EXTRACCIÓN SUPERCRÍTICA DE ÁCIDOS GRASOS DE LARVA DE MOSCA COMÚN, Musca domestica.

11 

Texto completo

(1)

EXTRACCIÓN SUPERCRÍTICA DE ÁCIDOS GRASOS DE LARVA DE MOSCA COMÚN, Musca domestica.

Salazar-Govea Alma Y, Eustaquio-Rincón Rafael, Gordillo-Román Bárbara, Sánchez-Rubio Manuel.

Presenta: M. C. Alma Yadira Salazar Govea. Profesor – Investigador

Instituto de Agroindustrias Universidad Tecnológica de la Mixteca RESUMEN

La obtención de grasas y aceites para consumo humano (directa e indirectamente) ha adquirido gran auge debido a los beneficios potenciales que existen en sus propiedades, aunados a que se encuentran en una variedad extensa de recursos tanto animales como vegetales.

En el presente trabajo se analiza el contenido de ácidos grasos de larva de mosca común, Musca domestica. Estos aceites se extrajeron usando dos técnicas: extracción en contacto directo y extracción con Fluidos Supercríticos (EFS). Se presentan resultados de ambas técnicas de extracción. La EFS fue controlada a 35 ºC y 60 ºC, ambas a 10, 15 y 20 MPa. De los resultados obtenidos fue posible establecer la influencia tanto de la presión como de la temperatura en la extracción de los ácidos grasos contenidos en la larva de mosca.

Palabras clave

Grasas, Fluidos Supercríticos, extracción, mosca doméstica.

INTRODUCCIÓN

La larva de la mosca común, Musca domestica, es un recurso natural abundante en prácticamente cualquier tipo de clima. El presente trabajo investiga los componentes de sus grasas, lo cual representa un logro importante al considerarlas como una fuente rica en ácidos grasos benéficos, así como para una amplia aplicación en productos de consumo, para el ser humano.

Los métodos de extracción usados para la obtención de grasas y aceites consisten en técnicas que van desde el prensado mecánico hasta el uso de disolventes orgánicos y por arrastre de vapor. En las últimas décadas una tecnología que ha adquirido fuerza debido a su gran poder de extracción es la de fluidos supercríticos.

Las ventajas que ésta última ofrece son, entre otras, que: los disolventes utilizados son sustancias de bajo peso molecular, los cuales, bajo condiciones supercríticas, tienen un

(2)

poder de difusión más alto, además debido a su alta volatilidad, las trazas de disolvente son removidas con facilidad.

Para las muestras consideradas en este estudio, dadas las condiciones del proceso supercrítico, no se presenta el fenómeno de desnaturalización del producto extraído, por lo que se puede emplear directamente al igual que el residuo de extracción, como alimento. Otra ventaja es que este proceso se puede aplicar también a materias primas con un alto contenido de aceite sin requerir un prensado previo.

Las alternativas que ofrecen los procesos de extracción supercrítica son: recuperación fácil y eficiente del disolvente de extracción, mayor pureza de los productos obtenidos, mayor selectividad y la posibilidad de tomarlos en cuenta en el diseño de nuevos procesos.

En el presente trabajo se muestran los resultados de la extracción de grasas en una fuente de origen animal tratándose de la larva de la mosca común, Musca domestica. Dicho recurso fue provisto del criadero de moscas que se encuentra en las instalaciones del Instituto Tecnológico de Oaxaca (ITO). Se comparan las técnicas de extracción usadas y se reportan los resultados en cuanto a cantidad y composición del aceite extraído.

Las extracciones en Soxhlet se realizaron haciendo uso de dos disolventes orgánicos, mientras que las extracciones supercríticas se llevaron a cabo con CO2 debido a las ventajas

que posee sobre los disolventes orgánicos según, McHugh y Krukonis (1986). Los extractos obtenidos se analizaron usando técnicas cromatográficas-espectroscópicas como son: Resonancia Magnética Nuclear (RMN), Espectrometría de Masas (MS) y Cromatografía de gases (GC).

METODOLOGÍA

Un lote de larva de mosca común, Musca domestica, se sometió a un proceso de secado para retirar la humedad contenida y al mismo tiempo, interrumpir el desarrollo de la mosca en el periodo larvario, debido a que en el estudio bromatológico realizado por Aquino (1996), se menciona que la larva de mosca tiene una composición de 35.89% en grasas, lo cual es de interés para el presente trabajo. Una muestra tomada del lote original se redujo de tamaño por trituración en un mortero y se homogeneizó en un recipiente cilíndrico adaptado a un motorreductor, durante un periodo de 24 horas.

