Evaluación del etanol como cosolvente en el proceso de extracción con fluido supercrítico CO2 para obtener aceite de maiz de la empresa grupo Rocío

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. Q. uí m. ica. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. de. In g.. “Evaluación del etanol como cosolvente en el proceso de extracción con fluido supercrítico - CO2 para obtener aceite de maíz de la empresa Grupo Rocío”. io te. ca. TESIS PARA OPTAR ELTÍTULO DE:. Bi. bl. INGENIERO QUÍMICO. AUTORES:. Br. RODRIGUEZ MARTINEZ ANGEL ROBERTO Br. VASQUEZ MIÑANO EDGUIN ESTEYN. ASESOR:. Dr. MANUEL ISAIAS VERA HERRERA TRUJILLO – PERÚ 2019. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Bi. bl. io te. ca. de. In g.. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Bi. bl. io te. ca. de. In g.. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA. El presente trabajo de investigación lo dedico principalmente a Dios, por ser mi fuente de inspiración y darme la fortaleza para continuar en este proceso de obtener uno de los anhelos más deseados.. ica. Gracias Dios por haberme bendecido con mi madre querida, la señora Rosa Amelia Martínez Quispe, quien ha luchado por. uí m. hacerme una persona de bien a mí y a mis hermanas, que con paciencia e inmenso amor nos ha sabido impulsar para que. Q. sigamos adelante, y buscar el sendero del camino deseado por ella, gracias a su amor, trabajo y sacrificio en todos estos años,. In g.. gracias a ella he logrado llegar hasta aquí́ y convertirme en lo que soy, tengo el orgullo y el privilegio de ser su hijo, es la madre.. de. mejor. ca. Muy agradecido también a mis hermanas Amapola Rodríguez Martínez y Estrella del rosario Calderón Martínez.. io te. Mi esposa Yuneyri Edith Méndez Ibañez, mi hija, mi princesa Aitana que son mi motor y fuerza para lograr mis objetivos y. bl. familiares por estar siempre presentes, acompañándome y por. Bi. el apoyo moral que me brindaron a lo largo de esta etapa de mi. vida.. A todas las personas que nos han apoyado y han hecho que el trabajo se realice con éxito en especial a aquellos que nos abrieron las puertas y compartieron sus conocimientos. MUCHAS GRACIAS.. Angel Roberto Rodríguez Martínez.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. A Dios porque sin él nada de esto hubiera sido posible.. A mis abuelitos porque me transmiten las enseñanzas necesarias para poder superar cualquier obstáculo que se me presenta.. A mis padres Lorena Miñano y Lázaro Vásquez, quienes a lo. ica. largo de toda mi vida han apoyado y motivado mi formación académica, su tenacidad y lucha interminable han hecho de. uí m. ellos un gran ejemplo a seguir por mí y por mis hermanos y sin ellos jamás hubiera podido conseguir lo que hasta ahora,. Q. gracias por todo su amor y esto es suyo. Los amo.. In g.. A mis hermanos Marixa, Edgar, Yanina y Daniel por ser mi compañía, mi apoyo y mi fuerza para salir adelante.. de. A Cristina Parimango, gracias por tu apoyo y tu amor infinito. ca. que me motivaron a seguir adelante.. io te. A mi hija Flavia Vasquez, posiblemente en estos momentos no entiendas mis palabras, pero cuando seas capaz de hacerlo,. bl. quiero que te des cuenta de lo que significas para mí. Tu afecto. Bi. y cariño son mi mayor felicidad. Te amo. A mis profesores, a quienes les debo gran parte de mis conocimientos, gracias por prepararme para un futuro competitivo no solo como el mejor profesional sino también como mejor persona.. A todos ustedes, ¡Gracias! Edguin Vásquez. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AGRADECIMIENTO. A la Universidad Nacional de Trujillo por abrirnos sus puertas y brindarnos todo el conocimiento adquirido a lo largo de este tiempo. A nuestro asesor el Dr. Manuel Isaias Vera Herrera por brindarnos sus. ica. conocimientos y la información pertinente para el desarrollo de ésta tesis.. uí m. A la empresa papelera EL ROCIO S.A - Trujillo por proporcionarnos el maíz. Q. para nuestra investigación.. A todos los Ingenieros de la Escuela de Ingeniería Química, por sus. In g.. conocimientos y consejos profesionales.. de. De la misma manera a todos nuestros amigos y compañeros de la Escuela Académico. ca. Profesional de Ingeniería Química, que de alguna u otra forma nos apoyaron.. Bi. bl. io te. Nuestra gratitud y reconocimiento por siempre.. Los autores. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE GENERAL. INDICE DE TABLAS............................................................................................i INDICE DE FIGURAS.........................................................................................ii RESUMEN..........................................................................................................v ABSTRACT........................................................................................................vi. ica. CAPITULO I........................................................................................................1. In g.. Q. uí m. 1. INTRODUCCION............................................................................................1 1.1. Realidad Problemática.......................................................................1 1.2. Marco Teórico.....................................................................................2 1.3. Grano de Maíz.....................................................................................8 1.4. Fluidos supercríticos en la extracción de aceites...........................9 1.5. Hipótesis...........................................................................................14 1.6. Problema...........................................................................................14 1.7. Objetivos...........................................................................................15 1.8. Justificación.....................................................................................15 1.9. Antecedentes....................................................................................16. io te. ca. de. CAPITULO II.....................................................................................................22 2. MATERIALES Y METODOS..................................................................22 2.1. Materiales.........................................................................................22 2.2. Equipos............................................................................................23 2.3. Reactivos.........................................................................................23 2.4. Metodología de trabajo...................................................................23. bl. CAPITULO III..................................................................................................30. Bi. 3. RESULTADOS Y DISCUSIONES..........................................................30 3.1. Determinar la presión y temperatura de extracción de aceite de maíz utilizando etanol como cosolvente mediante el método de extracción supercrítica con CO2....................................................30 3.2. Comparar el rendimiento de extracción de aceite de maíz utilizando etanol como cosolvente con respecto a otros cosolventes mediante el método de extracción supercrítica con CO2...................................................................................................32 3.3. Comparar el método de extracción supercrítica con CO2 empleando etanol como cosolvente con respecto al método tradicional Soxhlet..........................................................................35 3.4. Comparar la calidad de aceite de maíz extraído por el método soxhlet y el método de extracción supercrítica con CO2 empleando etanol como cosolvente..............................................37. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPITULO IV..................................................................................................40 4. CONCLUSIONES...................................................................................40 CAPITULO V...................................................................................................41 5. RECOMENDACIONES..........................................................................41 CAPITULO VI..................................................................................................42. ica. 6. BIBLIOGRAFIA......................................................................................42 CAPITULO VII.................................................................................................47. Bi. bl. io te. ca. de. In g.. Q. uí m. 7. ANEXOS................................................................................................47 7.1. ANEXO A..........................................................................................47 7.2. ANEXO B..........................................................................................48 7.3. ANEXO C..........................................................................................50 7.4. ANEXO D..........................................................................................51 7.5. ANEXO E….......................................................................................52 7.6. ANEXO F..........................................................................................53 7.7. ANEXO G…………………………………………………………………55 7.8. ANEXO H…………………………………………………………………56 7.9. ANEXO I…………………………………………………………………..57 7.10. ANEXO J………………………………………………………………….58. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE DE TABLAS Tabla 1. Composición quimica del grano de maiz proveniente de la empresa grupo rocio _____________________________________ 7 Tabla 2. Composicion del maiz empleado como alimento para aves ________ 9 Tabla 3. Modificadores compatibles con co2 _________________________ 13 Tabla 4. Polarizabilidad y parametros solvatocromicos (α y β kamlet.taft). ica. de cosolventes _________________________________________ 14. uí m. Tabla 5. Polarizabilidad y parametros solvatocromicos del acetonitrilo, isopropanol, butanol y tolueno _____________________________ 14. Q. Tabla 6. Resultados obtenidos en la primera etapa ____________________ 30. In g.. Tabla 7. Rendimiento de aceite variando cosolventes __________________ 33 Tabla 8. Resultados obtenidos mediante extraccion soxhlet para tiempos de 20. de. y 60 minutos ______________________________________________ 36. ca. Tabla 9. Comparación de los resultados obtenidos mediante extracción. te. soxhlet a 60 minutos y extraccion supercritica a 20 minutos ______ 37. lio. Tabla 10. Resultados de índice de anisidina mediante extracción con co2. Bi b. supercrítico y extracción soxhlet ___________________________ 38. Tabla 11. Resultados obtenidos a 4000 psi, en presencia de etanol y con un tiempo de extraccion de 20 minutos. _____________________ 47 Tabla 12. Resultados obtenidos a 4350 psi, en presencia de etanol y con un tiempo de extraccion de 20 minutos. _____________________ 47 Tabla 13. Resultados obtenidos a 4500 psi, en presencia de etanol y con un tiempo de extracción de 20 minutos. _________________ 48. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 14. Resultados obtenidos a 4500 psi, sin presencia de cosolvente y con un tiempo de extracción de 20 minutos. _________________ 50 Tabla 15. Resultados obtenidos a 4500 psi, en presencia de acetonitrilo y con un tiempo de extraccion de 20 minutos. __________________ 50 Tabla 16. Resultados obtenidos a 4500 psi, en presencia de isopropanol y con un tiempo de extracción de 20 minutos. __________________ 50 Tabla 17. Resultados obtenidos en la primera etapa (repetición 1) ________ 53. ica. Tabla 18. Resultados obtenidos en la primera etapa (repetición 2). _______ 54. uí m. Tabla 19. Resultados obtenidos en la primera etapa (repetición 3). _______ 54 Tabla 20. Resumen del análisis de varianza _________________________ 55. Q. Tabla 21. Análisis de varianza de dos factores con una sola muestra por. In g.. grupo. ______________________________________________ 56 Tabla 22. Prueba de levene para el porcentaje de rendimiento de aceite. Bi b. lio. te. ca. de. de maíz. _____________________________________________ 56. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE DE FIGURAS Figura 1. Ejemplo de un diagrama de fases para una sustancia pura. _______ 3 Figura 2. Diagrama de flujo esquemático del aparato de extracción supercrítica con co2. _____________________________________________ 4 Figura 3. Relaciones binarias entre los ingredientes de un sistema de extracción con fluidos supercríticos. _______________________ 6 Figura 4. Diagrama de flujo para evaluar el rendimiento de aceite de maíz mediante extracción supercrítica con co 2 y etanol como. ica. cosolvente tratado a diferentes presiones y temperaturas _____ 24 Figura 5. Equipo de extracción supercrítica marca jasco, modelo lc-net ii/adc 26. uí m. Figura 6. Esquema experimental para evaluar el rendimiento de aceite de maíz mediante extracción supercrítica con co2 y etanol como. Q. cosolvente tratado a diferentes presiones y temperaturas ______ 29 Figura 7. Porcentajes de rendimiento obtenidos a presiones de 4000,. In g.. 4350 y 4500 psi y temperaturas de 35, 42.5 y 50 °c __________ 32 Figura 8. Porcentajes de rendimiento usando co 2 puro, acetonitrilo, isopropanol. de. y etanol como cosolventes. _____________________________ 34 Figura 9. Equipo de extracción de grasas marca behr, modelo ef _________ 35. ca. Figura 10. Espectrofotómetro marca thermo fisher scientific modelo. te. g10suv-vis __________________________________________ 38. lio. Figura 11. Porcentajes de rendimiento utilizando co 2 y etanol a 400 psi.____ 48 Figura 12. Porcentajes de rendimiento utilizando co2 y etanol a 4350 psi.