Extracción mediante fluidos supercrítícos (EFSC)

Desde mediados de los años 1950s se han investigado muchas aplicaciones de la utilización de fluidos supercríticos para la extracción y refinación de aceites y grasas a partir de sustancias naturales.

La producción mundial de grasas vegetales y animales se ha incrementado durante las últimas décadas, mientras que al mismo tiempo, el precio de los agentes clásicos de extracción, como el hexano. La preocupación por los residuos tóxicos en los productos derivados de los aceites también ha promovido la búsqueda de procesos alternativos, tales como la EFSC. En un número creciente de países, la mayoría de los solventes orgánicos están prohibidos para la extracción de productos alimenticios, o bien autorizados a extremadamente bajas concentraciones residuales (< 5 ppm para hexano) (US Food and Drug Administration (FDA), 2009). Además, los consumidores tienden a exigir productos obtenidos a partir de tecnologías limpias, evitando el uso de solventes orgánicos.

Por otra parte, los productos extraídos con fluidos supercríticos son de calidad superior a los obtenidos por extracción con solventes orgánicos, fundamentalmente porque no hay residuos de solvente en los mismos, pero también porque los materiales son procesados a temperaturas moderadas, de modo que sus propiedades son poco alteradas.

No obstante lo expuesto anteriormente, existen otros factores, fundamentalmente económicos, que se oponen a la rápida difusión de la tecnología supercrítica. El empleo de altas presiones requiere altos costos de inversión y de operación. En la actualidad, los procesos supercríticos compiten con los procesos de extracción tradicionales cuando se aplican en la obtención de productos de alto valor agregado (ácidos grasos poliinsaturados, aceites cítricos esenciales, etc.) o cuando se procesan grandes volúmenes de materiales, como en el caso del procesamiento del café y del té, entre otros. Sin embargo, las regulaciones cada vez más estrictas en relación con los efectos sobre la capa de ozono, la descarga de compuestos orgánicos volátiles y concentraciones residuales en el producto final para la protección de los consumidores y el ambiente, facilitarán el desarrollo de procesos

de extracción y fraccionamiento supercrítico, haciéndolos más competitivos que en la actualidad (Espinosa, 2001).

Darr y Poliakoff (1999) definen a un fluido supercrítico como cualquier sustancia cuya temperatura y presión son más altas que sus valores críticos y su densidad aproximada o mayor que su densidad crítica. En la Figura 1.17 se representa el diagrama de fases para un componente puro. La temperatura y presión del punto crítico (C) al final de la curva de presión de vapor limitan inferiormente la zona supercrítica. Por encima del punto crítico de una sustancia pura, no puede existir equilibrio líquido-vapor. Los fluidos supercríticos exhiben propiedades intermedias entre aquéllas correspondientes a gases y líquidos. Densidades similares a las de los líquidos y propiedades de transporte que se aproximan más a aquéllas de los gases, son algunas de las características que los hacen aptos para la extracción (Espinosa, 2001).

En particular, la densidad y la viscosidad cambian drásticamente en condiciones cercanas al punto crítico. La tensión superficial despreciable sumada a valores de coeficientes de difusión de un orden de magnitud superior y viscosidades cien veces menores a las de los solventes líquidos, resultan en una gran penetración del fluido en matrices sólidas con altas velocidades de transferencia del soluto en el fluido supercrítico. Adicionalmente, en regiones donde un fluido supercrítico es altamente compresible, su densidad (y por lo tanto su poder solvente) puede ser

Capítulo 1 Introducción general

ajustada sobre un amplio rango, con pequeñas variaciones de temperatura y/o presión. La habilidad de los fluidos supercríticos de modificar su poder solvente constituye una característica clave, la cual puede ser usada para controlar su comportamiento de fase, procesos de separación (extracción supercrítica, desolventización), velocidades y selectividades en reacciones químicas y morfologías en el procesado de materiales (ej. en la industria farmacéutica) (Espinosa, 2001).

Otras propiedades relacionadas con la utilización de fluidos supercríticos en procesos de extracción son:

- Baja temperatura de extracción: muchos de los fluidos comúnmente

utilizados presentan temperaturas críticas inferiores a 100°C y otros como el CO2, el etano y etileno aún menores de 50°C. Esta propiedad hace que los

fluidos supercríticos sean adecuados para procesar materiales térmicamente inestables, como lo son la mayoría de los productos naturales, pudiendo reemplazarse operaciones por extracción supercrítica a temperaturas moderadas (Espinosa, 2001).

- Selectividad: la posibilidad de ajustar el poder solvente de un fluido

supercrítico modificando levemente la temperatura y presión, hace que los fluidos supercríticos tengan el potencial para disolver y extraer en forma preferencial clases seleccionadas de compuestos. Por otro lado, los fluidos supercríticos ofrecen las ventajas de la destilación y de la extracción, puesto que separan compuestos no sólo por diferencias de presiones de vapor, sino también por interacciones específicas entre soluto y solvente (Espinosa, 2001).

- Productos finales libres de solventes: después que un fluido supercrítico

ha extraído los componentes deseados de una mezcla, el mismo puede separarse totalmente del producto con sólo modificar la temperatura y/o presión de operación, lo que permite su reutilización en unidades de procesos continuos y semicontinuos. En las extracciones líquidas que utilizan solventes orgánicos, la separación del solvente del producto final se realiza a través de un tren de destilación, involucrando grandes consumos energéticos (Espinosa, 2001).

La posibilidad de utilizar los fluidos supercríticos como sustitutos, se debe no sólo a las propiedades físicas favorables ya descriptas, sino también a la imposición de regulaciones cada vez más severas respecto al uso de solventes orgánicos ambientalmente peligrosos y más aún, en cuanto a solventes utilizados para el procesado de productos consumidos por el hombre, como el hexano.

Los tres fluidos más populares en la tecnología de fluidos supercríticos son: dióxido de carbono, agua y propano. El dióxido de carbono no es tóxico, ni inflamable, es ambientalmente benigno, ampliamente disponible con alto nivel de pureza y bajo costo, presentando una temperatura crítica de 31°C. Es el fluido supercrítico por excelencia adoptado para el procesado de productos naturales con aplicaciones en la industria de alimentos, nutracéutica, farmacéutica y cosmética. A pesar de sus ventajas, el CO2 no es un buen solvente para compuestos de muy baja

volatilidad. Sin embargo, la baja solubilidad de los compuestos poco volátiles deja de ser una desventaja cuando se trata de la refinación, fraccionamiento y purificación de aceites. En tales casos, compuestos de mayor presión de vapor que los triacilgliceroles (ácidos, ésteres, hidrocarburos livianos, etc.) pueden ser fácilmente separados del aceite.

Una de las aplicaciones de los fluidos supercríticos al procesamiento de productos naturales es la extracción, refinación y fraccionamiento de aceites comestibles, grasas y ceras. La extracción se refiere a la separación de algunos solutos presentes en materiales naturales sólidos, tales como semillas o frutos.

3.6. Oxidación lipídica