La muestra triturada fue utilizada para el proceso de extracción por Soxhlet con dos disolventes: hexano [CH3(CH2)4CH3] y diclorometano [CH2Cl2]. Para cada extracción se

utilizaron un total de 30 g de muestra triturada y 80 ml de disolvente, cada extracción muestra-disolvente se hizo por triplicado.

Posteriormente, otra cantidad de muestra del mismo lote se utilizó para la extracción supercrítica. El equipo experimental de extracción supercrítica se muestra en la Figura 1.

(3)

La EFS se llevó a cabo a diferentes condiciones: 35 ºC y 10, 15 y 20 MPa, así como 60 ºC y 10, 15 y 20 MPa. Para todos los casos se utilizó un lote de 30 g de muestra.

FIGURA 1. Diagrama del equipo experimental de extracción supercrítica. Cilindro de CO2, válvulas para el paso del fluido V1-V7, V9-V11; válvula de seguridad, V8; válvula

micrométrica, V12; manómetros de carátula, M1, M2 y M3; compresor, C; termocompresor,

TC; reóstatos, V1, V2; termómetro digital, T; dedo frío, DF; baño térmico, B; celda de extracción, CE; celda de recolección, CR; medidor de vía húmeda, MVH y probeta, P.

El disolvente de extracción utilizado fue el dióxido de carbono (CO2), debido a las

propiedades que presenta y que han sido aprovechadas en un gran número de trabajos desde las pasadas décadas como mencionan Wenclawiak, (1992) y Espinosa (2001). La velocidad de flujo del disolvente empleado fue de 180 ml/min (± 20 ml), cada 25 L de paso de disolvente supercrítico, se pesó la celda de recolección.

Las diferentes condiciones P-T que se usaron para EFS sirvieron para determinar las condiciones óptimas de presión y temperatura a las cuales se logra extraer la mayor cantidad de aceite en la muestra. Una vez determinadas dichas variables se llevó a cabo una extracción supercrítica de agotamiento de aceite en la muestra la cual fue controlada con los

(4)

mismos parámetros que el resto de las extracciones. Dicha extracción determinó la cantidad total de aceite de larva de mosca que se puede obtener mediante la EFS.

Con el fin de conocer las características de los aceites, los extractos obtenidos por ambos métodos fueron sometidos a análisis cromatográficos-espectroscópicos. Cada uno de los extractos se analizó mediante Resonancia Magnética Nuclear (RMN) 1H y 13C, debido a que la espectroscopía RMN es una de las herramientas más poderosas para elucidar la estructura de especies orgánicas e inorgánicas de acuerdo a Nathan, (1993).

Además, para definir los componentes que constituyen a los aceites, se recurrió al uso de un espectrómetro de masas acoplado a un cromatógrafo de gases (GC-MS) esto por las ventajas que en el análisis de muestras presentan dichas técnicas acopladas y que son mencionadas por Hemming, (1996), para lo cuál primeramente se “preparó” la muestra. Dicha preparación consiste en una reacción de trans-esterificación, ya que, como menciona Gunstone, (1999), los ésteres de glicerol o fosfolípidos son generalmente convertidos a metil ésteres y entonces sometidos a cromatografía de gases. Lo anterior con la finalidad de romper la estructura de la molécula de triglicérido contenida en la muestra ya que esto facilita el análisis mediante GC-MS. La reacción de transesterificación se llevó a cabo mediante catálisis ácida utilizando metanol (CH3OH) como reactante y disolvente, según el

método mencionado por Lotero et al., (2005).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Extracción Soxhlet

La extracción Soxhlet se basa en la temperatura de ebullicíon del disolvente empleado para la extracción, para todos los casos reportados en este trabajo, la temperatura empleada fue de 80 ºC. A pesar de los diferentes disolventes utilizados en extracción Soxhlet, la cantidad de extracto obtenido no fue significativamente diferente según el estadístico de prueba de la distribución F con un nivel de significancia, α = 0.05. Esto ultimo en forma cuantitativa, ya que cada uno de los disolventes extrajo cualitativamente los componentes en cada extracto de acuerdo a su polaridad. Las cantidades de extracto de larva de mosca común, Musca domestica, obtenidos con extracción Soxhlet se muestran en la Tabla 1. En la Figura 2 se observan las cantidades de extracto obtenidas para cada disolvente en extracción Soxhlet así como la repetibilidad del proceso de extracción para cada caso.