___ 49. Bi b. Figura 13. Porcentajes de rendimientos utilizando co2 y etanol a 4500 psi. _ 49 Figura 14. Porcentajes de rendimiento utilizando co2 sin presencia de cosolvente a 4500 psi. ________________________________ 51. Figura 15. Porcentajes de rendimiento utilizando co 2 y acetonitrilo a 4500 psi. 51 Figura 16. Porcentajes de rendimiento utilizando co2 e isopropanol a 4500 psi. _________________________________________________ 52 Figura 17. Muestra de maiz chancada y secada previa a la extraccion supercritica. _________________________________________ 58 Figura 18. Frasco contenedor de etanol. ____________________________ 58 Figura 19. Balanza marca kern modelo alj 220 – 4m, para pesaje de muestras pre y post extraccion._________________________ 59 iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura 20. Purga de cosolvente previa a cada proceso de extraccion. _____ 59 Figura 21. Tubo de extraccion supercritica de 5g. _____________________ 60 Figura 22. Alimentacion de muestra en tubo de extraccion. ______________ 60 Figura 23. Ensamble de tubo de extraccion en horno de equipo de extraccion. _________________________________________ 61 Figura 24. Monitor de programacion de parametros previa al proceso de extraccion supercritica . ________________________________ 61 Figura 25. Equipo de extraccion supercritica marca jasco modelo lc-net ii/adc. _________________________________________________ 62. ica. Figura 26. Muestras de maiz post extraccion supercritica. _______________ 62 Figura 27. Extracto obtenido en un tiempo de 20 minutos. ______________ 63. uí m. Figura 28. Muestras de extractos previos al proceso de secado para eliminar remanentes de cosolvente y humedad. ___________________ 63. Q. Figura 29. Frascos con aceite extraido luego del proceso de secado en. In g.. estufa durante 2 horas. ______________________________________ 64 Figura 30. Equipo de secado._____________________________________ 64 Figura 31. Equipo de extraccion de grasas marca behr, modelo ef. _______ 65. de. Figura 32. Equipo de secado _____________________________________ 65 Figura 33. Pesaje de muestras. ___________________________________ 66. ca. Figura 34. Fiolas de 25 ml. _______________________________________ 66. te. Figura 35. Pesaje de fiola con muestras de aceite extraido. _____________ 67. lio. Figura 36. Dilucion con isooctano. _________________________________ 67. Bi b. Figura 37. Lectura de absorbancia en celda de cuarzo _________________ 68. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN En el presente trabajo de investigación se evaluó el potencial extractivo del etanol como cosolvente en el método de extracción supercrítica con CO 2 en la obtención de aceite de maíz. La extracción supercrítica con CO2 se realizó en el equipo de extracción supercrítica JASCO en el laboratorio de Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Trujillo.. ica. El potencial extractivo del etanol como cosolvente, se evaluó a tres temperaturas: 35, 42.5 y 50°C y tres presiones: 4000; 4350 y 4500 psi. lográndose determinar. uí m. las condiciones de operación para la extracción.. A las condiciones de operación determinadas se evaluó el potencial extractivo. Q. del etanol como cosolvente comparándolas con otros cosolventes (Acetonitrilo, la extracción supercrítica con CO2.. In g.. Isopropanol) y se concluyó que con etanol se obtenía un mayor rendimiento en. de. Así mismo se logró extraer hasta el 17,30 % de aceite en presencia de etanol como cosolvente, a las condiciones de operación de 4500 psi y una temperatura. ca. de 50 °C.. te. También se evaluó la calidad del aceite extraído de maíz, empleando el etanol. lio. como cosolvente en el método de extracción supercrítica con CO 2 mediante la. Bi b. prueba de Anisidina obteniendo un valor de 3.12.. PALABRAS CLAVES: Extraccion supercrítica, cosolvente etanol, aceite de maíz.. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT In this research work, the extractive potential of ethanol was evaluated as a cosolvent in the supercrtitical CO2 extracction method in obtaining corn oil. The supercritical CO2 extraccion was carried out in the JASCO supercritical extraction equipment in the Environmental Engineering laboratory of the National University of Trujillo. The extractive potential of ethanol as a cosolvent was evaluated at three. ica. temperaturas: 35, 42.5 and 50 °C and three pressures: 4000; 4350 and 4500 psi. being able to determine the operating conditions for extraction.. uí m. At the determined operating conditions, the extractive potential of ethanol as a cosolvent was evaluated by comparing them with other cosolvents (Acetonitrile,. Q. isopropanol) and it was concluded that with etanol a higher yield was obtained in. In g.. the supercritical CO2 extraction.. It was also possible to extract up to made up to 17.30% of oil in the presence of ethanol as a cosolvent, at the operating conditions of 4500 psi and temperature. de. of 50 °C.. ca. The quality of the oil extracted from corn was also evaluated, using etanol as a. te. cosolvent in the supercritical CO2 extraction method using the Anisidine test,. Bi b. lio. obtaining a value of 3.12.. KEY WORD: Supercritical extraction, cosolvent etanol, corn oil.. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPITULO I 1. INTRODUCCIÓN La demanda creciente de productos con alto valor agregado, los cuales incorporan sustancias naturales, principios activos con valores nutritivos originado por los nuevos hábitos sociales, junto a las mejoras en los procesos productivos y las exigencias legales, están obligando a los fabricantes a buscar nuevos procesos industriales para conseguir mejorar la calidad sin generar. ica. residuos, modificando sus productos a las tendencias de consumo (elementos. uí m. dietéticos, nutritivos, fármacos con propiedades añadidas, cosméticos con esencias naturales, alimentos sanos, productos biológicos). (Brunner, 2010). La extracción de principios fundamentales es utilizada principalmente para. Q. aportar aquella materia extraída de alto valor agregado (vitaminas, aceites. In g.. esenciales, aditivos, aromas) al producto o eliminar sustancias (cafeína, grasas, purificar suelos, pieles). Los costes y la calidad del producto final se ajustan en función de la técnica utilizada en el proceso de extracción o en su caso de. ca. etc. (Brunner, 2010).. de. purificación, eliminación de sustancias del producto como la cafeína, grasas,. Realidad Problemática. io te. 1.1.. La producción mundial de aceites, grasas vegetales, grasas animales y de. bl. productos derivados, se ha incrementado en las últimas décadas, mientras que. Bi. al mismo tiempo ha habido un aumento en el precio de agentes de extracción tradicionales, tales como hexano y además de su prohibición por la FDA en extracciones de productos alimenticios por ser un alto contaminante (Espinoza, 2001). Los consumidores tienden a exigir productos a partir de tecnologías limpias, descartando solventes orgánicos frente a solventes naturales como el CO2. Los productos extraídos con fluidos supercríticos y con cosolventes a bajas concentraciones son de calidad superior a los obtenidos por extracción con solventes orgánicos, fundamentalmente porque no hay residuos de solvente en 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. los mismos, pero también porque los materiales son procesados a temperaturas moderadas, de modo que sus propiedades no son alteradas. El empleo de extracciones con fluidos supercríticos como el CO 2 usando cosolventes a bajas concentraciones como el etanol evita operar a altas presiones que requieren altos gastos de inversión y de operación y tener mayores rendimientos de extracción, ya que al operar solamente con CO 2 tiene. 