaturas,cinco masas de
CO2y cinco tiempos diferentes, controlando estas tres variables,
respectivamente, para evaluar la variable de respuesta, que esel rendimiento
del producto obtenido.
Determinación de las características fisicoquímicas de la materia
prima.
En esta etapa de la investigación se procedió a elegir la zona donde se
tomaran las muestras de aloe vera, basada en la cantidad de planta
sembrada y la capacidad de producción de la región.
Los ensayos de laboratorio permitieron determinar algunas propiedades
físicas y químicas de la materia prima, y además permitió establecer que
método de tratamiento preliminar llevará la materia prima para la obtención
de mayores rendimientos.
36
Esta fase se realizó a través de las siguientes actividades:
- Selección de los residuos más adecuados para la obtención de
productos naturales delaloe vera.
Se identificaron las hojas de zábila más sanas de plantas del Municipio
Los Taques a través de actividades de campo, en las que se visitaron
distintos lugares de la localidad, con el fin, de verificar su abundancia y
disponibilidad. Las especies consideradas fueron aquellas que se originan y
crecen de forma natural sin intervención del hombre, es decir, aquellas
consideradas como plantas silvestres.
El proceso general se inició con la selección de plantas de zábila con las
siguientes características: pencas con un peso superior a los 350 gramos y
un espesor de 2 a 2.5 cm, que tenían una coloración verde claro.
- Recolección de muestras de los residuos.
Luego de la selección de las hojas de zábilase procedió a la realizaciónde
actividades de campo para la recolección de las mismas;las pencas se
cortaron lo más cercano al tallo, evitándose desgarramiento o daños
mecánicos que constituyan foco de entrada de microorganismos. Las pencas
cortadas se colocaron en un recipiente en posición vertical por un espacio de
2 horas aproximadamente para que liberaran el contenido de acíbar presente
y así evitar que se oxidaran los cristales, luego se realizó el lavado con una
solución desinfectante (solución de cloro en agua). El decorticado
(separación de la corteza del cristal) se efectuó bajo un entorno aséptico, a
fin de minimizar la presencia de microrganismos que favorecen la
descomposición.
- Preparación de la materia prima.
37
De las hojas seleccionadas se obtuvieron dos tipos de residuos, mediante
la aplicación de dos técnicas: fileteado y molienda de hoja completa. Los
residuos fueron debidamente conservados para sus posteriores análisis. En la
Figura 4, se muestran las diferentes técnicas de pretratamiento a la materia
prima.
Figura 4. A la izquierda residuo de hoja entera, y a la derecha
residuo de fileteo.
El residuo hoja entera es la corteza de la zábila sin someterse a ningún
procesamiento mecánico ni químico. El residuo de fileteoconsiste en procesar
la hoja completa en un homogeneizador mecánico y luego filtrar los residuos.
La diferencias de ambos tratamientos radica en que el de fileteo, los sólidos
son filtrados luego de un proceso mecánico de licuado, en este tratamiento la
hoja de la plantaAloe vera, es introducida a un proceso de homogenización la
corteza y gel juntos, mientras que el residuo de hoja entera, es solo la
corteza de la hoja.
- Caracterización fisicoquímica de la corteza (residuo la planta Aloe vera)
Entre los análisis realizados, se determinaron propiedades físicas y
químicas, las cuales se detallan a continuación:
Análisis físico de la materia prima (residuo de la planta aloe vera)
Para caracterizar las propiedades físicas de la materia prima, se
determinaron sólidos totales, % humedad, densidad y cenizas, mediante los
38
métodos gravimétricos y normas de la Asociación de Químicos Analíticos
Oficiales (AOAC, por sus siglas en inglés) que se listan en la Tabla 5.
Tabla 5. Parámetros físicos determinados en la materia prima y métodos
Parámetro Unidad Método
Sólidos Totales % A.O.A.C. 32.010
% Humedad % A.O.A.C. 14004
Densidad g/cc gravimétrico
Cenizas % A.O.A.C 31012
Procedimiento para determinar el porcentaje de sólidos totales
1. Colocar en la estufa seis cápsulas de porcelana a una temperatura de
105°C durante una hora.
2. Colocar en el desecador las cápsulas durante 15 minutos.
3. Pesar las cápsulas.
4. Agregar a las cápsulas 10 g de muestra y llevarlas a la estufa durante 4
horas a 105°C.
5. Sacar de la estufa y dejar enfriar en el desecador durante 15 minutos.
6. Pesar las cápsulas con la muestra.
7. Reportar el residuo como sólidos totales volátiles.
Determinación del porcentaje de humedad
Conocido el porcentaje de sólidos totales presentes en las muestras
analizadasse determinó el porcentaje de humedad por un cálculo de
39
diferencia; ya que lamateria remanente posterior a la remoción del agua
seconoce como sólidos totales.
% Humedad = 100 - % sólidos totales (1)
Determinación del porcentaje de cenizas
1. Colocar en la estufa seis crisoles a una temperatura de 105°C durante una
hora.
2. Colocar en el desecador los crisoles durante 15 minutos.
3. Pesar los crisoles.
4. Agregar 5 g de muestra en los crisoles y colocarlos en una plancha
decalentamiento hasta carbonizar la muestra.
5. Llevar la muestra carbonizada a una mufla durante 4 horas a 456°C.
6. Dejar enfriar la muestra en el desecador por 15 minutos.
7. Pesar los crisoles.
8. Reportar el residuo como porcentaje de cenizas.
Análisis químico de la materia prima (residuo de la planta Aloe vera):
Se determinaron las características químicas de la materia prima
mediante: espectroscopia infrarroja y métodos analíticos.
Espectroscopia infrarroja
La espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR) se
aplicó con el fin de determinar los grupos funcionales presentes en la
materia prima de la planta de aloe Vera.El análisis se realizó empleando
el accesorio ATR en el equipo Pekin Elmer, que se muestra en la Figura 5.
Las condiciones a las cuales se aplicó esta técnica fueron de 4000 a 400
cm-1. El equipo utilizado se encuentra ubicado en el Instituto Zuliano de
Investigaciones Tecnológicas (INZIT) en la Unidad de Caracterización y
Estructura de Materiales.
40
Figura 5.Espectrofotómetro Pekin Elmer
Microanálisis Elemental
El microanálisis de carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre (CHNS), se
realizó en un espectrómetro de masamodelo Erba EA 1108.Para el análisis se
produjo la combustión de la muestra en un reactor tubular donde fue
transformada a CO2, H2O, N2 y SO2. La determinación de oxígeno se realizó
por separado, para tal fin la muestra fue transformada a CO, N2 e H2. La
separación de estos gases se realizó por cromatografía gaseosa con una
columna de propac (relleno característico) de longitud variable y para la
detección se utilizó un detector de conductividad térmica. El método requiere
una calibración previa con una sustancia patrón de composición conocida,
expresada en %p/p: carbono 7.53%, hidrógeno 6.09%, nitrógeno 6.51%,
oxigeno 7.43% y azufre 7,44%. En este caso se utilizó 2,5-Bis(5-tert-butil-2-
benzoxazolil) tiofeno, conocida como BBOT. También se empleó el mismo
compuesto para realizar un ensayo patrón de control. Este análisis fue
realizado en el Laboratorio de Análisis Elemental del Instituto Venezolano de
InvestigacionesCientíficas (IVIC). El quipo utilizado se muestra a continuación
en la Figura 6.
41
Figura 6.Espectrómetro de masa EA 1108 CHNS-0.
En elporta muestra se colocó la materia prima a analizar, esta entra al
tubo de combustión que se encuentra a 1020 °C, la muestra se desintegra y
pasa por la columna del equipo donde se utiliza gas helio. El porcentaje de los
elementos se registra en la computadora.
Parámetros químicos
También se realizaron otros análisis químicos a la materia prima tales
como: aceites y grasas y pH. En la Tabla 6 se indican los métodos utilizados.
Tabla 6 Parámetros químicos determinados en la materia prima
Parámetro Unidad Método
Aceites y grasas mg/kg Extracción soxhelt
pH -- Papel
tornasol/potenciómetro
Procedimiento experimental de la extracción Soxhlet
42
El método de extracción Soxhlet se utilizó con la finalidad de determinar si
la materia prima posee aceites y grasas. Se aplicó el siguiente procedimiento:
1. Montar el sistema de extracción Soxhlet
2. Pesar la muestra y colocarla en un dedil.
3. Colocar el dedil en el portamuestra y agregar en el balón 160 ml
desolvente.
4. Extraer durante 5 horas continuas.
5. Retirar el balón el cual contiene el solvente más la muestra.
6. Vaciar el contenido a un balón previamente pesado.
7. Evaporar la muestra hasta retirar toda la cantidad de solventepresente.
8. Dejar enfriar y pesar el balón.
Para la determinación de aceite y grasa en los residuos dela plantaaloe
vera se evaluaron dos tipos de solventes, n-hexano y éter de petróleo,
considerados por su bajo costo, fácil adquisición y por su uso común. r.
Luego del proceso continuo de extracción se visualizó en el producto obtenido
una sola capa formada por el aceite y el solvente, ambos son no polares.
Posteriormente,los productos se enviaron a un rota-vapor con el fin de
separar el solvente del aceite obtenido,cuya cantidad se determina por una
diferencia de peso.
Construcción del equipo para la extracción con fluidos supercrítico
En la siguiente sección se describen los materiales, herramientas, losequipos,
instrumentos, accesorios, y la metodología empleada para la extracción de
productos naturales del aloe vera con dióxido de carbono a diferentes
condiciones del proceso. Para el proceso de extracción se construyó un
prototipo a escala de laboratorio de manera que permita realizar
extracciones a diferentes condiciones de proceso.
43
Para la construcción del equipo extractor que soporte las condiciones
supercríticas del dióxido de carbono, se realizaron inicialmente ensayos en
un cilindro de acero al carbono del Laboratorio de Energética (LAEN) de la
Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda (UNEFM), que
permitiera determinar la metodología de operación experimental a seguir en
el prototipo final.
El cilindro de ensayo consta de una tapa resistente elaborada con la
finalidad de presurizar el sistema. La tapa tiene unarosca en donde se instala
un niple de ¼” conectado a una conexión de bronce. En esta conexión se
colocó el manómetro, la válvula de alivio y la válvula de compuerta. A su
vez se utilizó una conexión para unir la válvula de alivio con la conexión de
bronce y otra conexión de bronce para unir la válvula de compuerta con la
cruz de bronce.
El cilindro extractor denominado P-1,tiene diversos diámetros que le
permite colocar fácilmente una trampa sólida. Las dimensiones del extractor
se muestran en la Figura 7, y en la Figura 8 se presenta el equipo.
Figura 7. Dimensiones del equipo preliminar de extracción
V-3
14 cm
11 cm
1 ¾”
¾”
44
a) b)
Figura 8. Equipo PresurizadoP-1, (a la izquierda 552kPaman,
a la derecha 1724 kPaman)
El dióxido de carbono a utilizar en la forma de hielo seco, por su fácil
manejo y aprovechamiento de sus propiedades. Para estudiar el proceso de
cambio de fases que ocurre con el hielo seco, se realizaron pruebas
experimentales en el equipo mostrado en la Figura7, en donde se observó
cómo varió la presión con respecto a la masa de hielo seco y la temperatura
fijada en el equipo.
En la Figura 9 se muestra el diagrama de fases del dióxido de carbono,
en el cual se indican las condiciones iníciales del hielo seco T=-78,5 °C; P=1
atmkPa, que termodinámicamentecorresponde a un estado de sublimación.
