"Efecto del grado de vacío en la operación de evaporación a 40 °C

para concentrar el producto del fraccionamiento de espuma de las

saponinas de Sapindus saponaria"

INFORME FINAL DEL

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN: COD. P.I. ---Bio-FARM-2006.

Segundo Manuel Miranda Leyva

FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

I. INTRODUCCIÓN

El hombre en su afán por conocer la naturaleza y aprovecharla para la solución de

diferentes problemas tales como la necesidad de alimentación para una población humana

cada día mayor, la necesidad de nuevos medicamentos para las enfermedades que en la

actualidad son incurables, y la necesidad de nuevas materias primas industriales; motivo por

el cual, siempre se ha empeñado en investigar científicamente las sustancias presentes en los

seres vivos que le rodean, tanto plantas (Fitoquímica) como animales (Zooquímica)1.

Los vegetales que contienen unos heterósidos, llamados saponinas (del latín sapo,

jabón), se han utilizado profusamente en muchas partes del mundo por sus propiedades

detergentes2. En nuestro país, tenemos la especie Sapindus saponaria L. (“choloque” o

“boliche”), de la que desde épocas precolombinas se ha utilizado el pericarpio del fruto

maduro por su alto contenido de saponinas3.

En la Universidad de la Habana, Cuba, el Dr. Sergio González Suárez dentro del tema

Metabolismo Secundario4; refiere que existen unas 6 familias de plantas que presentan

grandes cantidades de saponinas, una de éstas es Sapindaceas con la especie Sapindus

saponaria. Las saponinas son glicósidos resultante de la unión de la sapogenina (aglicón) con

uno o más azúcares. La Saponina aislada de Sapindus saponaria es la L-Hederina

(sapindussaponina), la Sapogenina es la L-Hederagenina y los azúcares: rhamnosa y

arabinosa.

Los resultados obtenidos en nuestra investigación “Saponinas: Extracción por

fraccionamiento de espuma y secado por radiación infrarroja"5 realizada en el 2005,

2

presentan la dificultad de secar el producto obtenido luego del fraccionamiento de espuma. Sin

embargo, considerando la potencialidad que puede tener el producto concentrado como materia

prima en la elaboración de champús y otras aplicaciones; es que se ha seguido intentando

desarrollar de una tecnología propia que permita explotar nuestros recursos naturales respetando

el medio ambiente.

En tal perspectiva y aceptando que es mejor contar con un producto lo mas

concentrado posible por razones económicas relacionadas con el embalaje, transporte y

almacenamiento6. Considerando además, que el trabajo con productos fitoquímicos debe

desarrollarse a temperaturas bajas para evitar daños en los fitoconstituyentes; planteamos la

aplicación de la operación unitaria de evaporación al vacío, para lograr la concentración de los

extractos de saponinas luego del fraccionamiento de espuma.

El problema planteado fue ¿Cuál es el efecto del grado de vacío en la operación de

evaporación a 40 °C para concentrar el producto del fraccionamiento de espuma de las

saponinas de Sapindus saponaria?

La hipótesis de trabajo fue “A temperatura constante, un mayor vacío facilita la

evaporación; como consecuencia se logrará una mayor concentración en menor tiempo. Sin

embargo el grado de vacío que se pueda aplicar depende de la tecnología disponible en las

condiciones reales de operación”.

Los objetivos logrados fueron:

a. Extracción de saponinas de Sapindus saponaria L. por fraccionamiento de

espuma,

b. Concentración de las sapinas por evaporación a 40º C a diferentes grados de

vacío.

3

En el futuro, la industrialización del concentrado del producto obtenido por “Extracción

por fraccionamiento de espuma”, demandaría el cultivo de Sapindus saponaria L. Esto tendrá

dos importantes consecuencias ecológicas: a) evitará la extinción de la especie, b) mejorará la

reforestación de parques y avenidas en nuestras ciudades, y c) será una especie agroindustrial

con los beneficios asociados.