1.2.. ica. una limitación por el bajo poder disolvente (Espinoza, 2001). Marco Teórico. uí m. 1.2.1. Fluido Supercritico. Se define como fluido supercrítico al estado de agregación en el que se. Q. supera la presión crítica (Pc) y la temperatura crítica (Tc) para una. In g.. sustancia. En el diagrama de fases que se muestra en la Figura N°1, el equilibrio entre las fases líquida y gaseosa se extiende desde el punto triple hasta el punto crítico. Por encima de las condiciones de Pc y Tc se. de. encuentra la zona supercrítica para una sustancia, donde se presentan propiedades mixtas entre líquido y gas. Dentro de las propiedades. ca. intermedias están: la constante dieléctrica, la difusividad, la densidad y la. io te. viscosidad. El interés para trabajar con fluidos supercríticos se basa en la alta difusividad, baja viscosidad, gran capacidad de solvatación, baja. bl. temperatura de extracción y alta selectividad. La selectividad está regida por la relación entre la presión y la temperatura de trabajo, por lo que son. Bi. variables de trabajo determinantes en el extracto obtenido (Bourdon, 2017).. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. Figura 1. Ejemplo de un diagrama de fases para una sustancia pura. Fuente: (Bourdon, 2017).. uí m. 1.2.2. Características de la Extracción Supercrítica con CO 2.  Pueden utilizarse temperaturas moderadas (temperatura crítica del. Q. C02, que es de 31.1 ºC a comparación del agua que es de 3 74 ºC) lo. In g.. cual permite la recuperación de productos naturales, aromas, esencias y productos termolábiles que se desnaturalizan fácilmente cuando se de los 50 ºC.. de. le somete a un aumento de la temperatura, generalmente por encima. ca.  Gran poder disolvente junto con una enorme capacidad de penetración. io te. en los sólidos, lo que permite el agotamiento rápido y prácticamente. bl. total de los sólidos extraíbles.. Bi.  Amplio margen de uso de cada disolvente en particular, ya que variando las condiciones de operación (presión y temperatura) se puede modificar su selectividad y solubilidad. Este hecho permite, además, que se pueda realizar el fraccionamiento de extractos múltiples durante la separación extracto - FSC.  Amplios márgenes de polaridad y tamaño molecular de los disolventes, por lo que el campo de disolventes utilizables en la. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. extracción supercrítica es mucho mayor que en la extracción con disolventes líquidos (Tomita et al., 2014). En la Figura N°2, se muestran las partes y el modelo de un extractor de fluidos supercríticos (Tomita et al., 2014). 1.2.3. Proceso de extracción. ica. El proceso de extracción consiste en extraer una sustancia presente. uí m. en un “sustrato” o materia prima mediante el contacto de un “Agente extractante” (AE), el cual solubiliza a la sustancia (S) extrayéndola del. Bi. bl. io te. ca. de. In g.. Q. “sustrato”.. Figura 2. Diagrama de flujo esquemático del aparato de extracción supercrítica con CO2. Fuente: Tomita et al., 2014. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En consecuencia, un proceso de extracción puede esquematizarse como se muestra en la ecuación N°1. 𝑆𝑢𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 − 𝑆. 𝐸𝑋𝑇𝑅𝐴𝐶𝐶𝐼𝑂𝑁. +. 𝐴𝐸 →. 𝑆𝑢𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜. +. … (1). 𝐴𝐸 − 𝑆. 1.2.4. Proceso de extracción por destilación, tipo Soxhlet Este proceso para un AE “tradicional” tal como el hexano prosigue. ica. necesariamente con una destilación convencional para separar la mezcla AE-S, y así recuperar el agente extractante y obtener la. uí m. sustancia pura, la cual se denominará Extracto.. Q. Un proceso de extracción tipo soxhlet puede esquematizarse como. 𝐸𝑋𝑇𝑅𝐴𝐶𝐶𝐼𝑂𝑁. →. 𝐴𝐸 "𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙". +. 𝑆. … (2). de. 𝐴𝐸 "tradicional" − 𝑆. In g.. sigue, en la ecuación N°2. (Foronda A., 2003). ca. 1.2.5. Proceso de extracción con fluido supercrítico (CO 2). io te. Tanto en la extracción como en la destilación es técnicamente imposible que, en el sustrato, en el primer caso, y en el extracto, para el segundo. bl. caso, no se arrastre por lo menos trazas del AE "tradicional" que resulta. Bi. dañino para la salud del consumidor. La FDA americana informa que los solventes "tradicionales" como: Hexano, cloruro de metileno, acetato de etileno entre otros, aún en poca ppm presente en los extractos o sustratos consumidos por el ser humano pueden tarde o temprano, producir enfermedades. Para un AE "no tradicional" o Fluido Supercrítico (FSC) se representa igual que el caso de la ecuación N°1 que hace referencia para un AE "tradicional", en cambio para el caso de la ecuación N°2 la obtención de la sustancia pura (S) o extracto se realiza mediante la siguiente operación, ecuación N°3. 5. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 𝐷𝐸𝑆𝑃𝑅𝐸𝑆𝑈𝑅𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁. 𝐹𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜 − 𝑆 →. 𝐹𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜 + 𝑆. … (3). 1.2.6. El empleo de cosolventes en la extracción con fluido supercrítico CO2 El CO2 por su comportamiento no polar tiene limitaciones en la extracción de compuestos polares, por ésta razón se emplean los llamados COSOLVENTES, siendo en la industria alimentaria el más utilizado el. ica. etanol, que en concentraciones muy bajas, del orden del 5%, no origina. uí m. problemas de residuos de disolventes, ni de vertidos o problemas ambientales.. Q. También se observa el fenómeno de la aglomeración molecular cuando se adicionan otras sustancias (cosolventes) al sistema con el objeto de. In g.. aumentar la selectividad y el poder disolvente del FSC (Foronda A., 2003) Este comportamiento con el uso de cosolventes se puede representar. Bi. bl. io te. ca. de. como lo muestra en la Figura N°3.. Figura 3. Relaciones binarias entre los ingredientes de un sistema de extracción con fluidos supercríticos. Fuente: Foronda A., 2003. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La presencia de un modificador y/o cosolvente en el fluido supercrítico (FS) ejerce una gran influencia en el diagrama de relaciones entre los ingredientes de un sistema analítico de lixiviación. Fundamentalmente afecta a las interacciones FS/analito y FS/matriz alterando la solubilidad, la interacción de los analitos en los sitios activos de la matriz, etc. El uso adecuado de los cosolventes abre insospechadas posibilidades de mejora y amplia el campo de aplicación (Luque de Castro, 1993).. ica. 1.2.7. Caracterización química del maíz empleado como muestra tratada El material de estudio en este proyecto es el maíz suministrado por la. uí m. empresa Grupo Rocío, este maíz es importado de Argentina y se. Q. caracteriza por su contenido de humedad y almidón.. La empresa Grupo Rocío destaca en tres rubros: avícola, agrícola y. In g.. ganadería. Está ubicada en carretera industrial km 1.5, provincia de Trujillo, departamento de la Libertad.. de. La muestra maíz se recogió en recipientes cerrados y se almacenaron en ambientes aislados de luz (Espinoza, 2000). y luego se le hizo un análisis. io te. ca. preliminar para caracterizar la muestra. Ver tabla N°1.. Bi. bl. Tabla 1. Composición química del grano de maíz proveniente de la empresa Grupo Rocio. Componente. % Cantidad. Humedad. 13.48. Proteína. 7.42. Grasa. 3.8. Fibra. 1.8. Almidón. 66.9. Cenizas. 1.9. Azucares. 4.7. Fuente: Grupo Rocío S.A (2019). 