El extracto obtenido con Soxhlet permite establecer la cantidad total de aceite extraíble en la larva de mosca, cada muestra se sometió a un total de tres extracciones para lograr agotar el aceite contenido en cada muestra. El contenido de ácidos grasos de esta muestra es de 25.3 %, obtenido al promediar los extractos obtenidos con los tres diferentes disolventes.

(5)

TABLA 1. Resultados de la extracción Soxhlet (% en peso) HX DM E1 23.83 25.70 E2 25.00 26.90 E3 27.00 25.73

Donde: HX = hexano; DM = diclorometano; E1 = E2 = E3 = extracción 1, 2 y 3, respectivamente.

FIGURA 2. Resultados de extracción Soxhlet

Aceite extraído de larva de mosca EXTRACCIÓN CONVENCIONAL 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00 HX DM Disolvente de extracción e x tr a c to ( % e n p e s o ) E1 E2 E3

Donde: HX es hexano; DM es diclorometano; PE es percloroetileno; E1, E2 y E3 son extracción 1, 2 y 3, respectivamente.

Extracción Supercrítica

Efecto de temperatura y Presión. Con el fin de establecer claramente el efecto tanto de la temperatura como de la presión sobre la extracción de los ácidos grasos de la larva de mosca mediante el empleo de CO2supercrítico, se llevó a cabo un estudio sistemático en el

intervalo de 10 a 20 MPa a 35 y 60 °C, empleando un volumen constante de 100 litros de CO2. Las cantidades de extracto mostradas en la Tabla 2 fueron sometidas a un análisis de

varianza (ANOVA), el cual indicó que estas cantidades varían significativamente con P y T, lo cual se sustenta con los trabajos reportados mencionados aquí.

(6)

TABLA 2. Resultados de extracción con CO2supercrítico empleando 30 g de muestra.

(% en peso)

35 °C 60 °C

10 MPa 15 MPa 20 MPa 10 MPa 15 MPa 20 MPa

E1 0.28 1.07 1.61 0.13 0.43 0.84

E2 0.25 1.05 1.59 0.17 0.46 1.02

E1y E2 son extracción 1, y 2, respectivamente.

Los resultados de la EFS se muestran en las figuras 3 y 4, se puede observar, tal y como se ha demostrado en una gran cantidad de trabajos reportados: Chrastil, (1982); Zou et al, (1990); Nilsson et al, (1991); Maheshwari et al, (1992); Nik et al, (2004); Westerman et al, (2006), Zaidul et al (2006); entre otros, la dependencia del comportamiento de extracción con respecto a la presión (P) y temperatura (T).

FIGURA 3. Extracto obtenido por EFS a 35 ºC.

Aceite extraído de larva de mosca

35ºC, 30 g m uestra 0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 0 25 50 75 100 L CO2 e x tr a c to ( % e n p e s o ) 10 MPa-E1 15 MPa-E1 20 MPa-E1 10 MPa-E2 15 MPa-E2 20 MPa-E2

La extracción para cada conjunto de parámetros P y T se llevó a cabo por duplicado, teniendo una buena repetibilidad del proceso (ver Figura 5). Además se observa, a una misma temperatura que, al incrementar P, la cantidad de extracto obtenido aumenta. Asimismo, como se puede observar en las figuras 6-8, a una misma P, la cantidad de extracto varia con la T, al incrementar la T la cantidad de extracto obtenido disminuye. El mismo comportamiento se observa para todos los casos.

(7)

FIGURA 4. Extracto obtenido por EFS a 60ºC.

Aceite extraído de larva de mosca

30 g de m uestra, 60 °C 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 0 25 50 75 100 L CO2 e x tr a c to ( % e n p e s o ) 10 MPa-E1 15 MPa-E1 20 MPa-E1 10 MPa-E2 15 MPa-E2 20 MPa-E2

De estos resultados es posible establecer que las condiciones óptimas para la extracción de ácidos grasos de la larva de mosca es de 35ºC y 20 Mpa.

Hasta aquí, los datos reportados se han enfocado únicamente al aspecto cuantitativo del proceso de extracción, la Tabla 4 muestra los componentes encontrados tanto en los extractos obtenidos mediante extracción Soxhlet, como en EFS. Los resultados corresponden a los análisis realizados mediante la técnica de GC-MS.