El hielo seco se introduce enel dispositivo y es sellado, al permanecer
cerrado el recipiente se produce el aumento de presión y temperatura como
se observa en la Figura9.
45
Figura 9. Diagrama de fases del dióxido de carbono.
Después de un periodo tiempo (20-40 segundos), el dióxido de carbono
líquido aparece ya que el incremento de presión y temperatura, obliga al
sistema a pasar por el punto triple (T=-56.6°C y P=517 kPaman).(6) El
líquido se calienta y se firma la fasegaseosa hasta llegar a la presión
regulada por la válvula de alivio (690-1724kPaman) por la masa del
solvente.
En la Figura 10 se señalan las condiciones iniciales (línea roja), el proceso
de cambio de T y P (línea azul) y las condiciones finales (línea verde) del
sistema.
Una vez realizados los ensayos con el hielo seco en el cilindro, se
determinó que el esquema de operación es el que se muestra en la Figura11.
Pre
sió
n
Temperatura
Punto triple
Punto crítico
Punto de sublimación
sólido
46
Figura 10. Proceso de cambio de fases en el recipiente B-1.
Descripción del proceso del Equipo extractor supercrítico.
El equipo extractor mostrado en Figura11consta de un recipiente
cilíndrico B-1, un recipiente separador S-1, ambos están en un recipiente de
calentamiento E-1, elaborado con aluminio para soportar temperaturas
elevadas, y de esta manera crear el ambiente apto para la extracción. En la
Figura 11 se muestra el diagrama de flujo del sistema de extracción
supercrítica.
5,18
-
5
6
,
5
73,8 bar y 31 C
T>Tc Estado final del CO2
47
Figura11. Diagrama de flujo del sistema de operación.
- Recipiente autoclave B-1
En el recipiente B-1 se coloca el solvente (hielo seco), permaneciendo
cerrada la válvula v-1. El hielo seco experimenta un proceso de cambio de
fase hasta llegar a las condiciones de T y P.
Para determinar las condiciones de presión se realizaron pruebas con el
dióxido de carbono puro como solvente, colocando una masa conocida de
hielo seco en el recipiente B-1, y se determinó experimentalmente la
presiónmáxima alcanzada. Con los datos experimentales obtenidos, se
corroboro que las ecuaciones de estado de Peng-Robinson (PR) y Redlich-
Kwong-Soave (SRK), presentaron desviaciones menores al 10%.
Las condiciones finales del proceso se alcanzaron después de cierto
tiempo. La temperatura del recipienteB-1 estará fijada por la temperatura
ambiente del sistema, y la presión estará fijada por la cantidad de hielo seco
y la temperatura.
S-1
48
En la Tabla 7 se resumen las condiciones iniciales y finales del hielo seco
en el recipiente B-1.
Tabla 7. Condiciones iniciales y finales del hielo seco en el recipiente B-1.
Variable Estado Inicial Estado Final
T (ºC) -78.5 ≥Tc (31,05)
P (kPaman) 101.3 >Pc (7398)
Las presiones del estado final en B-1 deben ser mayores a la Pc, debido a
que al abrir la válvula V-1 se producirá una caída de presión (690 kPa). De
esta manera se garantizara que la presión en S-1 sea igual o mayor a la Pc.
- Tambor Separador S-1
Luego que las condiciones de extracción son alcanzadas en B-1, se
prepara el recipiente S-1 para colocarla materia prima (residuo del aloe
vera)y después sellarlo.La válvula V-4 debe siempre permanecer cerrada, y
es solo utilizada para procesos en los cuales la materia prima es líquida. La
válvula V-1 se abre y el dióxido de carbono pasa del recipiente B-1 al S-1 por
la tubería de conexión de ambos equipos.
El dióxido de carbono entra en contacto con la materia prima. Una vez
esperado el tiempo de contacto que se esté estudiando, se despresuriza el
sistema abriendo lentamente la válvula V-2. Despresurizado el sistema, se
recoge el extracto abriendo la válvula V-3.
En la Tabla 8se resumen las condiciones de temperatura y presión en el
recipiente S-1.
Tabla 8. Condiciones de temperatura y presión en el recipiente S-1.
Variable Estado inicial y final
T (ºC) ≥Tc (31.05)
P (kPaman) ≥ Pc (7398)
49
Variables del proceso de extracción:
Variables independientes:
La temperatura del sistema, la masa de hielo seco y el tiempo de contacto
entre el scCO2 y la matriz sólida.
Variables dependientes
La presión del sistema, que depende de la cantidad de masa de hielo seco, y
el rendimiento del extractoque depende de la temperatura y la masa de hielo
seco.
El equipo fue construido y ensamblado para operar a escala de
laboratorio. Para ello se contó con el apoyo de un taller y soldadores con
conocimientos en soldaduras de aluminio para la fabricación de E-1 y de
hierro para el resto de la estructura del equipo. A través del simulador
mecánico PV elite, se evaluó la resistencia operacional del equipo,
permitiendo el análisis completo y evaluación estructural de los recipientes a
alta presión.
Materiales y reactivos
Materia prima: Residuos del aloe vera
Dióxido de carbono sólido (solvente)
Cinta de teflón
Agua.
Pinzas.
Espátula.
Guantes.
Vaso plástico.
Malla de polyester (trampa sólida).
50
Instrumentos y accesorios
TW-1, Termopozocon termómetro de -50 a 50 °C
TW-2, Termopozocon termómetro de -20 a 120 °C
PI-1 y PI-2 Manómetro de ¼ x 2 ½” de 4000 psi.
V-1, V-2, V-3 Válvulas de bola
V-4 Válvula de compuerta
Procedimiento experimental para la separación de productos del aloe
vera mediante la extracción con dióxido de carbono a diferentes
condiciones de operación
Metodología de trabajo
Una vez instalado el equipo de extracción, se procedió a evaluar el
rendimiento de extracción del producto natural en el proceso, a las
condiciones de presión de 4826, 6205, 6895, 7584 y 12008274 kPaman; y
temperaturas de 32 y40°C. El tiempo de contacto entre el dióxido de carbono
y el residuo del Aloe verase varióentre 5-60 min.Para cada condición de
proceso, se determinó el %de rendimiento expresado en p/p, luego se aplicó
un análisis de varianza (ANOVA) de dos factores con una muestra por grupo
y de esta manera se estableció cual fue la condición de proceso más
adecuada para la obtención del mayor rendimiento del producto.
Procedimiento Experimental:
1. Inicialmente llenar el recipiente E-1 con agua y calentar hasta alcanzar la
T deseada.
2. Pesar y colocar una cantidad conocida de hielo seco en el autoclave B-1.
3. Colocar en B-1 una cantidad conocida de hielo seco. Mantener V-1 y V-2
abiertas para evitar accidentes.
51
4. Sellar el recipiente B-1, y cerrar V-1 y V-2 inmediatamente. Esperar
hasta que ocurra el proceso de cambio de fase y se alcancen las
condiciones deseadas.
5. Pesar y medir la materia prima a procesar.
6. Colocar la materia prima a procesar dentro del cilindro extractor S-1.
7. Colocar la tapa roscada para sellar el cilindro extractor S-1.
8. Inmediatamente de sellar el cilindro extractor, abrir la válvula V-1, el
resto de las válvulas V-2, V-3 y V-4 permanecen cerradas.
9. Una vez cumplido el tiempo de contacto de estudio y las condiciones de T
y P se despresuriza el sistema abriendo V-2, hasta que lo manómetros
indiquen que está a presión atmosférica.
10. Tomar la muestra extraída abriendo V-3 del fondo del separador S-1.
11. Repetir el procedimiento, cambiando las condiciones de temperatura del
sistema, cantidad de hielo seco y tiempo de contacto.
Caracterización del producto natural (extracto)
Se determinaron las características del producto obtenido mediante:
espectroscopia infrarroja, cromatografía gaseosa, espectroscopia de
radiación ultravioleta/visible, y métodos analíticos.
Espectroscopia infrarroja
Esta técnica se aplicó con el fin de determinar los grupos funcionales
presentes en el extracto obtenido de la planta de Aloe Vera. Se llevó a
cabo en un equipo de espectroscopia infrarrojacon trasformada de Fourier
(FT-IR) con el accesorio ATR. Las mediciones se realizaron de 4000 a 400
cm-1. El equipo utilizado se encuentra ubicado en el Instituto Zuliano de
Investigaciones Tecnológicas (INZIT) en la Unidad de Caracterización y
Estructura de Materiales.
52
Cromatografía de Gases
El contenido de los ácidos grasos en el hidrolizado se cuantificó por
cromatografía de gases, utilizando un cromatógrafoAgilent 6890N (Agilent
Technologies) ubicado en el Laboratorio de Alimentos de la Universidad
del Zulia (LUZ); provisto de autoinyector, portal de muestras automático
y detector de ionización a la llama (FID). Se utilizó helio como gas de
arrastre y una columna capilar HP-5, de 30 cm longitud, diámetro interno
de 0,320 mm y 0,25 µm nominal. El análisis se realizó bajo las siguientes
condiciones: temperatura del inyector 230°C, flujo total 28,6 mL/min,
split de 30:1, temperatura del horno 70°C con rampa de 10°C/min hasta
140°C, temperatura del detector FID 250°C, fase estacionaria 5% de
fenilmetilxiloxano. La curva patrón del ácido acético se preparó de 0 a 72
ppm.
Figura 12.CromatógrafoAgilent 6890N (Agilent Technologies)
Espectroscopia de radiación ultravioleta/visible
Esta técnica se aplico al producto obtenido de la extracción con scCO2,
para determinar compuestos fenólicos y azucares reductores..El
espectroscopio se encuentra en el Laboratorio de Alimentos de LUZ.
53
Determinación de compuestos fenólicos
El contenido total de compuestos fenólicos en el hidrolizado se
determinó por el método colorimétrico de Singleton y Rossi (1965) con
algunas modificaciones descritas por Kim y col. (2003) utilizando ácido
gálico seco para la curva patrón. La absorbancia se midió en un
espectrofotómetro de UV visible (Genesys 10UV, ThermoScientific,
Electron Corp.) a una longitud de onda de 750 nm.
Para la determinación de la concentración de los compuestos fenólicos
se utilizó la curvade calibración de la Figura13.
Figura13.Curva de absorbancia versus concentración de compuestos fenólicos.
- Determinación de azucares reductores
El contenido de azúcares reductores en el hidrolizado se determinó
empleando el método del ácido 3,5 dinitrosalicílico (DNS), propuesto por
Miller (1959), utilizando glucosa como estándar. La absorbancia se midió
en un espectrofotómetro de UV modelo (Genesys 10UV) a una longitud
de onda de 550 nm.
y = 0,1149x - 0,0316 R² = 0,9977
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 5 10 15 20 25
Ab
sorb
anci
a (n
m)
Concentracion (ppm)
54
Para la determinación de la concentración de azúcares reductores se
utilizó la curva de calibración que se muestra en la Figura14.
Figura 14.Curva de absorbancia versus concentración de azúcares
reductores.
- Nitrógeno total y proteínas
El contenido en proteína total se determina por lo general a través del
contenido de nitrógeno (N) después de eliminar la materia orgánica con
ácido (método de Kjeldahl), calculándose finalmente el contenido de
proteína con ayuda de un factor (en general f = 6,25). Se asume que el
SO3 que se forma durante el tratamiento a altas temperaturas se adiciona
como ácido de Lewis al grupo NH del enlace peptídico (base de Lewis) de
la proteína, formándose el correspondiente ácido amidosulfónico, que
posteriormente se transforma en sulfato amónico por degradación. El
sulfato amónico se determina a continuación, tras liberación del NH3 y
destilación, por medio de una valoración ácido-base.