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.3.. Grano de Maíz. El maíz es una gramínea anual originaria del continente americano y domesticada por los nativos de México, cuyo nombre científico es “Zea mays”. En los comienzos del desarrollo de la agricultura en América, el maíz fue uno de los alimentos más importantes de la región, siendo empleado por las tribus Mayas y Aztecas y al sur del continente por los Incas. Tiempo después se descubre que entre otras bondades, posee aceite, que es un. ica. lípido de origen vegetal que se obtiene a través del proceso de la extracción. uí m. de la molienda húmeda del maíz. Cabe señalar, que, del total de la producción de maíz, el 9% tiene como destino el consumo humano, y el porcentaje de aceite en peso en un grano de maíz oscila entre el 3,1% y el. Q. 5,7%, localizando el 83% de ese contenido graso en el germen del grano.. In g.. Actualmente, en el ranking nacional de producción de aceites, el maíz ocupa el 4º lugar muy lejos de la soja y el girasol, y apenas por debajo de la producción de aceite de maní.. de. El consumo de aceite de origen vegetal se ha incrementado en las últimas décadas, y constituye una parte importante de la dieta humana en todo el. ca. mundo.. io te. El aceite de maíz contiene cuatro veces más fitoesteroles que el aceite de oliva, y un 40% más que el de canola. Información basada en el análisis del. bl. aceite de maíz y en la comparación de otros aceites para cocinar realizada. Bi. por el USDA, enfatizan al acentuar que el aceite de maíz contiene 135,6 mg/porción de fitoesteroles, frente a 30,0 mg/porción en el aceite de oliva. Cabe señalar que los fitoesteroles son sustancias vegetales que se encuentran presentes de forma natural en frutas, verduras, nueces, semillas, cereales, legumbres y en aceites vegetales, tal como el aceite de maíz, Por no contener sodio, consumir el aceite de maíz resulta beneficioso para personas con hipertensión y/o colesterol alto (Ministerio de Agroindustria 2017). En la tabla N°2 resume la composición química de maíz. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 2. Composición del maíz empleado como alimento para aves. (Fuente: Portal mundo pecuario). Fluidos supercríticos en la extracción de aceites. In g.. 1.4.1. CO2 como fluido supercrítico. Q. 1.4.. Cantidad % 87.00 1.50 0.20 0.38 0.25 0.07 0.10 1.82 2.68 6.00 100. ica. Unidad % % % % % % % % % %. uí m. Composición nutricional Materia seca Proteina Metionina Metionina + Cistina Lisina Calcio Fosforo disponible Acido Linoleico Grasa Fibra Total. Los aceites y extractos de plantas se han utilizado desde hace mucho tiempo atrás para obtener aromas y sabores, en años recientes se han. de. estudiado los extractos y aceites de condimentos y especias desde un punto de vista funcional. Sin embargo, esta funcionalidad está. ca. determinada por el método de extracción debido a la utilización de. io te. disolventes que contamina el producto y se debe recurrir a una segunda operación unitaria de separación que debe ser efectiva para obtener un producto lo más puro y adecuado para su uso. (Thompson. Bi. bl. et al., 2004).. Los métodos de extracción convencionales como, soxhlet empleado tanto a nivel industrial como a nivel de laboratorio, utilizan costosos y tóxicos solventes orgánicos, nocivos tanto para la salud humana como para el medio ambiente. Además, se acompañan de altas temperaturas que aceleran la degradación de los productos de interés y la formación de impurezas. Actualmente se está desarrollando la investigación de nuevas tecnologías más respetuosas con el medio ambiente, que no. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. representen ningún riesgo para la salud pública y garanticen una calidad superior de los productos (Pasquel, 2002). Entre ellas emerge la tecnología de fluidos supercríticos, basada en la utilización de un fluido, precisamente supercrítico, como disolvente alternativo, siendo el más utilizado el dióxido de carbono (CO2) supercrítico. La extracción con fluidos presurizados es una tecnología que coincide con las exigencias actuales del mercado en el sentido de. ica. promover el uso de procesos de nulo impacto ambiental, cada vez más. uí m. limpios en términos ecológicos, que cumplan la normativa en cuanto a las restricciones de utilización de solventes contaminantes y que del consumidor (Pasquel, 2002).. Q. respondan a la creciente demanda de productos naturales por parte. In g.. Es interesante considerar, en especial, los casos del agua y el C02 en estado supercrítico. Si se toma en cuenta todo el intervalo de las densidades que puede alcanzar, la potencialidad del agua supercrítica. de. como disolvente es formidable. Sin embargo, la aplicación práctica está limitada a aquellos procesos que no se vean afectados por las. ca. temperaturas relativamente altas que se debe emplear, dado el valor. io te. de la temperatura crítica (Tc) para el agua es de 374 °C. (Mendiola,. bl. 2008).. Bi. El fluido supercrítico más utilizado es el dióxido de carbono; porque presenta varias ventajas: En primer lugar, el CO 2 es barato y está disponible comercialmente incluso con una alta pureza. No es inflamable ni toxico, a diferencia de muchos disolventes orgánicos. La temperatura y presión crítica son moderadas (31.1 °C y 72.84 atm). Estas condiciones lo convierten en un disolvente adecuado para la extracción de compuestos termosensibles. Desde el punto de vista del proceso, al ser un gas a temperatura ambiente es seguro de manejar y no deja residuos de disolvente en los productos finales. No obstante, 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. este gas tiene desventajas, debido a que no es polar, la extracción de analitos polares puede ser un desafío. Esto se puede mejorar mediante la adición de una pequeña cantidad de disolvente modificador o cosolvente polar (Mendiola, 2008). 1.4.2. Etanol como modificador o cosolvente en la extracción supercrítica con CO2 El papel de los modificadores en extracción con fluidos supercríticos (EFS). ica. es una de las áreas que presenta mayor interés en investigación analítica. uí m. con fluidos supercríticos.. Los modificadores constituyen una poderosa e ingeniosa herramienta en la eficacia y selectividad de una extracción o de una separación. Q. cromatografía. El poder disolvente del CO2, que es no polar, es insuficiente. In g.. para extraer analitos polares de la matriz de una muestra, lo que hace necesaria la adición de un modificador polar para conseguir una extracción cuantitativa.. de. Un cosolvente o entrainer es un componente adicional, generalmente de volatilidad intermedia, que se agrega en pequeñas cantidades al solvente. ca. supercrítico con la finalidad de aumentar la solubilidad del soluto en la fase. io te. supercrítica, logrando así separaciones más efectivas. El incremento de solubilidad es debido al hecho de que los cosolventes son seleccionados. bl. de modo que interactúan más fuertemente con el soluto que con el. Bi. solvente supercrítico, creando puente de hidrogeno o fuertes interacciones dipolo-dipolo. Comercialmente se dispone de una amplia selección de modificadores compatibles con CO2, como se muestra en Tabla N°3 (Espinoza, 2001). Se predicen y observan grandes aumentos de solubilidad para cosolventes de tamaños pequeños, tales como el metanol o