De acuerdo a los resultados expresados en la Tabla 3, los ácidos grasos se encontraron presentes en mayor cantidad en los extractos con Soxhlet, sin embargo también se hallaron en los extractos obtenidos por EFS, principalmente a 35ºC en todas las presiones observadas. En la extracción Soxhlet el disolvente con el que se obtuvo una mayor cantidad de ácidos grasos fue el hexano debido a su naturaleza no polar, la composición de los extractos obtenidos por EFS que más se asemeja a los datos obtenidos con hexano, es la que se da a 35ºC y 10 MPa, sin embargo las demás combinaciones P-T muestran una muy buena aproximación a los valores hallados en extracción Soxhlet.

Los ácidos grasos encontrados en los extractos tanto por Soxhlet como EFS son principalmente ácidos grasos saturados, como C14:0 ácido mirístico, C16:0 ácido palmítico y C18:0 ácido esteárico los cuales son usados para una gran variedad de productos cosméticos y de higiene. Asimismo se encontraron dos ácidos grasos monoinsaturados, C16:1 (9) palmitoleico y C18:1 (9) oleico los cuales son de importancia para la alimentación tanto de animales como de los seres humanos.

(8)

TABLA 3. Composición de ácidos grasos (%) de la larva de mosca común, Musca domestica, en Soxhlet y EFS con CO2-SC a las condiciones de P y T indicadas.

Ácido graso

Extracción

convencional EFS 10 Mpa EFS 15 Mpa EFS 20 Mpa

HX DM 35ºC 60ºC 35ºC 60ºC 35ºC 60ºC C14:0 3.43 4.59 6.20 - - - 5.38 6.58 C16:1 (9) 24.36 17.97 16.68 - 16.83 - 18.18 15.41 C16:0 22.07 36.40 37.26 - 33.76 - 17.21 16.04 C18:1 (9) 34.41 27.95 18.23 - 30.20 - 26.56 19.40 C18:0 15.72 13.09 13.10 - 12.15 - 11.16 7.57 OTROS 0.01 0.00 8.53 - 7.51 - 21.51 35.00

“OTROS” indica que en la muestra se encontraron presentes ácidos grasos diferentes a los mencionados o bien, los componentes no fueron identificados por el equipo. A la temperatura de 60 °C tanto a 10 como a 15 MPa no se pudieron llevar a cabo los análisis del extracto por problemas con la muestra.

Se puede observar también que las cantidades en % de abundancia de cada ácido graso no son significativamente diferentes para cada técnica de extracción pero sí lo son al comparar las dos técnicas empleadas, esto último coincide con el análisis de varianza realizado para cada grupo de extractos, haciendo uso del estadístico F con un α = 0.05. Corrida de agotamiento. De esta manera se llevó a cabo la corrida de agotamiento mediante EFS a las condiciones óptimas, los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 4. Resultados EFS de agotamiento, a 35ºC y 20 MPa

Extracto 0,5123 1,2237 1,8311 2,3 2,7833 3,1722 3,4210 3,5947 3,7040 3,7102 (g) L 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 CO2 % 1.70 4.07 6.09 7.55 9.25 10.54 11.37 11.95 12.31 12.33 extracto

Asimismo, podemos observar en la figura 9, el comportamiento de la extracción de agotamiento, después de los 900 L de CO2-SC se observa que la cantidad de extracto no

(9)

Figura 9. Corrida de agotamiento de EFS de aceites de larva de mosca común, Musca domestica. EFS AGOTAMIENTO 35°C- 20 MPa, 30 g muestra 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Litros de CO2-SC e x tr a c to ( % e n p e s o )

Definiendo el rendimiento del extracto como la razón entre los ácidos grasos extraídos y extraíbles por 100 se tiene que el rendimiento con CO2supercrítico es de 48.5%. Lo que

está en concordancia con lo establecido por Wenclawiak, (1992), entre otros, respecto a que la solubilidad de una sustancia en un disolvente supercrítico es en general menor que en los líquidos convencionales. Sin embargo, este inconveniente tiene su compensación en el hecho de que, cuando se emplean FSC, la separación de soluto y disolvente se logra eficientemente mediante un simple proceso de expansión, evitando el aumento de la temperatura para eliminar el disolvente por evaporación, como sucede con los disolventes tradicionales.

Incluso, aunque el dióxido de carbono extrae preferentemente compuestos no polares, puede exhibir un momento dipolo inducido, el cual incrementa la extracción de solutos moderadamente polares dentro de la fase fluida. En general, CO2-SC, es un excelente

disolvente para la extracción de solutos lipofílicos de una gran variedad de muestras.