Como en el tratamiento Kjeldahl de alimentos no se determinan sólo
proteínas o aminoácidos libres, sino también ácidos nucleicos y sales de
amonio y también el nitrógeno ligado de compuestos orgánicos o
y = 0,3387x - 0,1428 R² = 0,9943
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Ab
sorb
anci
a (n
m)
Concentración (mg/mL)
55
vitaminas. El nitrógeno ligado orgánico se expresa como ¨nitrógeno total
calculado como proteína o proteína total¨ (N x f).
No obstante, como por lo general los alimentos sólo contienen
cantidades traza de compuestos aromáticos nitrogenados y de vitaminas,
el error así cometido se considera despreciable. La muestra se oxida con
ácido concentrado y caliente, con lo que el nitrógeno combinado se
convierte en ión amonio, después se trata la solución con un exceso de
base fuerte, se destila y se valora el amoniaco liberado.
Procedimiento
0.2 gramos de muestra se digirieron con 3mL de ácido en un tubo de
digestión y se tapó herméticamente. Luego se calentó la muestra a 360°C
por un tiempo de 3 horas. Esta muestra luego se centrifugó y el filtrado
obtenido se colocó en el balón de reacción del micro destilador. Se
añadieron 20mL de NaOH al 25%, y a la salida del destilador se colocaron
20mL de solución indicadora y se destiló hasta un volumen de 75mL. Se
determinó el contenido de nitrógeno por valoración con ácido 0,002M.
Se preparó un blanco y se destiló con el mismo procedimiento
valorándose con ácido 0,002M.
Para obtener la concentración se aplica la ecuación 2.
(2)
donde:
N: es la normalidad de la solución de ácido sulfúrico.
V: es el volumen gastado del ácido en la titulación.
g: gramos de la muestra pesada.
Factor de conversión: 1.4
CAPÍTULO III
muestraladegramos
NVN
HClHClgastado4,1**
%
56
RESULTADOS Y ANÁLISIS
Caracterización de muestras deAloe vera (materia prima)
Caracterización física de la materia prima.
Con el fin de seleccionar cuál método utilizar para determinar las
características de residuo, se aplicaron dos métodos de tratamiento: fileteo y
hoja completa. Los resultados se muestran en la Tabla 9para el residuo de
fileteo, y en la Tabla 10 para el residuo de tratamiento hoja completa. En el
Anexo 1 se muestran algunos cálculos típicos.
Tabla 9. Características física del residuo. Tratamiento fileteo.
Parámetro Unidad Cantidad
Sólidos Totales % 10,40
% Humedad % 89,60
Densidad g/cm3 0,5
Cenizas % 1,3
Tabla 10. Características físico del residuo de Aloe vera. Tratamiento hoja
completa.
57
Parámetro Unidad
Sólidos Totales, % 6,15
% Humedad 93,85
Densidad (g/cm3) 0,87
Cenizas, % 0,8
Tal como se observa en estas tablas, el porcentaje de sólidos totales del
residuo por fileteo fue de 10,40%; mayores al de hoja completa 6,15%; esto
se debe a que el tratamiento de residuo fileteado pasa por un proceso de
homogeneización con el gel, mientras que el de hoja entera solo es la corteza
de la hoja. Los sólidos presentes en el residuo de fileteo corresponden
entonces a una homogenización del gel y de la corteza. El contenido de
sólidos indica la cantidad de sólidos que pueden ser separados al aplicar el
proceso de extracción con fluidos supercríticos, por ello, es conveniente
seleccionar desde el punto de vista físico el tratamiento de fileteo.
En cuanto a las cenizas, el residuo de fileteo, reporta 1,3% mientras que
para el hoja completa 0,8%. Las cenizas representan los residuos
inorgánicos que han quedado luego de la oxidación completa de la muestra.
La técnica empleada en el laboratorio para la determinación fue la de cenizas
en seco. Los residuos constituyen una matriz estable donde se concentran
minerales y lignina (sustancia que funciona como relleno y le da rigidez a la
planta). La presencia de cenizas es un buen indicio de que el residuo
contiene minerales, entre los que se encuentran calcio, magnesio, fósforo y
sodio, por lo tanto estos tipos de gel pueden ser importantes desde el punto
de vista farmacéutico por que estos minerales son esenciales en el
funcionamiento de todos los sistemas del organismo humano.
58
De esta manera se establece que para el proceso de extracción, el
residuocon tratamiento de fileteo se seleccionara ya que puede mejorar la
concentración de los productos.
En cuanto a la densidad de las muestras, con los diferentes tratamientos
en la materia prima, se observa que el residuo obtenido por el método de
hoja completa (0,78 gr/cc) es de mayor densidad que el de tratamiento de
fileteo (0.5 gr/cc), este resultado puede atribuirse a la cantidad de fibra
presente en las muestras.
- Caracterización química de la materia prima.
En la Tabla 11 se muestran los valores de pH del residuo del aloe vera,
para los diferentes métodos de pre tratamiento.
Tabla 11.Valores de pH del residuo del Aloe vera
Método
Fileteado pH @ 20.3ºC 5
Hoja entera pH @ 29ºC 4,55
El pH para el tratamiento de fileteo fue de 5, y el de la hoja completa
fue 4,55. Estos valores son comparables a los reportados por Acosta (33),
quien obtuvo un pH de 5,3 en los residuos de zábila de la empresa
Procesadora Industrial de Zábila Compañía Anónima (PIZCA). El pH es
ligeramente acido debido a los elementos presentes en el suelo de donde
proceden los residuos, además de la lluvia acida característica de la región.
Losrendimientos de extracción de grasas y aceites se reportanen la Tabla
12. En esta tabla se aprecia que el rendimiento de extracción de grasas y
59
aceites determinado del residuo fileteado y de la hoja completa del Aloe vera
es muy bajo; sin embargo, es importante destacar que el rendimiento de
extracción con éter de petróleo es mayor, lo cual indica que la fracción de
grasa contenida en hojas de Aloe vera es más soluble en este solvente que
en n-hexano.
De acuerdo a los rendimientos indicados en la Tabla 12, el método de
fileteo fue seleccionado para el tratamiento de la materia prima.
Tabla 12.Aceites y grasas en residuos del Aloe vera.
Método Solvente Aceites y grasas
(mg/Kg)
Fileteado Hexano
2566.29
Hoja entera 2331.002
Fileteado Éter de petróleo
7731.96
Hoja entera 5809.23
Espectroscopia de infrarrojo
En la Figura 15 se muestran los espectros de IR del residuo de aloe vera,
y en la Tabla 13 se presentan la asignación de las bandas características.
La banda entre 1000 y 1400 cm-1 corresponde a deformaciones en
enlaces C-H, dentro y fuera del plano. La banda centrada a 3286 cm-1 es
característica de estiramientos simétricos de O-H, en la cual puedenestar
solapadas vibraciones de enlaces C-H que, también, absorben en esta región
del infrarrojo cuando son estructuras muy ramificadas o N-H. Estas bandas
son atribuidas a polisacáridos.
60
Figura 15.Espectro de infrarrojo del residuo del Aloe vera
Tabla 13.Asignación de las bandas de absorción de FTIR de la materia prima
(residuo de sábila)
Longitud de onda (cm-1) Identificación
3286 Banda de estiramiento simétrico OH
1637,56 Banda de Vibración de alargamiento del doble
enlace C=O
640 Vibración de tensión OH
1000 - 1400 Deformaciones dentro y
fuera del plano del enlace C-H
En el espectro FT-IR de la Figura 15, también se observa una banda
alrededor de 1635 cm-1, que pueden corresponder a enlaces de tipo C=O,
que se producen en esta región debido al alto momento dipolar de este
enlace, lo que ocasiona esta fuerte banda de estiramiento en compuestos
que tienen este tipo de grupos funcionales.
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
0
15
30
45
60
75
90
105
%T
33
07
,92
32
86
,70
16
37
,56
13
96
,46
11
53
,43
64
0,3
7
48
0,2
8
SABILA SOLIDA
N-H
O-H
C-O
O-H
61
Espectrofotometría de Masa.
El espectro de masasdel residuo del aloe vera se muestra en la Figura
16, que se tomó utilizando una trampa de hidrógeno para determinar el
contenido de azufre. De este análisis elemental, se obtuvo que el residuo
contiene 9,024% p/p de C es y 0,023% p/p de N. No se detectó azufre, ya
que los nutrientes de los suelos de la zábila no contienen compuestos
sulfurados.
Figura 16. Espectro de masas del residuo del Aloe vera).
La relación C/N del residuo es de 392,34. Acosta (33) reportó una
relación C/N de 60,4; y atribuyó estos valores tan altos a las condiciones
propias de este vegetal. La diferencia entre estos valores, se debe a la
degradación de la celulosa presente en el vegetal. Para Carrillo (34) en los
suelos bien aireados, la celulosa es degradada y utilizada por varios
microorganismos aerobios (hongos, mixobacterias y otras bacterias). Las
sustancias con las cuales está asociada la celulosa en los desechos
vegetales, influyen sobre la velocidad de descomposición. La degradación
de 30 g de celulosa, de los cuales 20 a 30% sirven para la síntesis
microbiana, exige la provisión de 1 g de nitrógeno. Cuando la presencia de
lignina hace más lenta la celulolisis, se requieremenos cantidad de
nitrógeno, porque éste es poco a poco reciclado. Para los hongosque
62
hidrolizan lignina y celulosa, la relación C/N es mayor que 300. Los nitratos
favorecen la actividad de las bacterias mientras que el amonio y los
aminoácidos son mejor utilizados por las mixobacterias y los hongos. El
azotobacter y otros organismos que fijan nitrógeno atmosférico junto a las
bacterias solubilizadoras de fosfatos, favorecen la celulolisis. La aplicación
de nitratos, amonio, urea y estiércol elevan la velocidad de la
descomposición.
Esto implica, que el procesamiento de los residuos de la planta deAloe
vera, deben ser procesados de manera rápida, para luego ser estabilizados,
ya que se debe evitar la degradación de la celulosa en el desecho del
vegetal.
Alvarez(35) considera que el nitrógeno es esencial para el crecimiento de
la planta y forma parte de cada célula viviente.Las plantas requieren de
grandes cantidades de N para crecer normalmente; ellas absorben la
mayoría del N en forma de iones amonio (NH4+) o nitrato(NO3
-). Parte de
urea se absorbe directamente por las hojas y pequeñas cantidadesde N se
obtienen de materiales tales como aminoácidos solubles en agua.El N es
necesario para la síntesis de la clorofila, y como parte de la molécula de
laclorofila está involucrado en el proceso de la fotosíntesis. La carencia de N,
y enconsecuencia la carencia de clorofila, no permite que la planta utilice la
luz solarcomo fuente de energía en el proceso de la fotosíntesis y la planta
pierde lahabilidad de ejecutar funciones esenciales como la absorción de
nutrientes(34).
Es por ello, que la presencia de nitrógeno implica que se puede obtener
un producto con componentesvitamínicos; el Ntambién es un componente
esencial de los aminoácidos, los cuales forman proteínas,por lo tanto, el N es
directamente responsable del incremento del contenido deproteínas.
63
Construcción del equipo para la extracción con CO2 supercrítico.
Montaje experimental.
Para evaluar el proceso de extracción con dióxido de carbono supercrítico del
extracto de Aloe Vera, se realizó el montaje experimental del prototipo
mostrado en la Figura 17, construido para soportar mecánicamente las
condiciones de altas presiones y altas temperaturas, necesarias para la
extracción de componentes a condiciones supercríticas.