II. MATERIAL Y MÉTODOS

1. MATERIAL

En el Pabellón de la Facultad de Farmacia y Bioquímica hay una planta de Sapindus

saponaria L. “Choloque”, de esta planta en julio de 2006 se recolectó aproximadamente 2 Kg

de frutos maduros, en el Laboratorio de Análisis Instrumental los frutos fueron secados a

condiciones ambiente hasta el momento del muestreo de 25 unidades cada vez, para realizar

las experiencias correspondientes a partir de agosto y hasta finales de 2006.

2. MATERIAL DE VIDRIO Y OTROS

Los de uso común en un Laboratorio de Química.

3. EQUIPOS

1. Equipo de fraccionamiento de espuma. La base es un balón Claisen, por la boca y

cuello central ingresa la manguera de la bomba de aire con un tapón de goma para

tapar herméticamente. Sobre la boca del cuello lateral, se ha unido una columna

tubular adicional construida con materiales de PVC (uniones de 1 y 0,5 pulgadas;

tubos y codos de 0,5 pulgadas) para configurar una columna de 70 cm de altura y

salida horizontal de 23 cm.

2. Tolva de recepción de espuma. Un frasco de vidrio (para Dextrosa) de 1 litro de

capacidad ha sido cortado por la base, para recibir la espuma que sale por el tubo

horizontal (23 cm) de la columna de fraccionamiento de espuma.

3. Bomba de aire para el burbujeador. Una bomba de aire para pecera (Junior Air

Pump) 10 x 6,5 x 4 cm ha sido instalada para insuflar aire dentro del balón Claisen.

4. Balanza. Balanza de doble brazo sensible al 0.01 g OHAUS DIAL-O-GRAM máx.

310 g.

5. Espectrofotómetro de absorción UV/Vis. HP 8452A

5

En la siguiente figura se aprecia la instalación de los equipos.

Figura 1. Equipo: Izquierda, fraccionamiento de espuma; Derecha, evaporación al vacío Soxhlet.

4. MÉTODOS

1. EXTRACCIÓN DE SAPONINAS POR MACERACIÓN.

Se procesaron 3 muestras de cáscara de 35,36 g cada una, para lo cual se

seleccionó 25 frutos secos de Sapindus saponaria L. para cada muestra. Se cortó la

cáscara por el diámetro peciolar, se registró el peso de cáscaras de cada muestra en

balanza sensible al 0,01 g. Se maceró las cáscaras en 250 mL de agua por 24 horas.

El filtrado acuoso se depositó en el balón del Equipo de fraccionamiento de

espuma con 70 cm de columna, a velocidad mínima. Se realizó el fraccionamiento

de espuma hasta completar 100 mL de escurrido. En fiola de 10 mL se separó un

alícuota para medir la absorbancia del escurrido de de espuma.

6

2. EVAPORACIÓN AL VACÍO A 40ºC6,7.

El escurrido de cada muestra fue depositado en el balón del equipo Soxhlet,

este estaba sumergido en el baño María termostatizado que se aprecia en la Figura 1

(derecha). En el tuvo central del refrigerante se conectó la manguera del vacío

generado por una bomba; mediante una llave T de vidrio el sistema de vacío se

conectó a un manómetro de mercurio (brazo izquierdo), así se pudo determinar el

vacío aplicado al evaporador (Ver Figura 2). Fijado el vacío correspondiente y dejó

evaporar durante 30 minutos. Luego se depositó el producto en un matraz erlenmeyer

y se dejó enfriar a temperatura ambiente.

3. REGISTRO DE LA ABSORBANCIA A 264 nm

Se obtuvo 3 soluciones sin evaporar “Escurrido” y 3 soluciones luego de

evaporar “Concentrado”. Estas 6 soluciones fueron procesadas para obtener sus

espectros de absorción entre 190 y 820 nm con el espectrofotómetro HP 8452A (Ver

Figura A1 en Anexos), adoptando 264 nm como longitud de onda analítica.

De cada solución Escurrido o Concentrado se midió 3 porciones de 0,1 mL, se

depositó en fiolas de 10 mL, se aforó con agua destilada y se registró la absorbancia.

4. ANÁLISIS ESTADÍSTICO.

Los datos de absorbancia agrupados por Escurrido y Concentrado según

presión de trabajo (vacío); fueron procesados con el software SPSS v 15.0,

efectuando el ANOVA de un solo factor con las pruebas POST HOC: LSD y

DUNNETT con alpha 0,05.