etanol, que forman fuertes enlaces de hidrogeno con el soluto. Cuando se seleccionan solventes y cosolventes para procesos de extracción con fluidos supercríticos deben considerarse las propiedades acido base de Lewis (constantes de 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. disociación y parámetros solvatocromicos, tendencia dadora de enlaces de hidrogeno (α) y tendencia aceptora de enlaces de hidrogeno (β). (Luque de Castro, 1993). Es necesario además que el fluido sea capaz de vencer la interacción analito-matriz que existen en algunas muestras. Las eficiencias de extracción pueden aumentarse usando fluidos más polares que el CO 2 capaces de vencer estas interacciones. La mejor adecuación de los fluidos polares se debe a su capacidad para interaccionar con la matriz y competir. ica. eficientemente con los analitos por los sitios activos de esta (Luque de. uí m. Castro, 1993).. La adición de cosolventes puede tener grandes efectos en las. Q. solubilidades, dando la ventaja de captar cargas y selectividades de. In g.. solutos para extracciones (Ekart et al. 1993). En la tabla Nº3 se muestra algunos cosolventes o modificadores compatibles con CO 2.. de. Es necesario comprender mejor las interacciones intermoleculares especiales que ocurren en las soluciones con fluidos supercríticos para. ca. predecir los efectos de los cosolventes. El efecto de los cosolventes. io te. muestra evidencia de enlaces de hidrogeno, formación de complejos de transferencia de carga y acoplamiento dipolo-dipolo entre las moléculas. Bi. bl. de soluto y cosolvente (Ekart et al. 1993).. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 3. Modificadores compatibles con CO2. Modificadores compatibles con CO2 Oxigenados. Etanol Metanol n-Isopropanol Acetona Tetrahidrofurano. ica. Nitrogenado. uí m. Amoniaco Acetonitrilo n-Propilamina. Hidrocarburos. de. Halocarburos. In g.. Q. n-Hexano Tolueno. ca. Fuente: Espinoza, 2001.. Cloruro de metileno Cloroformo Tetracloruro de carbono Tricloruro-metano. io te. En la tabla N°4 y tabla N°5 se muestra las capacidades de donador y aceptor de enlaces de hidrogeno de cosolventes y se puede afirmar que. bl. el metanol con un α=0.93 y β=0.62 es un mejor donante de enlaces de. Bi. hidrogeno que el etanol cuyo α=0.83 y β=0.77, por lo tanto, el mayor efecto cosolvente observado con etanol podría atribuirse a su mayor capacidad de participar en enlaces de hidrogeno como un aceptor de enlace de hidrogeno. En relación con la acetona sus parámetros solvatocromicos son α=0.08 y β=0.48, su capacidad para formar enlaces de hidrogeno en menor que el de los alcoholes y como consecuencia el de menos rendimiento que dichos alcoholes. En cuanto al hexano sus parámetros solvatocromicos son α=0.0 y β=0.0, es decir, el hexano no tiene capacidad para formar enlaces de hidrogeno (Rincón et al., 2010). 13. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 4. Polarizabilidad y Parámetros solvatocromicos (α y β Kamlet.Taft) de cosolventes. COSOLVENTE. α. β. Metanol Etanol Acetona Hexano. 0.93 0.83 0.08 0. 0.62 0.77 0.48 0. uí m. ica. Fuente: Rincón et al., 2010. α*, Angstrong 5.1 3.3 6.4 11.9. Tabla 5. Polarizabilidad y parámetros solvatocromicos del Acetonitrilo, Isopropanol, Butanol y Tolueno. Acetonitrilo Isopropanol Butanol Tolueno. 0.19 0.76 0.84 0.00. io te. Hipótesis. 0.40 0.84 0.84 0.11. α*, Angstrong 0.75 0.48 0.47 0.54. ca. de. Fuente: Reichardt, 1990. 1.5.. β. Q. α. In g.. COSOLVENTE. El análisis cuantitativo de las variables de operación y la influencia del etanol,. bl. permite identificar y adoptar parámetros para una correcta extracción de. Bi. aceite de maíz con CO2 supercrítico. 1.6.. Problema. ¿Cuál es la influencia de la presión y temperatura en el proceso de extracción con fluido supercrítico - CO empleando etanol como cosolvente, para 2. obtener aceite de maíz de la empresa Grupo Rocío?. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Objetivos. 1.7.. Objetivo General Medir la presión y temperatura en la evaluación del etanol como cosolvente para obtener aceite de maíz mediante el método de extracción supercrítica con CO2. Objetivos específicos  Determinar la presión y temperatura para una extracción óptima de. ica. aceite de maíz usando etanol como cosolvente mediante el método de extracción supercrítica con CO2.. uí m.  Comparar a través del rendimiento de extracción de aceite de maíz usando etanol como cosolvente con respecto a otros cosolventes. Q. mediante el método de extracción supercrítica con CO2.. In g..  Comparar el método de extracción supercrítica con CO 2 empleando etanol como cosolvente con respecto al método tradicional, Soxhlet.  Comparar la calidad de aceite de maíz extraído tanto por el método. Justificación. io te. 1.8.. ca. como cosolvente.. de. soxhlet y el método de extracción supercrítica con CO2 empleando etanol. Las razones, por lo que se justifica la investigación propuesta son: Necesidad de encontrar alternativas a ciertos disolventes industriales,. bl. -. Bi. debido a los problemas de cuidado del medio ambiente y seguridad asociados a su uso.. -. Interés por reducir los costos energéticos de los procesos de separación tradicionales de extracción o de aquellos que consumen una alta cantidad de energía tales como la destilación y la evaporación.. -. Identificación de ciertas condiciones para que la extracción con CO 2 como fluido supercrítico y usando cosolventes, sea tanto técnica como económicamente ventajosa con respecto a procesos tradicionales de separación. 15. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.9.. Antecedentes. Brunner, G. (2005) menciona que los procesos de extracción más utilizados para obtener aceites de muestras vegetales, se pueden dividir de acuerdo al disolvente utilizado: extracción con agua que incluye la infusión, destilación por arrastre con vapor y la extracción con solventes orgánicos entre las que se destacan la maceración, lixiviación, extracción Soxhlet y por fluido. ica. supercrítico.. Geankoplis (1999) investigó otros procesos muy utilizados que consisten en. uí m. la extracción de aceites vegetales, en los cuales se emplean disolventes orgánicos como hexano, acetona y éter, para extraer aceites de maní, soja,. Q. semillas de lino, ricino, girasol o algodón.. In g.. Li et al., (2004) mencionan que el agregar un cosolvente aumenta la polaridad de la fase líquida. Además, se han reportado extracciones de mezclas de isopropanol y el hexano para aumentar el rendimiento y la cinética de. de. extracción.. ca. Mendiola, (2008) menciona que el fluido supercrítico más usado es el dióxido de carbono, hay varias razones: En primer lugar, el CO 2 es barato y está. io te. disponible comercialmente incluso con una alta pureza. No es inflamable ni toxico, a diferencia de muchos disolventes orgánicos. La temperatura y. bl. presión crítica son moderadas (31.1 °C y 1070 psi.). Estas condiciones lo. Bi. convierten en un disolvente adecuado para la extracción de compuestos termosensibles. Desde el punto de vista del proceso, al ser un gas a temperatura ambiente es seguro de manejar y no deja residuos de disolvente en los productos finales. Pero también tiene desventajas, debido a que no es polar, la extracción de analitos polares puede ser un desafío. Esto se puede mejorar mediante la adición de una pequeña cantidad de disolvente modificador polar o un agente tensioactivo.. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Walsh et al. (1987) Investigaron que la extracción con CO2 supercrítico se ha desarrollado ampliamente en los últimos años para una gran variedad de aplicaciones debido a la escasa contaminación a la que da lugar, ya que opera bajo condiciones en las que se evitan reacciones de degradación y que su poder de solvatación puede fácilmente modificarse mediante cambios en las condiciones de presión y temperatura. Respecto a los compuestos polares, su baja solubilidad en CO2 en condiciones supercríticas limita su aplicación por lo que generalmente se emplean modificadores polares que. ica. aumenten la solubilidad de los productos.. uí m. List et al., (1985) mencionan sobre la desventaja de usar el método de extracción supercrítica con CO2 puro y está, en la menor estabilidad oxidativa. Q. del aceite obtenido con CO2 puro debido a la ausencia de fosfátidos que en. In g.. algunos casos protegen al aceite de la auto oxidación. Mamidipally y Liu, (2004) investigaron que el solvente más ampliamente utilizado para extraer aceites comestibles de las plantas es el hexano. El. de. hexano tiene un rango en el punto de ebullición bastante estrecho, de aproximadamente 63–69 °C y es un excelente solvente de los aceites en lo. ca. que se refiere a su solubilidad y facilidad de recuperación. Sin embargo, el n-. io te. hexano, el elemento principal del hexano comercial, está ubicado como el número uno en la lista de los 189 contaminantes del aire más riesgosos por. bl. la Agencia Americana de Protección del ambiente.. Bi. También, Mamidipally y Liu, (2004) investigaron que el uso de solventes alternativos tales como: isopropanol, etanol, hidrocarburos, e incluso el agua, se ha incrementado debido a asuntos del medioambiente, la salud, y a preocupaciones de seguridad. Consejo Superior de Investigaciones científicas de la universidad Autónoma de Madrid (2010) desarrollaron una patente sobre la extracción de carbohidratos con CO2 supercrítico en presencia de modificadores. Los compuestos adsorbidos son desorbidos empleando CO 2 en condiciones supercríticas con etanol como modificador. El extracto, que contiene el 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. carbohidrato purificado, se recoge disuelto en el alcohol empleado como cosolvente de la extracción. Herrera S. et al. (2007) reportaron que en la extracción supercrítica con CO 2, la concentración de etanol usado como cosolvente mostró fuerte influencia en la extracción de compuestos fenólicos totales, en particular en la recuperación de flavonoides totales. En la extracción con fluido supercrítico con 15% de etanol (15%EtOH), se observó mayor rendimiento que en el resto. ica. de los extractos analizados.. Foronda (2003) investigó que el CO2 por su comportamiento no polar tiene. uí m. limitaciones en la extracción de compuestos polares, por ésta razón se emplean los llamados COSOLVENTES, siendo en la industria alimentaria el. Q. más utilizado, el etanol, y en concentraciones muy bajas, del orden del 5%,. In g.. para no originar problemas de residuos de disolventes, vertidos o problemas ambientales.. Bharath et al., (1992) investigaron que la baja polaridad del CO 2 limita su uso. de. a la extracción de solutos relativamente apolar, o moderadamente polares. Por lo tanto, se agrega una pequeña cantidad de un cosolvente orgánico. ca. polar (etanol, metanol, acetonitrilo, agua, etc.), llamado "Modificador" al fluido. io te. supercrítico para la extracción de solutos más polares. El efecto del agregado de un modificador sobre la solubilidad del aceite de palma en CO 2. bl. supercrítico a presiones cercanas a 2900 psi, la solubilidad del aceite en CO 2. Bi. aumenta casi nueve veces cuando se utiliza 10% de etanol como modificador. Para lograr el mismo grado de extracción que con CO 2 puro, el agregado de etanol permite reducir las presiones requeridas hasta un 40%. Guclu et al. (2005) Investigaron que el utilizar cosolventes en fluidos supercríticos aumenta la solubilidad generando una mejor extracción de compuestos polares de aceite.. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Uquiche et al. (2015) mencionan que para la extracción compuestos termolábiles, las temperaturas altas podrían degradar sus componentes. Como resultado, es preferible utilizar temperaturas en un rango de 35 a 50°C. Xu y Godber (2000) reportaron un rendimiento de 13 % de aceite de salvado de arroz mediante extracción supercrítica con CO2 puro a 9993 psi. A 60°C. en un tiempo de extracción de 20 minutos. Kuk y Dowd (1998) reportaron un rendimiento de 20.4% de aceite de salvado. ica. de arroz mediante extracción supercrítica con CO 2 puro a una presión de. uí m. 9000 psi. y una temperatura de 100°C.. Tomita et al. (2014) reportaron el efecto de la temperatura y la presión sobre. Q. el rendimiento de aceite extraído del salvado de arroz a temperaturas de 40, 60 y 80 °C, presiones de 2900 psi, 4350 psi y 5801 psi. y Caudal de CO2 de. In g.. 1, 3, 6 y 9 ml / min. En cada experimento, se cargaron aproximadamente 4,5 g de muestra de salvado de arroz. Finalmente reportaron que a las condiciones de: presión a 4350 psi, temperatura de 80°C a un flujo de. de. 3ml/min. Obtuvieron un mejor rendimiento de 24.1%. ca. García et al. (1996) reportaron un rendimiento de 7.1 % de aceite de salvado de arroz mediante extracción supercrítica con CO 2 a 4061 psi. A 70°C.. io te. Además, concluyeron que el rendimiento del extracto en salvado de arroz. bl. podría mejorarse con condiciones de extracción más severas. Bi. Xu y Godber (2000) reportaron que el rendimiento del extracto de aceite de salvado de arroz a condiciones supercríticas con CO 2 a temperaturas más altas de 75°C no fue significativamente mayor que la de 55 y 60 °C. List y Friedrich (1985) reportaron un rendimiento de 19.9% de aceite de soja mediante extracción supercrítica con CO2 a temperatura de 70 °C y presiones de 8000 psi. Ceron L. et al. (2016) Evaluaron la extracción de aceite de semillas de guayaba con CO2 supercrítico, Los resultados obtenidos permitieron. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. establecer que la presión ejerció un efecto significativo sobre el rendimiento y se alcanzó un valor óptimo de 13,9 % al operar a 5178 psi. Y 51.8 °C. Pantoja et al. (2016) reporto que Las mejores condiciones de extracción supercrítica con CO2 de aceite de semillas de maracuyá fueron 5076 psi y 60°C, en las cuales obtuvo un rendimiento de 15.7 % en aceite. Nivia et al. (2007) reporto la extracción de ácidos grasos (ácido palmítico, linoleico y esteárico), siendo el mayoritario el ácido linoleico en Semillas de. ica. guayaba (Psidium guajava L.) y sometió a extracción con CO 2 supercrítico. El estudio se realizó a 40 °C y la presión de extracción a 4496 psi. A esta. uí m. última presión se obtuvo el mejor rendimiento en la extracción, 0.14 %.. Q. Martinez y Ceballos (2012) reportan que las condiciones más favorables para un mayor rendimiento de extracción supercrítica para semillas de uva. In g.. corresponden a las condiciones (42,50°C y presión de 3271 psi), es decir que no se requieren temperaturas muy altas; A esas condiciones obtuvieron el. de. porcentaje de aceite extraído más alto: 18,65%. Jarén-Galán et al. (1999) investigaron que La presión y la temperatura. ca. afectan a la solubilidad de la Oleorresina de semilla de pimentón en CO 2, aunque ello también depende de la materia prima. En general, la temperatura. bl. CO2.. io te. de 40 °C presenta una mayor selectividad en la extracción supercrítica con. Bi. Tsuda et al. (1995) Encontraron que el rendimiento de los extractos a condiciones supercríticas a 40 °C era mayor que a 60 y 80°C en la extracción de aceites semillas de tamarindo. Esto comprueba que las condiciones severas en la extracción con fluidos supercríticos pueden no conducir a un mayor rendimiento de extracto. Ronyai y Simandi (1998) reportaron un rendimiento de 46% de aceite de germen de maíz a condiciones supercríticas con CO2 y empleando etanol al 5% a una presión de 4351 psi. y temperatura de 42°C. Afirmaron que la. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. utilización de cosolventes, también mejora la funcionalidad de los materiales proteicos. Ramsay et al. (1991) reportaron un rendimiento de 18.23 % de aceite de salvado de arroz mediante extracción supercrítica con CO 2 a condiciones relativamente bajas: 4351 psi. A 35°C, pero con la adición de Cosolventes como etanol al 5%. Mencionan que no obtuvieron un rendimiento mayor y lo atribuyeron a la baja temperatura de extracción, puesto que no hubo. ica. suficiente solvente líquido para poder extraer lípidos de salvado de arroz, fusión muy superiores a 35°C.. uí m. especialmente para aquellos componentes glicéridos que tienen puntos e. J. Pablo Fernández, (2008) Investigó sobre la extracción de aceites de aceite. Q. de pimentón a condiciones supercríticas, menciona que, según la materia. In g.. prima y condiciones de extracción óptimas, los rendimientos son muy variables: 5,2-17,4% (aceites totales), 2- 3% carotenoides totales, 0.7 a 8,6% de capsaicinoides. Como cosolventes para extraer capsaicinoides, utilizaron. de. etanol, agua y con menores resultados ácido acético u otros. El CO 2 supercrítico habitualmente tiene una pureza del 99,995%. En la extracción. ca. con CO2 supercrítico, los mejores resultados que obtuvieron, oscilaron entre. io te. 40 y 55 °C y 1494 psi a 5802 psi. Rincón et al. (2010) investigaron que al usar cosolventes lograron. bl. extracciones de compuestos polares de aceite de freír a presiones operativas. Bi. más bajas obteniendo mayor solubilidad con respecto a otros cosolventes. Reportaron mayor solubilidad según el cosolvente en el orden que sigue: etanol>metanol>acetona>hexano. Empleando etanol al 5% reporta un rendimiento de 22.5% a condiciones de: presión 4267psi y una temperatura de 40°C.. 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPITULO II 2. MATERIALES Y METODOS. 2.1.. Materiales  Vaso de precipitado de 1000 mL.  Vaso de precipitado de 500 mL..  Probeta de 1000 Ml.. Q.  Caja de guantes de látex. uí m.  1 caja de papel filtro Nº 40. ica.  Vaso de precipitado de 250 mL.. In g..  Dedal de extracción, libres de aceites y grasas.  Desecador de vidrio con Silicagel. ca.  Algodón hidrófilo.. de.  Pinza metálica 25 cm.. io te.  Vasos de extracción de aluminio.  Gradilla de tubos. bl.  Tubo de ensayo con tapa. Bi.  Fiola de 25 ml.  Fiola Ámbar de 25 ml  Pipeta de 5 ml volumétrica  Pipeta de 1 ml volumétrica.  Papel de Filtro Whatman N°41.  Beaker 50 ml.  Celda de cuarzo. 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Soporte universal  Ganchos de soporte. 2.2.. Equipos  Equipo de extracción supercrítica JASCO Modelo LC-Net II/ADC  Espectrofotómetro Machery Nagel 400D. ica.  Balanza analítica: Con capacidad de leer hasta 0.0001g. uí m.  Cronometro. 2.3.. In g..  Estufa con termorregulador. Q.  Equipo de extracción Soxhlet marca Behr, modelo EF. Reactivos.  Etanol. ca.  Isopropanol. de.  Gas CO2.  Acetonitrilo. io te.  Hexano. Metodología de trabajo. Bi. 2.4.. bl.  Anidisina. El diagrama de flujo que muestra los pasos a seguir en la obtención del extracto de aceite de maíz, se muestra en la Figura N°4.. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Maíz Recepción. Zaranda. Secado. uí m. ica. Molienda. Presión: 4000, 4350 y 4500 psi. Tratamiento con EFS. Temperatura: 35, 42.5 y 50 °C. In g.. Q. Conservar muestra molida. Eliminar solvente. de. Conservar aceite extraído. io te. ca. Determinar rendimiento. Figura 4. Diagrama de flujo para evaluar el rendimiento de aceite de maíz mediante extracción supercrítica con CO2 y etanol como cosolvente tratado a diferentes. Bi. bl. presiones y temperaturas.. 2.4.1. Caracterización de la muestra El maíz recibido ya había sido sometido tanto a un proceso de zaranda con la finalidad de eliminar productos extraños, también fue sometido a un proceso de chancado para facilitar la extracción de aceite.. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.4.2. Material de estudio.  Se tomó la muestra proporcionada por la empresa  Se pesó una muestra de 30 gramos  Se procedió a encender la estufa y llevarlo hasta una temperatura de secado de 115°C.  Se colocó la muestra en la estufa y se dejó secar hasta un periodo. ica. de 24 horas.  El contenido de humedad se calculó con la pérdida de peso de la. uí m. muestra, obteniendo un valor de 12.5%.. Q. 2.4.3. Descripción del equipo de extracción supercrítica. In g.. El proceso de extracción supercrítica es relativamente sencillo de realizar. Las variables a controlar son el caudal de CO2, temperatura y presión.. de. La extracción con CO2 supercrítico-cosolvente se realizó en una celda de extracción de 5 gramos, en la cual se depositó ejerciendo. ca. al máximo la capacidad de la celda, cerca de 5.5 gramos de muestra.. io te. Como fase extractante, se empleó un flujo de 3.0 ml/min de CO 2cosolvente en proporción 19:1 (95% CO2 y 5% etanol), el tiempo de. bl. extracción fue de 20 minutos, a presiones de 4000, 4350 y 4500 psi,. Bi. y con temperaturas de 35, 42.5 y 50 °C. El equipo de extracción supercrítica utilizado en el presente trabajo se encuentra ubicado en Laboratorio de Investigación en ciencias ambientales de la Facultad de Ingeniería Ambiental, Sede de la UNT, Av. Juan Pablo II s/n- Distrito de Trujillo- Provincia de TrujilloDepartamento de La Libertad, ver Figura N°5.. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. In g.. Figura 5. Equipo de extracción supercrítica marca Jasco, Modelo LC-Net II/ADC. de. 2.4.4. Procedimiento de los ensayos. ca. 1) Se tomó la muestra de maíz en el sector de acopio de la empresa. io te. Grupo Rocío.. 2) Se trasladaron las muestras al laboratorio rápidamente para evitar su degradación.. bl. 3) Se trabajó con un peso promedio de 5.5 gramos de maíz por. Bi. análisis.. 4) Se procedió a llenar la muestra de maíz en el tubo de extracción. 5) Se procedió a ensamblar el tubo de extracción a las líneas de alimentación y salida de CO2 y cosolvente en el horno del equipo de extracción supercrítica. 6) Luego se procedió a programar las condiciones de presión y temperatura requeridas para cada análisis. 7) Cada proceso de extracción tuvo un tiempo de 20 minutos, la muestra extraída fue captada en un frasco de 30 ml. 26. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.