Figura. 17. Arriba: Montaje Experimental del Equipo Extractor. Abajo: Sistema de Calentamiento E-1
64
Con asesoría especializada en diseños mecánicos se determinaron las
siguientes características para la construcción del equipo, las cuales son
mostradas en la Tabla 14.
Tabla 14. Características para la construcción del equipo extractor con CO2
Equipo Dimensiones Material Función
Calentador
E-1
(Ver Figura17) Ancho: 35 cm Altura: 38 cm
Largo: 90 cm
Aluminio
Recipiente de calentamiento, el cual mantendrá las condiciones de T deseadas
para la extracción
Autoclave
B-1
(Ver Figura18) D1: 5,5 cm H1: 6 cm
D2: 3,5 cm H2: 55 cm
VB-1: 671,72 cm3
Barra de acero 1045 de 3”
En este cilindro ocurre el cambio de fase del hielo seco a CO2 supercrítico. En este
recipiente se alcanzan las condiciones de operación del
sistema.
Extractor
S-1
(Ver Figura19) D1: 5,5 cm H1: 6 cm
D2: 3,5 cm H2: 37 cm
VS-1: 498,53 cm3
Barra de acero 1045 de 3”
En este separador, ocurre la extracción de los componentes de la matriz sólida a las
condiciones establecidas en la extracción.
Fabricación del calentador E-1
El recipiente E-1cumple la función de calentar agua para producir vapor
de agua, el cual mediante un sistema de baño de maría proporciona el calor
necesario para alcanzar las temperaturas de operación del sistema. Para la
fabricación del calentador se utilizaron dos láminas de aluminio liso y varillas
de aluminio 1/8 x 32 C/fundente para soldar el recipiente con dichas laminas.
Se construyó un serpentín de 70x15 cm, ubicado debajo del recipiente de
aluminio, anexo a este, se colocó una válvula controladora de gas propano
65
(C3H8), la cual está conectada a una línea del gas, procedente de la
bombona. En la Figura 20 se presenta el esquema del sistema de
calentamiento.
Figura 18.Autoclave B-1 Figura 19. Equipo Extractor S-1
Figura. 20. Dimensiones del Sistema de calentamiento
70 cm 9 cm9 cm
88 cm
35 cm
10 cm
15 cm
10 cm
90 cm
38 cm
V-735 cm
66
- Fabricación del Autoclave B-1
Para la fabricación del Autoclave B-1, fue necesario el biselado y corte
horizontal de la barra del tubo de acero 1045 de 3” a las medidas
establecidas. Para el cierre hermético del fondo del recipiente se utilizo
unaunión de 3” y de 6 mil lbs roscado, con un tapón roscado de 3” de acero
al carbón, soldado a la unión y esta roscada y soldada al tubo de 3”, con una
soldadura para sellos de procesos industriales según normas PDVSA #
P1P106. La tapa de dicho recipiente es un tapón de 3” roscado a una misma
unión con las especificaciones antes mencionadas siendo este, roscado y
soldado al tubo de 3”. En laFigura 21, se observa un esquema de B-1.
Figura 21.Dimensiones para el Autoclave B-1.
Para el acoplamiento de accesorios e instrumentos tales como, un niple,
una te, un termopozo y un manómetro se realizó una rosca sobre el tapón
del recipiente para agujeros de ½” utilizando tornos y taladros para tal fin.
En la zona media de dicho recipiente, se acopló un niple de ½” de longitud
6 cm y de material acero al carbón, roscado y soldado, esto con el fin de
TW
PI
8,5cm
8,5cm
45 cm
11 cm
67
hacer la unión entre B-1 y S-1, ubicando en medio de estos una válvula de
bola de alta presión (5000psi).
- Fabricación del Recipiente Separador S-1
Para la fabricación del recipiente S-1, fue necesario el biselado y corte
horizontal de la barra del tubo de acero 1045 de 3” a las medidas
establecidas. Para la adaptación de la tapa del recipiente se utilizo una unión
de 3” y de 6 mil lbs roscado, con un tapón de rosca de 3” de acero al carbón,
el cuplin fue roscado y soldado al tubo de 3”, con una soldadura para sellos
de procesos industriales según normas PDVSA P1P106, sobre el tapón del
recipiente se realizo una rosca de 1/2” utilizando tornos y taladros, esto con
el fin de instalar un niple, una te, un termopozo, un manómetro y una
válvula de alivio necesarias para el sistema de extracción.
En el fondo de dicho recipiente se instalo una válvula de bola de
1000psig, siendo necesario una unión y una reducción de 3” a ½” roscada y
soldada sobre el tubo de 3”.En la zona intermedia del recipiente y del lado
derecho, se acopló un niple con una válvula de 1000lbs ¿? y un refractario
para líquidos. Para todo el equipo se usó el mismo tipo de soldadura de
procesos industriales, ya que es un equipo en el que se trabajó a condiciones
críticas y por tal sentido, fue necesaria una alta seguridad en cuanto a toda
la fabricación.
Según el simulador mecánico Pv elite, usado para analizar la resistencia
del equipo en cuanto a las presiones y temperaturas del proceso, el equipo
puede operar hasta 3390psig y con temperaturas desde -750C (-77,40F)
hasta 343,30C (6500F), esto siempre y cuando el equipo se mantenga en
condiciones internas y externas en el material, libres de corrosión, ya que de
esto dependerán las condiciones a las cuales sea sometido a operar el
equipo.
De acuerdo a la condición de resistencia del material de los recipientes
del equipo donde ocurre la extracción (S-1) y en donde se logra la condición
68
crítica del dióxido de carbono (CO2) (B-1) y partiendo que es un material de
SCH-80. Esto fue suministrado por el simular mecánico Pv elite a las
condiciones a las cuales se evalúo el proceso. En la Figura22 se muestra un
esquema del sistema.
Figura 22.Dimensiones delSeparador S-1
- Acoplamiento de instrumentos y accesorios de los recipiente B-1 y
Separador S-1
En la Tabla 15 se listan los instrumentos y accesorios utilizados en el
montaje del equipo extractor con scCO2.
TW
PI
9 cm
11 cm
9 cm
8,5cm
11 cm
13 cm
8,5cm
8,5cm
8,5cm
10 cm
14 cm
69
Tabla 15. Instrumentos y accesorios del Equipo Extractor.
Equipo Instrumentos Accesorio
B-1 Termómetro de -50 a50 °C
Manómetro de ¼ x 2 ½” de 4000 psi
1 Te de ½ de acero al carbón
2 reducciones de ½ a ¼ de cobre. 1 niple de ½ x 6 cm de acero
inoxidable.
S-1
Termómetro de -20 a 120 °C
Manómetro de ¼ x 2
½” de 4000 psi
1 niple de ½ x 6 cm de acero inoxidable.
1 niple de ½ x 4 cm de acero inoxidable.
1 Te de ½ de acero al carbón. 1 reducción rosca interna de ½ x
¼ rosca externa.
1 Te de cobre de ¼ 1 tuerca para regulador de gas de
¼ a ¾. 1 Válvula de compuerta de
instalación de gas
2 válvula de bola ½ de acero inoxidable de 1000 psig.
2 niple de ½ x 4 cm de acero al carbono con rosca externa.
1 refractario de vidrio.
- Fabricación de la estructura mecánica para el soporte del equipo.
En la fabricación de la base del equipo, fue necesario el uso de dos
ángulos de 90˚40mm x 6mts, para la estructura de la mesa donde está
ubicado el equipo de calentamiento E-1, a su vez en los laterales, está
soldado el sistema de desplazamiento del autoclave B-1 y separador S-1. El
proceso para introducir y retirar B-1 y S-1 de E-1, está integrado por un
tornillo sin fin con desplazamiento largo y dos rolineras, los cuales forman el
eje de dicho sistema. En la Figura23 se presenta un esquema del soporte del
equipo.
70
Figura 23.Estructura mecánica del soporte del equipo.
Evaluación experimental del proceso de separación de productos del
Aloe vera mediante la extracción con dióxido de carbonosupercrítico
a diferentes condiciones de operación.
Para establecer las condiciones óptimas del proceso de extracción de
productos naturales dela plantaAloe vera, se realizaron diferentes
estudios que fueron necesarios para el cumplimiento del objetivo.
- Extracción de Productos naturales del Aloe vera
Las condiciones de proceso seleccionadas para las extracciones fueron
basadas en estudios previos y en las condiciones del punto crítico del dióxido
de carbono. Las temperaturas de operación fueron 32 °C y 40°C; esterango
de estudio se estableció ya que la temperatura critica del dióxido de
carbonoes 31,4°C. El rango de las presiones de estudios fue de 700-1200
psig, tres presiones por debajo de la presión crítica y dos presiones por
arriba de la presión crítica. Los tiempos de contacto entre el la materia prima
71
y el CO2fueron variados entre 5 y 60 min. Los resultados en función del
rendimiento en % p/p se describen a continuación.
En la Figura 24 se presenta la variación del rendimiento a 5 min, con
respecto a la temperatura y la presión .Como puede observarse en esta
figura, a medida que se incrementa la presión aumenta el rendimiento de
extracción. Esto se debe a que la densidad de dióxido de carbono se
incrementa directamente con el aumento de la presión, y la solubilidad del
dióxido de carbono aumenta, penetrando de manera más eficiente el analito,
logrando separar con mayor eficiencia los sólidos presentes. Espinoza (10)
menciona en su trabajo de procesamiento supercrítico de productos
naturales, que a mayores densidades, las fuerzas repulsivas entre soluto y
solvente llegan a ser importantes provocando la “expulsión” del soluto de la
solución, es por esta razón que pueden observarse mayores rendimientos del
extracto.
Figura 24.Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=5
min.
A la temperatura de 32°C y tiempo de 5 min, se observa como a
presiones cercanas, 1000 psig, 1100 psig y 1200 psig, los rendimiento son
0
5
10
15
20
25
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
% p
/p d
e R
en
dim
ien
tos
Presión (psig)
Condiciones de Proceso a t= 5 min
T = 32 C
T = 40 C
72
similares 17.1, 17.3, y 17.1 % p/p, respectivamente, lo que permite
establecer que a partir de 1000 psig, se comienza a mantener los
rendimientos.
Con un aumento en la temperatura del proceso a 40°C, se observa un
incremento del rendimiento con respecto al de la temperatura de 32°C.El
residuo de la planta de Aloe vera contiene agua, tal como mostrósu
caracterización. Las moléculas de agua a bajas temperaturas tienen una
menor energía cinética, la cual no es suficiente para superar la
correspondiente energía de adsorción. Al mismo tiempo, las moléculas de
agua se enlazan con los componentes del producto, tales como
carbohidratos, proteínas y celulosa. Para Levine (36), este tipo de enlace es
de puentes de hidrógeno, provocando una reacción exotérmica, que
disminuye con el aumento de la temperatura.El aloe vera contiene
carbohidratos y proteínas (macromoléculas), las cuales presentan grupos
polares, como –OH y –H, que se comportan como centros activos de
adsorción. De esta manera, al incrementarse la temperatura del sistema, las
fuerzas intermoleculares entre los componentes del Aloe vera y el agua, no
liberan la energía necesaria para mantenerse juntas y por ende se separan.
Aplicando el estudio estadístico mediante un análisis de varianza(ANOVA)
a los datos experimentales, se puede determinar si existen diferencias
significativas o altamente significativas en la variación de los diferentes
tratamientos. Los tratamientos se evaluaron con un análisis de varianza de
dos factores (T y P) con una sola muestra por grupo (el rendimiento a cada
condición de proceso). Los resultados se muestran a continuación en la Tabla
16.