7

Figura 2. Sistema de vacío: Izquierda, bomba; Derecha, manómetro de mercurio.

III. RESULTADOS

En los siguientes cuadros se presenta los resultados obtenidos:

Cuadro 1. Absorbancia de saponinas en las soluciones preparadas a partir de los escurridos de

espuma y de los concentrados por evaporación al vacío.

Producto Absorbancia a 264 nmSolución 1 Solución 2 Solución 3

Escurrido 1 0,19065 0,18384 0,17775Escurrido 2 0,18053 0,17142 0,18672Escurrido 3 0,19078 0,18610 0,19092

Concentrado a 510 mm Hg 0,21617 0,20586 0,19562Concentrado a 426 mm Hg 0,20540 0,22672 0,21275Concentrado a 335 mm Hg 0,22171 0,22571 0,22060

Cuadro 2. ANOVA para el conjunto de datos de absorbancia del Cuadro 1

ANOVA ABS_264

Sum of Squares df Mean Square F Sig.

Between Groups ,005 3 ,002 25,817 ,000

Within Groups ,001 14 ,000

Total ,005 17

Cuadro 3. Post Hoc Tests para el ANOVA del Cuadro 2

Multiple Comparisons Dependent Variable: ABS_264

(I) Presión (J) Presión Mean Difference (I-J) Std. Error Sig. 95% Confidence Interval

9

Lower Bound Upper Bound Lower Bound Upper Bound Lower Bound

LSD

760

510 -,02158222(*) ,00509787 ,001 -,0325161 -,0106484

426 -,03065556(*) ,00509787 ,000 -,0415894 -,0197217

335 -,03837222(*) ,00509787 ,000 -,0493061 -,0274384

510

760 ,02158222(*) ,00509787 ,001 ,0106484 ,0325161

426 -,00907333 ,00624359 ,168 -,0224645 ,0043178

335 -,01679000(*) ,00624359 ,018 -,0301812 -,0033988

426

760 ,03065556(*) ,00509787 ,000 ,0197217 ,0415894

510 ,00907333 ,00624359 ,168 -,0043178 ,0224645

335 -,00771667 ,00624359 ,237 -,0211078 ,0056745

335

760 ,03837222(*) ,00509787 ,000 ,0274384 ,0493061

510 ,01679000(*) ,00624359 ,018 ,0033988 ,0301812

426 ,00771667 ,00624359 ,237 -,0056745 ,0211078

Dunnett t (2-sided)(a)

760 335 -,03837222(*) ,00509787 ,000 -,0516615 -,0250829

510 335 -,01679000(*) ,00624359 ,043 -,0330660 -,0005140

426 335 -,00771667 ,00624359 ,467 -,0239927 ,0085593

* The mean difference is significant at the .05 level.

a Dunnett t-tests treat one group as a control, and compare all other groups against it.

IV. DISCUSIÓN

Considerando que es mejor contar con un producto lo mas concentrado posible por

razones económicas relacionadas con el embalaje, transporte y almacenamiento6.

Considerando además, que el trabajo con productos fitoquímicos debe desarrollarse a

temperaturas bajas para evitar daños en los fitoconstituyentes; planteamos la aplicación de la

operación unitaria de evaporación al vacío, para lograr la concentración del extracto de

saponinas de Sapindus saponaria L “Choloque”.

Ante el problema: ¿Cuál es el efecto del grado de vacío en la operación de evaporación

a 40 °C para concentrar el producto del fraccionamiento de espuma de las saponinas de

Sapindus saponaria?, se formuló la hipótesis “A temperatura constante, un mayor vacío facilita

la evaporación; como consecuencia se logrará una mayor concentración en menor tiempo. Sin

embargo el grado de vacío que se pueda aplicar depende de la tecnología disponible en las

condiciones reales de operación”.

La contrastación de la hipótesis demandó la consecución de los siguientes objetivos:

a. Extracción de saponinas de Sapindus saponaria L. por fraccionamiento de espuma,

b. Concentración de las sapinas por evaporación a 40º C a diferentes grados de vacío.