CONCLUSIONES

En este trabajo se demuestra que la extracción de ácidos grasos de la larva de mosca es posible mediante el empleo de CO2 supercrítico. Las condiciones óptimas para llevar a cabo

(10)

El rendimiento que se puede lograr en la recuperación de los ácidos grasos, con respecto a la extracción soxhlet, es de aproximadamente 50 %.

Los ácidos grasos que se encuentran principalmente en la larva de mosca son: ácido mirístico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido palmitoleico y ácido oleico.

TRABAJO FUTURO

1. Modificación en el equipo experimental de extracción supercrítica mediante la introducción de un sistema de recirculación del disolvente de extracción, el cual se recuperaría después de pasar por el medidor de vía húmeda y, una vez igualado a las condiciones P-T se introduciría nuevamente al sistema.

2. Asimismo la EFS se puede llevar a cabo con el uso de otro disolvente de extracción, el cuál asegure un resultado mayor en cuanto al porcentaje de extracto obtenido. Dicho disolvente puede ser el etanol, sin embargo ello implicaría una modificación mayor en el equipo de extracción debido a que se trata de un disolvente flamable y las condiciones de operación serían diferentes.

3. La introducción de un co-solvente supercrítico ayudaría también a incrementar la cantidad de extracto obtenido sin la necesidad de modificar el equipo de extracción supercrítico utilizado aquí.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Aquino, G. V. M. 1996. Manual de producción de la mosca común, Musca domestica. Reporte Técnico, Instituto Tecnológico de Oaxaca, Oaxaca, México, 1-15.

[2] Chrastil, J. J. 1982. Solubility of Solids and Liquids in Supercritical Gases, Phys. Chem. 86:3016-3021.

[3] Espinosa, S. N. 2001. Procesamiento supercrítico de productos naturales, modelado, análisis y optimización, Tesis Doctoral en Ing. Química, Universidad Nacional del Sur, Bahía Blanca, Argentina, 24-30.

[4] Hemming, F. W.; Hawthorne J. N. 1996. Lipid Analysis, BIOS Scientific Publishers Ltd, 36-37.

[5] Lotero, E.; Liu, Y.; Lopez, D.E.; Suwannakarn, K.; Bruce, D.A.; Goodwin, J.G. Jr. 2005. Synthesis of Biodisel via Acid Catalysis, Ind. Eng. Chem. Res. 44:5353-5363. [6] Maheshwari, P.; Nikolov, Z.L.; White, T.M.; Hartel, R. 1992. Solubility of fatty acids in supercritical carbon dioxide, JAOCS 69(11):1069-1076.

(11)

[7] McHugh, M.A. and Krukonis, V.J. 1986. Supercritical fluid extraction principles and practice. Butterworth Publishers. Stoneham, MA, USA.

[8] Nathan, J. P.; Días T. E. 1993. Elementos de resonancia magnética nuclear de hidrógeno, 2ª edición, Grupo editorial Iberoamérica, 1-11.

[9] Nilsson, W.B.; Gauglitz, E.J.; Hudson J.K. 1991. Solubilities of methyl oleate, oleic acid, oleyl glycerols, and oleyl glycerol mixtures in supercritical carbon dioxide, JAOCS 68(2):87-91.

[10] Nik Norulaini, N.A.; Md Zaidul, I.S.; Anuar, O.; Mohd. Omar, A.K. 2004. Supercritical enhancement for separation of lauric acid and oleic acid in palm kernel oil (PKO), Separation and Purification Technology 35:55-60.

[11] Wenclawiak, B. 1992. Analysis with supercritical fluids: extraction and chromatography, Springer Laboratory, Germany, 33-42.

[12] Westerman, D.; Santos, R.C.D.; Bosley, J.A.; Rogers, J.S.; Al-Duri, B. 2006. Extraction of Amaranth seed oil by supercritical carbon dioxide, J. of Supercritical Fluids 37:38-52.

[13] Zaidul, M.; Norulaini, N.; Mohd, A. 2006. Separation/fractionation of triglycerides in terms of fatty acid constituents in palm kernel oil using supercritical CO2, J. Sci. Food

Agric. 86:1138-1145.

[14] Zou, M.; Yu, Z.R.; Kashulines, P.; Rizvi, S.S. 1990. Fluid-liquid phase equilibria of fatty acids and fatty acid methyl esters in supercritical carbon dioxide, J. Supercritical Fluids 3:23-28.

Figure

Actualización...

Referencias

Actualización...

Related subjects :