73
Tabla 16.Análisis de varianza a tiempo de 5 min
ANÁLISIS DE VARIANZA t= 5 min
Origen de
las
variaciones
Suma de
cuadrado
s
Grados
de
libertad
Promedio de
los cuadrados
F Probabilidad Valor crítico
para F
Presión 146,126 4 36,5315 8,670107 0,0298700 6,3882391
Temperatura 7,056 1 7,056 1,674617 0,2653006 7,7086442
Error 16,854 4 4,2135
Total 170,036 9
Para un nivel de significancia de 0,05, el factor estadístico calculado (F)
para la presión es mayor al valor crítico de (Fc), por lo tanto existen
diferencias significativas en la influencia de la presión en los rendimientos de
las extracciones. El factor F para la temperatura es menor al valor de Fc, lo
que indica que no hay influencia significativa de la temperatura en los
rendimientos. Para un nivel de significancia de 0,01, se determinó de igual
manera que existen diferencias altamente significativas para los cambios de
presión, pero no existen diferencias altamente significativas para los cambios
de temperatura.
Para las mismas condiciones de temperatura y presión, y variando el
tiempo de contacto a 10 min entre el analitoy el dióxido de carbono los
resultados se muestran a continuación en la Figura 25.
74
Figura 25. Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=10 min.
Similar al comportamiento descrito en la Figura 25, se observa como el
rendimiento se incrementa a medida que aumenta la presión y la
temperatura. El análisis de varianza se muestra en la Tabla 17.
Tabla 17. Análisis de varianza a tiempo de 10 min
ANÁLISIS DE VARIANZA t= 10 min
Origen de las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados
de
libertad
Promedio de
los cuadrados
F Probabilidad Valor
crítico
para F
Presión 112,694 4 28,1735 53,920 0,0009825 6,388232
Temperatura 14,4 1 14,4 27,5598 0,0062983 7,708647
Error 2,09 4 0,5225
Total 129,184 9
En la Tabla 17se observa que para un alfa de 0,05, el factor F fue mayor
que el factorFcpara la temperatura y la presión, lo que permite establecer
que los efectos de temperatura y presión en el rendimiento son significativos.
La temperatura influye en el rendimiento del extracto a tiempos de 10 min.
Del mismo modo se evaluó para alfa 0,01, y se obtuvo que existendiferencias
0
5
10
15
20
25
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
% p
/p d
e R
en
dim
ien
to
Presión (psig)
Condiciones de proceso a t= 10 min
T = 32 C
T = 40 C
75
altamente significativas, es decir que los efectos de la temperatura y presión
influyen altamente en los rendimientos obtenidos.
Para las mismas condiciones de T y P, pero a tiempos de contacto de 20
min, se presenta en el Figura 26 el efecto en el rendimiento de extracción.
Figura 26. Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=20
min.
En estafigura se observa que a medida que se incrementa el tiempo de
contacto entre el analito y el solvente los rendimientos que se obtienen están
más cercanos. Al aplicar el análisis de varianzaa los datos se obtienen
losresultados que se muestran en la Tabla 18.
Tabla 18. Análisis de Varianza a tiempo de 20 min
ANÁLISIS DE VARIANZA t= 20 min
Origen de las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados
de
libertad
Promedio de
los cuadrados
F Probabilidad Valor
crítico
para F
Presión 129,534 4 32,3835 6,38916839 0,04998797 6,38823
Temperatura 0,001 1 0,001 0,0001973 0,98946575 7,70864
Error 20,274 4 5,0685
Total 149,809 9
0
5
10
15
20
25
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
% p
/p d
e R
en
dim
ien
to
Presión (psig)
Condiciones de proceso a t= 20 min
T = 32 C
T = 40 C
76
Para esta condición de proceso, y a un alfa de 0,05, no se encontró
variaciones significativas en el rendimiento para las diferentes temperaturas.
Con respecto a la presión, los valores de F y Fc, son muy similares, por esta
razón se aplicó un análisis de varianza para un alfa de 0,01, en el cual se
determinó que no existen diferencias altamente significativas para los
cambios de P y T. A un tiempo de contacto de 20 min, no existen variaciones
estadísticamente apreciables de T y P que afecten el rendimiento de la
extracción. Esto puede deberse a que este tiempo de contacto, no es
suficiente para lograr extraer mayor cantidad de componentes.
Para un tiempo de contacto de 30 min, se obtuvieron los resultados
mostrados en la Figura 26.
Figura 27. Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=30
min.
Como se observa en la Figura 27, a medida que se incrementa el tiempo
de contacto, la influencia de la temperatura es menos apreciable para el
rendimiento ya que el rendimiento es casi constante.
El análisis de varianza a estos datos experimentales se presenta en la
Tabla 19.
0
5
10
15
20
25
30
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
% p
/p d
e R
en
dim
ien
to
Presión (psig)
Condiciones de proceso a t= 30 min
T = 32 C
T = 40 C
77
Tabla 19. Análisis de varianza a tiempo de 30 min
ANÁLISIS DE VARIANZA t= 30 min Existen diferencias significativas en P y en T NO
Origen de
las
variaciones
Suma de
cuadrado
s
Grados
de
libertad
Promedio de
los cuadrados
F Probabilida
d
Valor
crítico
para F
Presión 145,666 4 36,4165 19,1817224 0,0071222 6,388239
Temperatur
a
8,836 1 8,836 4,65420068 0,0971762 7,708647
Error 7,594 4 1,8985
Total 162,096 9
Como se observa en la Tabla 19, existen diferencias significativas en los
rendimientos por la variación de las presiones; el efecto de la temperatura
en el rendimiento no es significativo estadísticamente. Esto último puede
deberse a que a estas condiciones de proceso, las fuerzas intermoleculares
entre los componentes del Aloe vera y el agua, liberan la energía necesaria
para mantenerse juntas y por ende no se separan significativamente.
De la misma manera ocurre para los tiempos restantes, tal como se
muestra en las Figuras28, 29 y 30.
Figura28. Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=40
min.
0
5
10
15
20
25
30
600 800 1000 1200
% p
/p d
e R
en
dim
ien
to
Presión (psig)
Condiciones de proceso a t= 40 min
T = 32 C
T = 40 C
78
Figura 29.Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=50
min.
Figura 30.Rendimiento del extracto a diferentes condiciones de P y T, t=60
min.
Como se observaen estas figuras, el rendimiento de extracción no es
afectado por el cambio de la temperatura. Desde un tiempo de 20 min, los
rendimientos no tienen variaciones significativas, ni altamente significativas
estadísticamente. Con respecto a los diferentes tratamientos de presiones,
existen diferencias significativas y altamente significativas, lo que permite
0
5
10
15
20
25
30
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
% p
/p d
e R
en
dim
ien
to
Presión (psig)
Condiciones de proceso a t= 50 min
T = 32 C
T = 40 C
0
5
10
15
20
25
30
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
% p
/p d
e R
en
dim
ien
to
Presión (psig)
Condiciones de proceso a t= 60 min
T = 32 C
T = 40 C
79
establecer que el rendimiento de extracción es afectado notablemente por las
variaciones de presión. Esto se debe a que a mayor presión, mayor densidad
y por lo tanto, mayor solubilidad, por esta razón los rendimientos son
mayormente afectados por la presión. En el Anexo2pueden apreciarse estos
resultados.
- Cinética del proceso de extracción
Para establecer el tiempo de extracción, se tomaron los datos obtenidos
anteriormente y se procesaron de manera que se observe el rendimiento del
extracto en función de los diferentes tiempos de estudio.
La primera condición de proceso se estableció por debajo de la presión
crítica del CO2, P= 700 psig y T=32°C, a esta condiciónel CO2 es un gas;y
para T= 40°C permanece en el estado gaseoso. Sin embargo se considera un
estado cercano al punto crítico, ya que latemperatura está por encima de la
temperatura crítica, y la presión esta cercana a la presión critica. Según
Tucker (8), un fluido supercrítico está definido como cualquier fluido en la
cual la temperatura del sistema sea mayor a su temperatura crítica,
independientemente de la presión (o la densidad).
En la Figura 31 se presenta la variación del rendimiento de extracción
con el tiempo a estas condiciones de presión y temperatura. Se observa que
el rendimiento a las condiciones de T=40°C es mayor que para la T=32°C. El
análisis estadístico a los datos se muestra en la Tabla 23.
80
Figura 31. Cinética del proceso de extracción a P=700 psig y T= 32°C y
T=40°C.
Tabla 23. Análisis de varianza a P=700 psig
ANÁLISIS DE VARIANZA P= 700 psig
Origen de las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados
de
libertad
Promedio de
los cuadrados
F Probabilidad Valor
crítico
para F
tiempo 50,9785714 6 8,49642857 14,222797 0,0025627 4,2838
Temperatura 15,6457143 1 15,6457143 26,190514 0,0021832 5,9873
Error 3,58428571 6 0,59738095
Total 70,2085714 13
Tal como se observa en la Tabla 23, hay variaciones significativas con
respecto a los rendimientos del extracto en función de los diferentes tiempos
de estudios. Con respecto a las temperaturas, de igual manera existen
diferencias significativas. Sin embargo, para t= 30 min se observa que los
cambios en el rendimiento son poco apreciables, es por ello que se le aplicó
el análisis de varianza, a los datos a partir de 30 min para determinar si es el
tiempo de operación necesario a estas condiciones de proceso. A
continuación se muestran en la Tabla 24los resultados de este análisis de
varianza.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 10 20 30 40 50 60 70
% d
e R
en
dim
ien
to p
/p
tiempo (t) min
Cinética del proceso a P= 700 psig
T= 32°C
T= 40°C
81
Tabla 24. Análisis de varianza a P=700 psig y datos a partir de t=30 min
ANÁLISIS DE VARIANZA P= 700 psig
Origen de
las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados
de
libertad
Promedio de
los cuadrados
F Probabilidad Valor crítico
para F
tiempo 162,276667 3 54,0922222 0,95903 0,47037443 4,75706266
Temperatura 2467,96167 2 1233,98083 21,8779075 0,00175357 5,14325285
Error 338,418333 6 56,4030556
Total 2968,65667 11
Tal como se observa, no hay variaciones significativas en los
rendimientos a partir de 30 min. El factor F calculado es menor al F crítico
para los tiempos, lo que permite establecer que a 700 psig, T=40°C y 30
min, es la mejor condición de proceso.
De igual manera se realizó el estudio para la P= 900 psig, a estas
condiciones, el CO2se encuentra como gas, sin embargo, Espinosa (10) en su
trabajo de investigación de extracción de productos naturales con scCO2,
explica que la densidad y la viscosidad cambian drásticamente a condiciones
cercanas al punto crítico. Esto permite considerar que a P= 900 psig y T =
32 y 40°C, respectivamente, son condiciones cercanas al punto crítico. En la
Figura 32 se presenta la cinética del proceso de extracción a 900 psig.
82
Figura 32. Cinética delproceso de extracción a P=900 psig y T= 32°C y
T=40°C.
Como puede observarse en la Figura 32, a P= 900 psig los rendimientos
obtenidos no son diferentes para las temperaturas estudiadas, basado en los
resultados estadísticos delanálisis de varianza (ver Tabla 25).