Según la investigación realizada en el 20054, la altura de columna de fraccionamiento

de espuma y la velocidad de burbujeo eran muy importantes para lograr un escurrido con

mayor concentración de saponinas; por lo que se trabajó con una columna de 70 cm a

velocidad mínima.

Como se aprecia en el Cuadro 1, se trabajó con 3 valores de vacío correspondientes a

510, 426 y 335 mm de Hg de presión externa aplicada al evaporador. La operación de

evaporación se realizó durante 30 minutos para cada muestra y vacío correspondientemente.

A partir de los productos “Escurrido” y “Concentrado” obtenidos para cada muestra,

11

por dilución adecuada se prepararon soluciones a las que se midió su absorbancia a 264 nm

por el método espectrofotométrico de absorción al ultravioleta, por considerarlo sencillo,

rápido y seguro para evidenciar los efectos que el grado vacío produciría en la concentración

de las saponinas4 luego de un tiempo de evaporación a 40ºC.

A los datos de absorbancia de las 18 soluciones que aparecen el Cuadro 1, se realizó el

ANOVA de un solo factor; los resultados que aparecen en el Cuadro 2 indican que existe

diferencia significativa entre grupos con 95% de seguridad. Sin embargo el ANOVA no

especifica entre que grupos de datos; por lo que se realizaron las Post Hoc Tests LSD8 y

Dunnett9.

Los resultados de tales pruebas aparecen en el Cuadro 3, éstos indican que existe

diferencia significativa con 95% de seguridad entre todos los “Escurridos” y los

“Concentrados”; sin embargo cuando se compara los otros “Concentrados” con el obtenido al

mayor vacío (335 mm de Hg de presión), sólo existe diferencia significativa con el

“Concentrado” obtenido a 510 mm de Hg de presión. Esto es interpretado en el sentido de que

la reducción mínima aproximada de la presión aplicada al evaporador para lograr un

concentrado estadísticamente diferente, es aproximadamente 180 mm Hg; lo cual es

importante para posteriores trabajos de concentración de los extractos de saponinas de

Sapindus saponaria L. “Choloque”, aceptando la potencialidad que puede tener el producto

concentrado de saponinas como materia prima en la elaboración de champús y otras

aplicaciones científico-tecnológicas.

V. CONCLUSIONES

Las experiencias realizadas y los resultados obtenidos permiten concluir lo siguiente:

1. Es posible concentrar los extractos de saponinas de Sapindus saponaria L. “Choloque”

mediante evaporación al vacío.

2. Por cada 180 mm de Hg de reducción de presión se puede obtener concentrados

estadísticamente diferenciados con un 95% de seguridad.

VI. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Martínez A. Manual de Farmacognosia y Fitoquímica. [En línea]. Facultad de Química

Farmacéutica, Universidad de Antioquia, Medellín. 1997.

<http://huitoto.udea.edu.co/~farmacogfit.>

2. Evans W. Trease-Evans, Farmacognosia. 13ª ed. Ed. Nueva Editorial Interamericana, S.A.

de C.V. México: 1989. 519-520.

3. Almenara O. Físico-Químca. Ed. Empresa Editorial Humbolt, S.A. Lima: 1984. 192-

194.

4. Miranda SM. “SAPONINAS: EXTRACCIÓN POR FRACCIONAMIENTO DE ESPUMA Y

SECADO POR RADIACIÓN INFRARROJA”. P.I. Nº 7932-Bio-FARM-2005. En: I Jornada de

Investigación Farmacéutica; 2006 setiembre 27 – 29; Facultad de Farmacia y Bioquímica. Trujillo:

Perú, 2006:23-34.

5. González S. Metabolismo Secundario. [En línea]. Universidad de la Habana.

<http://fbio.uh.cu/webfv/articulos/metabolismo%20secundario.doc>

6. McCabe W., Julian C. Smith y Peter Harriott. Operaciones Unitarias en Ingenierìa

Química. 6ª ed. Ed. MacGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V.

Buenos Aires: 2002. 440-460, 516-517.