Tabla 25. Análisis de varianza a P=900 psig
ANÁLISIS DE VARIANZA P = 900 psig
Origen de
las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de
los cuadrados
F Probabilidad Valor
crítico para
F
tiempo 41,18 6 6,86333333 2,34777 0,16137 4,2838657
Temperatura 4,235 1 4,235 1,44868 0,27406 5,9873776
Error 17,54 6 2,92333333
Total 62,955 13
Tanto para la presión y la temperatura, no existen diferencias
significativas en los rendimientos, lo que permite establecer que a las
diferentes temperaturas estudiadas, no hay cambios apreciables
estadísticamente. Se establece entonces, que aP=900 psig el tiempo será de
5 min a la temperatura de 32°C ya que el gasto de energía es menor.
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60 70
% d
e R
en
dim
ien
to p
/p
tiempo (t) min
Cinética del proceso a P= 900 psig
T= 32°C
T= 40°C
83
Figura 33. Cinética del proceso de extracción a P=1000 psig y T=32°C y T=40°C.
Para la P=1000 psig, se estudió de igual manera los cambios de
rendimiento en función de los tiempos de contacto del analito con CO2 (ve
Figura 33). En elanálisis de varianza con un alfa de 0,05, se obtuvo valores
similares para losfactores F calculados con respecto al valor de F crítico, es
por ello que se aplicó un alfa más riguroso de 0,01. Los resultados se
presentan en la Tabla 26.
Tabla 26. Análisis de varianza a P=1000 psig
ANÁLISIS DE VARIANZA P=1000 psig
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de libertad
Promedio de los cuadrados
F Probabilidad Valor crítico para
F
tiempo 79,13 6 13,1883333 4,8815546 0,03746755 8,46612534
Temperatura 4,235 1 4,235 1,56755089 0,2571572 13,7450225
Error 16,21 6 2,70166667
Total 99,575 13
En el análisis de varianza, se observa que no existen variaciones
altamente significativas a los diferentes tiempos estudiados, es decir que el
rendimiento del extracto no presenta variaciones estadísticas para los
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60 70
% d
e R
en
dim
ien
to p
/p
tiempo (t) min
Cinética del proceso a P= 1000 psig
T= 32°C
T= 40°C
84
diferentes tiempos a las condiciones de P=1000 psig y T=32°C y T= 40°C.
Por lo tanto, a P=1000 psig, T= 32°C y t= 5min sería una condición para
rendimientos estadísticamente sin cambios apreciables.
A presiones de 1100 psig, el CO2se encuentra en estado supercrítico a T=
32°C y T= 40°C.El rendimiento en función de los tiempos estudiados se
presenta en laFigura34.
Figura 34.Cinética del proceso de extracción a P=1100 psig y T=32°C y
T=40°C.
En la Figura 34se observa como varía el rendimiento en función de los
diferentes tiempos estudiados. A un tiempo de 30 min y T=40°C, se observa
que el rendimiento comienza a permanecer constante. Para ello, se realizó el
análisis de varianza a partir de los 30 min, lo cual arrojó los resultados
mostrados en la Tabla 27.
Tabla 27. Análisis de varianza a P=1100 psig
ANÁLISIS DE VARIANZA P= 1100 psig
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los cuadrados
F Probabilidad Valor crítico para
F
tiempo 115,034286 6 19,172381 13,2877888 0,00307864 4,28386571
Temperatura 15,8578571 1 15,8578571 10,9905941 0,01610007 5,98737761
Error 8,65714286 6 1,44285714
Total 139,549286 13
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70
% d
e R
en
dim
ien
to p
/p
tiempo (t) min
Cinética del proceso a P= 1100 psig
T= 32°C
T= 40°C
85
Para estas condiciones de proceso, se observan que existen variaciones
significativas tanto para el tiempo como para la temperatura. A P= 1100 psig
y T= 32°C y tiempos de 30 min, el rendimiento alcanza 23,4% p/p y a la
misma P, y T=40°C y al mismo tiempo se obtiene 25,6% p/p; estos valores
son bastante cercanos. Para establecer el mejor tiempo de proceso a estas
condiciones, se realizó otro análisis de varianza, para estudiar si existen
variaciones significativas a partir de 30 min. Los resultados se muestran a
continuación en la Tabla 28.
Tabla 28. Análisis de varianza a P=1100 psig a partir de t=30 min.
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de libertad
Promedio de los cuadrados
F Probabilidad Valor crítico para
F
tiempo 4,785 3 1,595 1,78212291 0,32341671 9,27662815
Temperatura 2,205 1 2,205 2,46368715 0,21452287 10,1279645
Error 2,685 3 0,895
Total 9,675 7
Como puede observarse en la Tabla 28, no existen variaciones
significativas a partir de 30 min, lo que permite establecer que las
condiciones de P=1100 psig, t=30 min y T=32°C, es estadísticamente la
mejor condición de proceso para obtener altos rendimientos de extractos.
Finalmente se estudió la condición de P=1200 psig, obteniéndose los
resultados que se muestran en la Figura 35. Los resultados del análisis de
varianzase presentan en la Tabla 29.
86
Figura 35. Cinética del proceso de extracción a P=1200 psig y T=32°C y T
=40°C.
Tabla 29. Análisis de varianza a P=1200 psig
ANÁLISIS DE VARIANZA P= 1200 psig
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los cuadrados
F Probabilidad Valor crítico para
F
tiempo 78,4042857 6 13,067381 22,669558 0,00070712 4,28386571
Temperatura 24,7114286 1 24,7114286 42,8698885 0,00060711 5,98737761
Error 3,45857143 6 0,57642857
Total 106,574286 13
Con el ANOVA se observa que existen diferencias significativas tanto para
el tiempo como para la temperatura, lo que permite establecer que el
rendimiento del extracto es afectado por ambas variables. Después de 30
min, se observa como el rendimiento comienza a permanecer constante.
Para demostrar esto estadísticamente, se aplicó un ANOVA luego de 30min, y
los resultados se muestran en la Tabla 30.
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70
% d
e R
en
dim
ien
to p
/p
tiempo (t) min
Cinética del proceso a P= 1200 psig
T= 32°C
T= 40°C
87
Tabla 30. Análisis de varianza a P=1200 psig a partir de t=30 min
ANÁLISIS DE VARIANZA
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de libertad
Promedio de los cuadrados
F Probabilidad Valor crítico para
F
tiempo 9,13375 3 3,04458333 7,91657638 0,06157031 9,27662815
Temperatura 14,31125 1 14,31125 37,212351 0,00885001 10,1279645
Error 1,15375 3 0,38458333
Total 24,59875 7
Como puede observarse, no existen variaciones significativas para el
tiempo, lo que permite establecer estadísticamente que para un tiempo de
30 min, los extractos se obtendrán en cantidades similares. Para la
temperatura, existen diferencias significativas, lo que permite establecer que
a mayor temperatura mayor rendimiento a P=1200 psig. La condición de
proceso establecida será: P=1200 psig, T= 40°C y t= 30 min.
Resumen de las condiciones de proceso establecidas:
En la Tabla 31 se resumen las condiciones establecidas (presión,
temperatura y tiempo)por el análisis estadístico y los rendimientos
correspondientes.
Tabla 31. Resumen de las condiciones de proceso establecidas
estadísticamente.
Presión (psig) Temperatura
(°C)
Rendimiento
(%p/p)
Tiempo (min)
700 40 16,4 30
900 32 14,6 5
1000 32 17,1 5
1100 32 23,4 30
1200 40 24,5 30
88
Para las condiciones establecidas, se realizaron análisis químicos que
permitieron establecer cuál de las condiciones de proceso sería la mejor para
obtener los productos de los residuos del Aloe vera.
- Análisis elemental de lasmuestras obtenidas a las condiciones de
proceso establecidas.
A continuación se muestra, el análisis elemental de las muestras
obtenidas a las diferentes condiciones pre-establecidas por el estudio
estadístico como las mejores. A la P=700 psig, 40°C y t= 30 min, se obtuvo
un análisis elemental por espectrometría de masa del extracto que se
muestra en la Figura 36.
Figura 36. Análisis elemental a P=700 psig, 40°C y t= 30 min
Los elementos reportados fueron nitrógeno, carbono e hidrógeno. El
nitrógeno correspondió al 4,18% del área; 4,79% al carbón y 91,04% al
hidrógeno. La composición elemental de la muestra fue la siguiente: 0.000%
de N, 0,806% de C y 7,421% de H. La muestra no contiene N en cantidad
apreciable, ya que las sustancias con las que está asociada la celulosa en los
desechos vegetales influyen sobre la velocidad de descomposición. La
degradación de celulosa, sirven para la síntesis microbiana, exige la provisión
89
de nitrógeno y trae como consecuencia la disminución de este elemento
debido a que la muestra no se proceso inmediatamente.
Para las condiciones de P=900 psig, T= 32°C y t= 5min, se obtuvo el
espectro de masas que se muestra en la Figura37.
Figura 37. Análisis elemental a P=900 psig, T= 32°C y t= 5min
Los elementos reportados fueron nitrógeno, carbono e hidrógeno. El área
de nitrógeno fuede 3,03%;3,44% de carbón y 93,53% de hidrógeno. El
porcentaje de los elementos presentes en la muestra fue el siguiente:
0.000% de N, 0,876% de C y 11,472% de H.
En la Figura 38 se presenta el espectro de masas para la condición de
proceso P=1000 psig, T= 32°C y t=5 min.
Figura 38. Análisis elemental a P=900 psig, T= 32°C y t= 5min
90
Nitrógeno, carbono e hidrógeno fueron lo elementos reportados. Sus
áreas correspondieron a: nitrógeno 2,70% del área; 3,34% de carbón y
93,96% de hidrógeno. El contenido de estos elementos fue el siguiente:
0.000% de N, 0,888% de C y 11,587% de H.
Para la condición de proceso P=1100 psig, T= 32°C y t=30 min, se
obtuvo el espectro que se muestra en la Figura39.
Figura 39. Análisis elemental a P=1100 psig, T= 32°C y t=30 min
Los elementos reportados fueron nitrógeno, carbono e hidrógeno. El área
de cada elemento fue la siguiente: 2,71% de nitrógeno, 5% de carbón y
92,29% de hidrógeno. El contenido elemental fue el siguiente: 0.000% de
N, 1,142% de C y 8,726% de H.
En la Figura 40 se presenta el espectro de masas para la condición de
proceso P=1200 psig, T= 40°C y t=30 min.
91
Figura 40. Análisis elemental a P=1200 psig, T= 40°C y t=30 min
Los elementos reportados fueron nitrógeno, carbono e hidrógeno. El
nitrógeno correspondió a 2,79% del área; 4,21% de carbón y 92,99% de
hidrógeno. El porcentaje elemental de la muestra fue el siguiente: 0.000%
de N, 0,946% de C y 9,102% de H.
En la Tabla 32 se presenta un resumen de las compasiones elementales
del extracto a las diversas condiciones de proceso.
Tabla 32. Resumen de % de elementales a diversas condiciones de proceso
P (psig) T (°C) %p/p) t (min) %C %H %N
700 40 16,4 30 0.806 7.421 0
900 32 14,6 5 0.876 11.472 0
1000 32 17,1 5 0.888 11.587 0
1100 32 23,4 30 1.142 8.726 0
1200 40 24,5 30 0.946 9.102 0
Una vez, estudiado cada uno de los extractos mediante el análisis
elemental, se puede concluir que a medida que se incrementa la presión del
sistema el contenido de carbono aumenta. A 1100 psig y 32 °C, se logra el
mayor contenido de carbono, lo que puede favorecer la extracción de
productos poliméricos. Es importante destacar, que estas muestras nofueron
92
analizadas inmediatamente después de la extracción, de esta manera se
pudo afectar la cantidad de los elementales presentes en los extractos.
Tomando en cuenta, que el rendimiento a las condiciones de P=1100
psig, T=32°C y t= 30 min es de 23,4% y el análisis elemental del carbono es
el mayor a esta condición, se estableció como la condición optima de
operación para el proceso de extracción.
Caracterización del producto obtenido
El producto obtenido a las condiciones de procesos establecidas, fue
caracterizado arrojando los siguientes resultados:
- Espectroscopia de Infrarrojo
A continuación se muestran en la Figura 41 y Tabla 33, los resultados de
la caracterización del extracto por espectroscopia de infrarrojo con
trasformada de Fourier (FT-IR), utilizando el accesorio ATR.
Figura 41.Espectro IR del extracto final del residuo del Aloe vera
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
0
15
30
45
60
75
90
105
%T
32
84
,77
16
37
,56
13
94
,53
64
0,3
7
44
3,6
3
SABILA LIQUIDA
93
Tabla 33.Asignación de las bandas de absorción de FTIR de la materia prima
(residuo de sábila)
Longitud de onda (cm-1) Identificación
3284,8 Banda de estiramiento simétrico OH
1637,6 Banda de Vibración de alargamiento del doble
enlace C=O
640,4 Vibración de tensión OH
1394,5 Deformaciones dentro y
fuera del plano del enlace C-H
En el espectro FT-IR de la Figura 41, se observa una banda alrededor de
1637 cm-1, que puede corresponder a enlaces de tipo C=O. Esta banda se
produce en esta región debido al alto momento dipolar del enlace C=O, lo
que ocasiona esta fuerte banda de estiramiento cuando se analizan
compuestos que tienen este tipo de grupos funcionales.
Entre 1000 y 1400 cm-1 se aprecian pequeñas interacciones que
corresponden a deformaciones del enlace C-H, dentro y fuera del plano.
Alrededor de 3000 cm-1, se observa una banda que puede ser
correspondiente a los estiramientos de enlaces O-H y que se pueden
encontrar solapados con interacciones de tipo C-H que, también, absorben
en esta región del infrarrojo cuando son estructuras muy ramificadas o a una
interacción N-H, que se encuentra solapada con el grupo O-H.
Haciendo una revisión de los componentes que constituyen el Aloe vera,
se encuentra que está constituido por una gran diversidad de polisacáridos y
sus derivados (35), que podrían ser los responsables de la presencia de
ciertas bandas en este espectro infrarrojo. Estas interacciones, también,
indican que el extracto debe estar constituido por largas cadenas
poliméricas, que, en este caso, podría ser celulosa, biopolímero que se
encuentra constituyendo la pared celular de los vegetales (37).
94
- Cromatografía gaseosa (CG)
Con esta técnica se determinó el contenido de ácidos grasos
presentes en el extracto del aloe vera, que se muestra en la Tabla 34.
Tabla 34. Ácidos grasos presentes en el extracto de Aloe vera.
Ácidos grasos Contenido (ppm)
Ácido Acético 434,045
Ácido Isovalerico 152,835
Ácido Isocaproico 2128,56
El aceite, extraído mediante solventes orgánicos, es la fracción lipídica
de las hojas y es utilizada solo en la industria cosmetológica como un
transportador de pigmentos y agente sedante (38, 39). En el extracto
obtenido con dióxido de carbono supercrítico, se puede observar en la
Tabla 34, que contiene ácidos grasos.
Las ceramidasse derivan de los ácidos grasos y representan el 50% de
los lípidos de la capa cornea, ampliamente usadas en las cremas
cosméticas por sus propiedades reparadoras de la barrera cutánea (40).
El ácido isovalerico, es un líquido incoloro y claro de olor penetrante y
desagradable; es un ácido graso natural encontrado en una gran variedad
de plantas y aceites esenciales.Sus ésteres volátiles se utilizan en
perfumería. Es extremadamente soluble en la mayoría de los solventes
orgánicos. Sus ésteres volátiles poseen olores agradables (40).
- Nitrógeno total y proteínas.
Como se observa en la Tabla 35, el nitrógeno presente en el extracto
del Aloe vera, es de 0,028% p/p.
95
Tabla 35. Nitrógeno y proteínas presentes en el extracto del Aloe vera
Contenido
(%p/p)
Nitrógeno 0,028
Proteínas 0,177
En comparación al reportado en la materia prima de 0,023 % p/p (ver
Figura 12), indica que el proceso de extracción logra remover en el
extracto la mayor parte del nitrógeno, por lo tanto concentra las proteínas
presentes.
El contenido proteico obtenido es de 0,177% p/p en base humedad.
Se conoce que un sustrato de origen vegetal no cumple con las
proporciones adecuadas entre aminoácidos, además de que hay ausencia
de algunos de aminoácidos esenciales (41). El punto anterior es reforzado
con estudios de la composición de hoja entera de sábila que indican 17
aminoácidos comunes; del contenido proteico total, el 20 % corresponde
a arginina (42).
- Espectroscopia de radiación UV-visible
A continuación se muestra en la Tabla 36, el contenido de compuestos
fenólicos y azucares reductores en el extracto de la planta deAloe vera
determinados por espectroscopia de UV-visble.
Tabla 36. Compuestos fenólicos y azucares reductores en el extracto del
Aloe vera.
Contenido (ppm)
Compuestos fenólicos 89
Azúcares reductores 660
96
El producto extraído, puede ser utilizado como base, para la separación
de los polifenoles. El extracto de Aloe veracontiene 89 ppm de compuestos
fenólicos; los polifenoles poseen acciones molusquicidas, antihelmínticas,
antihepatotóxicas, antinflamatorias, antidiarreicas, antiúlcera, antivirales,
antialérgicas y vasodilatadoras (41).
Se ha verificado que inhiben la replicación del virus de la
inmunodeficiencia Humana (HIV) y del virus simplex humano (HSV), inhiben
las glucosiltransferasas del Strepto-coccusmutans (caries dental), inhiben la
autoxidación del ascorbato, también inhiben efectos citotóxicos, la promoción
del crecimiento tumoral y la enzima xantina mono-amina oxidasa. La
actividad antioxidante de los fenoles es el origen de funciones biológicas
tales como la antimutagénica, anticancerígena y antienvejecimiento. (42)
El extracto obtenido, puede ser la base para la obtención de azúcares
reductores ya que su contenido es de 660 ppm. Pérez(43) reportóla
presenciade azúcares reductores a partir de losdesechos sólidos de la sábila,
mediante un proceso de hidrólisis enzimática con rendimientos de 14,4%.
Esto exhibe la posibilidad de que este material pueda ser usado en la
producción fermentativa de compuestos químicos como el Bioetanol.
Estudios han identificado a la manosa como el azúcar más importante
presente en el gel de Aloe vera (39).Un extracto de manosa, uno de los
azúcares del aloe, puede inhibir el VIH-1 (virus asociado al SIDA).
En un estudio realizado en Bioterapia Molecular (1991), las células VIH-1
fueron tratadas in vitro con un extracto de manosa. Este tratamiento retardó
la reproducción del virus cerca del 30%, redujo la carga viral (cantidad total
del virus), suprimió la extensión del virus en las células infectadas, y
aumento la viabilidad (ocasión de la supervivencia) de células infectadas.
(44)
97
CONCLUSIONES
1. El porcentaje de sólidos totales (10,40%) por el método de fileteo, fue
mayor al tratamiento de hoja completa (6,15%).
2. El porcentaje de cenizas, fue mayor por el tratamiento de fileteo (1,3%),
que el tratamiento de hoja completa (0,8%).
3. El pH ligeramente acido debido a los elementos presentes en el suelo de
donde proceden los residuos, además de la lluvia acida característica de
la región.
4. La relación de C/N fue muy elevada en comparación a otros estudios,
esto se debe a que el procesamiento de los residuos del Aloe vera, deben
ser analizados de manera rápida, para luego ser estabilizados, ya que se
debe evitar la degradación de la celulosa en el desecho del vegetal.
5. El equipo opera hasta 3400psig y con temperaturas desde -750C (-
77,40F) hasta 3400C (6500F).
6. El equipo S-1 no alcanzara las condiciones de presión reportadas por el
simulador mecánico Pv elite, ya que posee accesorio que no resisten
estas condiciones.
7. El rendimiento del extracto, aumento en función del aumento de presión,
debido a que la solubilidad del solvente mejora a altas condiciones de
presión.
8. El rendimiento a las condiciones de P=1100 psig, T=32°C y t= 30 min fue
de 23,4%.A estas condiciones el extracto presento el mayor contenido de
carbono lo que puede favorecer la extracción de productos poliméricos.
9. El residuo y el extracto presentaron los mismos grupos funcionales.
10. El extracto esta constituido por cadenas poliméricas, que, probablemente
son celulosa, ya que estas constituyen la pared celular de los vegetales.
11. El extracto contiene ácidos grasos, ácido acético, ácido isovalerico y ácido
isocaproico, con los cuales se pueden obtener obtenerceramidas que son
ampliamente usadas en las cremas cosméticas.
98
12. Los esteres volátiles del ácido isovalerico puede ser usado para la
obtención de perfumes.
RECOMENDACIONES
99
1. Realizar diferentes tratamientos a la materia prima, para evaluar el
rendimiento del producto extraído.
2. Remplazar los accesorios del equipo S-1, para poder alcanzar las
condiciones reportadas por el simulador mecánico Pv elite.
3. Diseñar un sistema te calentamiento externo en el S-1, con el fin de
alcanzar mayores temperaturas de proceso.
4. Mejorar el sistema de cierre de los equipo B-1 y S-1.
5. Mejorar el sistema de calentamiento (Serpentín) de E-1.
6. Realizar análisis de capacidad antioxidante al producto extraído.
7. Aplicar procesos de separación al extracto para obtener los diferentes
compuestos que se encuentran presente con alta pureza.
8. Acoplar al equipo extractor, un sistema de neutralización al dióxido de
carbono expulsado a la atmosfera.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
100
1. Velasco, R.; Villada, H.; Carrera, J. (2007) Aplicación de los Fluidos
Supercríticos a la Agroindustria;Universidad del Cauca, Departamento de Agroindustria, Facultad de Ciencias Agropecuarias,Grupo de
Investigación, Aprovechamiento de Subproductos de Origen Agroindustrial(ASUBAGROIN),Vol. 18, 53-65.
2. Brunner, G.; (2005). Supercritical Fluids: Technology and application
to food processing; Journal of Food Engineering.67, 21-33.
3. ALOETRADE,(2008). [On-line]. Disponible
en:http://www.aloetrade.com.ar/
4. Piña, H.; (2004). El Conglomerado zábila (Aloe vera) en el estado Falcón, Venezuela. [On-Line].Disponible
en:http://www.google.co.ve/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=1&ved=0CCwQFjAA&url=http%3A%2F%2Fcdr.javeriana.ed
u.co%2F%3Fidcategoria%3D1213%26download%3DY&ei=VweFT_qlOYKTgweovsTdBw&usg=AFQjCNFuSynJqCP-LFbwIoU70LdbU9jrYw
5. Piña, H. y Chirino L.;(2008). Mercado de la zábila (Aloe vera L.) en el
estado Falcón. Departamento de desarrollo y producción agrícola, Universidad Francisco de Miranda. Rev. Fac. Agron. (LUZ); 25, 364-392
6. Lallie, C; Mckenzie, J.; Thompson, Sullivan, R. and Hutchison, J;
(2004). Green chemical processing in the teaching laboratory: a
convenient liquid CO2 extraction of natural products. University of Oregon. Green Chem; 6, 355-358.