7. Perry J. Manual del Ingeniero Químico. Tomo II. 3ª ed. Reimpresión (1982). Ed.

UTEHA. México: 1966. 772-778.

8. Pérez, C. Técnicas Estadísticas con SPSS. Ed. Pearson Educación, S.A. Madrid: 2001.

370 – 372.

9. Walpole, RE., Raymond H. Myers y Sharon L. Myers. Probabilidad y Estadística para

Ingenieros. Ed. Prentice - Hall Hispanoamericana, S.A. México: 1999. 483.

VII. ANEXOS

Figura A1. Espectrofotómetro HP8452A: al centro la pantalla con espectros y tabla de datos.

RESUMEN

Con la finalidad de plantear el uso de las saponinas del fruto de Sapindus saponaria

L. se consideró su extracción y concentración. Ante el problema: ¿Cuál es el efecto del grado

de vacío en la operación de evaporación a 40 °C para concentrar el producto del

fraccionamiento de espuma de las saponinas de Sapindus saponaria?, se formuló la hipótesis

“A temperatura constante, un mayor vacío facilita la evaporación; como consecuencia se logrará

una mayor concentración en menor tiempo. Sin embargo el grado de vacío que se pueda aplicar

depende de la tecnología disponible en las condiciones reales de operación”.

Por maceración durante 24 horas, se realizó la extracción de saponinas de 3 muestras de

35,36 g de cáscara de frutos maduros de Sapindus saponaria L. Los extractos fueron sometidos

a fraccionamiento de espuma en una columna de 70 cm (tubo de PVC de 0,5 pulgada) a una

velocidad de burbujeo mínima, obteniendo los “Escurridos”

Los “Escurridos” fueron sometidos a evaporación a diferentes grados de vacío a 40ºC,

obteniendo los “Concentrados”

A de los “Escurridos” y “Concentrados” se prepararon por dilución con agua 18

soluciones. Se midió la absorbancia de las soluciones a 264 nm con el espectrofotómetro

HP8452A.

A los resultados se realizó con el SPSS v. 15 el ANOVA de un solo factor y las Post

Hoc Tests LSD y Dunnett.

Los resultados permiten concluir lo siguiente:

1. Es posible concentrar los extractos de saponinas de Sapindus saponaria L. “Choloque”

mediante evaporación al vacío.

2. Por cada 180 mm de Hg de reducción de presión se puede obtener concentrados

estadísticamente diferenciados con un 95% de seguridad.

2

PALABRAS CLAVES: Saponinas, extracción fraccionada, evaporación al vacío.

SUMMARY

With the purpose of outlining the use of the saponins of the fruit of Sapindus

saponaria L. was considered their extraction and concentration. Before the problem: Which is

the effect of the hole grade in the evaporation operation to 40 °C to concentrate the product of

the division of foam of the saponins of Sapindus saponaria?, was the hypothesis formulated

"To constant temperature, does a bigger hole facilitate the evaporation; as consequence a

bigger concentration will be achieved in smaller time. However the hole grade that you can

apply depends on the available technology under the real conditions of operation."

For maceration during 24 hours, it was carried out the extraction of saponins of 3

samples of 35,36 g of shell of mature fruits of Sapindus saponaria L. The extracts they were

subjected to division of foam in a column of 70 cm (tube of PVC of 0,5 inch) to a minimum

bubbling speed, obtaining those "Drained"

Those "Drained" they were subjected to evaporation to different hole grades at 40ºC,

obtaining those "Concentrated"

To of those "Drained" and "Concentrated" they got ready for dilution with water 18

solutions. The absorbancia was measured from the solutions to 264 nm with the

spectrophotometer HP8452A.

To the results it was carried out with the SPSS v. 15 the ANOVA of a single factor

and those Post Hoc Tests LSD and Dunnett.

The results allow to conclude the following thing:

1. It is possible to concentrate the extracts of saponinas of Sapindus saponaria L.

"Choloque" by means of evaporation to the hole.

2. For each 180 mm of Hg of reduction of pressure one can obtain concentrated

statistically differed with 95% of security.

KEY WORDS: Saponins, fractional extraction, evaporation to the hole.