7. Acosta, Y. Y Paolini, J.; (2005). Actividad de la enzima deshidrogenasa en un suelo calciorthids enmendado con residuos orgánicos. Agronomía
Trop.; 55(2), 217-232.
8. Tucker, S.; (1999). Solvent Density Inhomogeneities in Supercritical Fluids. Department of Chemistry, University of California, Davis,
California 95616. Chem. Rev; 99, 391-418.
9. Qiuhui, H.; YunHu, A. and Xu, J.; (2005). Free radical-scavenging
activity of Aloe vera (Aloe barbadensis Miller) extracts by supercritical carbon dioxide extraction. Food Chemistry. 91, 85–90
10. Espinosa, S., (2001). Procesamiento Supercrítico de Productos
Naturales. Modelado, Análisis y Optimización. Universidad Nacional del Sur. Argentina.Departamento de Química e Ingeniería Química
Universidad Nacional del sur.
101
11. Rivero R.; Martínez, E.; Rodríguez, A.; Méndez, R.; Fernández,
J.; Del Barrio, G. y González, M.;(2002). Obtención y caracterización preliminar de un extracto de Aloe vera L. con actividad antivirial.
(CIDEM). Rev. Cubana PlantMed.;7(1), 32-8.
12. Irfan, A.; Pierce, K.; Pruitt, P. And Taylor A.; (2003). Sugar,
Pigment and Enzyme Tests of Aloe barbadensis and St. Ives Lotion Reveal More Sugars and Pigments in Aloe Plant. Disponible en:
https://www.msu.edu/course/lbs/145/luckie/inquiries2003/pika.html
13. Alvarez, K.;Varon, J.(2007).Obtención de algunos parámetros de referencia del suelo ydel mucílago del aloe vera cultivado en el
corregimiento deCombia Municipio de Pererira Risaralda. Universidad tecnológica de Pereirafacultad de tecnologíaquímicaCombiaMunicipio de
Pereira Risaralda.
14. Eshun, K.; He, Q. (2004). Aloe vera: a valuable ingredient for the food, pharmaceutical and cosmetic industries - a review. Critical Reviews in
Food Science and Nutrition; 44(2), 91 - 96.
15. Atherton, P., (1998) Aloe vera: magic or medicine?.Nursing Standard;
12(41): 49 -54.
16. Gonzales P.;(1988). Plantas medicinales. Un resumen de farmacognosia.Bogotá (Colombia) 114 - 116.
17. Agarwala, O.P. (1997). Whole leaf Aloe gel vs. standard Aloe gel.Drug
& Cosmetic Industry; 160(2), 22 - 27.
18. Ávila, L.M.; Díaz M., J.A. (2002). Sondeo del mercado mundial de Sábila (Aloe vera) (Colombia)
19. Bernal, Y.; Correa, J.(1994). Especies vegetales promisorias; Convenio
AndrésBello (Colombia) 342.
20. Vega G., A.; Ampuero C., N. yDiaz N.(2005).El Aloe vera(Aloe
barbadensismiller) como componente de alimentos funcionales. 32(3) : 208 - 214.
21. Davis, R.H.; Didonato, J.J.; Hartman, G.M. y Haas, R.C. (1994).
Antiinflammatory and wound healing activity of a growth substance in Aloe vera. Journal of the American Podiatric Medical Association; 84, 2
- 80.
102
22. Yagi, A.; Machii, K.; Nishimura, H.; Shida, T. andNishioka,
I.(1985). Effect of Aloelectin on deoxyribonucleic acid synthesis in baby hamster kidney cells.Experientia;41(5), 669 - 671.
23. Sims, R.M.; Zimmermann, E.R.(1985). Effect of Aloe veraon herpes
simplex and herpes virus (Strain Zoster).Aloe veraof American Archives; 1, 239 - 240.
24. Blitz, J.J.; Smith, J.W.; Gerard, J.R.(1963). Aloe veragel in pectic
ulcer therapy: preliminary report. Journal of the American Osteopathic
Association; 62, 731 -735.
25. Northway, R.B.(1975). Experimental use of Aloe veraextract in clinical practice.Veterinary Medicine / Small Animal Clinician; 70, 89.
26. Anderson, B.C.(1983). Aloe verajuice: a veterinary
medicament?.TheCompendium on Continuing Education for the Practicing Veterinarian; 5, S364 -S368.
27. Pittman, J.C.Immune enhancing effects of Aloe. Health
Consciousness; 13 ,1.
28. Wolfgang, W. (1995). Healing with Aloe. Ennsthaler;pag.44.
29. Nojory, R.Supercritical fluids. Nagoya University. 99(2), 199.
30. Universidad de Alicante (2010). [On-line]. Disponible en:
http://www.ua.es/es/investigacion/sti/servicios/analisis_instrumental/rayosx_monocristales/infrarroja.html
31. Centro atómico Bariloche. (2012) Equipamiento y técnicas de
estudio. Cromatografía gaseosa. Disponible en: http://www.cab.cnea.gov.ar/cab/cq/material/cromatografo.pdf
32. Universidad de burgos. Prestaciones de servicios y equipamientos.
Microanálisis elemental CHSN. Disponible en: http://www.ubu.es/es/pct/prestaciones-servicio-equipamiento-
reservas/microanalisis-elemental-chns
33. Acosta, Y.; Paolini J.; Flore, S.; Benzo, Z. El Zauahre, M.; Toyo, L. and Senior, A.; Evaluación de metales pesados en res residuos
organicos de diferentes naturalezas. Multiciencias, junio, año/vol 3, número 001. Universidad del Zulia. Punto fijo Venezuela.
103
34. Carrillo, L., (2003). Microbiología Agrícola. Capítulo 3. [On-line].
Disponible en: http://www.unsa.edu.ar/matbib/micragri/micagricap3.pdf
35. Alvarez, M.,(1987).Estudio de la viabilidad técnica y financiera del
cultivo de sábila (Aloe vera) en la zona Centro de Tamaulipas. Tesis de Maestro en Ciencias. Fac. Med. Vet. y Zoot. UAT. Cd. Victoria,
Tamaulipas, México. 143.
36. LEVINE, I., (1995). Physical chemistry, 4a Ed.; New York, McGraw
Hill.
37. Flores, J.; Ly, M.; Tapia, N. Y Maldonado, H.(2001). Bioremediación de metales tóxicos en efluentes mineros aplicando Biosorción. Revista
del Instituto de Investigación de la Facultad de Geología, Minas, Metalurgia y Ciencias Geográficas; 4(7), 3-5
38. Baudo, G.; (1992). Aloe vera. ErboristeriaDomani; 2, 29-32
39. Vega, G.; Ampuero, C.; Díaz, L.; Lemus, M.; (2005). El Aloe vera (aloe barbadensismiller) como componente de alimentos funcionales.
Rev. chil. nutr. [online]. 2005, vol.32, n.3 pp. 208-214 . Disponible en: <http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0717-
75182005000300005&lng=es&nrm=iso>. ISSN 0717-7518. doi: 10.4067/S0717-75182005000300005.
40 .Zegpi, E. (2010). Cosmeceuticos. Chile. Grupo Aula Médica, S.L.
41. Rowe, T. Y Parks, L.; (1941). Phytochemical study of Aloe veraleaf.Journal of the American pharmaceuticalassociation; 30, 262-
266.
42. Rocha, L.;(2006). Enriquecimiento proteico por CandidaUtilis en desechos agroindustriales de cáscara de tuna y cáscara de sábila. Tesis
profesional para licenciatura en biología.Universidad de las Américas Puebla Escuela de Ingeniería y Ciencias, Departamento de Ciencias
Químico-Biológicas, Cholula, Puebla, México.
43. Pérez, L.; Oyosa, S.; Quintal C. Y Tamayo J.;(2009).Sacarificación enzimática de los residuos sólidos de la sábila, Aloe vera.
Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica, Instituto
Tecnológico de Mérida
44. Burger, A.; Grubert, M.; Schuster, O.;(1994).Aloe veraThe renascence of a tradicional natural drug as a dermopharmaceutical. 120: 527-529.
104
Anexo 1
105
Determinación de las características fisicoquímicas de la materia
prima.
Cálculo del % de sólidos totales presentes en la muestra:
( )
donde: %ST= porcentaje de sólidos totales presentes en la muestra.
PC= masa de la cápsula. MS= masa de la muestra seca.
PCV= masa de la cápsula vacía. PM= masa de la muestra.
( )
Muestra Masa de la
cápsula
vacía (g)
Masa de
la
muestra
(g)
Masa de la
cápsula +
muestra
(g)
% de
sólidos
totales
Promedio
%
RF1 48.03 10.06 49.07 10.34 10.41
RF2 48.48 10.08 49.53 10.42
RF3 48.51 10.04 49.56 10.46
RH1 48.84 10.13 49.47 6.22 6.15
RH2 48.78 10.01 49.38 6
RH3 47.6 10.11 48.23 6.23
RF1: residuo de fileteo
RH: residuo hoja completa
Cálculo del % de humedad presentes en la muestra:
106
donde:
%H= porcentaje de humedad.
%ST= porcentaje de sólidos totales.
Sustituyendo:
Cálculo del % de cenizas presentes en la muestra:
( )
donde:
%C= porcentaje de cenizas presentes en la muestra.
PC= masa del crisol.
MS= masa de la muestra seca.
PCV= masa del crisol vacío.
PM= masa de la muestra.
Sustituyendo:
( )
107
Muestra
Masa del
crisol vacío
(g)
Masa de
la
muestra
(g)
Masa del
crisol +
muestra
(g)
% de
Cenizas
Promedio
%
RF1 20.17 5.02 20.24 1.4
1.3 RF2 27.78 5.01 27.84 1.2
RF3 20.21 5.03 20.27 1.2
RH1 21.91 5.04 21.96 0.99
0.8 RH2 21.72 5.15 21.75 0.6
RH3 35.14 5.14 35.18 0.8
Cálculo de la cantidad de aceite y grasa presentes en la muestra:
( ) ( )
donde:
A y G= aceite y grasa presentes en la muestra.
PBV= masa del beaker vacío.
M= masa de la muestra.
PM= masa de la muestra.
Sustituyendo:
( ) ( )
Cálculo del % de rendimiento de aceites y grasas obtenidos de la
muestra de aloe vera.
Sustituyendo:
108
Anexo 2
109
Tabla 20. Análisis de varianza a tiempo de 30 min
ANÁLISIS DE VARIANZA t= 40 min
Origen de las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de
los cuadrados
F Probabilidad Valor crítico
para F
Presión 204,334 4 51,0835 20,486 0,00629644 6,388
Temperatura 3,136 1 3,136 1,2576 0,32486507 7,708
Error 9,974 4 2,4935
Total 217,444 9
Tabla 21. Análisis de varianza a tiempo de 30 min
ANÁLISIS DE VARIANZA t= 50 min existen diferencias significativas en P y en T NO
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de libertad
Promedio de los cuadrados
F Probabilidad Valor crítico
para F
Presión 215,99 4 53,9975 32,6564862 0,00259594 6,38823
Temperatura 2,116 1 2,116 1,27970971 0,32117985 7,7086
Error 6,614 4 1,6535
Total 224,72 9
Tabla 22. Análisis de Varianza a tiempo de 30 min
ANÁLISIS DE VARIANZA t= 60 min existen diferencias significativas en P y en T NO
Origen de las variaciones
Suma de cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los cuadrados
F Probabilidad Valor crítico para F
Presión 187,07 4 46,7675 22,9985247 0,00506427 6,38823
Temperatura 7,056 1 7,056 3,46987952 0,13596516 7,7086
Error 8,134 4 2,0335
Total 202,26 9
